艦載綜合測試系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)＊

(92941部隊93分隊 葫蘆島 125001)

1 引言

PXI定義為用于測試、測量與控制應(yīng)用的一種小型模塊化儀器平臺?；赑XI總線的測試平臺結(jié)合虛擬儀器技術(shù),具有體積小、模塊化功能強、集成度和性價比高等特點,已成為測試系統(tǒng)發(fā)展的主流[1]。VI(Virtual Instruments,虛擬儀器)是測控技術(shù)與計算機技術(shù)深層次結(jié)合的產(chǎn)物,采用虛擬儀器技術(shù),用戶可根據(jù)需求定義和設(shè)計儀器的測試功能[2]。

艦載綜合測試系統(tǒng)基于PXI總線和虛擬儀器技術(shù),采用針對被測試信號形式進行軟硬件模塊化設(shè)計。應(yīng)用時根據(jù)被測參數(shù)種類和監(jiān)測點數(shù)量確定采集器儀器組合規(guī)模,通過配置采集器儀器驅(qū)動程序,調(diào)用采集器功能軟件模塊和系統(tǒng)應(yīng)用軟件模塊構(gòu)成具有特定功能的自動測試系統(tǒng)(ATS)。具有硬件易重組和擴展性強,軟件模塊易于移植和通用性強等特點。當(dāng)其功能不能滿足武器裝備試驗測試需求時,可針對需求增加軟硬件模塊,設(shè)備主體可以不變或僅作部分修改便可適應(yīng)其它型號武器裝備試驗需要。

2 測試系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 系統(tǒng)組成與功能

系統(tǒng)由測控主機、采集器、軸角變換器、信號調(diào)理設(shè)備、傳感器和被測信號模擬器組成,其組成如圖1所示。測控主機由工控計算機系統(tǒng)(主卡6006/PIV2.4G),PXI-PCI8335外接式控制器模塊(MXI-3)和時統(tǒng)接口卡等組成。

測控主機負(fù)責(zé)系統(tǒng)管理,測試數(shù)據(jù)的存儲與處理,以及系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的管理;MXI-3模塊用于測控主機對采集器的控制;時統(tǒng)接口卡具備接收處理GPS衛(wèi)星時間信息與IRIG-B碼時間信號,系統(tǒng)首選GPS衛(wèi)星時鐘與靶場測控網(wǎng)同步,同時具備IRIG-B碼時間信號同步功能。

圖1 系統(tǒng)組成

采集器采用PXI-1006機箱,PXI機箱間的連接由PXI-PXI橋?qū)崿F(xiàn)。PXI總線模塊包括NI PXI-6031E A/D模塊,PXI-6608定時/計數(shù)器模塊,PXI-6533數(shù)字I/O模塊,PXI-8422 RS232接口模塊,PXI-8423 RS422/485接口模塊,PXI-8460 CAN總線模塊,PXI-8210以太網(wǎng)接口模塊,JV58455 ARINC429總線模塊,JV58456 1553A/B總線模塊。兩個采集器儀器模塊的具體配置可根據(jù)被測系統(tǒng)/裝置參數(shù)種類和數(shù)量,以及監(jiān)測點位置和數(shù)量綜合考慮確定。

信號調(diào)理設(shè)備用于保證采集器硬件得到最佳的可能測量結(jié)果。如對被測信號進行放大、激勵、隔離、濾波,或者是這些信號調(diào)理方法的組合。被測信號模擬器由工控計算機系統(tǒng)和被測信號模擬卡組成,包括RS-232/422/485串行接口卡,D/A卡,DSC卡。

2.2 數(shù)據(jù)采集和非電量測量方法

2.2.1 數(shù)字信息采集

被測系統(tǒng)/裝置串行總線信息的采集(接收)以串行通信方式實現(xiàn),串行通信可選“命令/響應(yīng)”或監(jiān)聽方式。

被測系統(tǒng)/裝置網(wǎng)絡(luò)信息的采集(接收)以網(wǎng)絡(luò)通信或監(jiān)聽方式獲得,系統(tǒng)作為監(jiān)聽節(jié)點能夠識別網(wǎng)絡(luò)中所有的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點地址和網(wǎng)絡(luò)上各節(jié)點發(fā)出的報文信息,包括數(shù)據(jù)報、控制報和各節(jié)點的響應(yīng)報文。

2.2.2 模擬信號采集

被測系統(tǒng)/裝置輸出模擬信號經(jīng)調(diào)理設(shè)備后由PXI-6031E A/D模塊實現(xiàn)采集。艦艇平臺羅徑、計程儀,艦炮指揮儀和艦炮隨動裝置輸出同步機信號由軸角變換器進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時間由測控主機控制,轉(zhuǎn)換結(jié)果采用網(wǎng)絡(luò)和并行口兩種方式輸出。測控主機可選網(wǎng)絡(luò)或由采集器并行口(PXI-6533數(shù)字I/O模塊)控制接收。

軸角變換器由工控計算機系統(tǒng)(6179L/PⅢ933)、時統(tǒng)信號接收卡、6塊6通道軸角變換器模塊卡組成,機箱選用IPC-610機箱。軸角變換器模塊卡設(shè)計為ISA總線全長卡結(jié)構(gòu),模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片采用AD公司同步機/數(shù)字變換器(SDC1704/511),軸角變換器轉(zhuǎn)換模塊電氣連接如圖2所示。轉(zhuǎn)換器輸入信號和參考電壓輸入采用電阻進行匹配,以適應(yīng)不同型號同步機輸出信號的采集。

圖2 轉(zhuǎn)換器的電氣連接

發(fā)控指令(開關(guān)信號)經(jīng)信號調(diào)理后由PXI-6533采集。反艦導(dǎo)彈武器系統(tǒng)自控飛行時間(TZK,脈沖頻率信號)經(jīng)信號調(diào)理后由PXI-6608采集。

2.2.3 非電量測量

在導(dǎo)彈、艦炮發(fā)射試驗時,通過對發(fā)射裝置和載體相關(guān)物理參數(shù)實施非電量到電量轉(zhuǎn)換,信號調(diào)理、數(shù)據(jù)采集、記錄、顯示,對采集的數(shù)據(jù)進行分析計算,生成測試結(jié)果報告。實現(xiàn)發(fā)射裝置和載體環(huán)境參數(shù)測量。

?溫度信號測量。溫度傳感器輸出電信號經(jīng)調(diào)理后由PXI-6031E進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換結(jié)果由測控主機顯示,并將測量結(jié)果保存供事后分析處理。

?壓力信號測量。應(yīng)變式壓力傳感器輸出電信號經(jīng)調(diào)理后由PXI-6031E進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換結(jié)果由測控主機進行顯示,并將測量結(jié)果保存供事后分析處理。

?振動信號測量。振動傳感器輸出電信號經(jīng)調(diào)理后由PXI-6031E進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換,由測控主機顯示數(shù)據(jù)和曲線,并將測量結(jié)果保存供事后分析處理。

?應(yīng)變信號測量。應(yīng)變計通過連接動態(tài)電阻應(yīng)變儀進行自動平衡、放大、濾波并由PXI-6031E進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換結(jié)果經(jīng)應(yīng)力信號采集記錄軟件轉(zhuǎn)換分析后,計算出最大應(yīng)力、最小應(yīng)力及方向,由測控主機顯示出應(yīng)力隨時間變化曲線,并將測量結(jié)果保存供事后分析處理。

3 軟件設(shè)計

3.1 軟件設(shè)計思想與開發(fā)環(huán)境

對于艦載綜合測試系統(tǒng),因規(guī)模較大且要求具有較好的靈活性,如果將系統(tǒng)以一個任務(wù)看待難以實現(xiàn)對眾多系統(tǒng)硬件模塊和大量測試數(shù)據(jù)的科學(xué)管理。采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)可實現(xiàn)綜合測試系統(tǒng)測試任務(wù)、測試儀器、通道配置與標(biāo)定、測試數(shù)據(jù)的有序管理[3]。

測試任務(wù)庫為組織管理測試任務(wù)而設(shè)計,定義了任務(wù)名稱和任務(wù)代碼,任務(wù)代碼是區(qū)分系統(tǒng)任務(wù)的唯一特征碼。系統(tǒng)儀器庫是定義專用測試系統(tǒng)的基礎(chǔ)。通道配置庫負(fù)責(zé)測試任務(wù)的通道配置,描述和定義每項測試任務(wù)所使用的通道。通道標(biāo)定庫保存對應(yīng)通道的標(biāo)定數(shù)據(jù),使數(shù)據(jù)采集(包括數(shù)據(jù)通信和非電量測量)得到的數(shù)據(jù)與實際的物理量相對應(yīng)。為了管理測試數(shù)據(jù)和重現(xiàn)測試現(xiàn)場,系統(tǒng)建立測試數(shù)據(jù)庫。測試數(shù)據(jù)庫將與測試現(xiàn)場有關(guān)的測試信息、測試數(shù)據(jù)以及對測試數(shù)據(jù)的編輯和測試數(shù)據(jù)輸出過程中產(chǎn)生的中間數(shù)據(jù)等都進行保存。

系統(tǒng)采用Windows XP操作系統(tǒng)。軟件開發(fā)基于LabVIEW8和Visual C++6.0,數(shù)據(jù)庫管理軟件采用Microsoft的SQL Server 7。

3.2 軟件組成

系統(tǒng)軟件按分層式結(jié)構(gòu)設(shè)計,由儀器驅(qū)動、虛擬設(shè)備、測試服務(wù)和測試應(yīng)用層組成。儀器驅(qū)動層是對儀器硬件執(zhí)行通信與控制的軟件,是由儀器標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)商提供的用于對儀器硬件進行底層操作的一組較抽象的操作函數(shù)集。儀器驅(qū)動層軟件符合VPP規(guī)范,具備儀器驅(qū)動程序的源程序或動態(tài)鏈接庫,以便對其進行封裝構(gòu)成虛擬設(shè)備層組件。

虛擬設(shè)備層是對儀器驅(qū)動層的封裝,允許對儀器設(shè)備進行部件級的封裝以擴展其功能,向測試服務(wù)層和測試應(yīng)用層提供的是對各個底層測試通道的調(diào)用,輸出的是未經(jīng)處理的原始數(shù)據(jù)或經(jīng)過調(diào)理后的信號。

測試服務(wù)層用于測試數(shù)據(jù)的預(yù)處理,對系統(tǒng)采集和接收數(shù)據(jù)進行解析,主要包括頻譜分析、相關(guān)(自相關(guān)和互相關(guān))分析和統(tǒng)計分析等。

測試應(yīng)用層是直接面向具體試驗測試任務(wù)的應(yīng)用。根據(jù)試驗測試任務(wù)需要對虛擬設(shè)備層組件和測試服務(wù)層組件重構(gòu)后生成的面向具體應(yīng)用的程序,輸出的是最終試驗測試報告。測試應(yīng)用層針對具體應(yīng)用開發(fā)專用的數(shù)據(jù)處理軟件。

3.3 應(yīng)用軟件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)應(yīng)用軟件結(jié)構(gòu)如圖3所示。包括通道配置與標(biāo)定模塊、時間信息采集模塊、數(shù)據(jù)采集模塊(數(shù)據(jù)通信和非電量測量)、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)交換模塊、被測信號模擬/仿真模塊和測試數(shù)據(jù)管理模塊。其中測試數(shù)據(jù)管理模塊獨立于系統(tǒng)應(yīng)用程序,主要用于對測試數(shù)據(jù)庫的管理。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫主要包括系統(tǒng)任務(wù)庫、系統(tǒng)儀器庫、通道配置庫、通道標(biāo)定庫和測試數(shù)據(jù)庫等。

圖3 應(yīng)用軟件結(jié)構(gòu)

4 結(jié)語

基于PXI總線和虛擬儀器技術(shù)提高了測試設(shè)備硬件重組性和儀器模塊的互換性,提高了測試程序的重用性和可移植性。當(dāng)測試系統(tǒng)采集器儀器模塊種類或數(shù)量不能滿足測試任務(wù)需求時,可通過增加采集器儀器模塊種類或數(shù)量加以解決。達(dá)到了改善性能、提高通用性,適應(yīng)多種型號武器裝備試驗需求的目的。

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