指揮系統通信控制機自動測試診斷設備的研究

摘 要:通信控制機是自動化指揮系統中的重要通信設備，技術密集，戰損和出現故障的幾率非常大。根據其測試需求，采用建模與仿真測試技術和基于專家系統的故障診斷方法，自行設計一體化便攜式機箱，運用PXI總線和電路模塊，組建自動化測試診斷設備。該檢測設備對通信控制機通信能力、交換能力等性能指標進行檢測。通過開關、電纜等附件將硬件電路匹配到所測試單元板接口的方式，并運行相應測試程序，完成通信控制機的性能測試、故障診斷，實現對通信控制機的快速檢測和故障準確定位。其軟硬件采用模塊化設計，可用于多種型號的自動化指揮系統和民用通信控制設備的測試診斷。關鍵詞:通信控制機; 建模與仿真; 專家系統; 測試診斷

中圖分類號:TP911-34; TP391文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)17-0105-03

Research on Automatic Testing and Diagnosis Equipment for Communication

Controller of Command System

YU Qing-bao1， CHEN Guo-shun2， DU Peng-fei1， WANG Pei-yuan1

(1.Ordnance Engineering College， Shijiazhuang 050000， China; 2.Institute of Ordnance Technology， Shijiazhuang 050000， China)

Abstract: The communication controller is a very important communication equipment in automatic command system and a technology-intensive device. Since there is a high probability of breakdown or spoilage in battle， according to the testing and diagnosis requirements， a portable gleichschaltung chest is designed， and this automatic testing and diagnostic equipment with PXI bus and modular circuit is set up by using MS (modeling and simulation) testing technology and diagnosis technology based on an expert system. It can test the communication and commutation ability of communication controller. Using switch， cable and other accessories， this device can be connected to the interface of the circuit board of UUT， and then the particular programme is run to realize performance testing and falt diagnosis. It can verify the performance adroitly and find out the malfunction exactly. The modular design of its hardware and software can be used for a variety of testing models， diagnosis of any automatic command system and civil communication controller.Keywords: communication controller; modeling and simulation; expert system; testing and diagnosis

0 引 言

隨著我軍信息化建設的不斷推進，近幾年已經有多種型號的高炮情報指揮系統、地炮射擊指揮系統裝備部隊使用，使部隊的快速反應能力和作戰效能得到了很大程度的提高。這些自動化指揮系統組成復雜，涉及設備種類多、專業領域廣、技術含量高，保障難度非常大。在自動化指揮系統中，良好的通信是保障實施的基礎和生命線，而通信設備結構復雜，集成了大量的高新技術。其中，通信控制機是自動化指揮系統中重要的通信控制設備，一方面，它采用數字通信技術，技術密集、結構復雜、損壞機理增多，另一方面，指揮系統是敵軍火力攻擊、電子干擾破壞的重點。通信控制機戰損和出現故障的幾率非常大，所以其保障難度大，需要自動、快速、準確的故障檢測診斷手段和能力，而目前部隊缺乏通信控制機檢測設備，無法完成通信控制機的檢測和維修任務。

由于以上特點，通信控制機檢測設備需要有較高的集成度、精密度、復雜度、靈敏度和適合野戰環境使用的性能，結合虛擬儀器的思想，運用PXI總線和電路模塊，開發自動測試診斷設備。該設備能夠有效提高指揮系統通信控制設備的維修保障水平，尤其是自動檢測水平，將對自動化指揮系統總體效能的發揮產生重要作用。

1 檢測需求分析

通信控制機主要由主處理板MPU、電路交換板LPU、分組交換板PX、雙工會議板CONN、時鐘板、群路規程板GPPI、HDSL(716)板、HDSL(730)板、群路A接口板、K口板、V口板、數據接口板、數傳電臺板、短波電臺板、數傳控制設備接口板、保密板、電源板、按鍵板、母板等電路板及機箱、鍵盤、液晶顯示器構成。

主處理單元MPU為通信控制機工作核心，電路交換板LPU、分組交換板PX、雙工會議板CONN等3塊常規配置單元與主處理單元MPU一起，實現整體控制和數據、話音的路由選擇、信令交互。其余板卡在主處理單元MPU的控制下實現各自相應的功能。

由于通信控制機內部包含多種印制板，結構復雜，涉及主控處理器、電路交換、分組交換等多種功能，利用通信控制機本身的自檢功能難以將故障定位到印制板模塊。因此，為滿足部隊換件修理需要，檢測設備必須具備對通信控制機的整機測試功能，同時能對印制板功能進行檢測，將故障隔離到可更換單元[1]。

檢測設備必須解決以下問題:

(1) 解決部隊基層修理機構對通信控制機故障診斷能力有限，不具有故障定位能力，無法完成修理任務的問題，提高部隊對通信控制機的技術保障能力。

(2) 實現對通信控制機各接口指標參數的測試，掌握通信控制機整體性能，確保裝備始終保持良好的戰備狀態。

(3) 實現部隊在野戰條件下，通過簡單操作即可完成故障準確定位，迅速更換通信控制機故障模塊排除故障，確保通信暢通。

(4) 保證測試設備的綜合測試能力、集成化程度和結構的合理性，使測試效率明顯提高，勞動強度明顯降低[2]。

2 總體方案設計

根據自動化指揮系統通信控制機的組成結構、工作原理和故障模式，明確了其檢測設備的主要功能和目標，通過分析研究系統關鍵技術，形成了檢測設備的總體技術方案。

2.1 硬件設計原理

依據研究制定的系統總體技術方案，對檢測設備硬件體系結構進行了分析，確定了硬件設計方案。研制過程中，考查了VXI，PXI等目前流行的專用測試總線，進行了對比分析。雖然VXI總線設備在精度要求、電磁干擾防護、電源提供等方面有著優勢，但是PXI設備基于主流PC技術，可以將最新技術的優勢應用在一個較小的體積中從而使測試系統的尺寸縮減到一個新的水平，較小的體積和較低的功耗非常適合野戰條件下的攜帶和使用。PXI可供選擇的設備較多，帶新功能的模塊每年以超過百分之百的速度增長，而且PXI設備相對比較廉價，可以使測試系統的成本大大降低。另外，PXI總線有著較好的控制器架構，在精度要求、電磁干擾防護和電源提供上也能滿足要求。所以，最終選擇PXI總線來組建測試系統，不僅保證了測試功能的順利實現，而且得到了較高的費效比[3]。

為了提高性能和便于操作，設備采用外掛計算機為主控機的方式，選用一個3U的PXI機箱系統中主要測試設備包括PXI控制器、數字萬用表卡、示波卡、任意波形發生器、多功能I/O等儀器組成，此外，根據測試需求，還配備有信號發生器、電源、接口適配器等獨立儀器。利用這些模塊和儀器構建通信控制機檢測設備的主控模塊電路、通信控制機主板測試電路、電臺板測試電路、K/RS 232接口轉換器測試電路、數話同傳終端測試電路、接口轉換電路。此外，還包括64芯插頭和50芯插座，50芯插座接對應50芯插頭通過高溫線焊接至整機面板航空插座。64芯插頭通過插座插入接口板，出線通過高溫線從接口板引至面板航空插座[4-5]。其原理框如圖1所示。

圖1 通信控制機控測儀原型框圖

主控模塊電路分別控制通信控制機主板測試電路、電臺板測試電路、K/RS 232接口轉換測試電路、數話同傳終端測試電路。當接入待測設備時，通過面板開關選擇，主控電路將接口轉換電路連接到所需測試電路，通過測試軟件的選擇，對相應設備接口進行測試。

2.2 軟件設計

系統基于Microsoft XP操作系統平臺，采用 LabVIEW圖形化編程語言實現，測試軟件安裝于測試計算機上(即PXI的外部主控計算機)，通過MXI接口卡和PXI機箱系統槽上的MXI模塊連接。檢測設備完成向通信控制機發送控制命令、接收通信控制機自身信息、發送報文并接受被通信控制機送回的回執等工作，發送測試報文后(測試報文按照專用測試協議編寫)，通過判定從測試設備返回的數據測試信息進行故障定位檢測。

測試軟件采用模塊化設計，主要包括性能測試、故障診斷專家系統、維修信息查詢等功能。檢測設備軟件主要功能結構如圖2所示。各模塊功能如下[6-7]:

性能測試模塊 對通信控制機整機及其主處理板、群路板、中繼板、用戶板、電臺板等單元板進行測試，得出其性能指標和工作狀態。

專家診斷模塊 通過通信控制機故障現象，結合專家維修經驗，開發專用診斷程序，完成故障的準確定位，把故障隔離到現場可更換單元。

維修信息模塊 維修信息包括通信控制機使用說明書、技術說明書、電原理圖冊等，為通信控制機檢測維修提供技術資料，方便維修。

案例維護模塊 提供專家診斷知識庫開發、維護功能。

圖2 通信控制機測試診斷設備軟件結構

2.3 測試方法

通信控制機檢測設備針對通信控制機不同單元板測試需求，設計與之配套的測試接口進行匹配，測試功能主要由軟件來實現。檢測設備每次測試一種單元板，通過開關、電纜等附件將硬件電路匹配到所測試單元板接口的方式，并運行相應測試程序，依次測試所有的接口單元板。

3 檢測設備關鍵技術分析

3.1 MS(建模與仿真)測試技術

MS(建模與仿真)測試技術是模擬復雜電子裝備的工作環境和工作狀態，自動生成基礎數據，隨機生成檢測用例，以軟件為主輔以硬件設備，對復雜電子裝備軟硬件指標進行系統測試的技術。

通信控制機具備多種通信方式，不同通信模式的指標要求也各不相同，有的還對通信距離有要求。為此，根據通信控制機各接口不同功能的要求，采用了建模與仿真的測試技術，構建了不同接口測試需要的測試環境，由檢測設備模擬各種接口設備，與通信控制機接口進行互聯通信，判斷通信控制機各接口功能，進而判斷通信控制機各單元板工作狀態。

3.2 基于專家系統的智能故障診斷技術

專家系統(Expert System，ES)是一種智能的計算機程序，它不同于一般的計算機程序，處理的主要信息是知識信息而不是數值信息，處理技術依靠的是知識表達技術而不是數學描述方法。專家系統的程序設計方法是在環境模式驅動下的知識推理過程，不僅能對用戶的提問給出解釋，而且能夠對答案的推理過程做出解釋。診斷專家系統的主要任務是根據得到的征兆推斷出診斷對象所可能存在的故障[8-10]。通信控制機檢測設備應用了基于專家系統的故障診斷技術，在測試過程中可以依靠專家系統完成故障的準確定位，并且設計了案例維護子系統，實現專家系統知識庫的開發和維護。

3.3 檢測儀一體化便攜式設計

根據指揮系統的測試需求，檢測設備必須采用以

計算機為中心的測試診斷方式，當前的檢測設備一般都是采用外掛計算機的方式，在室內使用，或者是采用工裝和獨立儀器的方式，無法在部隊野戰條件下使用。

針對通信控制機檢測設備的使用要求，這里采用了便攜式加固機箱設計，計算機與測試模塊統一集成在加固機箱內，并進行防雨和加固設計，機箱可以有效防護敵人的電子干擾破壞，滿足部隊在野戰條件下的使用要求，確保檢測設備具有較高的穩定性和可靠性。

4 結 語

介紹了一種基于PXI總線技術，以圖形化語言LabVIEW為開發環境的構建通信控制機測試診斷設備的方案，綜合運用了建模與仿真測試技術和基于專家系統的故障診斷方法。該檢測設備已應用于通信控制機整機及其板卡的性能測試和故障診斷，應用表明，檢測設備技術先進、操作簡單、綜合功能強、集成化程度高，不僅適用于部隊修理機構，也可在工廠取代多種專用測試臺，而且符合野戰環境下使用的要求。模塊化的軟硬件的升級改造非常方便，可用于其他型號指揮系統的通信控制機和民用通信控制設備，降低了開發成本。

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