基于PXI技術的干擾彈測試系統研究

中國船舶重工集團公司第七一○研究所 侯 品

宜昌供電公司 羅昳昀

1.引言

隨著未來戰爭的發展以及越來越多高新技術在武器裝備中的應用，武器系統的測試技術發展迅速，傳統的單一模擬信號采集將難以滿足測試任務的需要，在這一方面，對于具有高精度制導功能的火箭干擾彈更是如此。

目前，多種高新技術已經應用于各型火箭干擾彈中，彈上的部件日益增多且復雜，待測信號種類繁多，而且干擾彈測試時間緊迫、環境復雜多變，并且各型干擾彈的研發、使用、維護等諸多因素對軍用自動測試系統提出了更高要求，不僅要求干擾彈測試自動化、快速化，而且要求測試系統結構緊湊堅固，抗干擾能力強，具備在復雜環境下工作的能力。

我國進行干擾彈測試用的儀器設備仍以PCI、VXI總線系統居多，隨著干擾彈整體性能的提高以及測試參數的增多，傳統的PCI與VXI技術暴露出了越來越多的缺點，如PCI測控系統環境適應性差，可靠性低等；VXI系統功能強大，但是其成本較高，且測試設備相對較為笨重。

干擾彈控制系統的系統測試是干擾彈系統測試中最重要的環節，系統測試合格與否是干擾彈能否進行發射的基本依據。系統測試是在控制系統儀器經過單元測試并裝彈后進行的系統綜合性功能檢查。相比傳統測試儀器，基于虛擬儀器和PXI總線的測試系統具有靈活、廉價、通用性好、測試精度高、數據可實時分析處理等優點。利用不同功能的PXI模塊化儀器，只需外加構建實驗平臺所需的傳感器、輔助電路等，就可以輕松組建功能齊全、易于擴展的測試平臺。

2.PXI技術簡介

隨著計算機技術與測試技術的發展，近年來基于PXI總線的測試系統越來越多的受到人們的親睞。PXI總線是美國國家儀器公司（NI公司）發布的一種高性能低價位的開放性、模塊化儀器總線，是一種專為工業數據采集與儀器儀表測量應用領域而設計的模塊化儀器自動測試平臺，具有先進、通用、可靠、易于擴展和高速等優點。

PXI（PCI eXtensions for Instrumentation，面向儀器系統的PCI擴展）是一種堅固測量和自動化平臺。PXI結合了PCI的電氣總線特性與Compaet PCI的堅固性、模塊化及Euroeard機械封裝的特性，并增加了專門的同步總線和主要軟件特性。這使它成為該領域繼GPIB（I EEE488）之后成長最快的標準化技術。相較于其他的工業規格，PXI具備較佳的效能與較低的成本優勢。

PXI總線在信息傳輸能力強、兼容性、開放式構架、靈活性、尺寸和結構、技術成本低等方面都顯示出了優勢，迅速發展成為在各個領域被廣泛應用的測試平臺。基于總線技術組建導彈自動測試系統已成為干擾彈自動測試發展的主流。采用當前測試領域先進的PXI總線和虛擬儀器技術，且考慮到通用性是武器測試系統的發展方向，我們設計了基于PXI總線和虛擬儀器技術的通用干擾彈自動測試系統。

3.系統測試與實驗系統的組成

系統測試原理導彈控制系統測試主要分為計算機輸出測試、穩定系統測試、制導系統測試和電源配電系統測試幾個部分。其中最主要的部分是：（1）計算機輸出測試：將彈上計算機輸出頻率信號（TTL電平）經模擬多路開關轉接后送入計數器進行測量；向彈上計算機發導引輸出指令，由彈上計算機發出幾個特征導引輸出信號，地面測試系統采集導引放大器的輸出電壓，同標稱指進行比較，即可判斷導引放大器指標是否合格。（2）穩定系統測試：穩定系統測試是對變換放大器和伺服機構的聯合測試，主要檢查穩定系統的總體工作情況。測試過程中，由測試系統交直流信號源模擬敏感元件給出。

測試系統的總體方案和工作原理應該遵循“模塊化、通用化、標準化”的思想，能夠滿足不同型號干擾彈的測試需要。測試系統的功能涵蓋電源輸入、對導彈加入激勵信號、信號的采集與處理、數據的回放與分析，是判斷干擾彈系統包括各部件是否工作正常、導彈系統工作流程是否合理、導彈部件接口是否匹配的主要依據。

本文簡要敘述了如何利用National Instruments（NI）公司的虛擬儀器技術，設計構造一個基于PXI平臺的多型干擾彈綜合信號測試系統。該系統利用NI公司的PXI設備構建系統的硬件框架，同時使用NI的LabVIEW或其它可視化開發環境進行開發，從而為用戶提供了一個易于控制、易于集成、高效率和可擴展的自動測試與控制平臺。該系統采用同一套硬件，只需配以不同的接口和檢測軟件，就可對多型干擾彈控制系統進行檢測。

干擾彈測試系統由PXI總線系統、電源模塊和信號調理單元和信號接口單元組成。PXI總線系統計算機、多功能數據采集DAQ模塊、信號發生器模塊、數字萬用表模塊、串行口擴展模塊、多路復用開關組成。

該系統具有64路模擬量輸入，96路數字I/O，8路模擬輸出，3路任意波形發生器，4路串口通訊模塊，一個萬用表模塊，以及一個多路復用開關。另外，PXI控制器上具有嵌入式GPIB控制接口，可以控制可編程電源。系統同時還具備5個可以擴展的槽位，便于隨時擴展系統的功能。

PXI總線模塊化儀器是自動測試平臺的核心。系統采用的PXI模塊儀器有：PXI一1045，3U尺寸18槽PXI機箱；PXI一6031E，E系列多功能數據采集卡，最多64路模擬輸入。PXI一6608通用計數器，最高80MHz通用計數器。

4.模擬信號采集

在測試系統中，需要實時檢測多路電壓信號，這一測試由多功能數據采集DAQ模塊來完成，根據系統測試的需要，本系統選用兩塊PXI-6259，每塊PXI-6259具有32路模擬輸入、48路數字I/O和4路模擬輸出，其板載可編程儀表級放大器具有在高掃描速率時建立時間快的特性，可在多通道高速采樣時保證16位采樣精度，適用于測試、控制及傳感器測量等領域。利用其高采樣速率，能夠精確采集動態信號。同時，在控制應用方面，該模塊還具備積分編碼器輸入、數字輸入保護及數字濾波等功能。通過PXI觸發總線可達到多卡同步。

5.目標信號模擬

在對系統進行仿真測試時，需要給系統外加激勵信號，這些激動信號可能是正弦波，也可能是白噪聲，同時根據系統檢測的要求還需對模擬信號的幅度、相位進行控制。本系統選用NI公司生產的任意波形發生器PXI-5421來實現上述功能。

PXI-5421是單通道100MS/s任意波形發生器（AWG），支持多儀器之間的同步功能。它以波形模式或函數模式兩種方式產生信號，可用作任意波形發生器、掃頻儀或函數發生器。

任意波形發生器具備模擬與同步輸出功能。利用16位數模轉換器輸出模擬電壓，通過低通濾波器及放大/衰減器可擴大動態范圍。輸出阻抗可通過軟件進行選擇，通常選擇50Ω，在視頻測試中則選擇75Ω。同步輸出是由數模轉換器產生正弦波的TTL電平，最大頻率達16MHz。同步輸出最大的用處在于可作為高頻精度、可軟件編程的時鐘源。

在對系統進行仿真測試時，需要產生多路相位可控的同步相關信號。其基本實現方法是使用NI-TCLK技術，將多個5421同步起來（同步時鐘飄移<10ps），將預先計算得到的多個相移信號下載到5421的板載內存中然后輸出。所計算的信號根據需要可以是正弦波、方波、鋸齒波或白噪音。

6.信號調理及接口單元

信號調理及接口單元的功能主要是完成信號轉接、信號調理和信號隔離，其作用是將待測信號與檢測設備相連。

為了提高可靠性，在對接口進行設計時，要考慮以下問題：一是防帶電拔插，二是接插件盲插設計。

為了防止帶電拔插接插件對檢測設備和被測產品造成損壞，在被測信號的輸出與檢測設備的輸入之間加隔離電阻網絡，一是根據需要對待測信號進行調理，二是防止誤操作對設備和產品造成不必要的損壞。對接插件盲插問題，設計時需選用不同的接插件。

7.軟件系統

對以上硬件系統的開發，可以使用NI LabVIEW圖形化開發環境。LabVIEW除了可以完成一般編程語言的基本功能以外，其特有的模塊插件和工具包可以使用戶很方便的完成對實時系統、FPGA設備、控制算法、系統仿真等應用的編程。作為虛擬儀器技術的軟件核心，LabVIEW可以在最大程度上發揮硬件的功能和效率，用戶可以根據自己不同的需求定制算法與功能加載在硬件上。從系統的角度來看，LabVIEW不但能夠完成對單獨設備的開發，同時可以方便的對復雜系統進行集成，而對開發者而言，只需要面對LabVIEW這一種開發語言，因此無論從開發成本和開發周期上來講，還是從以后的維護難易度上來講，LabVIEW都具有別的開發環境無法代替的優點。

信號測試功能分為數據集、信號源輸出、控制信號輸出、RS232通訊和錯誤查詢等子模塊。數據采集模塊實現系統對模擬信號的采集；信號源輸出則是根據需要產生模擬信號；控制信號輸出模塊發出相應的數字控制信號；RS232通訊則是從232端口接收或發送信號；錯誤查詢模塊根據信號測試過程中出現的錯誤定位出采錯原因。

系統自檢實現系統硬件的狀態檢測，保證設備處于正常就緒狀態。綜合考慮系統采用的虛擬儀器技術的編程特點，程序具有以下六個子模塊：上層應用軟件、系統自檢模塊、信號測試模塊、數據處理功能模塊、報告生成功能模塊、在線幫助功能模塊。

8.結束語

干擾彈控制系統是一個龐大且復雜的系統，是干擾彈系統的核心，其測試項目多，參數測試和數據處理精度及實時性要求很高。常規測試系統投資較大，直觀性、靈活性、可靠性都難以滿足要求。

技術進步是以不斷創新的計算機技術的進步為代表，從各個層面上影響著各個領域的技術革新，同樣包括干擾彈控制系統測試在內的測控領域。由于干擾彈控制系統測試的要求高、投資大，因此常規測控系統的直觀性、靈活性、可靠性就難以滿足要求。為進一步提高測控系統的直觀性、靈活性、可靠性和自動化程度，將虛擬技術和網絡技術用于測控系統設計并深入研究，有著重要的意義。將虛擬技術和測控技術結合組建新的控制系統的測試體系，可以使得測控更加靈活、可靠，系統組建成本大大降低，軟件系統可復用性增強，而且二次開發容易、維護方便，更好地滿足干擾彈控制系統的測試要求。

[1]Measurement and automation Catalog 2005,美國NI公司.

[2]莊嘉明.PXI——用于制造測試的工業標準平臺[Z].致茂電子,2003.

[3]馬莉,劉成,程志.基于虛擬儀器技術的水雷引信測試系統[J].水雷戰與艦船防護,2007(2).