CNI外場檢驗儀的設(shè)計

唐吉祥，賈德宇

（空軍第一航空學(xué)院 河南 信陽 464000）

隨著當(dāng)今軍用電子技術(shù)的飛速發(fā)展，我國空軍裝備建設(shè)進(jìn)入一個更新?lián)Q代的時期，新型戰(zhàn)機(jī)逐步開始列裝各航空兵部隊。通信導(dǎo)航識別分系統(tǒng)（以下簡稱CNI分系統(tǒng)）正是基于實現(xiàn)三代戰(zhàn)機(jī)高性能電子戰(zhàn)特殊要求的集成化系統(tǒng)。由于通信導(dǎo)航識別系統(tǒng)下掛設(shè)備多，數(shù)據(jù)流量大，在實現(xiàn)通信、導(dǎo)航、敵我識別等功能集成的同時，也給部隊的日常維護(hù)保障帶來了難度。為滿足外場監(jiān)測CNI分系統(tǒng)內(nèi)所有下掛設(shè)備總線數(shù)據(jù)通信情況、實時解析并顯示設(shè)備當(dāng)前的工作方式和工作參數(shù)的需要，同時將采集的總線數(shù)據(jù)保存下來，以備事后進(jìn)一步地詳細(xì)分析及排故，使CNI分系統(tǒng)故障定位和維護(hù)有據(jù)可查，因此研制通信導(dǎo)航識別系統(tǒng)外場檢驗儀（以下簡稱CNI外場檢驗儀）成為必要。

1 設(shè)計思想

為方便外場監(jiān)測CNI分系統(tǒng)內(nèi)所有下掛設(shè)備總線數(shù)據(jù)通性情況以及滿足分系統(tǒng)維護(hù)和排故的需要，開展CNI外場檢驗儀的研制工作。主要從以下幾個方面進(jìn)行考慮設(shè)計：整機(jī)設(shè)計時繼承以往機(jī)載及地面設(shè)備軟、硬件開發(fā)的成熟技術(shù)，結(jié)合用戶使用要求，適當(dāng)提高CNI外場檢驗儀的性能；將可靠性設(shè)計放在首位，首先進(jìn)行可靠性預(yù)計；采用通用的、開放的技術(shù)支持產(chǎn)品，便于擴(kuò)充和升級；按照軟件工程的規(guī)范進(jìn)行總線監(jiān)控軟件包的開發(fā)，軟件的設(shè)計做到結(jié)構(gòu)模塊化、任務(wù)調(diào)度優(yōu)化、控制優(yōu)化、算法優(yōu)化[1-2]。

2 檢測系統(tǒng)設(shè)計

CNI外場檢驗儀為外場地面檢測設(shè)備，與被監(jiān)測的加上CNI分系統(tǒng)通過1553B總線連接。實時動態(tài)監(jiān)控、解析、顯示分系統(tǒng)總線上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)及物理含義。CNI外場檢驗儀硬件平臺由加固計算機(jī)及1553B總線接口等構(gòu)成，軟件由操作系統(tǒng)以及板卡開發(fā)支持包和專用的1553B總線數(shù)據(jù)監(jiān)控解析軟件包構(gòu)成。其主要功能為：過濾采集的總線數(shù)據(jù)，按照事先設(shè)定的RT地址及數(shù)據(jù)塊子地址，通過1553B接口卡從CNI分系統(tǒng)總線讀取所需的數(shù)據(jù)塊并對數(shù)據(jù)塊計數(shù)[4-5]；實時動態(tài)采集總線數(shù)據(jù)，實時從CNI分系統(tǒng)總線抓取總線數(shù)據(jù)，實時監(jiān)控分系統(tǒng)各設(shè)備在任務(wù)各階段的工作方式和工作參數(shù)；實時監(jiān)控總線狀態(tài)，實時監(jiān)控分系統(tǒng)內(nèi)下掛各設(shè)備總線接口響應(yīng)是否正常；總線數(shù)據(jù)塊實時解析及動態(tài)刷新顯示，根據(jù)采集的最新總線數(shù)據(jù)，按照CNI分系統(tǒng)內(nèi)總線ICD的定義及時譯碼顯示最新的監(jiān)控的各設(shè)備工作狀態(tài)數(shù)據(jù)和工作參數(shù)數(shù)據(jù)。并隨著設(shè)備工作方式和工作參數(shù)的修改而實時更新；實時動態(tài)監(jiān)控數(shù)據(jù)塊檢索及回溯，在CNI外場檢驗儀連續(xù)加電的工作過程中，所有已采集的總線數(shù)據(jù)塊及相應(yīng)的數(shù)據(jù)字均有保存，并在監(jiān)視器的解析窗口隨時前后檢索、查找、對比；總線數(shù)據(jù)存儲，CNI外場檢驗儀采用文件形式持續(xù)存儲從1553B總線采集的CNI分系統(tǒng)內(nèi)CCU下發(fā)和各個設(shè)備上報的工作狀態(tài)及工作參數(shù)[3]。

2.1 硬件設(shè)計

2.1.1 主處理器模塊

主處理器模塊是CNI外場檢驗儀的系統(tǒng)管理、功能調(diào)度及處理的核心，也是對所有采集的總線數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的單元。選擇Inter Pentium M作為CNI外場檢驗儀的主處理器。

2.1.2 接 口

人機(jī)接口包括：液晶顯示器、防水鍵盤，USB接口、VGA顯示接口、電源接口、電源開關(guān)等。通過顯示器顯示譯碼后總線數(shù)據(jù)含義及采集的總線數(shù)據(jù)原代碼。軟件功能菜單均為漢字顯示。外場檢驗儀還可以調(diào)顯已存儲的監(jiān)控數(shù)據(jù)塊，供測試人員回溯查詢。

2.1.3 電源模塊

CNI外場檢驗儀機(jī)箱內(nèi)配置一個高效3.2 AH的鋰電池，當(dāng)檢驗儀有外接電源時，自動充電。CNI外場檢驗儀在僅有28 V電源供電的條件下仍能正常工作，并且整機(jī)省電節(jié)能，在外界沒有電源供給的情況下，仍然可由整機(jī)中攜帶的蓄電池以及外置的蓄電池供電。

2.2 軟件設(shè)計

2.2.1 軟件設(shè)計的原則

軟件設(shè)計的原則有以下幾點：軟件開發(fā)采用Visual C++集成開發(fā)環(huán)境編碼、代碼調(diào)試；軟件采用模塊化設(shè)計，保持模塊與模塊之間明確的接口關(guān)系；軟件編碼具有良好的可讀性、可維護(hù)性，可擴(kuò)充性；操作系統(tǒng)為Windows XP。

2.2.2 軟件的組成

CNI外場檢驗儀的軟件的操作系統(tǒng)提供本地系統(tǒng)引導(dǎo)、硬件設(shè)備驅(qū)動、內(nèi)存管理、進(jìn)程管理、任務(wù)實時調(diào)度等功能，為上層應(yīng)用軟件提供多線程支持。基于穩(wěn)定性考慮，操作系統(tǒng)采用Windows XP。

CNI外場檢驗儀總線監(jiān)控軟件包主要由應(yīng)用層功能軟件模塊、1553B總線接口卡支持軟件函數(shù)包組成。軟件設(shè)計采用自頂向下的原則，對應(yīng)用功能進(jìn)行合理分解，將外場檢驗儀需要完成的監(jiān)控、解析、顯示、存儲等功能分解為若干獨(dú)立的子功能，繼而再將每個子功能分解成若干功能塊，便于軟件程序修改、維護(hù)、擴(kuò)充。 應(yīng)用層軟件功能模塊劃分框圖如圖1所示。

2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖1 CNI外場檢驗儀軟件組成結(jié)構(gòu)框圖Fig.1 The block diagram software components of CNI outfield tester

CNI外場檢驗儀要滿足三代飛機(jī)配套地面檢測設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性要求，為解決結(jié)構(gòu)問題，在進(jìn)行加固計算機(jī)采購時重點解決了以下幾個方面的問題：整機(jī)的重量及大小上盡可能緊湊；整機(jī)外形美觀；模塊的通風(fēng)散熱問題；抗沖擊和振動問題。綜合以上設(shè)計重點，CNI外場檢查儀采用便攜式機(jī)箱，機(jī)殼采用鋁鎂合金便于散熱。在結(jié)構(gòu)設(shè)計上，機(jī)箱的設(shè)計盡量做到電場屏蔽，電源接口選用屏蔽性能較好的航空接插件。

2.4 電磁兼容性設(shè)計

為了不影響CNI外場檢驗儀的正常工作，同時也不影響干擾現(xiàn)場其它設(shè)備正常工作。采取以下措施：功能電路模塊布局中，從空間上盡量保證強(qiáng)信號電路遠(yuǎn)離弱信號電路；在結(jié)構(gòu)設(shè)計上，機(jī)箱的設(shè)計做到電場屏蔽，選用屏蔽性能好的航空接插件；機(jī)箱內(nèi)的各功能模塊考慮屏蔽措施，在機(jī)箱蓋板的接觸處采用導(dǎo)電襯墊；通過以上措施有效抑止CNI外場檢驗儀的內(nèi)外電磁干擾[6-7]。

2.5 可靠性、維修性、測試性和安全性設(shè)計

2.5.1 可靠性設(shè)計

1）可靠性設(shè)計要求

CNI外場檢驗儀可靠性設(shè)計遵循以下原則：在滿足功能和指標(biāo)的要求下，力求簡化；選購硬件時，盡量選用滿足環(huán)境要求的軍品器件，并有可靠的供貨來源，所選模塊盡量標(biāo)準(zhǔn)化、通用化；軟件的開發(fā)堅持按軟件工程的要求進(jìn)行，提高軟件的可靠性。

2）可靠性預(yù)計

設(shè)備整機(jī)由電源、CPU、主板、硬盤、內(nèi)存、顯示屏、1553B接口卡、無源底板等8個模塊組成。各模塊之間沒有備份關(guān)系，其基本可靠性模型為各模塊的串聯(lián)模型。可靠性框圖見圖2所示。

圖2 CNI外場檢驗儀可靠性模型Fig.2 The reliability model of CNIoutfield tester

2.5.2 維修性、測試性、安全性設(shè)計

按照標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化設(shè)計，各模塊相對獨(dú)立，布局合理，主要模塊均可方便拆卸以進(jìn)行快速更換，每次維護(hù)時間小于30 min。

CNI外場檢驗儀的本身具備自檢功能，軟件采用軟件工程化設(shè)計，所以便于軟件的升級和維護(hù)。硬件選用了目前已經(jīng)成熟的商用產(chǎn)品：軍用地面加固計算機(jī)，便于系統(tǒng)的測試維護(hù)。

CNI外場檢驗儀在方案設(shè)計時，從硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計等各方面綜合考慮安全性。結(jié)構(gòu)設(shè)計時避免尖銳的外角，防止使用和維修時對人員的傷害。

3 構(gòu)建測試系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)問題及解決措施

3.1 監(jiān)控解析軟件包開發(fā)

由于被監(jiān)控的機(jī)載CNI分系統(tǒng)下掛多個設(shè)備，工作參數(shù)量大、工作模式多，并對數(shù)據(jù)監(jiān)控、采集、譯碼有實時性要求。因此數(shù)據(jù)處理算法復(fù)雜、運(yùn)算量龐大，研制工作難度大。通過成功開發(fā)總線數(shù)據(jù)監(jiān)控解析軟件包，使CNI外場檢驗儀能夠?qū)⒋罅髁靠偩€數(shù)據(jù)以文件方式管理，對于動態(tài)實時數(shù)據(jù)，可暫存在內(nèi)存中，監(jiān)控結(jié)束時可根據(jù)需要轉(zhuǎn)貯到硬盤上，CNI檢驗儀提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)管理及檢索，對其進(jìn)行查詢、再分析。

3.2 結(jié)構(gòu)、電磁兼容性設(shè)計

CNI外場檢驗儀體形小、結(jié)構(gòu)緊湊，在抗振和電磁兼容方面有較高要求。為解決結(jié)構(gòu)及電磁兼容性問題，在進(jìn)行整機(jī)設(shè)計采購時考慮采用加固技術(shù)。在機(jī)箱選材上采用高品質(zhì)材料提高產(chǎn)品本身抗惡劣環(huán)境的能力，并在機(jī)箱底盤加裝隔振防沖裝置。在電磁兼容上采取密封機(jī)箱；各模塊在空間布局上使強(qiáng)信號電路遠(yuǎn)離弱信號電路；對模塊進(jìn)行三防處理等。

3.3 液晶顯示器的低溫工作及加固

在影響液晶顯示器使用環(huán)境的諸多因素中，低溫是關(guān)鍵。由于北方部分地區(qū)外場的低溫工作環(huán)境達(dá)到了-25度以下，普通的商用液晶顯示器不能工作，因此對液晶顯示器采取了低溫加熱方法，即在液晶顯示器背后加裝加熱裝置，當(dāng)溫度到達(dá)-25度以下時自動加熱升溫，使顯示器在低溫下正常工作。同時還考慮到顯示器抗沖擊和振動，在顯示器背部加裝了隔振防沖裝置。

4 結(jié)束語

該設(shè)備在國內(nèi)處理領(lǐng)先水平，在國內(nèi)首次對CNI分系統(tǒng)總線進(jìn)行大數(shù)據(jù)量實時監(jiān)控，并實現(xiàn)了對CNI分系統(tǒng)總線數(shù)據(jù)的實時采集、解析、譯碼、顯示、判別，監(jiān)控響應(yīng)快，精度高。在動態(tài)采集大量的總線數(shù)據(jù)時，能夠以文件方式管理數(shù)據(jù)。能夠連續(xù)工作時間長達(dá)500小時以上，一個工作日內(nèi) （8小時）實時監(jiān)測、解析及顯示的數(shù)據(jù)流量能達(dá)60G以上。該項目解決了CNI系統(tǒng)大數(shù)據(jù)量實時采集監(jiān)控難、故障不易追溯的問題，數(shù)據(jù)處理算法復(fù)雜、運(yùn)算量龐大，研制工作難度大，有較大創(chuàng)新。CNI外場檢驗儀的研制成功，解決了CNI系統(tǒng)大數(shù)據(jù)量實時采集難、故障不易追溯的問題，在國內(nèi)處于領(lǐng)先水平。

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