基于LabVIEW的導(dǎo)引頭距離波門(mén)的測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

孫玉環(huán)，李永紅，岳 妮

（1.中北大學(xué) 儀器與電子學(xué)院，太原 030051；2.內(nèi)蒙古蒙東能源鄂溫克電廠，呼倫貝爾 021000）

目前，隨著測(cè)試技術(shù)的高速發(fā)展，在航空航天、通信等高技術(shù)測(cè)試領(lǐng)域中，測(cè)試設(shè)備越來(lái)越重要。在復(fù)雜的戰(zhàn)場(chǎng)上，導(dǎo)引頭通過(guò)接收目標(biāo)反射的激光信號(hào)，按照設(shè)定的編碼方式識(shí)別出目標(biāo)，然后鎖定目標(biāo)，控制彈藥指向目標(biāo)，所以說(shuō)導(dǎo)引頭是導(dǎo)彈武器系統(tǒng)中的一個(gè)關(guān)鍵部件，它的性能直接決定武器系統(tǒng)的戰(zhàn)術(shù)性能和指標(biāo)[1]，因此，導(dǎo)引頭距離波門(mén)的性能測(cè)試很重要。

由于傳統(tǒng)儀器不僅存在開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、測(cè)試效率低等問(wèn)題，而且增加了測(cè)試成本。然而，由美國(guó)國(guó)家儀器有限公司（NI）提出的虛擬儀器技術(shù)可解決上述問(wèn)題。它推出的圖形化編程語(yǔ)言LabVIEW提供了很多外觀與傳統(tǒng)儀器類(lèi)似的控件，采用數(shù)據(jù)流編程方式，在程序界面設(shè)計(jì)、編寫(xiě)代碼和實(shí)現(xiàn)功能等均使用圖形化方式，被廣泛應(yīng)用于航空、通信和過(guò)程控制等領(lǐng)域。本文提出使用LabVIEW虛擬儀器技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)導(dǎo)引頭距離波門(mén)的測(cè)試系統(tǒng)，提高導(dǎo)引頭距離波門(mén)控制策略的可靠性和距離波門(mén)保持時(shí)間的準(zhǔn)確性，同時(shí)解決了測(cè)試成本高、測(cè)試效率低、流程管理靈活性低等幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，具備手動(dòng)測(cè)試和自動(dòng)測(cè)試、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示等功能[2]。

1 測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

某導(dǎo)引頭距離波門(mén)的測(cè)試系統(tǒng)是測(cè)試導(dǎo)引頭距離波門(mén)性能的重要設(shè)備，可產(chǎn)生同步脈沖信號(hào)及與導(dǎo)引頭距離波門(mén)設(shè)置相匹配的延遲脈沖信號(hào)，可與任務(wù)計(jì)算機(jī)通訊進(jìn)行距離波門(mén)設(shè)置及測(cè)試，也可與導(dǎo)引頭單獨(dú)通訊進(jìn)行距離波門(mén)設(shè)置及測(cè)試，且系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。因此，測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)該滿足以下功能要求[3]：

（1）為測(cè)試系統(tǒng)和整彈/導(dǎo)引頭單元提供電源及電源控制，并有電源指示燈、測(cè)試指示燈；

（2）可發(fā)送同步信號(hào)及延遲同步信號(hào)，同步信號(hào)峰值及脈寬滿足模擬光源和導(dǎo)引頭單元使用；

（3）同步信號(hào)信號(hào)時(shí)差精度 0.1 μs；

（4）與整彈/導(dǎo)引頭單元通訊接口為422串口，波特率為115.2 kb/s；

（5）測(cè)試軟件以報(bào)告形式保存測(cè)試數(shù)據(jù)、圖形，測(cè)試報(bào)告為word格式，并保存原始數(shù)據(jù)；

（6）對(duì)測(cè)試中出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析處理，達(dá)到故障快速、準(zhǔn)確定位的目的；

（7）測(cè)試系統(tǒng)對(duì)導(dǎo)彈進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，若導(dǎo)彈供電電壓或電流超差，應(yīng)能自動(dòng)斷電以保護(hù)被檢測(cè)的導(dǎo)彈；

（8）具備手動(dòng)、自動(dòng)測(cè)試功能；

（9）控制光源進(jìn)行能量自動(dòng)仿真測(cè)試。

圖1 導(dǎo)引頭距離波門(mén)測(cè)試系統(tǒng)組成框圖Fig.1 Block diagram of seeker range gate test system

2 測(cè)試系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

測(cè)試系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示，該系統(tǒng)包括被測(cè)設(shè)備、隔離電路、控制器、程控電源、計(jì)算機(jī)，其中選用艾德克斯的IT6502D程控電源、中科院的模擬光源、信號(hào)適配器自制產(chǎn)品。為防止電磁干擾或者電源尖峰脈沖干擾，所以盡管本設(shè)計(jì)電路較為簡(jiǎn)單，傳輸距離較近，但為了安全，選用隔離型電路，ADM2582是高集成度數(shù)據(jù)收發(fā)器，支持±15 kV ESD（electro-static discharge）保護(hù)及信號(hào)和電源隔離，該器件適合用于多點(diǎn)傳輸線上的高速通信，內(nèi)部集成隔離式DC-DC電源，無(wú)需外加DC-DC模塊。采用5 V或3.3 V供電，實(shí)現(xiàn)完全集成的信號(hào)與電源隔離RS-485解決方案。ADM2582驅(qū)動(dòng)器具有高電平有效使能特性，也具有低電平有效接收器使能特性，禁止時(shí)可使接收器輸出進(jìn)入高阻抗?fàn)顟B(tài)。

圖2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Hardware structure of system

3 測(cè)試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)整體上是通過(guò)將LabVIEW的生產(chǎn)者-消費(fèi)者模型加以擴(kuò)充，通過(guò)LabVIEW的自動(dòng)多線程技術(shù)，即有4個(gè)線程同時(shí)進(jìn)行處理，線程之間的運(yùn)行相互獨(dú)立，但是線程之間的控制又相互關(guān)聯(lián)。另外，使用基于事件驅(qū)動(dòng)的JKI狀態(tài)機(jī)將整個(gè)系統(tǒng)按空閑、數(shù)據(jù)解析、流程、用戶界面、宏處理等幾個(gè)部分劃分，實(shí)現(xiàn)很好的解耦[4]。當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行一系列初始化之后即等待用戶界面操作，用戶選擇相應(yīng)流程，響應(yīng)用戶操作，從而保證系統(tǒng)穩(wěn)定性和可維護(hù)性。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)Fig.3 Architecture diagram of system software

程序的層次結(jié)構(gòu)使得簡(jiǎn)單、耗時(shí)少的操作在較高級(jí)的循環(huán)中進(jìn)行處理，將復(fù)雜、耗時(shí)多的操作在較低級(jí)的循環(huán)中進(jìn)行處理，這樣使得各種操作并發(fā)處理而不會(huì)因?yàn)槟骋粋€(gè)操作過(guò)于費(fèi)時(shí)而導(dǎo)致阻塞。合理的循環(huán)布局可使得高層循環(huán)控制低層循環(huán)的過(guò)程更加簡(jiǎn)便。各層之間的消息及數(shù)據(jù)傳遞通過(guò)隊(duì)列完成，使得本層的執(zhí)行過(guò)程直接根據(jù)上層發(fā)出的消息進(jìn)行順序執(zhí)行。

3.1 事件處理模塊

事件處理模塊是一個(gè)循環(huán)事件結(jié)構(gòu)，采用的是JKI狀態(tài)機(jī)，通過(guò)對(duì)前面板的事件監(jiān)視，根據(jù)發(fā)生事件的不同，做出不同的響應(yīng)。作為生產(chǎn)者，向其消費(fèi)者（消息處理模塊、通訊模塊、數(shù)據(jù)解析模塊）發(fā)送信息。

流程管理子VI采用JKI狀態(tài)機(jī)結(jié)構(gòu)，初始化中創(chuàng)建一個(gè)默認(rèn)保存流程文件的路徑；用樹(shù)形控件顯示流程步驟。流程的操作步驟包括：新建、添加、刪除、加載等步驟；每一步都伴隨著對(duì)流程文件的讀寫(xiě)操作。

（1）新建：創(chuàng)建一個(gè)新的測(cè)試流程，自定義流程名稱，以及保存路徑；

（2）添加：在測(cè)試流程中添加一條測(cè)試步驟；

（3）刪除：在測(cè)試流程中刪除一條測(cè)試步驟；

（4）加載：加載已創(chuàng)建的測(cè)試流程。

針對(duì)不同的測(cè)試項(xiàng)目創(chuàng)建相應(yīng)的測(cè)試流程，可以將測(cè)試流程以文件的形式保存，方便用戶靈活使用。流程管理界面以單獨(dú)的VI完成，在主界面可以加載已經(jīng)創(chuàng)建完成的測(cè)試流程。通過(guò)勾選的形式實(shí)現(xiàn)單步測(cè)試、組合測(cè)試和一鍵測(cè)試。

將所有用到的指令都列在參數(shù)選項(xiàng)卡中，包括整彈命令、導(dǎo)引頭命令、電源、光源、其他（設(shè)置延時(shí)、設(shè)置虛擬目標(biāo)位置）、讀取狀態(tài)、邏輯判斷。

3.2 消息處理模塊

消息處理模塊是個(gè)循環(huán)條件結(jié)構(gòu)，當(dāng)它接收到其生產(chǎn)者（事件處理模塊）發(fā)送的消息時(shí)，根據(jù)消息內(nèi)容不同做出響應(yīng)。消息處理模塊主要處理與界面有關(guān)的事件，與通訊有關(guān)的事件由通訊模塊響應(yīng)。其中“更新通訊錄”分支能將板卡發(fā)送和接收到的部分通訊幀記錄下來(lái)并顯示在列表中，為防止列表內(nèi)容過(guò)多而影響性能，程序中將列表行數(shù)限定在500行以內(nèi)，再有新通訊幀進(jìn)入，就刪除最早記錄。

3.3 通訊模塊

通訊模塊是一個(gè)循環(huán)結(jié)構(gòu)，它包含初始化、寫(xiě)命令、讀數(shù)據(jù)3部分。當(dāng)它接收到其生產(chǎn)者（事件處理模塊）發(fā)送的消息時(shí)，根據(jù)消息的不同做出響應(yīng)，完成命令的發(fā)送、數(shù)據(jù)采集等操作，并根據(jù)需要向其消費(fèi)者（數(shù)據(jù)解析模塊）發(fā)送消息。

3.4 數(shù)據(jù)解析模塊

數(shù)據(jù)解析模塊是一個(gè)循環(huán)條件結(jié)構(gòu)。當(dāng)它接收到其生產(chǎn)者（通訊模塊中的讀數(shù)據(jù)VI）發(fā)送的消息時(shí)，根據(jù)消息的不同做出響應(yīng)，最終實(shí)現(xiàn)曲線顯示、報(bào)表生成等功能。

將解析到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示到對(duì)應(yīng)的波形圖以及狀態(tài)列表中，其流程如圖4所示。實(shí)時(shí)顯示測(cè)試過(guò)程中采集到的數(shù)據(jù)，如視線角速度、框架角、能量等參數(shù)，并在運(yùn)行中根據(jù)需要調(diào)節(jié)波形圖的大小。

圖4 曲線顯示流程圖Fig.4 Flow chart of curve shows

將解析到的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存并按照需要的報(bào)表模板保存成Word形式的測(cè)試報(bào)告，其流程如圖5所示。

圖5 報(bào)表生成流程圖Fig.5 Flow chart of reports generated

4 測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)用驗(yàn)證

為驗(yàn)證測(cè)試系統(tǒng)的可靠性，將測(cè)試系統(tǒng)與被測(cè)設(shè)備相連，運(yùn)行并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)和參數(shù)設(shè)置，運(yùn)行界面如圖6所示。試驗(yàn)證明，系統(tǒng)測(cè)試的導(dǎo)引頭距離波門(mén)策略可靠性及保持時(shí)間跟理論值完全符合，能達(dá)到預(yù)期的目的，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

圖6 運(yùn)行界面Fig.6 Interface of run

5 結(jié)語(yǔ)

該測(cè)試系統(tǒng)是為測(cè)試導(dǎo)引頭距離波門(mén)控制策略可靠性及距離波門(mén)保持時(shí)間設(shè)計(jì)的，保證導(dǎo)引頭距離波門(mén)性能的準(zhǔn)確性。實(shí)踐證明，它集手動(dòng)測(cè)試和自動(dòng)測(cè)試、數(shù)據(jù)采集、處理和保存報(bào)表等功能于一體，操作界面友好，擴(kuò)展能力強(qiáng)，使用維護(hù)簡(jiǎn)單方便，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。此測(cè)試系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中取得的經(jīng)驗(yàn)，可在其他類(lèi)型的測(cè)控系統(tǒng)中應(yīng)用推廣[5]。

[1]郜開(kāi)開(kāi)，王佳民，王卿.精確制導(dǎo)武器的導(dǎo)引頭綜述[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2011（34）：11.

[2] 姚娟，張志杰，李麗芳.基于LabVIEW和TCP的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2012，38（7）：72-74.

[3]陳雷，張志巍，單休強(qiáng).基于PXI總線的某智能彈藥電參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2012，20（4）：1008-1010.

[4]陳錫輝，張銀鴻.LabVIEW8.2程序設(shè)計(jì)從入門(mén)到精通[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007.

[5]蔣紅巖，張曉軍，劉雷，等.基于虛擬儀器的航空計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].西北大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，43（4）：549-551.