光纖尋的發控模擬裝置的研究與設計*

張瑜潔,金 陽,母勇民

(中國兵器工業第203研究所,西安 710065)

光纖尋的發控模擬裝置的研究與設計*

張瑜潔,金 陽,母勇民

(中國兵器工業第203研究所,西安 710065)

為了完成某型武器系統的地面綜合聯試,文中采用PXI總線技術設計實現了某型光纖尋的發控模擬裝置。通過研究武器系統工作特點,設計并實現發控模擬裝置的軟硬件結構,解決了實時響應、遠程控制等關鍵技術,模擬某型武器系統地面發射系統,完成地面綜合聯試。試驗表明,發控模擬裝置已成功應用于系統聯試,性能良好,工作穩定。

PXI總線;實時響應;遠程控制

0 引言

隨著武器系統日益復雜,性能要求越來越高,為縮短研制周期,節省研制經費,虛擬試驗、仿真試驗的重要性愈加凸顯。綜合聯試成為武器系統科研階段必備試驗,完成實驗室環境下系統級測試及飛行試驗的發射前系統測試。綜合聯試采用“虛實結合”的設計模式[1],確保與飛行試驗流程的一致性、完整性,提高武器系統綜合聯試質量。

文中基于以上原因進行研究論證了某型光纖尋的發控模擬裝置。該發控模擬裝置采用PXI總線技術設計實現,能夠模擬地面發射系統,完成發射控制、監測和處理功能,試驗結束后,對數據進行回放處理,對武器系統的工作狀態進行判讀,為飛行試驗、毀傷評估等提供依據[2]。

1 發控模擬裝置總體結構設計

發控模擬裝置主要由模擬電源單元、主控制單元、信號調理單元等三部分組成,與信號轉換裝置、圖像處理裝置配合,模擬地面發射系統的接口功能和輸出參數,與被測對象進行數字通訊、控制輸出相關模擬量,實現模擬發射功能,接收、處理、判斷并顯示被測對象返回的狀態信息,具備遠程控制功能,遠程控制功能由數據傳輸網和實時控制網兩部分組成。發控模擬裝置系統組成如圖1所示。

圖1 發控模擬裝置系統組成圖

2 發控模擬裝置硬件設計

發控模擬裝置硬件設計主要包含模擬電源單元設計、主控制單元設計、信號調理單元設計、系統自檢設計四大部分。

2.1 模擬電源單元

模擬電源單元主要包括模擬被測對象工作電源和模擬地面電源單元兩個部分,按時序提供被測對象、地面設備工作所需電源,采用光電隔離傳感器對電源電壓和電流進行采集和監視。被測對象供電系統如圖2所示。

圖2 被測對象供電系統圖

2.2 主控制單元

基于PXI總線技術的自動測試設備具有測試成本低、技術風險小、系統開發周期較短等優勢[3]。

主控制單元主要包括PXI系統、工控計算機、信號源、以太網交換機、點火電源等設備。主控制單元是系統核心控制部分,主要完成系統調度、系統控制、系統通訊和遠程控制的功能。主控制單元模擬發控系統的輸入輸出參數,與信號轉換裝置、圖像處理裝置、被測設備進行通信,接收、處理、判斷并顯示控制操作和被測對象返回的狀態信息。主控制單元組成如圖3所示。

圖3 主控制單元組成圖

主控制單元與其它設備的通信包括遠程控制和串行控制兩種方式。

2.2.1 遠程控制方式

主控制單元里的遠程控制模塊接收通過以太網傳來的命令,使系統按照預設配置,自動執行試驗任務。主控制單元的工控機配置了兩個以太網接口,做到內外網絡的分離。這樣設計保證了發控模擬裝置內部設備控制的安全性,也保證了全系統網絡帶寬分配的合理性。遠程控制方式如圖4所示。

圖4 遠程控制方式示意圖

2.2.2 串行控制方式

RS-422/CAN串行接口主要用于主控制單元與各設備之間的命令和數據通信,連接關系如圖5所示。

圖5 串行控制方式示意圖

2.3 信號調理單元

信號調理單元主要完成被測系統與主控單元的信號轉接、隔離,控制信號放大等功能。

2.4 系統自檢單元

系統自檢單元具有系統自檢與故障診斷兩大功能,是對系統的可用性進行檢查。

3 發控模擬裝置軟件設計

發控模擬裝置軟件架構設計為分層模型:驅動層主要由NI數字采集工具軟件構成。驅動層之上是應用層,該層主要完成系統自檢、測試參數設置、電源時序編輯、信號采集等功能。

由于普通PC機應用的是Windows多任務分時操作系統,外部事件通常在隊列中等待處理,因而很難保證實時特性[4-5]。而LabVIEW RT系統是NI公司在LabVIEW開發環境中加上了RT模塊,配合必要的硬件平臺,為實時系統開發提供的一個易用的高性能平臺[6]。需要進行1 ms精確時間控制的應用程序包括命令接收、處理、判斷、模擬輸出等,都運行在零槽控制器的LabVIEW RT實時系統上,是底層驅動程序。

用戶界面部分、數據存儲等非實時操作在工控計算機Windows XP環境里運行,用于完成加密狗驗證、系統自檢、硬件配置、按照時序設定的配置指令自動或用戶手動執行程序,返回試驗信息、存儲試驗結果等功能。

遠程控制軟件結構使用C/S模式,與本地控制軟件和實時控制軟件配合,完成系統的遠程控制功能。

實驗結束,自動生成測試結果報表,并根據需要將測試結果打印輸出。

系統軟件流程圖如圖6所示。

圖6 系統軟件流程圖

4 發控模擬裝置完成地面聯試

某型武器系統地面聯試時,發控模擬裝置模擬地面發射系統,實驗主界面如圖7所示。

圖7 實驗主界面

地面聯試前,發控模擬裝置首先需要進行系統自檢,如圖8所示。

地面聯試過程中,發控模擬裝置聯試實驗界面如圖9所示,分為5個顯示區域。在實驗界面上單擊開始實驗,進入地面聯試;單擊停止,則可隨時終止本次地面聯試。

a)電源狀態指示:位于實驗界面上部,實時顯示5組電源的工作狀態、4組被測對象的電壓、電流等信息;

b)返回信息指示:位于實驗界面右邊,實時顯示返回的通訊數據、用戶的手動操作等信息;

c)參數顯示指示:位于實驗界面左邊,顯示本次配置的通訊參數數據;

d)按鍵顯示指示:位于參數顯示下邊,框內顯示按鍵操作情況;

e)狀態欄:狀態欄里的上電時間,是指從實驗開始的計時時間;飛行時間,指擊發開始的計時時間。

在實驗結束后,當前狀態里將顯示自動保存記錄的文件路徑。

圖8 發控模擬裝置系統自檢

圖9 實驗界面

5 結束語

文中研究并設計實現了基于PXI總線技術的某型光纖尋的發控模擬裝置。系統設計中,采用基于LabVIEW RT實時模塊,確保系統1 ms的控制精度,總體設計技術集成化、系統化程度較高,提高系統的實用性、穩定性和可擴展性。實踐表明,該型發控模擬裝置界面友好,測試數據準確,可靠性高。

[1] 談斌, 郭士波, 傅彬. 基于HLA的裝備操作訓練仿真系統設計研究 [J]. 系統仿真學報, 2011, 23(增刊1): 177-179.

[2] 李高升, 劉培國, 覃宇建, 等. 一種防空模擬訓練系統設計 [J]. 無線電工程, 2011, 41(1): 47-50.

[3] 肖虎斌. 基于HLA的某型艦炮武器模擬訓練系統設計 [J]. 艦船科學技術, 2011, 32(11): 79-83.

[4] 項曉峰, 田作華, 張憶. LabVIEW RT實時控制開發系統結構與開發應用 [J]. 測控技術, 2002, 21(12): 61-63.

[5] 蘇海龍. LabVIEW RT在控制系統中的應用 [J]. 儀表技術, 2003(5): 7-8.

[6] 顧學飛. 基于LabVIEW RT的振動主動控制技術研究 [D]. 南京: 南京理工大學, 2008: 42-43.

Research and Design of the Optical Fiber Homing Fire Control Device

ZHANG Yujie,JIN Yang,MU Yongmin

(No.203 Research Institute of China Ordnance Industries, Xi’an 710065, China)

In order to complete the ground integrated test of a certain weapon system, this paper used PXI bus technology for the design and implementation of the optical fiber homing fire control device. By studying the characteristics of the weapon system, this paper designed and implemented hardware and software structure of homing fire control device, and solved the key technologies such as real-time response, remote control. The simulation of weapon system launch system on the ground were completed. Tests showed that homing fire control device had been successfully applied in the system integration test. The performance was good, and it could work stably.

PXI bus; real-time response; remote control

2016-05-03

張瑜潔(1982-),女,陜西咸陽人,工程師,研究方向:軟件測試技術。

TJ768.3

A