某牽引高炮武器系統(tǒng)檢測裝置的設計與實現(xiàn)

檀　虎，王　林，王保華，李　鵬，康　狄

(西北機電工程研究所，陜西 咸陽　712099)

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【裝備理論與裝備技術】

某牽引高炮武器系統(tǒng)檢測裝置的設計與實現(xiàn)

檀虎，王林，王保華，李鵬，康狄

(西北機電工程研究所，陜西 咸陽712099)

設計并實現(xiàn)了一種使用簡單、維護方便、擴展性強的高炮武器系統(tǒng)檢測裝置。通過對現(xiàn)有檢測裝置的優(yōu)缺點分析，該裝置硬件采用模塊化設計方法，利用一種嵌入式PC標準結構作為硬件基礎，外擴時序控制和接口控制等功能模塊；軟件設計采用分層框架模式，底層軟件和應用層軟件獨立設計，能夠內通交互。與武器系統(tǒng)對接試驗表明，該檢測裝置能夠很好地完成對武器系統(tǒng)的檢測，易攜帶、易操作、易擴展，為該牽引高炮武器系統(tǒng)維修保障和其他檢測裝置的設計提供了依據(jù)。

檢測裝置；武器系統(tǒng)；模塊化設計；維修保障

在現(xiàn)代化的裝備保障體系中，維修保障與故障檢測處于一個相當重要的地位[1]。隨著科技的發(fā)展和應用的擴展，某牽引高炮武器系統(tǒng)已不能滿足新形勢下信息化戰(zhàn)爭的需求，對其信息化、智能化的提升顯得尤為關鍵，同時也要求其配套和維修保障設備跟上時代的步伐，對檢測裝置也提出了新的需求。

目前的武器裝備領域，檢測裝置已有了一定的研發(fā)成果。郭軍偉等人利用虛擬儀器技術和數(shù)據(jù)庫技術設計了一種新型高炮跟蹤系統(tǒng)綜合性能檢測裝置[2]，趙棟等人設計一種用于現(xiàn)場檢測通信設備的遠端檢測模塊[3]，朱欣穎基于PC104開發(fā)了一套用于檢測隨動和供輸彈機的火炮性能檢測系統(tǒng)[4]，但是檢測裝置只能檢測某一項或多項單體狀態(tài)，難以實現(xiàn)一套檢查裝置完成對全武器系統(tǒng)的檢測；且多數(shù)裝置過于龐大、復雜，在檢測和故障診斷時需要具備一定經驗積累的維護人員。

針對如上問題，以某牽引高炮武器系統(tǒng)為例設計并實現(xiàn)了一種系統(tǒng)級的檢測裝置。采用模塊化設計思路，利用分層結構進行軟件實現(xiàn)，具有可測試項多、易攜帶、易操作、易擴展等優(yōu)點。

1　系統(tǒng)概述

檢測裝置以實用性、便攜性和擴展性為設計原則。利用一種嵌入式PC標準結構作為硬件的設計基礎，外擴不同模塊，完成時序控制、接口控制，使其能夠對外提供無極性RS485串口、CAN總線接口、USB接口、網(wǎng)口等一系列接口。采用底層軟件和應用層軟件獨立設計、內通交互的模式，保證了其實用性和擴展性。

檢測裝置作為系統(tǒng)級的保障設備，能夠分別完成對武器系統(tǒng)內火力系統(tǒng)和火控系統(tǒng)的檢測。當檢測火力系統(tǒng)時，模擬“火控系統(tǒng)”生成相應的交互數(shù)據(jù)發(fā)送給火力系統(tǒng)，并接收、顯示火力系統(tǒng)的回報狀態(tài)，以完成對火力系統(tǒng)和火控系統(tǒng)的功能、性能和接口的檢測，如表1所示。

表1　檢測裝置檢測項統(tǒng)計表

2　系統(tǒng)設計

2.1硬件組成與工作原理

檢測裝置采用模塊化設計，由液晶顯示器、操控按鍵、信息處理模塊、接口控制模塊、電源管理模塊組成，其組成框圖如圖1。

圖1　檢測裝置系統(tǒng)組成框圖

機箱設計為加固型手持式結構，在便攜和方便操作的基礎上綜合考慮內外模塊的布置；液晶顯示器主要用于人機界面和數(shù)據(jù)的顯示，采用10.4″彩屏，分辨率為1 024×768；由8個按鍵按照左右平均分布的方式布置在顯示器兩側，完成檢測裝置所有操作。

信息處理模塊是檢測裝置的主控核心模塊，采用高性能、低功耗的Intel處理器，完成對多通道數(shù)據(jù)的處理、存儲、顯示等功能。接口控制模塊利用PCI-E總線控制器為收發(fā)控制核心，通過具有極性糾正功能的RS485串口收發(fā)器件和成熟的CAN總線收發(fā)器件完成RS485串口收發(fā)和CAN總線收發(fā)功能。電源管理模塊采用多級變換級聯(lián)設計，將外部直流電源降壓、濾波后進行系統(tǒng)供電使用[5]。

檢測裝置通過輸入電源DC28V為系統(tǒng)檢測裝置各部件需要的直流電源，信息處理模塊協(xié)同接口控制模塊與火控系統(tǒng)或火力系統(tǒng)進行信息交互，液晶顯示器顯示交互信息并提供人機交互界面。系統(tǒng)檢測裝置的系統(tǒng)原理框圖如圖2所示。

圖2　檢測裝置工作原理框圖

2.2軟件框架與軟件流程

2.2.1軟件框架

系統(tǒng)軟件采用底層軟件和應用層軟件獨立設計、內通交互的軟件框架模式[6]，使兩層軟件可以單獨調試與測試，加快了軟件開發(fā)的速度；同時，在外部接口模式和通信方式不變的情況下，僅修改應用層軟件就可以進行功能擴展，增加了系統(tǒng)的可擴展性。其軟件框架示意圖如圖3所示。

圖3　檢測裝置軟件框架示意圖

按照軟件框架結構，檢測裝置軟件流程包含底層軟件流程和應用層軟件流程。其兩個流程可以單獨運行調試，通過內部通信交互接口進行數(shù)據(jù)傳輸交互，具體如圖4所示。

圖4　檢測裝置軟件流程

2.2.2底層軟件流程

在完成系統(tǒng)上電初始化后，底層軟件偵聽是否有接收數(shù)據(jù)。當有數(shù)據(jù)至檢測裝置接口控制模塊時，進行數(shù)據(jù)格式判斷，若接收的數(shù)據(jù)格式為協(xié)定的格式時，將從內通接口發(fā)送來的數(shù)據(jù)放入緩存區(qū)，并調用定時發(fā)送子程序將緩存區(qū)數(shù)據(jù)定時發(fā)送；若接收的數(shù)據(jù)格式非協(xié)定的格式時，將接收到的數(shù)據(jù)放入至緩存區(qū)內，并通過內通接口發(fā)送至應用層軟件。

2.2.3應用層軟件流程

應用層軟件完成接口、界面和緩存區(qū)初始化后，根據(jù)界面虛擬按鍵的選擇進行被檢測系統(tǒng)判斷。當選擇檢測火力系統(tǒng)時，進入“模擬‘火控系統(tǒng)’”子界面；當選擇檢測火控系統(tǒng)時，進入“模擬‘火力系統(tǒng)’”子界面。

在子界面中完成表1中相應檢測項的選擇，并根據(jù)彈出界面進行相應設置。應用層軟件根據(jù)選擇和設置情況進行數(shù)據(jù)模擬，并按照通信協(xié)議進行發(fā)送數(shù)據(jù)格式整理，隨后將生成數(shù)據(jù)發(fā)送給內通接口，同時更新界面的相應顯示。

同時，當內通接口中有數(shù)據(jù)接收的時候，按照通信協(xié)議進行解析，更新界面中相應的顯示內容。

3　系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1內通數(shù)據(jù)格式

接口控制模塊在接收到數(shù)據(jù)時首先完成數(shù)據(jù)格式的判斷，以確定是外部接收到的數(shù)據(jù)還是應用層軟件通過內通接口外發(fā)的數(shù)據(jù)。具體格式結構如表2所示。

若接收到的數(shù)據(jù)為0xaa、0x55開頭的4字節(jié)數(shù)據(jù)格式時，接口控制模塊按照后兩位字節(jié)定義的數(shù)據(jù)長度將數(shù)據(jù)存入緩存區(qū)，等待后續(xù)的定時發(fā)送。

表2　內通數(shù)據(jù)格式定義

3.2應用程序

應用程序以VisualC++為軟件開發(fā)基礎，結合多窗口界面優(yōu)化第三方類庫BCGControlBar進行界面設計與開發(fā)。BCGControlBar是一款較為專業(yè)的MFC擴展庫，其擁有300多個擴展類，可以很輕松的豐富和美化界面；同時，以MFC的擴展庫的形式存在，可以快速的融入到C++的開發(fā)和代碼編寫中，極大地簡化了人機交互界面的設計，縮短了開發(fā)周期[7]。

應用程序使用模塊化方式實現(xiàn)，包含人機界面模塊、接口模塊、數(shù)據(jù)處理模塊等3個模塊。人機界面模塊包含狀態(tài)選擇界面、“模擬‘火控系統(tǒng)’”子界面、“模擬‘火力系統(tǒng)’”子界面和5個參數(shù)選擇界面，完成界面顯示和人機交互功能；接口模塊完成接口初始化和數(shù)據(jù)收發(fā)線程的調用和處理；數(shù)據(jù)處理模塊完成相應數(shù)據(jù)的生成、整理和解析功能。其結構框圖如圖5所示。

圖5　應用程序結構框圖

3.3試驗測試

經裝調現(xiàn)場驗證，該檢測裝置體積小、質量輕，可手持操作；接口靈活方便，可實現(xiàn)無極性的RS485接口進行數(shù)據(jù)傳輸，傳輸正確率超過99%，另外，人機交互界面清晰、分區(qū)明確，數(shù)據(jù)顯示方式多樣，便于觀察。圖6為檢測裝置向火力系統(tǒng)發(fā)送目標航路數(shù)據(jù)界面。

圖6　檢測裝置向火力系統(tǒng)發(fā)送航路數(shù)據(jù)

利用總體測試裝置采集分系統(tǒng)狀態(tài)位和數(shù)據(jù)位狀態(tài)，并與檢測裝置發(fā)送數(shù)據(jù)進行對比驗證，結果顯示其功能、性能滿足表1中所有檢測項的需要，其部分性能測試結果如表3所示。

表3　部分性能測試結果對比

當系統(tǒng)進行外場試驗時，火控系統(tǒng)和檢測裝置分別向火力系統(tǒng)發(fā)送航路數(shù)據(jù)，使用逆解法完成火控系統(tǒng)解算精度檢測，結果顯示其具有該項檢測功能。且當分系統(tǒng)分處兩地試驗時，檢測裝置可以完成對系統(tǒng)內分系統(tǒng)的模擬，完成相關的功能、性能檢測。解算精度檢測結果如表4所示。

表4　解算精度檢測結果對比

4　結束語

本文設計的檢測裝置能夠有效地解決因測試項目繁多而引起的測試裝備種類繁瑣、操作復雜等問題?；谀K化設計的檢測裝置具有接口無極性、易攜帶、易操作、易擴展等特點，為裝備維修保障和其他檢測裝置的設計提供了依據(jù)。

[1]梁慶林.裝備維修管理與故障處理系統(tǒng)EMFS設計與實現(xiàn)[D].長沙：國防科學技術大學,2009.

[2]郭軍偉，司凱威，王忠勇,等.基于LabVIEW的高炮跟蹤系統(tǒng)檢測裝置[J].火炮發(fā)射與控制學報,2010,31(3):95-98.

[3]趙棟，程遠增，高慶.某自行高炮無線通信系統(tǒng)模擬與檢測系統(tǒng)[J].四川兵工學報,2010,31(6):34-36,51.

[4]朱欣穎.某火炮性能檢測系統(tǒng)的研究[D].西安：西安工業(yè)大學,2012.

[5]胡海風.多總線檢測裝置的研究與設計[D].太原：中北大學,2010.

[6]劉穎.便攜電臺測試儀軟件設計與實現(xiàn)[D].成都：電子科技大學,2011.

[7]劉琨，史曉鋒.機載多源飛行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J].空中交通管理,2010(9):11-14.

(責任編輯周江川)

DesignandImplementationofTestEquipmentonaTractionAntiaircraftWeaponsSystem

TANHu,WANGLin,WANGBao-hua,LIPeng,KANGDi

(NorthwestInstituteofMechanicalandElectricalEngineering,Xianyang712099,China)

Portableandscalabletestequipmentofatractionantiaircraftweaponssystemwasdesignedandimplemented.Byanalyzingtheadvantagesanddisadvantagesofexistingtestequipment,themodularizationapproachwasutilizedinthedesignofthisdevice.Thefunctionmodules,suchastimingcontrolandinterfacecontrol,wereattachedtoastandardembeddedPCconstitutedframework.Thesoftwarewasdesignedtobehierarchicalframeworkstructure,wherethesubstratesoftwareandapplicationsoftwarewereindependentlydesignedbutinternallycommunicated.Thefieldexperimentshowsthatthetesterperformswellfortestingontractionantiaircraftweaponssystem,anditscharacteristicslikeportable,scalableandeasily-operated,whichlaysagoodfoundationformaintenancesupportandothertesters’design.

testequipment；weaponssystem；modularization；maintenancesupport

2016-04-20；

2016-05-10

檀虎(1986—)，男，工學碩士，工程師，主要從事電氣總體技術研究。

10.11809/scbgxb2016.09.017

format:TANHu,WANGLin,WANGBao-hua,etal.DesignandImplementationofTestEquipmentonaTractionAntiaircraftWeaponsSystem[J].JournalofOrdnanceEquipmentEngineering,2016(9):71-74.

TJ06

A

2096-2304(2016)09-0071-04

本文引用格式：檀虎，王林，王保華，等.某牽引高炮武器系統(tǒng)檢測裝置的設計與實現(xiàn)[J].兵器裝備工程學報，2016(9):71-74.