某型導彈發射車綜合維護測試設備設計

張學成，王大為，孫旭寧

（1.總裝駐上海地區軍代室，上海 201109；2.上海機電工程研究所，上海 201109）

現代戰爭要求導彈發射車能滿足快速機動的戰場需求，因此發射車的維修保障必然也要具有較高的快速性和有效性[1]。某型導彈發射車在部隊戰前或定期維護中需要測試整車的電氣性能指標及發射流程正確性，現有方法測試時需外接導彈模擬器、模擬點火負載、電子負載、筆錄儀和萬用表等5種9臺分離儀表，設備間有復雜連線且操作步驟繁瑣需要3～4人配合，容易引起人為操作失誤，檢測效率較低[2]。

針對以上問題，設計一套多通道、自動化程度高、操作簡便的綜合維護測試設備，以解決發射車在部隊使用保障中對模擬導彈加電、發射等作戰流程所需功能和性能的快捷綜合測試，提高發射車的維護測試效率，適應實戰化需求。

1 系統總體分析

為保障發射車能正確實施導彈發射，導彈發射前，需模擬導彈加電、發射等作戰流程，以確保各個設備的工作狀態正常、功能和性能完好。發射車定期維護也要測試各項功能和性能以及電纜連接與絕緣性是否處于正常狀態。

根據發射車維護保養的項目和產品特點，基于模塊化設計思想，以嵌入式技術為基礎，將發射車綜合維護測試設備劃分為4大功能模塊，分別為導彈負載模擬器、發射時序錄取裝置、電纜檢測儀以及數據記錄分析模塊。導彈負載模擬器模擬導彈的彈上設備輸入輸出信號，用于對發射車諸如導彈供電電壓、點火電流和電源紋波等電氣信號、開關量信號和通路狀態的自動化檢測；發射時序錄取裝置實時采樣發射車的發射時序信號，并通過CAN總線發送給時序錄取計算機；電纜檢測儀診斷發射電纜的連接與絕緣性能，進行關于斷線、混線、絕緣不良等線纜的故障測試與定位；數據記錄分析模塊采集和保存綜合維護設備運行時產生的數據，并進行分析、回放和評估處理，對測試數據的趨勢進行分析，還可對發射車進行故障預測。各模塊均采用智能化設計，避免復雜的操作流程，并具有一定的通用性和擴展性，為同類型及后續型號預留接口。

2 功能模塊設計

2.1 導彈負載模擬器

導彈負載模擬器用于替代真實導彈，模擬工作過程中的導彈信號，以檢測發控系統功能是否正常。導彈負載模擬器主要由發控接口板、DSP控制板、模擬信號調理板、液晶顯示屏以及導彈供電等效負載、導彈點火等效負載等組成，如圖1所示。發控接口板作為導彈負載模擬器與發控設備的電氣接口板，模擬導彈聯鎖信號、發動機保險信號，檢測發控的導彈供電信號和火工品的點火信號，根據導彈供電和點火信號模擬各種導彈返回信號。

圖1 導彈負載模擬器組成Fig.1 Framework of missile load simulator

DSP芯片不僅具有信號數據處理功能，還有較強的控制能力[3]。因此，采用TI公司的TMS320F2812 DSP芯片作為導彈負載模擬器的控制核心。DSP在導彈加電和發射過程中的作用主要體現在2個方面：一方面，控制發控接口板按時序模擬返回各種信號、模擬導彈與發控系統的通信，控制繼電器動作，并將導彈供電負載與點火負載加載到發控系統的導彈供電回路和點火回路中；另一方面，通過AD采樣端口實時采樣導彈的供電電壓和點火電流。模擬信號調理板將導彈供電電源的電壓值、供電電源的紋波、導彈點火電流都統一變換到0～3 V以供DSP控制板模擬量采樣。

圖2所示為一組導彈供電電源的高精度、前后級隔離電壓調理電路原理圖。其工作的過程如下：首先，輸入電壓經過電阻網絡進行分壓，縮放為原來的1/6倍；然后，隔離放大器ISO124U將分壓后的供電電壓信號1∶1線性隔離；最后，一路運放OP285比例變換采樣信號，另一路跟隨濾波產生輸出信號。圖2的調理電路最終將輸入信號縮小18倍后輸出至DSP模擬量采樣口。導彈點火電流模擬信號的調理電路與圖2一致，只是電路的比例變換系數不同。

圖2 導彈供電電壓信號的調理電路Fig.2 Signal conditioning circuit of power supply voltage for the missile

2.2 發射時序錄取裝置

發射時序錄取裝置檢測發射時序信號并進行量化處理和圖形化顯示，最終確定發控系統的工況。發射時序錄取裝置主要由時序錄取計算機、時序錄取盒、CAN通信卡和通信電纜等組成。時序錄取盒的多通道時序信號由軟件觸發[4]，采用TI公司的TMS320F2812 DSP作為時序檢測硬件的控制核心，實時采樣發射車的導彈發射時序信號，并將采樣到的時序信號通過CAN總線發送給時序錄取計算機。

時序錄取盒處理時序信號的原理如下：以時序錄取盒開機時刻作為0時刻，DSP上電后程序設置1 ms中斷，在收到時序錄取計算機的數據采樣命令后每1 ms采樣一次所有端口的IO電平，并與上一次IO口電平情況進行比較，若IO口電平有變化則記錄信號的變化情況以及變化時刻的時間；當時序錄取計算機發送數據傳送命令時，時序錄取盒定時將采樣數據發送給時序錄取計算機；時序錄取計算機對接收到的數據進行濾波后圖形化直觀地顯示出來，并對發射時序進行自動判讀。

時序錄取盒與時序錄取計算機之間的通信采用CAN總線，CAN通信報文協議規定前4個字節為IO口電平，后4個字節為變化時刻的時間。圖3為假設在t1～t4時刻信號1～信號4的一段發射時序示意圖，t1～t4時刻 （分別為 0x1000、0x2000、0x3000、0x4000），則CAN通信報文的數據分別為（0x01，0x1000）、（0x03，0x2000）、（0x0f，0x3000）、（0x00，0x4000）?？梢姡捎弥挥涗汭O口變化情況及變化時刻的時間值，時序錄取盒需要保存、處理和發送的數據量很少，大大降低了DSP的消耗，且能可靠地保證時序采樣的精度。

圖3 一段發射時序示意Fig.3 A part of firing time sequence

2.3 電纜檢測儀

電纜檢測儀用來對電纜進行導通、絕緣和耐壓檢查，硬件主要由主測試儀、輔助測試儀、通信控制電纜和蓄電池等組成，軟件主要包括電纜表、測試配置、歷史測試報表查詢、測試控制、故障列表、系統信息查詢等內容。電纜分析軟件將發射車各電纜信號關系做成電纜數據表，測試時只需選擇電纜號及測試項目，軟件自動對電纜進行導通或絕緣檢查，并將檢查結果記錄下來。

主測試儀原理如圖4所示，由GENE-CV05主板、控制板、繼電器陣列、液晶屏、鍵盤、硬盤等組成。GENE-CV05嵌入式主板作為主測試儀的計算機中心，通過RS232向控制板發送控制命令；控制板作為主測試儀的控制中心，含有絕緣、導通測試需要的恒流源電源、差分采樣電路、絕緣高壓產生電路和AD采樣電路等；繼電器陣列板主要由繼電器切換陣列和MCU控制電路組成，MCU通過RS485與控制板通訊，接收主測試儀控制板命令控制繼電器陣列中的繼電器通斷，以配合主測試儀進行導通測試。輔助測試儀主要由繼電器陣列板組成，接收主測試儀命令控制繼電器的通斷。

圖4 主測試儀原理Fig.4 Functional block diagram of main tester

導通電阻測量原理如圖5所示，被測電纜兩端分別連接主測試儀和輔助測試儀，主測試儀通過通信控制電纜向輔助測試儀提供電源，主測試儀的計算機同步控制主測試儀和輔助測試儀中繼電器陣列板的矩陣開關，選擇某一根電纜的導線，主測試儀將恒流源加到被測導線上，通過采樣差分電壓計算出導線的導通電阻值。

圖5 導通測試原理Fig.5 Schematic of open-short test

絕緣電阻測試采用了比較法測量采樣電阻值，其工作原理如圖6所示。比較法采樣可以避免高壓電壓跌落對測量精度的影響[5]，絕緣測試電路中還需高壓產生電路來提供可調的高壓直流電源。由于耐壓測試與絕緣測試原理相同，只是高壓及高壓保持時間不同。耐壓測試電路采用絕緣測試電路，高壓產生電路可根據軟件選擇500 V、1000 V檔，由電纜檢測設備軟件來控制耐壓測試時間。

圖6 電纜絕緣測試原理Fig.6 Functional block diagram of cable insulation test

2.4 數據記錄分析模塊

數據記錄分析模塊采集和保存導彈負載模擬器、發射時序錄取裝置和電纜測試儀等發射車的各種測試數據進行分析、回放和評估處理，及時掌握系統的運行狀況。此外，數據記錄分析模塊中嵌入了基于大數據分析的故障預測功能，鑒于篇幅，不在此深入展開。

3 關鍵技術

與原來分離式儀表組合相比較，設計的綜合維護測試設備具有小型化、集成化和自動化等特點，實現過程主要解決了以下關鍵技術：

（1）集成度較高的系統構架

綜合維護測試設備需要提供多種激勵信號檢測復雜的輸入輸出信號，為了減小體積、方便操作且降低人為失誤的概率，綜合運用先進的電路控制技術，實現集成度較高的系統構架，以滿足全部測試任務和一定的擴展性要求。

（2）面向測試資源的信號調理技術

新一代軍用自動測試系統應用面向信號技術作為通用性的實現基礎[6]，因此運用面向測試對象的思想設計了信號調理板以提高通用性。被測電氣信號通過電纜和適配器連接到調理板上，進行濾波和變換電平處理等信號調理，轉換成滿足后續傳輸與處理系統要求的信號。不同的測試對象可以通過相應適配器來轉接，提高可靠性的同時還能有效解決現場干擾及儀表端口保護等問題。

（3）通用化的發射時序采樣與顯示

采用只讀取信號電平變化情況和變化時刻的時間信息，既可以降低通信總線上的消耗，又可以作為通用化的時序采樣方法供各個型號使用。根據各個型號研制生產經驗提煉出避錯和容錯措施，按其發射時序要求在時序錄取軟件中對信號進行配置，即可實現自動判讀。

4 結語

本文設計了一套能自動檢測導彈發射車導彈供電和點火電流參數、導彈發射時序及發射車電纜網導通絕緣的綜合維護測試設備。該設備體積小、操作方便、便于攜行，為部隊戰前或維護保障時快捷綜合測試導彈發射車功能和性能提供了支撐手段，同時也能用于工廠的生產調試和檢驗驗收過程，可以極大地提高導彈發射車的生產與部隊保障能力。

[1]李田科，于仕財，于樂.導彈發射車綜合診斷與健康管理系統研究[J].戰術導彈技術，2012，31（2）：71-75.

[2]劉中根，周冰.某型導彈發射車跟蹤與發射性能檢測系統設計[J].儀表技術，2014（2）：38-40.

[3]周志久，吳燦，張英.基于DSP的數據采集系統設計與實現[J].航天控制，2011，29（2）：65-68.

[4]陳永，石曉晶，徐正明.基于VXI總線的多通道時序觸發模塊的研究與設計[J].計算機測量與控制，2013，21（2）：77-79.

[5]陳昕，周哲玲，劉高.多功能電阻測試儀校準系統設計[J].自動化與儀表，2015，30（5）：21-24，36.

[6]許屹暉，李執力，王震宇.新一代軍用ATS技術體制和關鍵技術研究[J].現代防御技術，2010，38（2）：35-40.