一種基于1553B總線的導(dǎo)彈測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

秦發(fā)林

摘 要：本文闡述了一種基于1553B總線的導(dǎo)彈測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)，全面地解析了圍繞1553B總線的導(dǎo)彈測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理及系統(tǒng)構(gòu)建。通過該技術(shù)研究與應(yīng)用，提高了導(dǎo)彈測(cè)試系統(tǒng)可靠性和可擴(kuò)展性，解決了導(dǎo)彈測(cè)試系統(tǒng)過于獨(dú)立化、專一化，不利于擴(kuò)展應(yīng)用等問題，滿足了某型號(hào)導(dǎo)彈測(cè)試需求，為后續(xù)型號(hào)測(cè)試系統(tǒng)的研制和優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞： 1553B總線；導(dǎo)彈測(cè)試系統(tǒng)

1 引言

隨著地空導(dǎo)彈武器裝備技術(shù)的發(fā)展，武器裝備更新?lián)Q代周期越來越短，導(dǎo)彈復(fù)雜程度越來越高，衍生型號(hào)眾多，集團(tuán)內(nèi)各大院所呈現(xiàn)出預(yù)研一代、研制一代、批產(chǎn)一代的多型號(hào)任務(wù)并舉局面。導(dǎo)彈測(cè)試系統(tǒng)作為所屬武器系統(tǒng)專用檢測(cè)設(shè)備，其發(fā)展必須跟上導(dǎo)彈研制步伐。

長(zhǎng)期以來，我單位自行研制的導(dǎo)彈測(cè)試系統(tǒng)存在兩方面不足。首先，系統(tǒng)體積龐大，功能過于獨(dú)立化和專一化，模塊化、通用化、系列化程度低，不便于操作、轉(zhuǎn)運(yùn)、維護(hù)和維修，可靠性差，一旦出現(xiàn)故障，部隊(duì)基本無法自行進(jìn)行故障診斷、定位和維修，因此，給工廠售后服務(wù)增加難度和過多的人員、經(jīng)濟(jì)投入；其次，軟件和硬件可擴(kuò)展程度低，無法兼容不同型號(hào)導(dǎo)彈測(cè)試，當(dāng)導(dǎo)彈停產(chǎn)或退役后，導(dǎo)彈測(cè)試系統(tǒng)只能隨之退役并荒廢，不能擴(kuò)展應(yīng)用至其他型號(hào)導(dǎo)彈測(cè)試，造成資源的極大浪費(fèi)。因此，開展地空導(dǎo)彈測(cè)試系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計(jì)研究，以滿足未來多型號(hào)、多階段導(dǎo)彈測(cè)試任務(wù)的需求，是推動(dòng)導(dǎo)彈測(cè)試系統(tǒng)模塊化、通用化、系列化發(fā)展的需要，也是測(cè)試專業(yè)自身發(fā)展的需要。

本文介紹了一種基于1553B總線的導(dǎo)彈測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，通過該技術(shù)應(yīng)用，提高了導(dǎo)彈測(cè)試系統(tǒng)的可靠性和可擴(kuò)展性，解決了導(dǎo)彈測(cè)試系統(tǒng)過于獨(dú)立化、專一化的問題，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)彈測(cè)試系統(tǒng)模塊化、通用化、系列化。該技術(shù)已成功在我院某型號(hào)導(dǎo)彈測(cè)試系統(tǒng)上應(yīng)用，并取得了良好效果。

2 名詞解釋

1553B總線：是美國軍方專門為飛機(jī)上設(shè)備制定的一種信息傳輸總線標(biāo)準(zhǔn)，具有傳輸可靠性高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、技術(shù)成熟、易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。

總線控制器（BC）：是總線系統(tǒng)中組織信息傳輸?shù)慕K端，是總線上必不可少的重要組成部分。BC發(fā)起總線上的數(shù)據(jù)傳輸，只有當(dāng)總線控制器向某RT發(fā)出總線指令后，該RT才能參與數(shù)據(jù)傳輸。

遠(yuǎn)程終端（RT）：是總線系統(tǒng)中不作為總線控制器或總線監(jiān)控器的所有終端，RT在BC的控制下有序地進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)，遠(yuǎn)程終端不能發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸?？偩€上最多可以掛接32個(gè)RT，每個(gè)RT具有唯一的終端地址，而每一個(gè)終端地址又可以有32個(gè)獨(dú)立的子地址。

3 系統(tǒng)構(gòu)建

測(cè)試時(shí)，導(dǎo)彈測(cè)試系統(tǒng)向?qū)椞峁╇娔苁箯椛细髟O(shè)備工作，同時(shí)按時(shí)序向?qū)検┘蛹榷ǖ募?lì)信號(hào)，導(dǎo)彈接收到激勵(lì)信號(hào)后開始工作，工作過程中將產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的被測(cè)信號(hào)，被測(cè)信號(hào)通過測(cè)試電纜傳輸或空饋至導(dǎo)彈測(cè)試系統(tǒng)，導(dǎo)彈測(cè)試系統(tǒng)對(duì)接收到的被測(cè)信號(hào)進(jìn)行采集、處理、判定和顯示，用戶根據(jù)測(cè)試結(jié)果判定導(dǎo)彈狀態(tài)是否良好。針對(duì)導(dǎo)彈測(cè)試的共性特征，導(dǎo)彈測(cè)試系統(tǒng)必須具備以下功能才能進(jìn)行導(dǎo)彈測(cè)試：

（1）能源供給功能：具有向?qū)椞峁┍仨毜碾娔堋饽艿饶茉吹墓δ埽?/p>

（2）激勵(lì)信號(hào)輸出功能：測(cè)試系統(tǒng)根據(jù)導(dǎo)彈測(cè)試需要，按照既定時(shí)序向?qū)椞峁┨囟ù笮?、頻率的低頻激勵(lì)信號(hào)（模擬量和狀態(tài)量）和射頻激勵(lì)信號(hào)的功能；

（3）低頻信號(hào)采集功能：測(cè)試系統(tǒng)通過采集自身電源參數(shù)（電壓、消耗電流）、導(dǎo)彈供電電源參數(shù)（彈上電壓、消耗電流）以及彈上二次電源參數(shù)來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)自身和導(dǎo)彈是否工作正常；

（4）狀態(tài)信號(hào)采集功能：導(dǎo)彈根據(jù)工作時(shí)序無源產(chǎn)生的脈沖響應(yīng)信號(hào)和在外部激勵(lì)作用產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行采集的功能；

（5）射頻信號(hào)采集：測(cè)試系統(tǒng)具有根據(jù)不同導(dǎo)彈測(cè)試需要，按照既定時(shí)序采集導(dǎo)彈下傳的各種射頻響應(yīng)信號(hào)的功能，如遙測(cè)信號(hào)、應(yīng)答響應(yīng)信號(hào)等。

導(dǎo)彈測(cè)試系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為核心，通過1553B總線控制各分系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，按照既定的測(cè)試時(shí)序完成導(dǎo)彈測(cè)試。如圖1所示，分系統(tǒng)包括：人機(jī)交互系統(tǒng)、1553B總線系統(tǒng)、低頻處理單元、射頻單元、接口匹配單元和供配電單元。各分系統(tǒng)又由不同功能組合及組件組成，作為遠(yuǎn)程終端直接相應(yīng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)出的1553B總線命令，執(zhí)行相應(yīng)操作。

各分系統(tǒng)主要功能如下：

（1）人機(jī)交互系統(tǒng)：人機(jī)交互系統(tǒng)是測(cè)試控制和系統(tǒng)資源的調(diào)配單元，測(cè)試系統(tǒng)對(duì)外交流的窗口，是整個(gè)導(dǎo)彈測(cè)試系統(tǒng)的神經(jīng)中樞。具有運(yùn)算、存儲(chǔ)和顯示等功能，并具備涉密信息網(wǎng)絡(luò)接入能力，保證測(cè)試的遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)傳輸，能將數(shù)據(jù)發(fā)送給導(dǎo)彈設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速解析，判斷產(chǎn)品性能；

（2）1553B總線系統(tǒng)：1553B總線系統(tǒng)作為導(dǎo)彈測(cè)試系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算機(jī)通過1553B總線控制其余單元完成相應(yīng)動(dòng)作。采用1553B總線結(jié)構(gòu)，可降低系統(tǒng)成本，維修方便，采用總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的硬件模塊兼容性強(qiáng)，而且便于系統(tǒng)集成，可滿足不同測(cè)試系統(tǒng)的需要；

（3）低頻處理單元：低頻處理單元采用1553B總線接口進(jìn)行設(shè)計(jì)，以滿足系統(tǒng)模塊化設(shè)計(jì)的要求。低頻處理單元主要實(shí)現(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)低頻信號(hào)輸出控制（狀態(tài)信號(hào)、模擬信號(hào)及激勵(lì)信號(hào)）、輸入低頻信號(hào)采集（狀態(tài)信號(hào)和模擬信號(hào)）和彈地通信。采用插入式板卡模塊設(shè)計(jì)，一般包括I/O擴(kuò)展模塊、AD采集模塊、D/A輸出模塊和彈地通訊模塊，各模塊即為獨(dú)立的RT終端，根據(jù)需要還可以進(jìn)行擴(kuò)展；

（4）射頻單元：射頻單元采用1553B總線接口進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)導(dǎo)彈測(cè)試需要，射頻處理單元分為射頻輸出單元和射頻處理單元，各單元即為獨(dú)立的RT終端，形成獨(dú)立測(cè)試組合。其中，射頻輸出單元輸出的射頻信號(hào)編碼形式和信號(hào)頻段可通過軟件進(jìn)行調(diào)控；射頻處理單元用于導(dǎo)彈下傳射頻信號(hào)測(cè)試，信號(hào)處理在一定頻段范圍內(nèi)可進(jìn)行硬調(diào)控和軟調(diào)控，能滿足不同導(dǎo)彈測(cè)試需要；

（5）接口匹配單元：導(dǎo)彈測(cè)試過程中，通過低頻處理單元送至導(dǎo)彈的上行低頻激勵(lì)信號(hào)以及導(dǎo)彈下行的低頻被測(cè)信號(hào)都需要進(jìn)入接口匹配單元進(jìn)行調(diào)理和匹配變換，保證導(dǎo)彈和低頻處理單元能夠進(jìn)行測(cè)量與控制；同時(shí)，由于信號(hào)特征、信號(hào)強(qiáng)弱、模擬源激勵(lì)方式、共地特性等不同，必須進(jìn)行信號(hào)調(diào)理和匹配，保證測(cè)試信號(hào)間不相互干擾。按照被測(cè)信號(hào)特性，可將接口匹配單元分為控制驅(qū)動(dòng)模塊、信號(hào)匹配隔離模塊和接口匹配模塊，各模塊通過模擬電路實(shí)現(xiàn)，通過調(diào)換電路中的部分器件即可兼容其他型號(hào)導(dǎo)彈測(cè)試，具有較強(qiáng)的模塊化和通用化；endprint

（6）供配電單元：供配電單元根據(jù)用電設(shè)備的需求分為直流供電模塊和交流供電模塊。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過1553B總線控制低頻處理單元中的I/O擴(kuò)展模塊，該模塊輸出相應(yīng)信號(hào)至接口匹配單元，經(jīng)過匹配變換后的控制信號(hào)直接輸出至電源，實(shí)現(xiàn)對(duì)電源的通斷控制。

4 總線電路設(shè)計(jì)

導(dǎo)彈測(cè)試系統(tǒng)1553B總線系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)作為BC端，各子功能模塊作為RT端。其中，BC采用成熟的1553B多功能測(cè)試仿真卡TNTI553- PCI/M/1，在導(dǎo)彈測(cè)試軟件控制下輸出控制命令至RT終端；RT終端以DSP為核心，與外圍功能電路構(gòu)成各種功能模塊；而BC端與RT端的1553B總線通信功能由HI-1573PSIF和FPGA組成的電路模塊（1553-FPGA板）完成。DSP為電路的控制核心，與1553-FPGA板中的FPGA連接組成不同的功能板卡，實(shí)現(xiàn)不同的功能。DSP采用TI公司推出的采用高性能靜態(tài)COM技術(shù)的32位定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器，器件上集成了多種先進(jìn)的外設(shè)，地址線為19位，數(shù)據(jù)線為16位，為建立1553B總線平臺(tái)提供基礎(chǔ)。

HI-1573PSIF和FPGA電路模塊提供了豐富的資源，為軟件的設(shè)計(jì)提供了極大的靈活性和可靠性。FPGA實(shí)現(xiàn)控制和譯碼信號(hào)，使用功能強(qiáng)大的VerilogHDL語言編程，電路連接簡(jiǎn)單，使用方便，系統(tǒng)的維護(hù)性和擴(kuò)展性得到有效提高。

通過對(duì)1553-FPGA板進(jìn)行相應(yīng)的配置，就可以使該板工作在對(duì)應(yīng)RT模式下。1553-FPGA板通過并口與DSP通信，DSP負(fù)責(zé)消息的讀取、處理、寫入等，共同組成一個(gè)功能模塊。該功能模塊在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)BC端的控制下，實(shí)現(xiàn)1553B總線消息的傳送和接收，1553B通信接口硬件電路如圖2所示。

各功能模塊的FPGA與DSP之間的信息交換是使用DSP的外部接口（XINTF）實(shí)現(xiàn)的，采用異步非復(fù)用總線模式，數(shù)據(jù)寫操作時(shí)由19根地址總線XA[0：18]、16根數(shù)據(jù)總線XD[0：15]、一根片選信號(hào)線（XZCS6AND7）、一根讀寫信號(hào)線（XR/W：低電平有效）、一根時(shí)鐘輸出線（XCLKOUT）共同完成，時(shí)鐘輸出線用于外設(shè)讀寫時(shí)鐘。

硬件電路燒錄驅(qū)動(dòng)程序后，可以實(shí)現(xiàn)RT板初始化、與上位機(jī)通信、中斷響應(yīng)、總線數(shù)據(jù)的讀取和發(fā)送。驅(qū)動(dòng)程序根據(jù)BC命令控制RT工作，完成各RT模塊的啟動(dòng)、停止、自檢以及測(cè)試數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)彈測(cè)試系統(tǒng)各單元模塊在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制下協(xié)調(diào)工作，按照既定時(shí)序完成導(dǎo)彈測(cè)試。提高了導(dǎo)彈測(cè)試系統(tǒng)的可靠性和可擴(kuò)展性，解決了導(dǎo)彈測(cè)試系統(tǒng)過于獨(dú)立化、專一化的問題，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)彈測(cè)試系統(tǒng)模塊化、通用化、系列化設(shè)計(jì)。

5 結(jié)論

基于1553B總線的導(dǎo)彈測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提高了總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院涂蓴U(kuò)展性，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)彈測(cè)試系統(tǒng)模塊化、通用化、系列化設(shè)計(jì)，解決了導(dǎo)彈測(cè)試系統(tǒng)通用化程度低的問題，為推動(dòng)現(xiàn)有型號(hào)導(dǎo)彈測(cè)試系統(tǒng)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

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