基于LXI總線的某彈用自動測試系統設計

趙虎德，閔昆龍，孫 強，楊偉光，祁曉野

(1.北京航空航天大學 機械工程及自動化學院，北京 100191; 2.北京航天測控技術有限公司，北京 100041;3.解放軍93169部隊 機載彈藥大隊，吉林 四平 136000; 4.解放軍93716部隊 60分隊，天津 300000)

基于LXI總線的某彈用自動測試系統設計

趙虎德1，閔昆龍2，孫 強3，楊偉光4，祁曉野1

(1.北京航空航天大學 機械工程及自動化學院，北京 100191; 2.北京航天測控技術有限公司，北京 100041;3.解放軍93169部隊 機載彈藥大隊，吉林 四平 136000; 4.解放軍93716部隊 60分隊，天津 300000)

隨著測試總線技術的不斷發展，當前基于VXI總線技術某彈用自動測試系統在滿足現代戰爭高強度、高效率保障需求方面存在缺點，無法適應未來高科技戰爭的需求；通過對比VXI總線與LXI總線，提出了基于LXI總線技術的某彈用遠程分布式自動測試系統設計，分析了該型炸彈的測試需求，進行了系統方案和軟件架構的設計，描述了系統軟件的工作流程，提高了系統的標準化、智能化、模塊化和通用化水平，加強了系統機動性和保障效率。

自動測試系統；LXI總線；遠程分布式

0 引言

當前，隨著科技的進步和發展，新的作戰樣式和作戰理念不斷的推陳出新，在這其中，應用了各種新科技新技術的新裝備新產品發揮了重要的支撐作用。這其中，武器自動測試系統因參與整個武器系統研制、生產和裝備的全壽命環節，成為整個裝備系統研制和裝備過程中不可缺少的關鍵部分[1-2]。

目前，國產某型激光制導炸彈因其攻擊精度高、生產成本相對較低的優點被廣泛的裝備和使用，是主力攻擊型武器之一。該型號炸彈的自動測試系統均采用了VXI總線技術，由于VXI總線無法實現遠距離測試，該技術特點導致了該型號保障模式中的相互隔離，即：場站軍械股作為平時儲存單位，彈藥大隊作為維護保障單位，保障過程中需要先將炸彈從軍械股轉運至彈藥大隊進行啟封測試，待測試合格后再交付使用，無形中增加了一次彈藥轉運環節，增加了部隊的工作量，不利于未來高技術高強度戰爭對抗。如果能借助新的保障技術實現彈藥遠距離的直接測試，那么我們僅需對軍械股的庫房進行適當A環境改造以達到測試要求就可以直接在軍械股實行測試保障，如此則會有力的提高保障效率，為未來的實戰保障節約寶貴的保障時間，而LXI總線技術為這種保障模式提供了可能。

本文主要是以國產某型激光制導炸彈作為假定對象，以信號模擬器作為實際被測對象，搭建一個以LXI儀器為基礎的遠距離測試系統。

1 LXI總線

LXI總線技是基于多個成熟的工業標準技術，尤其是以太網技術，通過針對儀器開發需要的語言、命令、協議等內容進行拓展，構成適用于自動測試系統的新一代模塊化儀器平臺標準[3]。相比其他的測試總線，LXI總線具有開放式的工業標準，良好的向后兼容性，低廉的成本，高效的互操作性以及可以及時方便的引入新技術的特點。總結LXI總線的優點主要有[4]：

一是LXI總線基于以太網標準(IEEE 802.3)。在此標準下，用戶可以柔性擴充測試儀器，而且沒有儀器數量和放置地點的限制，提高了模塊利用率，擺脫了傳輸距離的限制，為實現遠距離測試奠定了基礎。二是LXI模塊采用自集成和標準化設計，使系統搭建更為靈活。三是LXI總線采用了IVI規范并使用IVI-COM驅動程序，可以兼容各種開放式儀器驅動程序標準，使LXI儀器具有強大的互換性、互操作性和軟件的可移植性。總結各總線技術的性能情況對照如表1所示。

表1 各測試總線性能情況對照表

LXI 儀器是嚴格基于IEEE802.3、TCP/ IP、網絡總線、網絡瀏覽器、IVI-COM驅動程序、時鐘同步協議(IEEE1588) 和標準模塊尺寸的新型儀器。自2005年以來，LXI產品得到了迅猛發展。據安捷倫公司LXI項目經理給出的數據：“現在已經有300多種LXI產品問世，在LXI產品的開發和推廣方面，公司的LXI產品已經廣泛用于美國的軍工行業。”相比VXI/PXI模塊，LXI模塊儀器不需要機箱、零槽控制器，每個LXI模塊就是1臺獨立儀器，具有更大的靈活性[5]。特別是由于LXI儀器采用LAN作為傳輸媒介，可以不受傳輸距離的限制，以LXI儀器搭建的測試系統可是實現遠距離分布式測量。

2 測試系統需求分析

彈藥自動測試系統具有生產量大、應用面廣、調試復雜、資金消耗巨大等特點，是實施保障的關鍵裝備之一，其質量的好壞，效能的高低直接影響了保障效率。當前，實際裝備的該型彈用自動測試系統均以VXI總線為基礎，整個系統存在著成本高，兼容性差，系統可移植性差，拓展升級困難等不足，不能很好地利用先進PC技術的優勢，從而也無法將主流軟件的低成本、高性能等好處帶給用戶。

針對該型炸彈進行系統設計，通過對被測試信號的分析，可將測試過程中的信號分激勵信號和響應信號。所謂激勵信號，就是為了達到對某個測試任務的測試，由測試系統向被測對象發出的模擬信號，該模擬信號一般有典型或特定信號組成，例如各種幅值得交直流電壓或電流信號、脈沖或階躍信號以及各種頻率的正(余)弦信號、方波信號等等。響應信號也就是被測系統收到測試系統發出的激勵信號后產生的輸出結果信號，我們可以通過響應信號來對被測對象的質量進行評判[6]。根據被測對象的需求，分析獲得測試系統的具體需求如表2所示。

表2 測試系統資源需求

分析被測對象的信號需求，其測試信號主要包括電阻、電流、交直流電壓等[7]。由于條件限制，沒有真實炸彈作為被測對象，初步設計過程中以炸彈模擬器作為測試對象。

3 基于LXI總線的測試系統組成

系統總體設計思路是在分析被測需求的基礎上，首先對所需LXI儀器進行選擇，其次進行系統軟件設計，最后結合炸彈模擬器進行實際測試，進行系統驗證。

根據被測對象的信號類型，搭建以LXI為總線的自動測試系統。測試系統主要有工控機、交換機、LXI模塊儀器、測試接口以及顯示器、鍵盤、鼠標和打印機等附件組成。其總體方案如圖1所示。

圖1 測試系統總體設計方案

整個測試系統的控制核心是工控機，它提供操作人員的操作功能界面，通過運行加載于其中的測試軟件，控制LXI儀器的工作狀態，從而達到對整個測試過程的控制和管理，完成規定的任務；LXI模塊儀器主要在工控機的控制下完成激勵信號產生及響應信號采集等任務；交換機是系統指令和測試信號傳輸中介。

在對所需激勵信號和響應信號按物理特性進行分類的基礎上，按照過載余量充足的原則，選擇適當LXI模塊。綜合考慮各方面硬件需求，選擇的LXI儀器主要有數字多用表模塊、掃描A/D模塊、 D/A模擬輸出模塊、時序測量模塊、數字I/O模塊、矩陣開關模塊和1553B模塊。其中數字多用表模塊主要應用于實現LXI平臺的信號高精度測量；掃描A/D模塊主要根據不同被測信號的測試需求，實現不同通道、任意增益、任意順序的掃描任務；模擬輸出模塊主要作為高精度電壓和電流激勵源應用于過程控制和測試測量領域，也可為其它對象提供電壓和電流信號；時序測量模塊用于檢測和記錄輸入開關量的改變以及提供輸入開關量改變點相對于起始時刻的時間值；數字I/O模塊主要完成事件計數、頻率測量、脈沖寬度測量、周期信號輸出以及脈沖序列生成等功能；矩陣開關模塊具有集成化高、控制靈活的特點，主要用于實現測試過程信號通斷控制；1553B通訊模塊主要實現與網絡中其他測試設備的集成和協調，是LXI總線自動測試系統的主要組成部分。

由于工控機和各LXI模塊之間通過交換機進行信號交互，因此為實現遠距離分布式測試提供了可能。現實中為了實現在彈藥保管單位直接測量，可以將各LXI模塊與工控機分開放置，通過對場站軍械股庫房進行適當環境改造，使其適于開展武器的啟封、測試和油封工作，同時庫房增加LAN網口，然后將以LXI儀器為主的現場端置于軍械股，將工控機以及鍵盤、顯示器、打印機等部分作為控制端置于彈藥大隊，兩者之間通過LAN網通信。同樣，如果在多個分散點設置LXI儀器現場端，通過LAN網絡進行互聯，則可搭建遠距離分布式測試系統。

4 測試系統軟件架構設計

軟件總體可分為功能界面層、邏輯層、儀器驅動層和I/O軟件層(即VISA庫)[8]。系統主要實現系統管理、測試執行以及結果管理三大任務。針對上述任務分別進行系統邏輯設計、流程配置和設備配置。其軟件結構框架如圖2所示。

圖2 系統軟件設計框架

如上圖所示，每次任務過程中，用戶通過功能界面層選擇確定操作內容，通過邏輯運行層進行數據傳送、界面調度等[9]，通過IVI儀器驅動調用接口實現對儀器的調用，最后通過I/O接口程序實現對LXI儀器的操作。

5 系統軟件執行流程

系統軟件執行流程總共分為三層，分別為身份驗證層、功能選擇層和模塊執行層。具體如圖3所示。

圖3 系統軟件執行流程圖

5.1 用戶身份驗證

身份驗證層主要是驗證用戶的身份，識別用戶操作權限，根據用戶的權限進入相應的系統界面以進行后續操作。

5.2 用戶功能選擇

功能選擇層主要是用戶根據操作任務需要選擇相應操作，主要分為系統管理、測試執行和結果管理三部分。

系統管理包含用戶管理和安全管理，用戶管理主要負責管理用戶的的信息，包裹添加和刪減用戶、使用權限設置，安全管理主要用于系統密碼設置方面相關內容。

測試執行是系統的主要部分，包含自檢、單項測試以及綜合測試等內容。自檢是用于系統狀態的自我驗證，是系統開展測試前必須要進行的一項工作，系統的自檢實際上是一種特殊的測試過程，它針對每一種設備的自檢制定具體的信號發生和數據采集方案，整個測試過程按照設定的方案進行；單項測試主要針對被測對象的單個測試任務實行針對性的測試，該項功能在故障判斷過程中可以有力的提高測試效率；綜合測試主要針對被測對象進行全流程自動測試，是軟件的核心任務，也是日常保障中主要使用的部分。

結果管理主要包含結果的查詢和打印，可以使用戶方便的進行測試結果的查詢并根據需要進行打印，是系統必要的補充，增強了用戶體驗。

5.3 模塊流程執行

模塊執行層是主要的執行層，根據操作人員的功能選擇，通過對LXI模塊的控制，實現對被測對象的信號激勵、相應監控和回傳、測試結果的記錄、上傳和打印等任務。

6 試驗結果分析與總結

通過測試系統與炸彈模擬器的聯合試驗進行模擬測試，測試過程中當前使用儀器、測試時間、數據理論合格范圍、當前實測數據等信息均直觀可查，達到了系統設計指標要求，實現了對該型號產品的測試功能。

通過該系統的設計過程可以證實：

1)LXI儀器發展迅速，可以方便的搭建基于LXI總線的測試系統。

2)基于LXI總線的自動測試系統以LAN網線為信號傳輸通道，可以實現遠距離信號測試；

3)自動測試系統信號傳輸過程中以交換機實現信號交互，可以拓展為分布式測試系統。

總之，采用基于LXI總線技術的武器自動測試系統符合了智能化、模塊化、通用化以及標準化的系統設計原則，在實現傳統功能的基礎上，還可以進行遠距離分布式測試，提高了系統的機動性，是裝備自動測試系統的發展趨勢。對于當前的基于VXI總線的測試系統，相信通過適當LXI上網改造，使其能夠接入LXI總線系統是當前測試系統的一個發展方向。

[1] 劉勁松.基于VXI總線技術的自動測試系統研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學,2008.

[2] 李行善,左 毅.自動測試系統集成技術[M].北京：電子工業出版社，2004.

[3] 于功敬，孟漢城. 軍用ATE/ATS技術的發展[J].測控技術，2000，19(1):13-16.

[4] 王明帥，劉 巖，程 鷹.LXI總線概述及其相關技術研究[J].自動化與儀器儀表,2016(1)：75-77.

[5] 姜新廣，柳維旗，姜志保，等.某型彈藥制導系統的LXI總線自動測試系統[J].兵工自動化,2013(5):46-49.

[6] 王怡先，馬 秋，王云鵬. 基于多總線融合導彈自動測試系統設計[J].測控技術，2015,34(5)：34-37.

[7] 范 宇. 空空導彈測試系統應用LXI總線研究[J].計算機測量與控制，2015,23(6)：1856-1877.

[8] 程進軍，肖明清.基于LXI的多總線融合的自動測試系統[J].傳感器與儀器儀表,2008,24：130-132.

[9] 李銅川，張冠兵，郇黎明，等.基于LXI總線的機載制導彈藥并行測試方法研究[J].計算機測量與控制,2016,24(7):144-151.

Research of a Missile Automatic Test System Based on LXI Bus

Zhao Hude1, Min Kunlong2,Sun Qiang3,Yang Weiguang4,Qi Xiaoye1

(1.School of Mechanical Engineering and Automation, Beihang University, Beijing 100191,China;2.Beijing Aerospace Measurement & Control Technology Co.Ltd., Beijing 100041,China;3.93169 unit of PLA, Siping 136000,China； 4.93716 unit of PLA, Tianjin 300000,China)

With the continuous development of test bus technology, the current missile automatic test system based on VXI bus have disadvantage while they meet the demand of modern war with the characteristic of high intensity and high efficiency, they are unable to adapt to the needs of the future high-tech war. Through the comparison of VXI bus and LXI bus, a remote distributed missile test system based on LXI bus technology is designed. The missile’s test requirements were analyzed, also the system scheme and the software architecture were designed, its working process was described. This system realized the remote distributed test performance, improved the system’s level of standardization, intelligence, modularization and generalization and strengthened the system agility and efficiency.

automatic test system(ATE);LXI bus; remote distributed test

2016-10-20；

2016-11-21。

趙虎德(1986-)，男，山東省禹城人，碩士研究生，主要從事自動測試總線方向的研究。

1671-4598(2017)03-0112-03

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.03.031

TP336

A