便攜式發(fā)控裝置電氣調試系統(tǒng)設計

潘勃+盧選民+蘇龍+王劍亮

摘 要： 為了模擬飛機、兩型發(fā)射架及導彈的電氣信號特征，實現(xiàn)涼性發(fā)射裝置及其配套發(fā)控盒研制過程中調試、系統(tǒng)聯(lián)試功能一體化，設計開發(fā)了某型便捷式發(fā)控裝置電氣調試系統(tǒng)；介紹了該系統(tǒng)的總體設計、硬件配置、適配器的設計、軟件工作流程等；經(jīng)測試，該系統(tǒng)安全、可靠，完全滿足設計要求。

關鍵詞： 電氣調試系統(tǒng)； 便捷式發(fā)控裝置； 適配器； 模塊化設計

中圖分類號： TN964?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）07?0043?03

Design of electric debugging system for portable electropult control device

PAN Bo， LU Xuan?min， SU Long， WANG Jian?liang

（School of Electronic and Information， Northwestern Polytechnical University， Xian 710129， China）

Abstract： To simulate aircraft， two types of launchers and electrical signal characteristics of missiles， and achieve the integration of debugging， system testing and commissioning in the development process of cool launcher and its supporting control box， a debugging system for certain type of portable electropult is designed and developed. The overall system design， hardware configuration， the adapter design and software workflows are introduced； Test result shows that the system is safe， reliable， and can fully meet the design requirements.

Keywords： electrical debugging system； portable electropult； adapter； modular design

0 引 言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭是飛機和導彈的戰(zhàn)爭，在執(zhí)行任務的時候，其功能的有效性和準確性尤為重要。如果在執(zhí)行任務的過程中，導彈或飛機出現(xiàn)故障，將會直接導致任務的失敗。以往的電氣調試系統(tǒng)過于龐大，不方便隨時使用。為了解決此類問題，本文設計開發(fā)了便捷式發(fā)控裝置電氣調試系統(tǒng)。

便攜式發(fā)控裝置[1]電氣調試系統(tǒng)可以模擬飛機、兩型發(fā)射架及導彈的電氣信號特征，是用于涼性發(fā)射裝置[2]及其配套發(fā)控盒研制過程中集調試、系統(tǒng)聯(lián)試功能于一體的控制臺。為外場方便快速地進行系統(tǒng)測試、故障定位和隔離提供保障，還能夠收集發(fā)射裝置的外場試驗數(shù)據(jù)。其主要功能如下：

（1） 具有手動測試、自檢測（BIT）功能和調試功能；

（2） 人機交互界面[3]；

（3） 具有揚聲系統(tǒng)，音量可調；

（4） 具有發(fā)控盒及發(fā)射裝置的軟件燒寫應用工具；

（5） 調試系統(tǒng)引入TMS320F240微處理器[4]仿真器，能對發(fā)控盒軟硬件聯(lián)合仿真和軟件在線加載；

（6） 能夠模擬飛機信號和導彈信號；

（7） 調試系統(tǒng)輸出信號可調控，能夠完成對兩型發(fā)射裝置、兩型發(fā)控盒的功能和性能的調試及測試；

（8） 系統(tǒng)自檢模塊：測試系統(tǒng)具有自檢[5]功能；

（9） 系統(tǒng)校準[6]模塊：對系統(tǒng)的硬件設備校準。

1 電氣調試系統(tǒng)的總體設計

便攜式發(fā)控裝置電氣調試系統(tǒng)由工控機組合、適配調理電路、測試接口及電纜等附件組成。工控機組合由1553B卡[7]、429卡、AD卡、DA卡、I/O卡、工控機及顯示器組成。其中，1553B卡用于被測產(chǎn)品的1553B通信；429卡用于被測產(chǎn)品的429發(fā)射及接收；AD卡用于采集被測產(chǎn)品的電壓信號；DA卡提供被測產(chǎn)品需要的電壓信號；I/O卡用于采集被測產(chǎn)品的DI信號，產(chǎn)生被測產(chǎn)品的需要的DO控制信號以及電源加電等；工控機及顯示器提供設備軟硬件工作平臺。

調理控制組合內有電源模塊、繼電器及負載、信號調理板及耦合器。其中負載為功率電阻，由繼電器切換負載到供電接口，模擬產(chǎn)品供電負載，測試供電通道帶載工作狀態(tài)；電源模塊提供被測產(chǎn)品的工作電源；繼電器用于電源與信號的通斷控制；耦合器用于1553B卡與被測產(chǎn)品之間的耦合；信號調理板實現(xiàn)AD通道、DA通道及I/O通道的信號調理與控制，用于同被測產(chǎn)品的信號匹配。

接口適配器提供與被測產(chǎn)品、外接供電及校準的接口，包括PL10模擬口、PL8B模擬口、載機模擬口、校準口、電源接口。

便捷式發(fā)控裝置電氣系統(tǒng)組成圖如圖1所示。

圖1 測試系統(tǒng)組成

2 適配器的設計

電氣調試系統(tǒng)所用的適配器是被測產(chǎn)品與測試設備間接口信號的轉換處理模塊，通過適配器可使測試產(chǎn)品與工控機的標準信號處理通道相接，主要包含有電平變換、供電控制、模擬加載等電路，以及適配器自用的電源模塊。對于8個被測項的8個接線關系的適配器采用自研，根據(jù)各個板卡的接口定義和測試要求設計。

信號調理用來匹配計算機接口卡（模塊）和被測產(chǎn)品間的電氣信號和控制，如通道信號變換、模擬信號源注入、抗干擾隔離、測量切換控制等。 系統(tǒng)中需要設計專用的信號調理單元，進行信號的阻抗匹配、電壓匹配和信號的隔離處理接口匹配電路。

（1） A/D信號調理的處理方法

對于電壓變化范圍處于A/D轉換卡電壓適應范圍內且具有較好匹配度的模擬信信號無需進行電平匹配變換，直接送往A/D卡輸入通道。

對于電壓變化范圍超出A/D轉換卡電壓適應范圍或雖處于A/D轉換卡電壓適應范圍內但匹配度相差較大的模擬信號需進行量程匹配或遷移調節(jié)，之后方可送往A/D卡輸入通道，如被測產(chǎn)品工作電壓、電源消耗電流、紋波測量等；圖2（a）、圖2（b）是典型的模擬信號變換電路結構。其中圖2（a）結構適用于被測信號具有較大內阻；量程變換需縮小或放大；要求具有遷移變換的場合；要求具有零位補償?shù)膱龊?。圖2（b）結構適用于內阻較小、幅度需要衰減的信號情形。

為保證模擬信號的數(shù)據(jù)采集精度，信號變換電路在器件選擇時應注意器件的熱穩(wěn)定性指標和漂移指標滿足設計要求。信號的補償和修正從硬件和軟件兩個層面進行。

圖2 模擬信號變換電路

（2） DI/DO信號的處理方法

產(chǎn)品測控用DI/DO通道，凡屬于TTL電平的DI信號無需進行電平轉換，經(jīng)過施密特整形和極性變換后送往DI接口卡，或直接送往DI接口卡。有隔離要求的開關量采集、非TTL電平的開關量信號，均需進行轉換處理。

根據(jù)開關信號的電平幅度、信號內阻、有無隔離要求等特點決定變換電路的具體結構型式。圖3是所采用的轉換電路。

圖3 DI/DO開關量電平變換電路

（3） 二型架18、19、21腳，發(fā)射架20、21、28腳，臍帶2、12腳，接口表7腳信號的模擬

二型架18、19腳為-20 V～+20 V、21腳為11.5 V，發(fā)射架20、21腳為-20～+20 V、28腳為11.5 V，臍帶2腳為（92.5±2.5） V DC、12腳為截獲>10 V，未截獲<1 V，接口表7腳為0～15 Vp-p為程控可調直流電壓信號。故該部分電路采用相同結構，即由D/A輸出的電壓信號作為程控信號，將該信號通過電壓放大后輸出，因信號幅值要求不同，對于二型架18、19腳，發(fā)射架20、21腳采用-5～+5 V輸出方式，對于二型架21腳，發(fā)射架28腳，臍帶2、12腳，接口表7腳采用0～10 V輸出，放大電路采用同相放大非對稱供電方式。

（4） 接口表3、4、5腳信號的模擬

該類信號均為固定11.5 V的信號加上可變信號組合的信號。其中接口表3腳為[-10sin E+]11.5 V，4腳為[10cosEsinAz+]11.5 V，5腳為[10sinθ+]11.5 V。這些信號的模擬可采用如下方法：先從D/A中產(chǎn)生該可變信號，然后將其與直流11.5 V一同接入加法器，最終即可得到該類信號。其中3腳采用-5～+5 V輸出方式，4、5腳采用0～+10 V輸出方式。

3 電氣調試系統(tǒng)的軟件設計

為保證軟件的可靠性和實時性，操作系統(tǒng)選用Windows 2000，軟件開發(fā)平臺[8]采用Visual C++ 6.0[9]。為節(jié)省系統(tǒng)存儲空間，在系統(tǒng)安裝時對其進行裁剪保留滿足功能需要的模塊，這樣也有利于提高系統(tǒng)運行的可靠性。

測控軟件的設計按照功能要求劃分邏輯層，包括界面層、業(yè)務層和驅動層。信息交換原則上在鄰近層間進行。界面層完成人機交互，調度主要流程，并和業(yè)務層交換信息。業(yè)務層包含了用于實現(xiàn)軟件功能的業(yè)務規(guī)則，包括時間條件、狀態(tài)條件和執(zhí)行步驟等。驅動層封裝了對底層數(shù)據(jù)的操作，由業(yè)務層調用。驅動設計盡可能面向硬件板卡來設計接口。盡量不涉及業(yè)務層的信息，設計目標是穩(wěn)定、高效和相對獨立性。

軟件結構示意如圖4所示。

圖4 軟件結構示意圖

軟件啟動時，初始化系統(tǒng)，對調試系統(tǒng)進行系統(tǒng)自檢，如果無故障，則系統(tǒng)自動讀取硬件資源；用戶通過流程界面，選擇測試類型，即1553單獨測試還是彈、架測試；在調試的過程中，調試過程窗口會對調試流程進行實時監(jiān)視，對調試的實時數(shù)據(jù)進行顯示，可以更加直觀地觀察整個過程和串口數(shù)據(jù)情況，并且會對歷史調試過程進行保存，方便用戶對歷史測試進行觀察；在測試完成后，會自動生成報表，測試結果會以Word形式進行保存[10]。調試臺的調試流程圖如圖5所示。

圖5 便攜式發(fā)控裝置電氣調試系統(tǒng)軟件流程圖

4 結 語

本文中的便捷式發(fā)控裝置電氣調試系統(tǒng)，自動化程度高，可全程進行自動測試。經(jīng)測試，該系統(tǒng)安全、可靠、適應性強，操作簡單方便，具有良好的擴展性，便于系統(tǒng)的軟、硬件功能擴展，對現(xiàn)代軍事的發(fā)展具有重要的意義。

參考文獻

[1] 趙亞英，袁運平.電氣控制系統(tǒng)設計安裝與調試[M].北京：科學出版社，2013.

[2] 許斌，劉曉龍.PCB自動測試通用適配器設計技術[J].宇航計測技術，2005，25（5）：55?58.

[3] 李曉路.嵌入式系統(tǒng)人機交互界面開發(fā)平臺研究[D].煙臺：煙臺大學，2012.

[4] 劉小虎，謝順依.TMS320F240開發(fā)板的研制[J].微計算機信息，2003，19（8）：48?49.

[5] 陳亞，劉文波，王昌金.自動測試系統(tǒng)自檢方案設計[J].測控技術，2012，31（3）：112?114.

[6] 孫寶江，沈士團，陳星.自動測試系統(tǒng)校準方法研究[J].宇航計測技術，2007，27（1）：30?34.

[7] 閔曉華，陳紹煒，張濤.基于1553B總線的接口軟件設計與實現(xiàn)[J].計算機工程與科學，2009，31（1）：130?133.

[8] BRUEGGE Bernd，DUTOIT Allen H.面向對象軟件工程[M].葉俊民，汪望珠，譯.3版.北京：清華大學出版社，2011.

[9] 陳天華.面向對象程序設計與Visual C++ 6.0教程[M].北京：清華大學出版社，2006.

[10] 熊瑜容，柴毅，王淑娟，等.基于VC++的Word文檔自動生成技術[J].計算機時代，2010（1）：52?54.

信號調理用來匹配計算機接口卡（模塊）和被測產(chǎn)品間的電氣信號和控制，如通道信號變換、模擬信號源注入、抗干擾隔離、測量切換控制等。 系統(tǒng)中需要設計專用的信號調理單元，進行信號的阻抗匹配、電壓匹配和信號的隔離處理接口匹配電路。

（1） A/D信號調理的處理方法

對于電壓變化范圍處于A/D轉換卡電壓適應范圍內且具有較好匹配度的模擬信信號無需進行電平匹配變換，直接送往A/D卡輸入通道。

對于電壓變化范圍超出A/D轉換卡電壓適應范圍或雖處于A/D轉換卡電壓適應范圍內但匹配度相差較大的模擬信號需進行量程匹配或遷移調節(jié)，之后方可送往A/D卡輸入通道，如被測產(chǎn)品工作電壓、電源消耗電流、紋波測量等；圖2（a）、圖2（b）是典型的模擬信號變換電路結構。其中圖2（a）結構適用于被測信號具有較大內阻；量程變換需縮小或放大；要求具有遷移變換的場合；要求具有零位補償?shù)膱龊?。圖2（b）結構適用于內阻較小、幅度需要衰減的信號情形。

為保證模擬信號的數(shù)據(jù)采集精度，信號變換電路在器件選擇時應注意器件的熱穩(wěn)定性指標和漂移指標滿足設計要求。信號的補償和修正從硬件和軟件兩個層面進行。

圖2 模擬信號變換電路

（2） DI/DO信號的處理方法

產(chǎn)品測控用DI/DO通道，凡屬于TTL電平的DI信號無需進行電平轉換，經(jīng)過施密特整形和極性變換后送往DI接口卡，或直接送往DI接口卡。有隔離要求的開關量采集、非TTL電平的開關量信號，均需進行轉換處理。

根據(jù)開關信號的電平幅度、信號內阻、有無隔離要求等特點決定變換電路的具體結構型式。圖3是所采用的轉換電路。

圖3 DI/DO開關量電平變換電路

（3） 二型架18、19、21腳，發(fā)射架20、21、28腳，臍帶2、12腳，接口表7腳信號的模擬

二型架18、19腳為-20 V～+20 V、21腳為11.5 V，發(fā)射架20、21腳為-20～+20 V、28腳為11.5 V，臍帶2腳為（92.5±2.5） V DC、12腳為截獲>10 V，未截獲<1 V，接口表7腳為0～15 Vp-p為程控可調直流電壓信號。故該部分電路采用相同結構，即由D/A輸出的電壓信號作為程控信號，將該信號通過電壓放大后輸出，因信號幅值要求不同，對于二型架18、19腳，發(fā)射架20、21腳采用-5～+5 V輸出方式，對于二型架21腳，發(fā)射架28腳，臍帶2、12腳，接口表7腳采用0～10 V輸出，放大電路采用同相放大非對稱供電方式。

（4） 接口表3、4、5腳信號的模擬

該類信號均為固定11.5 V的信號加上可變信號組合的信號。其中接口表3腳為[-10sin E+]11.5 V，4腳為[10cosEsinAz+]11.5 V，5腳為[10sinθ+]11.5 V。這些信號的模擬可采用如下方法：先從D/A中產(chǎn)生該可變信號，然后將其與直流11.5 V一同接入加法器，最終即可得到該類信號。其中3腳采用-5～+5 V輸出方式，4、5腳采用0～+10 V輸出方式。

3 電氣調試系統(tǒng)的軟件設計

為保證軟件的可靠性和實時性，操作系統(tǒng)選用Windows 2000，軟件開發(fā)平臺[8]采用Visual C++ 6.0[9]。為節(jié)省系統(tǒng)存儲空間，在系統(tǒng)安裝時對其進行裁剪保留滿足功能需要的模塊，這樣也有利于提高系統(tǒng)運行的可靠性。

測控軟件的設計按照功能要求劃分邏輯層，包括界面層、業(yè)務層和驅動層。信息交換原則上在鄰近層間進行。界面層完成人機交互，調度主要流程，并和業(yè)務層交換信息。業(yè)務層包含了用于實現(xiàn)軟件功能的業(yè)務規(guī)則，包括時間條件、狀態(tài)條件和執(zhí)行步驟等。驅動層封裝了對底層數(shù)據(jù)的操作，由業(yè)務層調用。驅動設計盡可能面向硬件板卡來設計接口。盡量不涉及業(yè)務層的信息，設計目標是穩(wěn)定、高效和相對獨立性。

軟件結構示意如圖4所示。

圖4 軟件結構示意圖

軟件啟動時，初始化系統(tǒng)，對調試系統(tǒng)進行系統(tǒng)自檢，如果無故障，則系統(tǒng)自動讀取硬件資源；用戶通過流程界面，選擇測試類型，即1553單獨測試還是彈、架測試；在調試的過程中，調試過程窗口會對調試流程進行實時監(jiān)視，對調試的實時數(shù)據(jù)進行顯示，可以更加直觀地觀察整個過程和串口數(shù)據(jù)情況，并且會對歷史調試過程進行保存，方便用戶對歷史測試進行觀察；在測試完成后，會自動生成報表，測試結果會以Word形式進行保存[10]。調試臺的調試流程圖如圖5所示。

圖5 便攜式發(fā)控裝置電氣調試系統(tǒng)軟件流程圖

4 結 語

本文中的便捷式發(fā)控裝置電氣調試系統(tǒng)，自動化程度高，可全程進行自動測試。經(jīng)測試，該系統(tǒng)安全、可靠、適應性強，操作簡單方便，具有良好的擴展性，便于系統(tǒng)的軟、硬件功能擴展，對現(xiàn)代軍事的發(fā)展具有重要的意義。

參考文獻

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[3] 李曉路.嵌入式系統(tǒng)人機交互界面開發(fā)平臺研究[D].煙臺：煙臺大學，2012.

[4] 劉小虎，謝順依.TMS320F240開發(fā)板的研制[J].微計算機信息，2003，19（8）：48?49.

[5] 陳亞，劉文波，王昌金.自動測試系統(tǒng)自檢方案設計[J].測控技術，2012，31（3）：112?114.

[6] 孫寶江，沈士團，陳星.自動測試系統(tǒng)校準方法研究[J].宇航計測技術，2007，27（1）：30?34.

[7] 閔曉華，陳紹煒，張濤.基于1553B總線的接口軟件設計與實現(xiàn)[J].計算機工程與科學，2009，31（1）：130?133.

[8] BRUEGGE Bernd，DUTOIT Allen H.面向對象軟件工程[M].葉俊民，汪望珠，譯.3版.北京：清華大學出版社，2011.

[9] 陳天華.面向對象程序設計與Visual C++ 6.0教程[M].北京：清華大學出版社，2006.

[10] 熊瑜容，柴毅，王淑娟，等.基于VC++的Word文檔自動生成技術[J].計算機時代，2010（1）：52?54.

信號調理用來匹配計算機接口卡（模塊）和被測產(chǎn)品間的電氣信號和控制，如通道信號變換、模擬信號源注入、抗干擾隔離、測量切換控制等。 系統(tǒng)中需要設計專用的信號調理單元，進行信號的阻抗匹配、電壓匹配和信號的隔離處理接口匹配電路。

（1） A/D信號調理的處理方法

對于電壓變化范圍處于A/D轉換卡電壓適應范圍內且具有較好匹配度的模擬信信號無需進行電平匹配變換，直接送往A/D卡輸入通道。

對于電壓變化范圍超出A/D轉換卡電壓適應范圍或雖處于A/D轉換卡電壓適應范圍內但匹配度相差較大的模擬信號需進行量程匹配或遷移調節(jié)，之后方可送往A/D卡輸入通道，如被測產(chǎn)品工作電壓、電源消耗電流、紋波測量等；圖2（a）、圖2（b）是典型的模擬信號變換電路結構。其中圖2（a）結構適用于被測信號具有較大內阻；量程變換需縮小或放大；要求具有遷移變換的場合；要求具有零位補償?shù)膱龊稀D2（b）結構適用于內阻較小、幅度需要衰減的信號情形。

為保證模擬信號的數(shù)據(jù)采集精度，信號變換電路在器件選擇時應注意器件的熱穩(wěn)定性指標和漂移指標滿足設計要求。信號的補償和修正從硬件和軟件兩個層面進行。

圖2 模擬信號變換電路

（2） DI/DO信號的處理方法

產(chǎn)品測控用DI/DO通道，凡屬于TTL電平的DI信號無需進行電平轉換，經(jīng)過施密特整形和極性變換后送往DI接口卡，或直接送往DI接口卡。有隔離要求的開關量采集、非TTL電平的開關量信號，均需進行轉換處理。

根據(jù)開關信號的電平幅度、信號內阻、有無隔離要求等特點決定變換電路的具體結構型式。圖3是所采用的轉換電路。

圖3 DI/DO開關量電平變換電路

（3） 二型架18、19、21腳，發(fā)射架20、21、28腳，臍帶2、12腳，接口表7腳信號的模擬

二型架18、19腳為-20 V～+20 V、21腳為11.5 V，發(fā)射架20、21腳為-20～+20 V、28腳為11.5 V，臍帶2腳為（92.5±2.5） V DC、12腳為截獲>10 V，未截獲<1 V，接口表7腳為0～15 Vp-p為程控可調直流電壓信號。故該部分電路采用相同結構，即由D/A輸出的電壓信號作為程控信號，將該信號通過電壓放大后輸出，因信號幅值要求不同，對于二型架18、19腳，發(fā)射架20、21腳采用-5～+5 V輸出方式，對于二型架21腳，發(fā)射架28腳，臍帶2、12腳，接口表7腳采用0～10 V輸出，放大電路采用同相放大非對稱供電方式。

（4） 接口表3、4、5腳信號的模擬

該類信號均為固定11.5 V的信號加上可變信號組合的信號。其中接口表3腳為[-10sin E+]11.5 V，4腳為[10cosEsinAz+]11.5 V，5腳為[10sinθ+]11.5 V。這些信號的模擬可采用如下方法：先從D/A中產(chǎn)生該可變信號，然后將其與直流11.5 V一同接入加法器，最終即可得到該類信號。其中3腳采用-5～+5 V輸出方式，4、5腳采用0～+10 V輸出方式。

3 電氣調試系統(tǒng)的軟件設計

為保證軟件的可靠性和實時性，操作系統(tǒng)選用Windows 2000，軟件開發(fā)平臺[8]采用Visual C++ 6.0[9]。為節(jié)省系統(tǒng)存儲空間，在系統(tǒng)安裝時對其進行裁剪保留滿足功能需要的模塊，這樣也有利于提高系統(tǒng)運行的可靠性。

測控軟件的設計按照功能要求劃分邏輯層，包括界面層、業(yè)務層和驅動層。信息交換原則上在鄰近層間進行。界面層完成人機交互，調度主要流程，并和業(yè)務層交換信息。業(yè)務層包含了用于實現(xiàn)軟件功能的業(yè)務規(guī)則，包括時間條件、狀態(tài)條件和執(zhí)行步驟等。驅動層封裝了對底層數(shù)據(jù)的操作，由業(yè)務層調用。驅動設計盡可能面向硬件板卡來設計接口。盡量不涉及業(yè)務層的信息，設計目標是穩(wěn)定、高效和相對獨立性。

軟件結構示意如圖4所示。

圖4 軟件結構示意圖

軟件啟動時，初始化系統(tǒng)，對調試系統(tǒng)進行系統(tǒng)自檢，如果無故障，則系統(tǒng)自動讀取硬件資源；用戶通過流程界面，選擇測試類型，即1553單獨測試還是彈、架測試；在調試的過程中，調試過程窗口會對調試流程進行實時監(jiān)視，對調試的實時數(shù)據(jù)進行顯示，可以更加直觀地觀察整個過程和串口數(shù)據(jù)情況，并且會對歷史調試過程進行保存，方便用戶對歷史測試進行觀察；在測試完成后，會自動生成報表，測試結果會以Word形式進行保存[10]。調試臺的調試流程圖如圖5所示。

圖5 便攜式發(fā)控裝置電氣調試系統(tǒng)軟件流程圖

4 結 語

本文中的便捷式發(fā)控裝置電氣調試系統(tǒng)，自動化程度高，可全程進行自動測試。經(jīng)測試，該系統(tǒng)安全、可靠、適應性強，操作簡單方便，具有良好的擴展性，便于系統(tǒng)的軟、硬件功能擴展，對現(xiàn)代軍事的發(fā)展具有重要的意義。

參考文獻

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