朱松柏,劉奇弦,陳洪超,王長城,魏正兵

(1.南京理工大學(xué) 機械工程學(xué)院， 南京 210094； 2.中國兵器裝備集團自動化研究所有限公司， 四川 綿陽 621000； 3.陸軍裝備部駐重慶地區(qū)軍事代表局駐廣元地區(qū)軍事代表室， 四川 廣元 628000)

1 引言

以榴彈炮、迫擊炮、火箭炮等為代表的壓制武器是陸軍主要作戰(zhàn)裝備之一，而其火控系統(tǒng)作為主要配套系統(tǒng)，其性能直接影響射擊精度，很大程度上決定了裝備作戰(zhàn)效能。因此，火控系統(tǒng)的質(zhì)量要求極高，對火控系統(tǒng)的檢驗、測試是生產(chǎn)過程中的重要環(huán)節(jié)?，F(xiàn)階段對壓制武器裝備的火控系統(tǒng)進行系統(tǒng)裝調(diào)的主要方法還是采用專用的配套調(diào)試檢測工裝進行檢測，存在通用性差的問題，每套工裝只能用于特定型號火控系統(tǒng)的檢測，可拓展性差，無法滿足多樣化的檢測需求。

故針對當(dāng)前壓制武器火控系統(tǒng)檢測方法通用性差的問題，設(shè)計一種通用檢測裝備，采用分布式、模塊化的可重構(gòu)通用架構(gòu)設(shè)計，可以柔性重組拓展、滿足不同火炮火控系統(tǒng)的調(diào)試檢測需求。

2 系統(tǒng)組成與工作原理

通用檢測系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括1個火控系統(tǒng)綜合調(diào)試檢測平臺和6個調(diào)試檢測單元，其中火控系統(tǒng)綜合調(diào)試檢測平臺用于火控系統(tǒng)的調(diào)試和檢測，6個調(diào)試檢測單元用于單體/子系統(tǒng)的調(diào)試和檢測。6個調(diào)試檢測單元包括：炮長任務(wù)終端調(diào)試檢測單元、綜合處理單元調(diào)試檢測單元、總線數(shù)據(jù)適配器調(diào)試檢測單元、高低方位傳信儀調(diào)試檢測單元、瞄準手操控臺調(diào)試檢測單元、通信系統(tǒng)調(diào)試檢測單元。7個設(shè)備間通過以太網(wǎng)和CAN總線實現(xiàn)互聯(lián)互通，形成一個有機整體。

圖1 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)框圖Fig.1 System composition

3 系統(tǒng)功能

通用檢測系統(tǒng)主要有以下功能：

1) 具備火控系統(tǒng)集成裝調(diào)測試功能，系統(tǒng)用于火控系統(tǒng)的集成安裝調(diào)試測試，并提供相應(yīng)單體所需的電源，實現(xiàn)系統(tǒng)各單體的互連、互通。同時監(jiān)測并存儲、分析各單體工作時的各類數(shù)據(jù)信息。

2) 具備調(diào)炮精度測試功能，系統(tǒng)用于火控系統(tǒng)中的各單體產(chǎn)品的安裝和調(diào)試檢測，以及對隨動系統(tǒng)的自動調(diào)炮精度和自動復(fù)瞄精度進行檢測。

3) 具備通信系統(tǒng)測試功能，系統(tǒng)用于火控系統(tǒng)中通信系統(tǒng)的無線/有線數(shù)話通信檢測。

4) 具備系統(tǒng)綜合性能測試功能，系統(tǒng)用于火控系統(tǒng)性能和在批量生產(chǎn)過程中的檢驗與驗收、試驗工序中的調(diào)試檢測。

5) 具備火控系統(tǒng)狀態(tài)信息和故障信息模擬功能，具備火控系統(tǒng)故障診斷功能，能以調(diào)試過程中的故障現(xiàn)象為引導(dǎo)，根據(jù)故障現(xiàn)象和故障設(shè)備，完成故障診斷及定位、并指導(dǎo)調(diào)試。

6) 具備系統(tǒng)管理功能，可以記錄檢測維修日志，提供調(diào)試檢測指導(dǎo)。

4 可重構(gòu)通用架構(gòu)設(shè)計

通用檢測系統(tǒng)圍繞現(xiàn)代火炮火控系統(tǒng)開放性、可重構(gòu)、高軟硬件復(fù)用率、高任務(wù)可靠性的典型特征，結(jié)合火炮火控系統(tǒng)的應(yīng)用特點及使用需求，一是對綜合處理單元、炮長任務(wù)終端等涉及火控核心數(shù)據(jù)處理、傳輸、顯控功能檢測的設(shè)備進行功能分區(qū)、任務(wù)分解、資源分類，制定各功能檢測模塊設(shè)計原則、設(shè)計規(guī)范和設(shè)計標準，采用分布式綜合處理架構(gòu)實現(xiàn)對檢測模塊硬件資源的有機集成；二是采用縱向分層、橫向分區(qū)的軟件架構(gòu)，實現(xiàn)檢測軟件構(gòu)件化，可緊密結(jié)合實裝功能檢測需求對軟件功能進行差異化配置與柔性重組，實現(xiàn)檢測軟件與實裝軟件功能的緊密鉸鏈，同時可靈活擴展適配不同火控平臺的檢測需求，如圖2所示。

圖2 可重構(gòu)通用架構(gòu)設(shè)計框圖Fig.2 Design of reconfigurable universal architecture

4.1 基于通用化標準化的測試模塊硬件集成設(shè)計

結(jié)合壓制武器火控系統(tǒng)的應(yīng)用特點及使用需求，對火控系統(tǒng)任務(wù)、資源、信息交互關(guān)系等進行梳理，確定綜合處理單元調(diào)試檢測單元的系統(tǒng)架構(gòu)、功能模塊種類，制定了檢測模塊的設(shè)計標準、接口規(guī)范、封裝標準，解決設(shè)計中的共性設(shè)計、快速插拔、熱管理、標準封裝等技術(shù)難題，實現(xiàn)核心檢測模塊的標準化、通用化、模塊化。綜合處理單元調(diào)試檢測單元模塊如圖3所示，一方面通用處理、綜合管理與綜合控制測試模塊采用統(tǒng)一的電氣接口及信號定義，模塊測試功能可由軟件按需定義，同時對VPX背板測試模塊進行通用功能與專用功能分區(qū)，對背板總線及對外接口進行合理設(shè)計，實現(xiàn)通用功能區(qū)通用處理測試模塊、綜合管理測試模塊和綜合控制測試模塊在背板的任意組合，實現(xiàn)背板測試模塊的通用化設(shè)計。通過對通用處理、綜合管理、綜合控制測試模塊的任意組合，可滿足不同火炮火控系統(tǒng)的測試需求。

圖3 綜合處理單元調(diào)試檢測單元模塊框圖Fig.3 Modular integration of the testing unit of the integrated processing unit

4.2 基于分層解耦的可重構(gòu)軟件架構(gòu)設(shè)計

通用檢測系統(tǒng)軟件平臺圍繞“縱向分層、橫向分區(qū)”的解耦思想，采用中間件、軟件構(gòu)件、標準圖元和數(shù)據(jù)字典等軟件通用化架構(gòu)和技術(shù)，實現(xiàn)軟件界面、功能處理、通信協(xié)議、操作系統(tǒng)、以及硬件架構(gòu)之間的松耦合，一方面可緊密結(jié)合實裝功能檢測需求對軟件功能進行差異化配置與柔性重組，實現(xiàn)檢測軟件與實裝軟件功能的緊密鉸鏈，同時使檢測裝備的檢測功能可按需配置、靈活拓展升級。

軟件平臺在設(shè)計過程中采用面向服務(wù)的軟件架構(gòu)，軟件功能均衡分布，支持服務(wù)遷移和任務(wù)重載。軟件平臺自下而上分為操作系統(tǒng)層、驅(qū)動層、中間件層、檢測應(yīng)用層，如圖4所示。操作系統(tǒng)層由基于國產(chǎn)化或國際開源嵌入式操作系統(tǒng)和桌面操作系統(tǒng)組成；中間件層由基于DDS通信服務(wù)、TCP/UDP通信服務(wù)、CAN通信服務(wù)、指揮報文傳輸服務(wù)、數(shù)據(jù)字典解析服務(wù)組成，為檢測軟件構(gòu)件間、平臺間、上下級之間提供基礎(chǔ)通信服務(wù)和數(shù)據(jù)記錄存儲、解析服務(wù)，同時支持通信協(xié)議的可擴展，是實現(xiàn)檢測功能柔性重組的關(guān)鍵；檢測應(yīng)用層由面向檢測服務(wù)需求的系列化組件構(gòu)成。其中，數(shù)據(jù)字典解析服務(wù)是解決適配不同檢測對象的核心組件，采用數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)實現(xiàn)，實現(xiàn)過程如圖5所示，主要由報文結(jié)構(gòu)配置文件、數(shù)據(jù)描述配置文件和數(shù)據(jù)字典解析服務(wù)3部分組成，配置文件采用可擴展標記語言XML實現(xiàn)，報文結(jié)構(gòu)配置文件用于描述報文結(jié)構(gòu)，包括報文號、數(shù)據(jù)名稱、數(shù)據(jù)類型等內(nèi)容；數(shù)據(jù)描述配置文件用于描述數(shù)據(jù)特征，包括名稱、含義等內(nèi)容；數(shù)據(jù)字典解析服務(wù)在內(nèi)部存儲空間中開辟內(nèi)存并實時更新，依據(jù)數(shù)據(jù)字典配置文件，對報文進行接收解析和組裝發(fā)送，通過對外開放接口，通過描述文件定義為檢測應(yīng)用軟件提供標準的調(diào)用接口。

圖4 檢測系統(tǒng)軟件平臺框圖Fig.4 Software platform of the testing system

圖5 基于數(shù)據(jù)倉庫的數(shù)據(jù)字典解析服務(wù)實現(xiàn)過程框圖Fig.5 Data dictionary parsing service based on data warehouse

4.3 基于顯示與應(yīng)用分離的人機交互接口設(shè)計

首先通過對各型火炮火控系統(tǒng)人機界面要素整合優(yōu)化，形成了刻度儀表、按鈕、狀態(tài)指示、數(shù)值顯示、參數(shù)輸入、動畫演示等各類圖元組件，進行了圖元組件工業(yè)設(shè)計，形成滿足火控系統(tǒng)檢測應(yīng)用需求的基礎(chǔ)圖元庫，并采用顯示與應(yīng)用分離技術(shù)，實現(xiàn)檢測應(yīng)用軟件與顯示界面之間的解耦，通過圖元組裝界面的方式，將界面顯示與檢測應(yīng)用處理相分離，在保證界面顯示風(fēng)格一致性的同時，降低數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)顯示之間的關(guān)聯(lián)性，實現(xiàn)界面與業(yè)務(wù)的可配置能力。使得檢測裝備人機交互界面可根據(jù)不同型號火控系統(tǒng)的靈活組裝、按需拓展升級。

基于顯示與應(yīng)用分離的人機交互接口設(shè)計實現(xiàn)過程如圖6所示。采用DF配置文件描述每個界面圖元的組成信息，包括圖元名稱、顯示位置和大小、顏色等，DF配置文件以采用可擴展標記語言XML和相應(yīng)的二進制數(shù)據(jù)文件(Bin文件)方式實現(xiàn)。在開發(fā)階段，采用DF配置文件編輯與生成工具設(shè)計、編輯圖元，DF配置文件開發(fā)工具可支持基礎(chǔ)圖元庫，能夠?qū)⒃O(shè)置好參數(shù)的圖元自動添加到DF配置文件中，并可提供ARINC661符號和圖片的設(shè)計與導(dǎo)入接口實現(xiàn)對XML格式配置文件的生成、加載、修改和錯誤檢查等操作，能夠?qū)?XML 格式配置文件轉(zhuǎn)換至二進制格式的數(shù)據(jù)文件。內(nèi)核渲染軟件部署于通用顯控終端，程序運行時首先讀取DF配置文件與Bin文件，根據(jù)配置文件渲染界面實現(xiàn)界面的初始化；內(nèi)核渲染軟件運行時，捕獲物理按鍵、觸摸屏的人機交互事件，并通過網(wǎng)絡(luò)將交互事件打包發(fā)送至綜合處理箱的業(yè)務(wù)處理軟件(UA)，同時接收UA發(fā)送的交互指令實時更新界面。UA部署于綜合處理單元，上電初始化時首選加載業(yè)務(wù)流程描述文件(XML格式)，業(yè)務(wù)流程描述文件中定義了交互指令與業(yè)務(wù)邏輯的映射關(guān)系，當(dāng)UA接收到終端發(fā)送的交互事件時根據(jù)業(yè)務(wù)流程描述文件調(diào)用相應(yīng)的業(yè)務(wù)邏輯處理任務(wù)，同時根據(jù)業(yè)務(wù)邏輯任務(wù)的運行結(jié)果生成交互指令，向顯控終端發(fā)送畫面更新請求。

圖6 顯示與應(yīng)用分離的標準圖元設(shè)計實現(xiàn)過程框圖Fig.6 Standard element design with separation of display and application

5 結(jié)論

針對目前壓制武器火控系統(tǒng)調(diào)試檢測裝備通用性差的問題，提出了一種可重構(gòu)的通用檢測系統(tǒng)及架構(gòu)。該架構(gòu)具有以下優(yōu)勢：

1) 通過對設(shè)備進行功能分區(qū)、任務(wù)分解、資源分類，實現(xiàn)對檢測模塊硬件資源的有機集成；

2) 通過對軟件進行縱向分層、橫向分區(qū)，實現(xiàn)檢測軟件構(gòu)件化，系統(tǒng)可按需柔性重組拓展；

3) 利用顯示與應(yīng)用分離技術(shù)，實現(xiàn)檢測應(yīng)用軟件與顯示界面之間的解耦。

該架構(gòu)可為壓制武器火控系統(tǒng)維修檢測裝備統(tǒng)型奠定技術(shù)基礎(chǔ)，對提升壓制武器維修保障部隊檢測能力形成有力支撐。