烏軼聰

（中國電子科技集團公司第二十研究所，西安 710068）

0 引言

微波著陸系統(tǒng)（Microwave Landing System，MLS）是一種精密的進近和著陸引導系統(tǒng)，它由機載設備和地面設備組成，其工作原理是機載設備收到地面設備發(fā)射的引導信號后，經過處理計算出飛機相對于著陸跑道的方位、下滑和距離數(shù)據(jù)，以此來引導飛機進近著陸。某型MLS 接收機（以下簡稱MLS 接收機）是MLS 機載設備中的測角設備，它主要為飛機提供方位、下滑的角度偏差和地面數(shù)據(jù)信息。MLS 接收機的精度指標是衡量其性能的重要指標，它直接反映了MLS 接收機在引導準確性方面的能力，MLS 接收機的檢測設備二線檢測儀沒有測量MLS 接收機精度的功能，MLS 內場模擬器雖能測量MLS 接收機精度指標，但無結果判決，存在指標超差顯示不直觀的缺陷。為有效解決以上問題，本文給出了一種基于虛擬儀器技術開發(fā)的MLS 接收機精度測試系統(tǒng)的設計方案。

1 精度的定義和計算方法

按照國際民航組織（International Civil Aviation Organization，ICAO）在《國際民用航空公約》附件10 中對微波著陸系統(tǒng)精度標準的規(guī)定，使用航道跟隨誤差（Path Following Error，PFE）和控制運動噪聲（Control Motion Noise，CMN）兩個指標來衡量系統(tǒng)的精度。PFE 是指預定飛行航線與飛機跟隨制導信號而形成的實際飛行航線之間的誤差，這種誤差會使飛機偏離航向道或下滑道。CMN 是由較高的角頻率信號產生的誤差，這種誤差影響飛機的舵面和操縱桿的抖動，并有可能影響飛機姿態(tài)的擺動[1]。ICAO 規(guī)定PFE 和CMN 分別用PFE 濾波器和CMN 濾波器來測量，模擬濾波器的系統(tǒng)函數(shù)[2]為：

將模擬濾波器離散化轉變?yōu)閿?shù)字濾波器，可推導出PFE 和CMN 數(shù)字濾波器的差分方程[1]為：

PFE 和CMN 的評估原理如圖1所示。根據(jù)以上理論得到PFE 和CMN 的算法后，將MLS 接收機輸出的角度數(shù)據(jù)按照PFE 和CMN 的相關算法進行運算，就可以得到MLS 接收機的精度數(shù)據(jù)。

圖1 MLS 接收機PFE 和CMN 的評估原理

2 總體設計

2.1 需求分析

根據(jù)GJB2598-96《微波著陸系統(tǒng)機載設備通用規(guī)范》的要求，MLS 接收機精度測試需要完成以下任務：

（1）給MLS 接收機加電并進行參數(shù)設置，設置通道號、進場方位角度和下滑角度，使其進入工作狀態(tài)；

（2）觀察接收機狀態(tài)，即接收機返回的通道號、進場方位角度和下滑角度是否與設置一致，使用MLS 信號源給接收機輸入MLS 信號，使其開始正常工作，觀察其是否告警，啟動自檢，觀察接收機是否存在無故障；

（3）在接收機無故障且不告警的正常工作狀態(tài)下，讀取接收機精度指標PFE 和CMN 值；讀取接收機返回的方位和下滑的實際角度；觀察ARINC429 信號波形并讀取其幅度與頻率值，最后觀察以上指標是否超差。

基于以上任務，MLS 接收機精度測試系統(tǒng)需要完成的功能是：

（1）給MLS 接收機加電并設置工作參數(shù)；

（2）顯示MLS 接收機狀態(tài)；

（3）根據(jù)MLS 接收機的輸出數(shù)據(jù)，計算和顯示出MLS 接收機的精度指標PFE 和CMN 值并判決是否超差；

結果顯示，隨著三棱、莪術提取物質量濃度的增加，其對SW620細胞的抑制率也相應升高。不同質量濃度三棱、莪術提取物作用后的細胞增殖抑制曲線見圖1。根據(jù)該曲線求算得三棱提取物IC30為3.24 μg/mL，IC50為4.69 μg/mL；莪術提取物IC30為11.27 μg/mL，IC50為16.81 μg/mL。

（4）顯示ARINC429 信號波形，并測量出其幅度與頻率值。

MLS接收機精度測試的設備連接圖如圖2所示。

圖2 MLS 接收機精度測試設備連接圖

2.2 設計原理

根據(jù)以上需求分析，MLS 接收機精度測試系統(tǒng)可以采用虛擬儀器的原理來設計。虛擬儀器是用軟件將計算機硬件和儀器硬件有機地結合起來，以計算機和儀器為載體，通過應用軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理、存儲和顯示，最終完成測試和控制功能的儀器開發(fā)模式。本系統(tǒng)采用虛擬儀器的開發(fā)模式具有以下優(yōu)點：

（1）開發(fā)周期短。設備硬件一般采用計算機和數(shù)據(jù)板卡，具有通用性，采購方便的特點；軟件開發(fā)平臺成熟，流程系統(tǒng)化，編程易上手。

（2）可拓展性強。設備不論硬件還是軟件，都采用模塊化，如需拓展設備功能，硬件只需增加數(shù)據(jù)板卡，軟件添加相應的程序模塊即可。

（3）設備性能強大，可靠性高。依靠先進的PC 技術，設備有強大的數(shù)據(jù)處理能力，穩(wěn)定的操作系統(tǒng)也為系統(tǒng)的可靠性提供了有力的支撐。

MLS 接收機精度測試系統(tǒng)的具體設計方案是：使用一臺計算機作為精度測試系統(tǒng)的硬件平臺，根據(jù)MLS 接收機輸出信號的特性，給計算機加裝相應的數(shù)據(jù)板卡，在應用軟件的控制下板卡與MLS接收機進行數(shù)據(jù)交換，完成向接收機發(fā)送數(shù)據(jù)和采集接收機輸出數(shù)據(jù)的任務，同時應用軟件對得到的數(shù)據(jù)進行處理，最終使系統(tǒng)實現(xiàn)如接收機設置、精度指標的計算、判決和數(shù)據(jù)的顯示等功能。

3 詳細設計

MLS 接收機精度測試系統(tǒng)的總體設計思路就是通過應用軟件控制計算機和數(shù)據(jù)板卡來完成其測控功能，以下從系統(tǒng)的硬件和軟件兩方面來具體介紹其詳細設計。

3.1 硬件設計

計算機主機采用主流PC機配置，使用Windows操作系統(tǒng)，內部提供 PCI 插槽以方便安裝ARINC429 總線接口板和圖形處理板，并配置USB接口，外部安裝鍵盤和鼠標等標準輸入輸出設備，顯示器使用液晶顯示器。MLS 接收機的參數(shù)設置數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)都采用ARINC429 總線格式，所以必須使用一個ARINC429 總線接口板來完成系統(tǒng)與接收機的數(shù)據(jù)交換，ARINC429 總線接口板可以選用EP-H6272 型ARINC429 總線開發(fā)應用板。該板采用PCI 總線接口，板上有四個ARINC429 收發(fā)芯片，每個收發(fā)芯片包含一個發(fā)送通道和兩個接收通道，可作為ARINC429 數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)源或者接收和分析ARINC429 總線數(shù)據(jù)。當接收數(shù)據(jù)時，收發(fā)芯片將接收來的數(shù)據(jù)交給板上專用的FPGA 加DSP電路進行處理，而后將數(shù)據(jù)通過PCI 總線傳送給計算機。由于要顯示ARINC429 信號波形并測量其幅度和頻率，可以選用EP-H6024A 型高速高精度并行數(shù)據(jù)采集卡來完成信號的采集。EP-H6024A 是并行方式8 通道A/D 采集卡，最高采樣率1 MHz，具有8 路模擬信號輸入、外觸發(fā)和外時鐘信號輸入。A/D 轉換分辨率為12 位，采用單端/差分可選輸入方式，每通道8 個量程檔可獨立選擇。采樣長度為每通道1M 個采樣點，供存儲A/D 轉換數(shù)據(jù)用。MLS接收機供電電源使用明緯LRS-350-24型電源，電源輸入使用計算機的220 V 交流電，將輸出調節(jié)為直流28 V 為接收機供電。電源設置開關，開關與電源輸出連接器一并安裝于PCI 位擋板上，與其他板卡接口并列于機箱上，方便電纜連接。連接電纜一端連接MLS 接收機，另一端分出三個連接器，分別和ARINC429 總線接口板、圖形處理板與接收機供電電源連接，電纜中供電電源線直接連接接收機電源輸入端，接收機ARINC429 信號輸入端連接ARINC429 總線接口板，接收機ARINC429 信號輸出端分別連接ARINC429 總線接口板和圖形處理板。

圖3 MLS 接收機精度測試系統(tǒng)結構組成圖

3.2 軟件設計

按照虛擬儀器中軟件就是儀器的思想，軟件是虛擬儀器系統(tǒng)的關鍵。虛擬儀器軟件系統(tǒng)主要分為四層結構：系統(tǒng)管理層、測控程序層、儀器驅動層和I/O 接口層[3]。MLS 接收機精度測試系統(tǒng)以計算機為硬件平臺，使用Windows 操作系統(tǒng)，用到的板卡ARINC429 總線接口板和圖形處理板都是專業(yè)公司的貨架產品，均提供Windows 操作系統(tǒng)下的驅動程序，所以只需要開發(fā)出測控軟件即可完成精度測試系統(tǒng)的軟件開發(fā)。MLS 接收機精度測試系統(tǒng)的測控軟件可以使用Lab Windows/CVI 來完成開發(fā)。Lab Windows/CVI 是一款基于ANSI C 的集成開發(fā)環(huán)境，它將C語言與虛擬儀器軟件工具庫結合起來，使用交互式編程方法，提供多樣的功能面板，不但提高了用戶的編程效率，而且提升了軟件效果，是測控應用軟件的理想編程環(huán)境。

根據(jù)總體設計中MLS 接收機精度測試系統(tǒng)需要完成的功能，系統(tǒng)測控軟件可分為四個模塊：接收機設置模塊、接收機狀態(tài)模塊、接收機精度模塊和ARINC429 信號波形顯示模塊。接收機設置模塊完成設置接收機的通道號、進場方位角度和下滑角度功能，還包括接收機的啟動自檢與停檢功能。接收機狀態(tài)模塊顯示接收機返回的通道號、進場方位角度、下滑角度和告警狀態(tài)。接收機精度模塊顯示接收機精度指標PFE、CMN 值和接收機返回的方位和下滑的實際角度值，并顯示指標的判決結果。ARINC429 信號波形顯示模塊顯示ARINC429 信號波形和其幅度與頻率值。MLS 接收機精度測試系統(tǒng)測控軟件的用戶界面如圖4所示。

圖4 MLS 接收機精度測試系統(tǒng)測控軟件的用戶界面

按照Lab Windows/CVI 編程的基本步驟，測控軟件的開發(fā)過程分為以下6 個階段：

（1）創(chuàng)建工程文件：啟動Lab Windows/CVI 后，新建一個工程目錄并命名，開始軟件制作。

（2）儀器面板的設計：進入工程文件編輯環(huán)境，建立儀器面板，按照功能需求添加各種控件，并設置其相關屬性。

（3）源程序文件的生成：完成面板和控件的設計后，進入代碼菜單，生成程序的主函數(shù)和各種回調函數(shù)，產生程序的主框架。

（4）添加程序代碼：根據(jù)軟件需要完成的功能，給主函數(shù)和各個回調函數(shù)中添加程序代碼，來完成編程。

（5）編譯調試：完成整個程序的頭文件、用戶界面文件和源代碼文件的編制后，進行程序的編譯、調試和運行。

（6）生成執(zhí)行文件和安裝文件：當程序編譯、調試完畢后，創(chuàng)建一個可執(zhí)行文件，設置測控軟件的圖標和標題等，最后將軟件打包成安裝文件，完成測控軟件的制作。

4 總結和展望

MLS 接收機精度測試系統(tǒng)是MLS 接收機專用內場檢測設備，它可以完成MLS 接收機工作狀態(tài)設置、顯示接收機狀態(tài)、測量接收機精度和監(jiān)測接收機輸出信號等功能，較之前測試方式不僅操作更加簡單，而且增加了測試功能，極大提高了MLS接收機的測試效率。該系統(tǒng)測控軟件使用 Lab Windows/CVI 平臺開發(fā)，軟件界面友好，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，可靠性強。MLS 接收機精度測試系統(tǒng)目前仍采用人工操作的半自動化測試方式，隨著虛擬儀器技術的日新月異，今后該測試系統(tǒng)可以向著自動測試、自動記錄和自動輸出測試結果等全自動化測試方向發(fā)展。