某系列化導(dǎo)彈試訓(xùn)多任務(wù)模擬設(shè)備設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

單時(shí)卓

(中國(guó)人民解放軍 92941部隊(duì)，遼寧 葫蘆島 125001)

0 引言

目前，裝備試驗(yàn)和艦艇部隊(duì)的訓(xùn)練主要包括實(shí)彈打靶、靶標(biāo)跟飛以及本艦武器系統(tǒng)訓(xùn)練等手段，前兩種訓(xùn)練手段組織復(fù)雜、成本高，不能滿足日常訓(xùn)練的要求，而本艦武器系統(tǒng)訓(xùn)練作為常態(tài)化訓(xùn)練的有效手段，由于受到現(xiàn)有導(dǎo)彈模擬器的能力制約，不能達(dá)到逼真或?qū)崙?zhàn)的訓(xùn)練效果。近20年，美軍持續(xù)強(qiáng)化LVC概念，利用合成環(huán)境集成實(shí)裝，并統(tǒng)一模擬器架構(gòu)，達(dá)到“真實(shí)-虛擬-構(gòu)造仿真”的訓(xùn)練環(huán)境[1]。靶場(chǎng)采用同樣的發(fā)展思路，基于外部復(fù)雜目標(biāo)環(huán)境構(gòu)建和內(nèi)場(chǎng)仿真交匯的內(nèi)外場(chǎng)聯(lián)合試訓(xùn)方式[2]，為艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)試驗(yàn)訓(xùn)練提供了更加經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)單、實(shí)用的試訓(xùn)保障手段，較好的適應(yīng)了新形勢(shì)下艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)試驗(yàn)與實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練需求。某系列化導(dǎo)彈試訓(xùn)多任務(wù)模擬設(shè)備是內(nèi)外場(chǎng)聯(lián)合試訓(xùn)保障條件建設(shè)的重要組成部分，其具有小型化、便攜式、操作方便、功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)武器系統(tǒng)在不同工作狀態(tài)且非實(shí)彈條件下的作戰(zhàn)全流程模擬，保障了艦面實(shí)裝的發(fā)射閉環(huán)工作。該通用模擬設(shè)備可在作戰(zhàn)、訓(xùn)練兩種工作狀態(tài)下模擬實(shí)彈，有效解決了部隊(duì)配套模擬器型號(hào)單一、狀態(tài)固化(訓(xùn)練)、數(shù)量有限等制約實(shí)戰(zhàn)化試訓(xùn)任務(wù)開展的瓶頸難題，滿足了當(dāng)前裝備試驗(yàn)與部隊(duì)訓(xùn)練急需，同時(shí)開創(chuàng)了系列化、多用途導(dǎo)彈模擬設(shè)備研制的新模式。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由硬件和軟件組成。采用以嵌入式微處理器為核心單元的模塊化設(shè)計(jì)，便于發(fā)射系統(tǒng)的維護(hù)，同時(shí)可增加與發(fā)射系統(tǒng)的信息交互性；具有真實(shí)導(dǎo)彈的電氣接口，與發(fā)射控制系統(tǒng)通過(guò)臍帶電纜進(jìn)行硬件接口連接，根據(jù)發(fā)射控制系統(tǒng)的命令和信息，模擬設(shè)備響應(yīng)執(zhí)行并反饋。為實(shí)現(xiàn)模擬設(shè)備的功能性能要求，模擬設(shè)備軟件需要并行處理多個(gè)任務(wù)，每個(gè)任務(wù)負(fù)責(zé)完成一部分工作，系統(tǒng)軟件通過(guò)μC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)高效地完成任務(wù)之間的調(diào)度，從而保證系統(tǒng)對(duì)信息采集及處理的高實(shí)時(shí)性要求，極大程度上滿足導(dǎo)彈發(fā)射全部工作過(guò)程的需要。

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示，原理結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 模擬設(shè)備硬件結(jié)構(gòu)圖

圖2 模擬設(shè)備原理結(jié)構(gòu)圖

系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 模擬設(shè)備軟件體系結(jié)構(gòu)圖

1.2 工作原理

模擬設(shè)備工作過(guò)程是根據(jù)上級(jí)武器控制指令信息，按照相關(guān)匹配的通信協(xié)議，采用軟硬件集成與獨(dú)立分支工作流程設(shè)計(jì)，完成響應(yīng)與應(yīng)答的模擬動(dòng)作，當(dāng)進(jìn)入導(dǎo)彈不可逆工作模擬流程后，其工作特點(diǎn)與常規(guī)模擬器一致。但有別于常規(guī)的導(dǎo)彈模擬器，該設(shè)備通過(guò)硬件設(shè)置彈型，軟件識(shí)別彈型碼實(shí)現(xiàn)彈型模擬，通過(guò)硬件設(shè)置狀態(tài)，軟件識(shí)別工作狀態(tài)碼實(shí)現(xiàn)狀態(tài)模擬，通過(guò)獨(dú)立多通道配置實(shí)現(xiàn)多數(shù)量模擬，從而實(shí)現(xiàn)針對(duì)不同任務(wù)保障的多功能、多用途工作原理。

模擬設(shè)備工作流程如圖4所示。

圖4 模擬設(shè)備工作流程圖

武器系統(tǒng)通過(guò)武器控制臺(tái)對(duì)導(dǎo)彈進(jìn)行發(fā)射控制操作，在武器系統(tǒng)工作過(guò)程中，當(dāng)模擬設(shè)備收到發(fā)控系統(tǒng)傳送的作戰(zhàn)指令后，實(shí)時(shí)模擬導(dǎo)彈在位查詢、導(dǎo)彈加/斷電、彈位選擇、導(dǎo)彈初始參數(shù)裝訂、導(dǎo)彈發(fā)射過(guò)程的信號(hào)回路，回告信息給發(fā)射系統(tǒng)和武器系統(tǒng)。同時(shí)，模擬設(shè)備通過(guò)采集模擬電路信號(hào)，實(shí)時(shí)顯示導(dǎo)彈彈上各節(jié)點(diǎn)信號(hào)。其主要工作流程為：

1)在模擬設(shè)備準(zhǔn)備階段，模擬設(shè)備通過(guò)連接器與外部設(shè)備進(jìn)行連接，并根據(jù)撥碼開關(guān)設(shè)置彈型和狀態(tài)；發(fā)控單元供電后，對(duì)模擬設(shè)備進(jìn)行供電，嵌入式處理器完成主函數(shù)啟動(dòng)后響應(yīng)分支函數(shù)的調(diào)用。

2)在導(dǎo)彈供電過(guò)程中，模擬設(shè)備完成導(dǎo)彈供電回路，模擬輸出電壓信號(hào)，輸出電流。

3)在彈上機(jī)自檢過(guò)程中，模擬設(shè)備接收上級(jí)武器控制設(shè)備發(fā)送的“彈上機(jī)自檢”命令，回復(fù)響應(yīng)的應(yīng)答信息進(jìn)行響應(yīng)，當(dāng)收到上級(jí)設(shè)備發(fā)送的“彈上機(jī)自檢結(jié)果下傳”后，模擬設(shè)備回復(fù)響應(yīng)彈型的自檢結(jié)果信息。

4)模擬設(shè)備接收上級(jí)設(shè)備發(fā)送的“慣導(dǎo)對(duì)準(zhǔn)”命令，回復(fù)響應(yīng)的應(yīng)答信息進(jìn)行響應(yīng)，當(dāng)收到上級(jí)設(shè)備發(fā)送的“慣導(dǎo)對(duì)準(zhǔn)結(jié)果下傳”后，模擬設(shè)備回復(fù)響應(yīng)彈型的自檢結(jié)果信息。

5)在導(dǎo)彈發(fā)射階段，模擬電池、燃?xì)獍l(fā)生器激活回路，激活后，模擬輸出電壓信號(hào)，輸出電流。

6)同時(shí)，模擬設(shè)備軟件完成上級(jí)設(shè)備的飛控命令響應(yīng)回復(fù)，并根據(jù)彈型回傳響應(yīng)的參數(shù)信息。

2 方案設(shè)計(jì)

該設(shè)備以某系列導(dǎo)彈為對(duì)象，按照不同任務(wù)需求針對(duì)性研制的導(dǎo)彈模擬設(shè)備，通過(guò)集成彈地電氣接口、需求設(shè)置、彈地信息交互和工作過(guò)程仿真等設(shè)計(jì)，完成高一致性導(dǎo)彈通用模擬裝置設(shè)計(jì)[3]，具備對(duì)彈型、導(dǎo)彈工作狀態(tài)和導(dǎo)彈數(shù)量進(jìn)行適裝匹配的能力，可在彈庫(kù)非作戰(zhàn)位置進(jìn)行布設(shè)，為部隊(duì)開展的新樣式、新模式的裝備試驗(yàn)鑒定和實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練等軍事任務(wù)提供所需的導(dǎo)彈模擬環(huán)境。

通過(guò)與真彈一致的接口接入武器系統(tǒng)，主要用于接收武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)指令，完成導(dǎo)彈架上環(huán)節(jié)的工作過(guò)程，并實(shí)時(shí)向武器系統(tǒng)模擬回送同真彈一致的各項(xiàng)工作信息[4]?？梢酝瑫r(shí)模擬多枚導(dǎo)彈，并可同時(shí)、獨(dú)立按照發(fā)射系統(tǒng)和武器系統(tǒng)給出的作戰(zhàn)指令進(jìn)行導(dǎo)彈工作模擬。通過(guò)硬件電氣接口與發(fā)控系統(tǒng)連接實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈數(shù)量的模擬；通過(guò)人工選擇控制實(shí)現(xiàn)彈型和工作狀態(tài)的模擬；通過(guò)接收武器系統(tǒng)信號(hào)指令，按照系統(tǒng)軟件邏輯進(jìn)行分時(shí)響應(yīng)多任務(wù)處理，并引入多彈型、多狀態(tài)自主可控電路設(shè)計(jì)[5]，為武器系統(tǒng)提供導(dǎo)彈架上工作的加/斷電、狀態(tài)、離架等各類時(shí)序信號(hào)，配合艦載武器系統(tǒng)完成各項(xiàng)試訓(xùn)任務(wù)；通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、安全性設(shè)計(jì)及電磁兼容性設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)系列化、多功能的使用要求。

2.1 系統(tǒng)功能

該設(shè)備與發(fā)射系統(tǒng)相連接，用于模擬導(dǎo)彈架上行為，能夠?yàn)閷?dǎo)彈武器系統(tǒng)提供導(dǎo)彈架上信號(hào)，正常按時(shí)序接收、模擬、反饋相關(guān)控制信號(hào)，閉合武器系統(tǒng)完成導(dǎo)彈離架前的完整作戰(zhàn)過(guò)程，配合武器系統(tǒng)完成功能性能檢查、武器系統(tǒng)訓(xùn)練、武器系統(tǒng)作戰(zhàn)演練等實(shí)際任務(wù)。同時(shí)具有導(dǎo)彈操作過(guò)程顯示功能，便于工作過(guò)程狀態(tài)監(jiān)視和故障定位。其主要功能包括[6-7]：

1)模擬彈上信息處理器通信接口，完成彈地通信過(guò)程的等效模擬；

2)模擬彈上設(shè)備工作過(guò)程，完成包括導(dǎo)彈加/斷電、設(shè)備自檢、裝訂參數(shù)、各通路激活、啟動(dòng)飛控、導(dǎo)彈離架、信號(hào)回告等時(shí)序信號(hào)回路的等效模擬；

3)模擬彈上電氣工作過(guò)程，完成包括彈上電池工作狀態(tài)、電氣控制工作狀態(tài)的等效模擬；

4)可選擇性模擬同系列的不同彈型，包括同系列化導(dǎo)彈的基本型、升級(jí)型；

5)可選擇性模擬武器系統(tǒng)適配的工作模式，包括模擬器工作模式或?qū)崗椆ぷ髂Ｊ剑?/p>

6)同時(shí)模擬多發(fā)導(dǎo)彈(現(xiàn)有基礎(chǔ)上數(shù)量可拓展)離架前的工作過(guò)程及節(jié)點(diǎn)狀態(tài)；

7)能夠?qū)崿F(xiàn)彈型設(shè)置、類型設(shè)置、導(dǎo)彈供電、各通路激活、慣導(dǎo)狀態(tài)、導(dǎo)彈起飛等工作節(jié)點(diǎn)顯示功能。

8)可配合武器系統(tǒng)完成自檢、訓(xùn)練、演練及故障檢測(cè)。

2.2 主要指標(biāo)

在研究分析某系列艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)裝備使用要求的基礎(chǔ)上，確定模擬設(shè)備的主要技術(shù)指標(biāo)，保證其具備配合武器系統(tǒng)完成特定軍事任務(wù)的能力。其總體層面主要功能、性能技術(shù)指標(biāo)可以概括為：接口電氣、狀態(tài)顯示、供電回路、供電激活回路、彈型設(shè)置、工作狀態(tài)設(shè)置、彈地通信、通信速率、信號(hào)時(shí)序、連續(xù)工作時(shí)間、電源電路特性、外形尺寸、可靠性、維修性、測(cè)試性、電磁兼容性和三防性能等[8-9]。

2.3 關(guān)鍵技術(shù)

采用嵌入式微系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)技術(shù)，提出了基于ARM+FPGA的多功能硬件接口集成方法[10-12]，并建立了無(wú)源識(shí)別與有源信息確認(rèn)的雙重安全設(shè)計(jì)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了系列導(dǎo)彈多彈型、多狀態(tài)、多數(shù)量組合的導(dǎo)彈模擬背景，為了保證該模擬設(shè)備的保障真實(shí)性與實(shí)用性，以某系列化武器系統(tǒng)工作原理為基礎(chǔ)，對(duì)四方面關(guān)鍵性技術(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

1)兼容系列化彈型設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

彈型設(shè)置集成在該模擬設(shè)備電氣接口中，電氣接口采用不同的分離信號(hào)線方式[13]，進(jìn)行多類彈型的導(dǎo)通信號(hào)線搭建。在該通路中引入撥碼開關(guān)進(jìn)行多條分立信號(hào)的通斷控制，外部設(shè)備通過(guò)檢測(cè)模擬設(shè)備內(nèi)部分立信號(hào)線，完成不同導(dǎo)彈類型的無(wú)源識(shí)別，從而區(qū)別不同彈型狀態(tài)。同時(shí)在不同導(dǎo)通電路中接入I/O采集點(diǎn)，在模擬設(shè)備加電時(shí)，該導(dǎo)通信號(hào)通過(guò)可編程數(shù)字量I/O引入嵌入式ARM處理器中，ARM處理器通過(guò)檢測(cè)該點(diǎn)數(shù)字量I/O值完成模擬設(shè)備自身識(shí)別彈型上的判斷，模擬設(shè)備軟件根據(jù)識(shí)別的彈型完成響應(yīng)的軟件分支，同步將帶有彈型標(biāo)識(shí)的信息回告給武器系統(tǒng)，完成系列化導(dǎo)彈不同彈型設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)。

2)兼容兩種工作模式設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

兩種工作模式設(shè)置通過(guò)電路控制實(shí)現(xiàn)，在電路中串入撥碼開關(guān)進(jìn)行電路控制，并引入可編程數(shù)字量I/O以感知開關(guān)的閉合、數(shù)字事件的觸發(fā)或固態(tài)繼電器的動(dòng)作，從而對(duì)電路的通斷進(jìn)行判斷，設(shè)置撥碼位置使電路導(dǎo)通或者斷開，完成模擬器和導(dǎo)彈兩種工作模式的設(shè)置。在電路接通或者斷開時(shí)，I/O采集模塊識(shí)別該信號(hào)，內(nèi)部嵌入式ARM處理器通過(guò)I/O信號(hào)進(jìn)行工作模式的的判斷，從而控制軟件進(jìn)入相應(yīng)的分支，完成工作流程。

3)多通道相互獨(dú)立設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

模擬設(shè)備采用相互獨(dú)立多通道接口實(shí)現(xiàn)一個(gè)模擬設(shè)備具有模擬多發(fā)導(dǎo)彈的功能。不同通道分別采用相互獨(dú)立的連接器、電源模塊、撥碼開關(guān)模塊、通信模塊、繼電器控制與狀態(tài)顯示模塊配合模擬設(shè)備軟件完成多通道功能的實(shí)現(xiàn)。

4)檢測(cè)與故障定位設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

運(yùn)用PHM實(shí)時(shí)管理技術(shù)[14]，引入分立信號(hào)控制手段，完成模擬結(jié)果識(shí)別，通過(guò)數(shù)字采集技術(shù)，對(duì)模擬接口電路進(jìn)行信號(hào)實(shí)時(shí)采集，實(shí)現(xiàn)彈型種類、工作狀態(tài)的判斷顯示，按發(fā)射流程精準(zhǔn)控制導(dǎo)彈加/斷電、彈上機(jī)供電、通路激活、導(dǎo)彈起飛等彈上信號(hào)的反饋，回告各節(jié)點(diǎn)信息給武器系統(tǒng)，在模擬設(shè)備與武控系統(tǒng)顯示界面直觀查看與判斷各工作節(jié)點(diǎn)完成情況，實(shí)現(xiàn)過(guò)程深度監(jiān)測(cè)和故障定位的功能。

3 硬件設(shè)計(jì)

3.1 硬件組成

設(shè)備硬件主要由結(jié)構(gòu)箱體、連接器、指示燈、撥碼開關(guān)、專用模擬板等組成。在模擬設(shè)備加電之前，根據(jù)不同要求通過(guò)撥碼開關(guān)對(duì)導(dǎo)彈類型和狀態(tài)進(jìn)行設(shè)置；模擬設(shè)備是通過(guò)與真實(shí)導(dǎo)彈相同的連接器電氣接口進(jìn)行加電，在嵌入式處理器啟動(dòng)后，完成模擬設(shè)備自檢，通過(guò)模擬彈上信息處理器通信接口，完成彈地通信過(guò)程、模擬彈上設(shè)備工作狀態(tài)，包括導(dǎo)彈加電回路、遙測(cè)加電回路、彈上電氣控制裝置回路等；模擬彈上電池工作狀態(tài)及電氣控制裝置工作狀態(tài)；模擬設(shè)備在工作時(shí)使用指示燈信號(hào)顯示當(dāng)前的工作狀態(tài)，顯示內(nèi)容包括模擬設(shè)備供電、遙測(cè)供電、導(dǎo)彈供電、導(dǎo)彈起飛等時(shí)序信號(hào)指示。

3.2 硬件方案設(shè)計(jì)

3.2.1 結(jié)構(gòu)箱體

箱體材料為不銹鋼板，表面噴涂防腐漆，可拆卸部分與箱體連接處采用導(dǎo)電材料進(jìn)行密封，并作防水處理，以保證EMC與防潮防水的要求；有4路對(duì)外接口，位于箱體正上方，其中兩路安裝專用連接器，另外預(yù)留兩路用于功能擴(kuò)展；前面板安裝工作狀態(tài)指示燈與撥碼開關(guān)；兩側(cè)安裝塑膠把手，底部安裝橡膠腳墊；內(nèi)部安裝熱鍍鋅板，用于固定PCB主板。

箱體3D效果如圖5所示。

圖5 箱體效果圖

3.2.2 連接器

連接器與真實(shí)導(dǎo)彈的連接電纜接口一致，是模擬設(shè)備與發(fā)射系統(tǒng)的電氣和通訊接口，密封于箱體上方，用于與導(dǎo)彈發(fā)控電纜相連接。

3.2.3 指示燈和撥碼開關(guān)

指示燈和撥碼開關(guān)位于箱體的正前方，由上至下共分為四組，分別配合模擬4組導(dǎo)彈通道，共24個(gè)指示燈和8個(gè)撥碼開關(guān)，指示燈用于顯示各個(gè)節(jié)點(diǎn)工作狀態(tài)，撥碼開關(guān)用于設(shè)置彈型以及進(jìn)行工作狀態(tài)切換。

指示燈和撥碼開關(guān)設(shè)計(jì)效果如圖6所示。

圖6 指示燈與撥碼開關(guān)效果圖

3.2.4 專用模擬板

專用模擬板為模擬設(shè)備核心組件，直接同連接器進(jìn)行連接，用于模擬導(dǎo)彈工作過(guò)程，完成彈地通訊。通過(guò)PCB板集成電源模塊、通信模塊、撥碼設(shè)置模塊、狀態(tài)顯示模塊、處理模塊，完成模擬設(shè)備加電自檢、彈型選擇、工作模式選擇、電路控制、時(shí)序節(jié)點(diǎn)處理、指令接收與反饋、導(dǎo)彈離架信號(hào)產(chǎn)生等導(dǎo)彈架上工作過(guò)程的等效模擬。

3.3 硬件模塊設(shè)計(jì)

按照設(shè)備功能要求，硬件主要可細(xì)分為電源模塊、通信模塊、撥碼設(shè)置模塊和狀態(tài)顯示模塊四部分。

3.3.1 電源模塊

輸入為28 VDC，包括濾波電路、防反接電路、一組3.3 VDC電源輸出、一組5 VDC電源輸出、一組48 V電源輸出、一組28 V電源輸出，用于保障各模塊供電。

3.3.2 通信模塊

多個(gè)RS422通信接口，由芯片隔離后與嵌入式處理器通信，模擬彈上信息處理器通信功能，模擬器軟件加載在嵌入式處理器內(nèi)，按照彈型設(shè)置相關(guān)信息完成對(duì)應(yīng)類型導(dǎo)彈的各項(xiàng)通信任務(wù)。

3.3.3 撥碼設(shè)置模塊

多組撥碼開關(guān)，撥碼開關(guān)為“8421”碼開關(guān)，由光耦隔離后與嵌入式處理器通信，通過(guò)撥碼設(shè)置完成不同導(dǎo)彈類型和工作狀態(tài)的切換。

3.3.4 狀態(tài)顯示模塊

由繼電器和LED顯示燈組成。此模塊通過(guò)外部的信號(hào)實(shí)現(xiàn)繼電器的導(dǎo)通和關(guān)斷，控制LED的點(diǎn)亮與熄滅，來(lái)模擬電路的工作狀態(tài)。

模擬設(shè)備硬件模塊關(guān)聯(lián)原理如圖7所示。

圖7 硬件模塊關(guān)聯(lián)原理框圖

4 軟件設(shè)計(jì)

4.1 軟件組成

系統(tǒng)軟件由技術(shù)應(yīng)用軟件和標(biāo)準(zhǔn)化軟件組成。技術(shù)應(yīng)用軟件用于支撐整體系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，主要包括初始化模塊、命令處理模塊[15]、通信模塊。其中，命令處理模塊主要包括彈上設(shè)備自檢命令模塊、彈上設(shè)備自檢結(jié)果下傳命令模塊、上傳裝訂參數(shù)命令模塊、下傳裝訂參數(shù)命令模塊、啟動(dòng)飛行控制程序命令模塊、靜態(tài)導(dǎo)航命令模塊、靜態(tài)導(dǎo)航結(jié)果下傳命令模塊等。標(biāo)準(zhǔn)化軟件用于底層軟件的建立、軟硬件接口的配置實(shí)現(xiàn)、底層軟件提供應(yīng)用層軟件的封裝。軟件體系設(shè)計(jì)如圖8所示。

圖8 軟件體系設(shè)計(jì)圖

4.2 軟件方案設(shè)計(jì)

模擬設(shè)備軟件為基于ARM的嵌入式軟件，主要使用到ARM的GPIO和UART功能[16-18]，通過(guò)GPIO設(shè)置軟件系統(tǒng)的工作模式，通過(guò)UART2實(shí)現(xiàn)串行RS422通信。軟件運(yùn)行在每個(gè)專用模擬通道模塊計(jì)算機(jī)模擬板的單片機(jī)上，CPU片內(nèi)RAM和FLASH為主程序的存儲(chǔ)單元，運(yùn)行環(huán)境為無(wú)操作系統(tǒng)快速啟動(dòng)環(huán)境。

模擬設(shè)備軟件主要用來(lái)完成模擬導(dǎo)彈上電自檢，完成與發(fā)控系統(tǒng)的信息交互，接收發(fā)控系統(tǒng)的命令，模擬導(dǎo)彈執(zhí)行相應(yīng)操作，配合完成導(dǎo)彈的測(cè)試和發(fā)射控制等信息交互。根據(jù)模擬設(shè)備的工作要求，更好地達(dá)到試訓(xùn)多任務(wù)保障目的，對(duì)軟件方案設(shè)計(jì)[19-20]如下：

1)模擬設(shè)備系統(tǒng)軟件與武器系統(tǒng)在導(dǎo)彈準(zhǔn)備中彈上機(jī)自檢、彈上機(jī)自檢結(jié)果回傳信息交互。接收武器系統(tǒng)命令，并回復(fù)相應(yīng)的應(yīng)答信息，在接收進(jìn)行彈上機(jī)自檢結(jié)果回傳指令后，再依據(jù)彈型進(jìn)行相應(yīng)固態(tài)命令的回復(fù)。

2)模擬設(shè)備系統(tǒng)軟件與武器系統(tǒng)在導(dǎo)彈準(zhǔn)備中裝訂參數(shù)、參數(shù)下傳信息交互。接收武器系統(tǒng)命令，并回復(fù)響應(yīng)的應(yīng)答信息，在接收進(jìn)行參數(shù)下傳指令后，再依據(jù)彈型進(jìn)行響應(yīng)固態(tài)命令的回復(fù)。

3)模擬設(shè)備系統(tǒng)軟件與武器系統(tǒng)在導(dǎo)彈準(zhǔn)備中專項(xiàng)檢查結(jié)果下傳信息交互。接收武器系統(tǒng)命令，并回復(fù)響應(yīng)的應(yīng)答信息，在接收進(jìn)行檢查結(jié)果下傳指令后，再依據(jù)彈型進(jìn)行響應(yīng)固態(tài)命令的回復(fù)。

4)模擬設(shè)備系統(tǒng)軟件與武器系統(tǒng)在模擬導(dǎo)彈發(fā)射階段啟動(dòng)飛控命令的響應(yīng)。接收各節(jié)點(diǎn)時(shí)序消息隊(duì)列后，及時(shí)回復(fù)協(xié)議中的應(yīng)答信息，真實(shí)模擬彈地通訊與導(dǎo)彈不可逆工作過(guò)程。

4.3 軟件接口設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)內(nèi)部運(yùn)行關(guān)系主要是通過(guò)接口函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，模擬設(shè)備軟件內(nèi)部接口相互獨(dú)立。數(shù)據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)訪問(wèn)關(guān)系如表1所示。

表1 數(shù)據(jù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)訪問(wèn)關(guān)系

4.4 軟件流程設(shè)計(jì)

模擬設(shè)備軟件通過(guò)內(nèi)部通信接口與外部及內(nèi)部組件進(jìn)行信息交換。模擬設(shè)備與發(fā)射控制系統(tǒng)通過(guò)RS-422總線相連，進(jìn)行命令及數(shù)據(jù)傳輸。模擬設(shè)備加電復(fù)位后由boot程序?qū)⒁龑?dǎo)軟件由EPROM加載到芯片的內(nèi)部RAM中運(yùn)行，引導(dǎo)軟件自動(dòng)完成軟件加載、軟件初始化、上電自檢，之后開始等待彈地命令，當(dāng)收到命令時(shí)則執(zhí)行相應(yīng)的操作，進(jìn)行各種初值、參數(shù)及控制信息的傳輸。彈地通訊采用異步串行通訊方式，通訊速率為38.4 kbps，8位字長(zhǎng)，兩個(gè)停止位，發(fā)送及接收均無(wú)奇偶校驗(yàn)。針對(duì)不同的命令，命令代碼是唯一的，根據(jù)命令的不同，對(duì)所帶參數(shù)的要求也不一樣。命令傳輸時(shí)要求先傳高字節(jié)，再傳低字節(jié)。

主控部分主要完成對(duì)硬件初始化模塊、軟件初始化模塊、設(shè)備自檢模塊、命令處理模塊等的調(diào)用。軟件流程設(shè)計(jì)框圖如圖9示。

圖9 軟件流程設(shè)計(jì)框圖

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

該試訓(xùn)多任務(wù)模擬設(shè)備研制完成后，先后在海軍不同艦隊(duì)配合導(dǎo)彈型號(hào)裝備試驗(yàn)鑒定、作戰(zhàn)艦艇防空反導(dǎo)訓(xùn)練及演練工作，在構(gòu)建的LVC虛實(shí)結(jié)合試訓(xùn)環(huán)境中，配合導(dǎo)彈武器系統(tǒng)共執(zhí)行完成導(dǎo)彈模擬發(fā)射任務(wù)200余次，涉及的工作科目包括導(dǎo)彈型號(hào)裝備基礎(chǔ)功能、性能檢驗(yàn)、多目標(biāo)攔截服務(wù)能力檢查、混裝混射能力檢查、單目標(biāo)攔截訓(xùn)練、同向多目標(biāo)攔截訓(xùn)練、抗多方向飽和攻擊訓(xùn)練、虛實(shí)結(jié)合防空反導(dǎo)演練等。對(duì)導(dǎo)彈武器系統(tǒng)工作數(shù)據(jù)、工作過(guò)程及模擬設(shè)備狀態(tài)顯示等情況進(jìn)行綜合比對(duì)分析后，完成了對(duì)該模擬設(shè)備主要功能、性能技術(shù)保障能力的檢驗(yàn)與評(píng)估，具體的分析比對(duì)結(jié)果如表2所示。

表2 模擬設(shè)備實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

工作期間，模擬設(shè)備能為某系列型號(hào)導(dǎo)彈武器系統(tǒng)提供導(dǎo)彈在架工作信號(hào)，可以正常按時(shí)序接收、模擬、反饋相關(guān)控制信號(hào)，閉合武器系統(tǒng)完成導(dǎo)彈離架前的完整作戰(zhàn)過(guò)程。保障能力符合裝備試訓(xùn)要求，保障效果達(dá)到減少試訓(xùn)任務(wù)消耗、縮短試訓(xùn)任務(wù)周期的目的。

6 結(jié)束語(yǔ)

導(dǎo)彈模擬器作為導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的重要配套訓(xùn)練裝備，誕生已久，其主要功能、性能的實(shí)現(xiàn)技術(shù)已廣泛推廣，但功能單一、作用受限是絕大多數(shù)導(dǎo)彈模擬器的特點(diǎn)和共性，本文針對(duì)新形勢(shì)下導(dǎo)彈裝備試驗(yàn)鑒定和部隊(duì)防空反導(dǎo)訓(xùn)練的實(shí)際保障需求，給出了基于系列型號(hào)導(dǎo)彈模擬設(shè)備的設(shè)計(jì)要點(diǎn)與實(shí)現(xiàn)途徑，開創(chuàng)了多用途、多任務(wù)導(dǎo)彈模擬設(shè)備研制的新思路與新模式，突破了以往該類設(shè)備只能用于保障基礎(chǔ)訓(xùn)練的現(xiàn)狀，在裝備試驗(yàn)與部隊(duì)訓(xùn)練保障上的應(yīng)用效果好，其成果亦可對(duì)其他系列導(dǎo)彈武器裝備的保障設(shè)備建設(shè)提供經(jīng)驗(yàn)，具有一定的指導(dǎo)和借鑒意義。