光纖尋的發(fā)控模擬裝置的研究與設(shè)計(jì)*

張瑜潔,金 陽,母勇民

(中國(guó)兵器工業(yè)第203研究所,西安 710065)

光纖尋的發(fā)控模擬裝置的研究與設(shè)計(jì)*

張瑜潔,金 陽,母勇民

(中國(guó)兵器工業(yè)第203研究所,西安 710065)

為了完成某型武器系統(tǒng)的地面綜合聯(lián)試,文中采用PXI總線技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了某型光纖尋的發(fā)控模擬裝置。通過研究武器系統(tǒng)工作特點(diǎn),設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)發(fā)控模擬裝置的軟硬件結(jié)構(gòu),解決了實(shí)時(shí)響應(yīng)、遠(yuǎn)程控制等關(guān)鍵技術(shù),模擬某型武器系統(tǒng)地面發(fā)射系統(tǒng),完成地面綜合聯(lián)試。試驗(yàn)表明,發(fā)控模擬裝置已成功應(yīng)用于系統(tǒng)聯(lián)試,性能良好,工作穩(wěn)定。

PXI總線;實(shí)時(shí)響應(yīng);遠(yuǎn)程控制

0 引言

隨著武器系統(tǒng)日益復(fù)雜,性能要求越來越高,為縮短研制周期,節(jié)省研制經(jīng)費(fèi),虛擬試驗(yàn)、仿真試驗(yàn)的重要性愈加凸顯。綜合聯(lián)試成為武器系統(tǒng)科研階段必備試驗(yàn),完成實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下系統(tǒng)級(jí)測(cè)試及飛行試驗(yàn)的發(fā)射前系統(tǒng)測(cè)試。綜合聯(lián)試采用“虛實(shí)結(jié)合”的設(shè)計(jì)模式[1],確保與飛行試驗(yàn)流程的一致性、完整性,提高武器系統(tǒng)綜合聯(lián)試質(zhì)量。

文中基于以上原因進(jìn)行研究論證了某型光纖尋的發(fā)控模擬裝置。該發(fā)控模擬裝置采用PXI總線技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn),能夠模擬地面發(fā)射系統(tǒng),完成發(fā)射控制、監(jiān)測(cè)和處理功能,試驗(yàn)結(jié)束后,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行回放處理,對(duì)武器系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行判讀,為飛行試驗(yàn)、毀傷評(píng)估等提供依據(jù)[2]。

1 發(fā)控模擬裝置總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

發(fā)控模擬裝置主要由模擬電源單元、主控制單元、信號(hào)調(diào)理單元等三部分組成,與信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置、圖像處理裝置配合,模擬地面發(fā)射系統(tǒng)的接口功能和輸出參數(shù),與被測(cè)對(duì)象進(jìn)行數(shù)字通訊、控制輸出相關(guān)模擬量,實(shí)現(xiàn)模擬發(fā)射功能,接收、處理、判斷并顯示被測(cè)對(duì)象返回的狀態(tài)信息,具備遠(yuǎn)程控制功能,遠(yuǎn)程控制功能由數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)和實(shí)時(shí)控制網(wǎng)兩部分組成。發(fā)控模擬裝置系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 發(fā)控模擬裝置系統(tǒng)組成圖

2 發(fā)控模擬裝置硬件設(shè)計(jì)

發(fā)控模擬裝置硬件設(shè)計(jì)主要包含模擬電源單元設(shè)計(jì)、主控制單元設(shè)計(jì)、信號(hào)調(diào)理單元設(shè)計(jì)、系統(tǒng)自檢設(shè)計(jì)四大部分。

2.1 模擬電源單元

模擬電源單元主要包括模擬被測(cè)對(duì)象工作電源和模擬地面電源單元兩個(gè)部分,按時(shí)序提供被測(cè)對(duì)象、地面設(shè)備工作所需電源,采用光電隔離傳感器對(duì)電源電壓和電流進(jìn)行采集和監(jiān)視。被測(cè)對(duì)象供電系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 被測(cè)對(duì)象供電系統(tǒng)圖

2.2 主控制單元

基于PXI總線技術(shù)的自動(dòng)測(cè)試設(shè)備具有測(cè)試成本低、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)小、系統(tǒng)開發(fā)周期較短等優(yōu)勢(shì)[3]。

主控制單元主要包括PXI系統(tǒng)、工控計(jì)算機(jī)、信號(hào)源、以太網(wǎng)交換機(jī)、點(diǎn)火電源等設(shè)備。主控制單元是系統(tǒng)核心控制部分,主要完成系統(tǒng)調(diào)度、系統(tǒng)控制、系統(tǒng)通訊和遠(yuǎn)程控制的功能。主控制單元模擬發(fā)控系統(tǒng)的輸入輸出參數(shù),與信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置、圖像處理裝置、被測(cè)設(shè)備進(jìn)行通信,接收、處理、判斷并顯示控制操作和被測(cè)對(duì)象返回的狀態(tài)信息。主控制單元組成如圖3所示。

圖3 主控制單元組成圖

主控制單元與其它設(shè)備的通信包括遠(yuǎn)程控制和串行控制兩種方式。

2.2.1 遠(yuǎn)程控制方式

主控制單元里的遠(yuǎn)程控制模塊接收通過以太網(wǎng)傳來的命令,使系統(tǒng)按照預(yù)設(shè)配置,自動(dòng)執(zhí)行試驗(yàn)任務(wù)。主控制單元的工控機(jī)配置了兩個(gè)以太網(wǎng)接口,做到內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)的分離。這樣設(shè)計(jì)保證了發(fā)控模擬裝置內(nèi)部設(shè)備控制的安全性,也保證了全系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)帶寬分配的合理性。遠(yuǎn)程控制方式如圖4所示。

圖4 遠(yuǎn)程控制方式示意圖

2.2.2 串行控制方式

RS-422/CAN串行接口主要用于主控制單元與各設(shè)備之間的命令和數(shù)據(jù)通信,連接關(guān)系如圖5所示。

圖5 串行控制方式示意圖

2.3 信號(hào)調(diào)理單元

信號(hào)調(diào)理單元主要完成被測(cè)系統(tǒng)與主控單元的信號(hào)轉(zhuǎn)接、隔離,控制信號(hào)放大等功能。

2.4 系統(tǒng)自檢單元

系統(tǒng)自檢單元具有系統(tǒng)自檢與故障診斷兩大功能,是對(duì)系統(tǒng)的可用性進(jìn)行檢查。

3 發(fā)控模擬裝置軟件設(shè)計(jì)

發(fā)控模擬裝置軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)為分層模型:驅(qū)動(dòng)層主要由NI數(shù)字采集工具軟件構(gòu)成。驅(qū)動(dòng)層之上是應(yīng)用層,該層主要完成系統(tǒng)自檢、測(cè)試參數(shù)設(shè)置、電源時(shí)序編輯、信號(hào)采集等功能。

由于普通PC機(jī)應(yīng)用的是Windows多任務(wù)分時(shí)操作系統(tǒng),外部事件通常在隊(duì)列中等待處理,因而很難保證實(shí)時(shí)特性[4-5]。而LabVIEW RT系統(tǒng)是NI公司在LabVIEW開發(fā)環(huán)境中加上了RT模塊,配合必要的硬件平臺(tái),為實(shí)時(shí)系統(tǒng)開發(fā)提供的一個(gè)易用的高性能平臺(tái)[6]。需要進(jìn)行1 ms精確時(shí)間控制的應(yīng)用程序包括命令接收、處理、判斷、模擬輸出等,都運(yùn)行在零槽控制器的LabVIEW RT實(shí)時(shí)系統(tǒng)上,是底層驅(qū)動(dòng)程序。

用戶界面部分、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等非實(shí)時(shí)操作在工控計(jì)算機(jī)Windows XP環(huán)境里運(yùn)行,用于完成加密狗驗(yàn)證、系統(tǒng)自檢、硬件配置、按照時(shí)序設(shè)定的配置指令自動(dòng)或用戶手動(dòng)執(zhí)行程序,返回試驗(yàn)信息、存儲(chǔ)試驗(yàn)結(jié)果等功能。

遠(yuǎn)程控制軟件結(jié)構(gòu)使用C/S模式,與本地控制軟件和實(shí)時(shí)控制軟件配合,完成系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制功能。

實(shí)驗(yàn)結(jié)束,自動(dòng)生成測(cè)試結(jié)果報(bào)表,并根據(jù)需要將測(cè)試結(jié)果打印輸出。

系統(tǒng)軟件流程圖如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)軟件流程圖

4 發(fā)控模擬裝置完成地面聯(lián)試

某型武器系統(tǒng)地面聯(lián)試時(shí),發(fā)控模擬裝置模擬地面發(fā)射系統(tǒng),實(shí)驗(yàn)主界面如圖7所示。

圖7 實(shí)驗(yàn)主界面

地面聯(lián)試前,發(fā)控模擬裝置首先需要進(jìn)行系統(tǒng)自檢,如圖8所示。

地面聯(lián)試過程中,發(fā)控模擬裝置聯(lián)試實(shí)驗(yàn)界面如圖9所示,分為5個(gè)顯示區(qū)域。在實(shí)驗(yàn)界面上單擊開始實(shí)驗(yàn),進(jìn)入地面聯(lián)試;單擊停止,則可隨時(shí)終止本次地面聯(lián)試。

a)電源狀態(tài)指示:位于實(shí)驗(yàn)界面上部,實(shí)時(shí)顯示5組電源的工作狀態(tài)、4組被測(cè)對(duì)象的電壓、電流等信息;

b)返回信息指示:位于實(shí)驗(yàn)界面右邊,實(shí)時(shí)顯示返回的通訊數(shù)據(jù)、用戶的手動(dòng)操作等信息;

c)參數(shù)顯示指示:位于實(shí)驗(yàn)界面左邊,顯示本次配置的通訊參數(shù)數(shù)據(jù);

d)按鍵顯示指示:位于參數(shù)顯示下邊,框內(nèi)顯示按鍵操作情況;

e)狀態(tài)欄:狀態(tài)欄里的上電時(shí)間,是指從實(shí)驗(yàn)開始的計(jì)時(shí)時(shí)間;飛行時(shí)間,指擊發(fā)開始的計(jì)時(shí)時(shí)間。

在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,當(dāng)前狀態(tài)里將顯示自動(dòng)保存記錄的文件路徑。

圖8 發(fā)控模擬裝置系統(tǒng)自檢

圖9 實(shí)驗(yàn)界面

5 結(jié)束語

文中研究并設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于PXI總線技術(shù)的某型光纖尋的發(fā)控模擬裝置。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,采用基于LabVIEW RT實(shí)時(shí)模塊,確保系統(tǒng)1 ms的控制精度,總體設(shè)計(jì)技術(shù)集成化、系統(tǒng)化程度較高,提高系統(tǒng)的實(shí)用性、穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性。實(shí)踐表明,該型發(fā)控模擬裝置界面友好,測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確,可靠性高。

[1] 談斌, 郭士波, 傅彬. 基于HLA的裝備操作訓(xùn)練仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究 [J]. 系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào), 2011, 23(增刊1): 177-179.

[2] 李高升, 劉培國(guó), 覃宇建, 等. 一種防空模擬訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J]. 無線電工程, 2011, 41(1): 47-50.

[3] 肖虎斌. 基于HLA的某型艦炮武器模擬訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J]. 艦船科學(xué)技術(shù), 2011, 32(11): 79-83.

[4] 項(xiàng)曉峰, 田作華, 張憶. LabVIEW RT實(shí)時(shí)控制開發(fā)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與開發(fā)應(yīng)用 [J]. 測(cè)控技術(shù), 2002, 21(12): 61-63.

[5] 蘇海龍. LabVIEW RT在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 [J]. 儀表技術(shù), 2003(5): 7-8.

[6] 顧學(xué)飛. 基于LabVIEW RT的振動(dòng)主動(dòng)控制技術(shù)研究 [D]. 南京: 南京理工大學(xué), 2008: 42-43.

Research and Design of the Optical Fiber Homing Fire Control Device

ZHANG Yujie,JIN Yang,MU Yongmin

(No.203 Research Institute of China Ordnance Industries, Xi’an 710065, China)

In order to complete the ground integrated test of a certain weapon system, this paper used PXI bus technology for the design and implementation of the optical fiber homing fire control device. By studying the characteristics of the weapon system, this paper designed and implemented hardware and software structure of homing fire control device, and solved the key technologies such as real-time response, remote control. The simulation of weapon system launch system on the ground were completed. Tests showed that homing fire control device had been successfully applied in the system integration test. The performance was good, and it could work stably.

PXI bus; real-time response; remote control

2016-05-03

張瑜潔(1982-),女,陜西咸陽人,工程師,研究方向:軟件測(cè)試技術(shù)。

TJ768.3

A