基于LabVIEW的距離波門測試系統設計

中北大學計算機與控制工程學院 楊鷗寧 岳鳳英內蒙古蒙東能源鄂溫克電廠 岳 妮 麻少軒

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基于LabVIEW的距離波門測試系統設計

中北大學計算機與控制工程學院 楊鷗寧 岳鳳英
內蒙古蒙東能源鄂溫克電廠 岳 妮 麻少軒

【摘要】為測試某激光半主動導引頭距離波門策略可靠性以及距離波門保持時間，設計了一種基于LabVIEW的導引頭距離波門測試系統。該系統由主控計算機、控制器、模擬光源和程控電源四部分組成。以LabVIEW應用程序為核心的主控計算機，提供操作平臺，可以創建不同的測試流程進行相應的測試試驗；而以FPGA為核心的控制器實現主控計算機與三路被測設備的通訊以及發送精準的同步信號及延遲同步信號的功能。經驗證，該系統性能穩定，能夠實現多路被控設備的實時控制，完成距離波門策略可靠性以及距離波門保持時間的測試，同步信號時差小于1us，虛擬目標位置誤差不超過0.1km，并得到完整的測試數據。

【關鍵詞】LabVIEW；JKI；FPGA；距離波門測試；同步時間

引言

激光半主動制導技術是20世紀60年代伴隨著激光技術的產生與發展而形成的一種精確制導技術。由于其具備其他制導技術所不具備的高精度制導，較強抗干擾能力以及通用性，激光半主動制導武器已經成為現代戰場的主戰武器之一，并得到廣泛的開發和研究[1-7]。對于激光半主動制導武器而言，很多的性能指標都需要測量[8]，而其距離波門策略可靠性與距離波門保持時間，則最直接的反映激光半主動制導武器裝備的可靠性，直接決定了其是否符合相關技術要求。導引頭距離波門測試設備的主要功能就是測試某激光半主動導引頭距離波門策略可靠性以及距離波門保持時間，產生同步脈沖信號以及與激光導引頭距離波門設置相匹配的延遲脈沖信號，可與任務計算機通訊進行距離波門設置及測試（整彈狀態測試），與導引頭單獨通訊進行距離波門設置及測試（導引頭單元測試）。

1 系統組成

系統由主控計算機、控制器、模擬光源和程控電源四部分組成。以LabVIEW應用程序為核心的主控計算機，提供操作平臺[9][10]，可以創建不同的測試流程進行相應的測試試驗，實時顯示采集到的實驗數據，并生成相應的測試報表、保存數據；以FPGA為核心的控制器實現主控計算機與三路被測設備的通訊以及發送精準的同步信號及延遲同步信號的功能；模擬光源輸出標準模擬光脈沖信號、精確頻率編碼光脈沖信號、激光照射同步電脈沖信號及目標模擬光信號，為整彈測試及導引頭單元測試提供目標的模擬反射信號源；程控電源把交流輸入AC 220V轉換為直流輸出DC 28V，10A/6A，為整彈及導引頭提供電源。系統結構框圖如圖1所示。

2 測試系統整體設計

用戶根據需求創建測試流程，通過RS422通訊將測試指令發送給被測設備，然后將被測設備反饋回來的數據顯示、保存生成報表、原始數據文件。

圖1　系統結構框圖

程序整體上是通過將LabVIEW的生產者-消費者模型加以擴充[11][12][13]，通過LabVIEW的自動多線程技術，即有四個線程在同時進行處理，線程之間的運行相互獨立，但是線程之間的控制又相互關聯，程序總體設計框架如圖2所示。

圖2　程序總體設計框架圖

主程序除去初始化界面，共包含四個模塊：事件處理模塊、消息處理模塊、通訊模塊、數據解析模塊。事件處理模塊通過對前面板的事件監視，根據發生事件的不同，做出不同的響應。消息處理模塊主要是處理與界面有關的事件，與通訊有關的事件由通訊模塊相應。其中的“更新通訊錄”分支能夠將板卡發送和接收到的部分通訊幀記錄下來并顯示在列表中，為防止列表內容過多而影響性能，程序中將列表行數限定在500行以內，再有新的通訊幀進入，就刪除最早的記錄。通訊模塊是一個循環結構，它包含初始化、寫命令、讀數據三部分。數據解析模塊最終實現曲線顯示、報表生成等功能。

3 功能實現

3.1 JKI狀態機和生產者消費者結構結合

事件處理模塊是一個循環事件結構，采用的是JKI狀態機，作為生產者，向其消費者（消息處理模塊、通訊模塊、數據解析模塊）發送信息，其他條件分支負責響應事件結構產生的事件。JKI狀態機通過事件結構快速響應前面板用戶事件，并且能夠通過簡單的命令出隊列、入隊列就可靈活地修改程序執行的狀態，能夠很好地解決本項目前面板大量操作的問題。

消息處理模塊是一個循環條件結構，當它接收到其生產者（事件處理模塊）發送到的消息時，根據消息的內容不同，做出響應。當通訊模塊接收到其生產者（事件處理模塊）發送的消息時，根據消息的不同做出響應，完成命令的發送、數據采集等操作，并根據需要向其消費者（數據解析模塊）發送消息，如圖3所示。數據解析模塊是一個循環條件結構，當它接收到其生產者（通訊模塊中的讀數據VI）發送的消息時，根據消息的不同做出響應。

圖3　生產者-消費者結構

圖4　流程管理程序框圖

3.2 自動測試流程

針對不同的測試項目創建相應的測試流程，可以將測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的VI完成，在主界面可以加載已經創建完成的測試流程，通過勾選的形式實現單步測試、組合測試和一鍵測試，實現此功能的關鍵在于樹形結構的應用，通過檢索項來區分單步、組合以及整個測試，也很巧妙地防止了標簽中重名的問題，程序如圖4所示。程序的前面板將所有用到的指令都列在參數選項卡中，包括整彈命令、導引頭命令、電源、光源、其他（設置延時、設置虛擬目標位置）、讀取狀態、邏輯判斷等，便于用戶操作，用戶只需要通過簡單的選取、添加就可以完成復雜的測試流程文件編寫。

圖5　自動測試實時圖像

4 結果分析

本測試系統主要通過自動測試流程，簡單、高效地測試各項數據指標，實時顯示測試數據，得到測試報告以及保存測試數據。如圖5所示，系統在能量仿真測試過程中實時顯示了隨著光源衰減量的降低，視線角速度、框架角和能量輸出的變化情況，與預期結果一致，與此同時，在測試進行的過程中，測試系統自動保存了任務計算機時間、視線角、框架角、能量、目標狀態等一系列參數。當一個測試過程結束時，系統還會自動生成對應的報表，對關鍵監測參數進行匯總，便于用戶查閱。而同步信號及延遲同步信號的精準度與同步信號時差和虛擬目標位置誤差息息相關，精確的同步信號與延遲同步信號能夠保證虛擬目標位置設置的精確度，保證導引頭在距離波門誤差允許的范圍內捕獲目標，這一參數直接影響了各個測試過程的正確性。通過示波器測試同步信號與延遲同步信號，誤差不超過1us。

5 結束語

本文介紹了一種基于LabVIEW的導引頭距離波門測試系統。該系統性能穩定，實用性強，實時性高，同步信號時差小于1us，虛擬目標位置誤差不超過0.1km；結構設計合理，集成度高，具有很強的通用性，對其他的測試系統有一定的借鑒意義。

參考文獻

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楊鷗寧（1989—），女，碩士研究生，主要研究方向：動態測試與智能儀器。

岳鳳英（1977—），女，副教授，碩士生導師，主要研究方向：特殊環境條件下的測試技術。

岳妮（1985—），女，工程師，主要研究方向：維護部熱控。

麻少軒（1986—），男，工程師，主要研究方向：運行部集控運行。

The Design of Range Gate Test System Based on LabVIEW

Yang Ouning1 Yue Fengying1 Yue Ni2 Ma Shaoxuan2

（1.School of Computer Science and Control Engineering，North University of China Taiyuan，Shanxi Province，030051；2.Inner Mongolia Mengdong Energy Ewenke Power Plant Hulunbeier，Inner Mongolia，021000）

Abstract：A range gate test system which was designed to test the range gate reliability and retention time of semi-active laser seeker based on LabVIEW.The system consists of master computer，controller，photosource and programmable power supply.The LabVIEW was used as the core of master computer to achieve the following functions，the supply of operating platform，the test of different procedures.The FPGA was used as the control device to achieve the following functions，the communication between master computer and appliances，the sending of accurate synchronization signal and delay synchronization signal.The system has been proved to work stably with great anti-interference performance，achieve to control appliances at the same time，test the range gate reliability and retention time of semi-active laser seeker.The system can get the complete test data and reach the 1us accuracy of synchronization signal and the 0.1km accuracy of the position of vitual target.

Key words：LabVIEW；JKI；FPGA；range gate test；synchronization time

作者簡介：

基金項目：山西省青年基金（2012021013-6）。