應(yīng)用VITE的導(dǎo)彈測試信號模擬研究*

朱風(fēng)祥，于永利，李星新，院鵬

(1.軍械工程學(xué)院 裝備指揮與管理系，河北 石家莊 050003；2.中國人民解放軍68003部隊，甘肅 武威 733000)

0 引言

傳統(tǒng)的導(dǎo)彈調(diào)試與驗證評估方法是經(jīng)過研制-試驗-修改-再試驗的模式來逐步進行完善[1]。這種重復(fù)的驗證模式較適用于試驗環(huán)境不受太大限制的導(dǎo)彈測試設(shè)備(例如反坦克導(dǎo)彈測試設(shè)備)。對于復(fù)雜導(dǎo)彈測試系統(tǒng)(如戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈測試設(shè)備)，由于現(xiàn)實存在的環(huán)境、氣候、地理等制約條件使得測試設(shè)備的這種驗證模式很難實現(xiàn)，VITE，即虛擬儀器測試環(huán)境，可模擬導(dǎo)彈檢測保障過程中低頻、中頻、數(shù)字和電源等信號，進而實現(xiàn)導(dǎo)彈配套測試設(shè)備的適用性驗證和測試時間驗證。同時，該平臺可為導(dǎo)彈的研制、維修保障提供儀器資源支撐。

1 VITE及ATML標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)測試信號的基本接口

導(dǎo)彈有2種工作機制，一種是當(dāng)導(dǎo)彈收到外部激勵信號時，根據(jù)激勵信號的要求，調(diào)整自身的角度、高度、速度等；另外一種是當(dāng)導(dǎo)彈收到外部激勵信號時，導(dǎo)彈不僅完成對自身的狀態(tài)量的改變，還需要通過導(dǎo)彈本身的電氣單元、慣導(dǎo)單元、氣壓表等裝置將數(shù)據(jù)反饋出去，這些數(shù)據(jù)供給外部設(shè)備使用[2]。這些數(shù)據(jù)可以被總結(jié)為模擬信號、數(shù)字信號、開關(guān)量信號。

1.1 ATML標(biāo)準(zhǔn)中測試信號的基本接口

ATML采用XML(extensible markup language)作為開發(fā)工具定ATS(automatic test system)軟件接口，以提高通用ATS軟件組件的開放性[3]。使得包括測試結(jié)果、程序、儀器及測試工作站的功能、技術(shù)指標(biāo)及規(guī)范、待測件的規(guī)格、需求、診斷及維護等信息能夠共享、交換、互相操作[4]。

在測試過程中發(fā)現(xiàn)，測試信號種類繁多、信號定義容易模糊，要想實現(xiàn)對上文提到的外部激勵以及導(dǎo)彈反饋數(shù)據(jù)進行模擬，必須遵循一定的標(biāo)準(zhǔn)。基于ATML系列標(biāo)準(zhǔn)的自動測試系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)用多個XML模式定義，通過信息分割的方式，將與硬件相關(guān)的測試信息獨立出來并最大程度的保持了信息的獨立性，這樣極大的提高了測試程序TPS(test program sets)的可移植性，己經(jīng)得到了國際的廣泛認(rèn)同[5]。

ATML工作組定義了9個ATML外部接口作為XML數(shù)據(jù)接口，使儀器描述、測試結(jié)構(gòu)、測試工作站以及待測件的數(shù)據(jù)、測試描述、測試結(jié)果報告等信息標(biāo)準(zhǔn)化。這9個接口依次是：測試描述(test description)，待測單元數(shù)據(jù)(unit under test data)，共用件(common)，儀器信息(instrument)，測試配置(test configuration)，測試結(jié)果信息(test results),診斷信息(diagnostics)，接口適配器信息(interface adapter)，測試工作站信息(test station)[6]。

信號與測試定義標(biāo)準(zhǔn)STD (signal and test definition)作為信號與測試定義的標(biāo)準(zhǔn)，主要目的在于[7]：

(1) 為測試提供關(guān)于測試系統(tǒng)全壽命周期內(nèi)所需信號的標(biāo)準(zhǔn)格式。信號與測試定義標(biāo)準(zhǔn)(STD)通過標(biāo)準(zhǔn)的信號定義直接解決了以往的信號定義模糊和測試信號種類繁多的問題。

(2) 方便信息的傳遞，測試程序集(TPS)的重復(fù)使用和擴展測試信息的應(yīng)用。STD信號是基于XML格式，因此可以充分利用XML數(shù)據(jù)的特點在不同平臺和系統(tǒng)之間進行移植[8]。

STD通過標(biāo)準(zhǔn)的層次結(jié)構(gòu)來形成其他測試所需的信號并供其他程序或平臺使用。如圖l為STD的層次結(jié)構(gòu)圖，它的每一層都建立在前一層的基礎(chǔ)之上。這種結(jié)構(gòu)并不要求每一層只能使用與它緊鄰的低層次的內(nèi)容，但每一層卻必須根據(jù)它的前一層進行全面的定義。它主要由信號建模語言層(signal modeling language，SML)，基本信號組件層(basic signal component，BSC)，測試信號框架層(test signal framework，TSF)和測試需求層(test requirement layer，TRL)構(gòu)成[9]。

信號是該結(jié)構(gòu)中每層的核心要素，只是對其描述和應(yīng)用的側(cè)重點不同。STD首先采用信號建模語言(SML)建立了信號的數(shù)學(xué)模型，而后基于COM技術(shù)建立了信號基本組件層(BSC)和測試信號框架層(TSF)，并采用接口定義語言(interface definition language，IDL)和可擴展標(biāo)記語言(extensible markup language，XML)對BSC和TSF進行了描述[10]。

圖1 STD的層次結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Hierarchical structure of STD language

其中，信號組件層是整個軟件平臺的信號基礎(chǔ)，用于完成基本信號描述的功能；測試信號框架層具有可擴展性，該層用于描述擴展信號[11]。

基本信號組件層由資源管理器組件(resource manager)、信號功能組件(signal function)、信號狀態(tài)組件(signal)、模擬參數(shù)(physcial)與數(shù)字脈沖串(pulse defns)參數(shù)設(shè)置組件構(gòu)成[12]。

上文中提到的數(shù)據(jù)可以被總結(jié)為模擬信號、數(shù)字信號、開關(guān)量信號。

STD標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)信號特征又在 Source 類上派生出 NonPeriodic 與 Periodic 2類來描述非周期信號與周期信號[13]。其中 NonPeriodic類又派生出 Constant, Noise, Single Ramp, Single Trape Zoid 與 Step 5類用來描述基本的常量信號、周期信號、斜坡信號、梯形信號與階躍信號。Periodic 類又派生出 Ramp,Sinsoid,Square Wave,Trapezoid,Triangle,Wave form Ramp 與 Wave form Step 7類用來描述基本的鋸齒波信號、正弦波信號、周期梯形信號、三角波信號、鋸齒波信號與周期型階躍信號[14]，基本信號組件層中信號描述的基本接口如圖2所示。

1.2 VITE軟件的功能簡介

VITE軟件平臺的設(shè)計就遵循STD標(biāo)準(zhǔn)，主要功能包括產(chǎn)生模擬信號、產(chǎn)生數(shù)字信號、產(chǎn)生數(shù)據(jù)幀信號、產(chǎn)生噪聲數(shù)據(jù)和產(chǎn)生時間信號并進行調(diào)試、運行，同時，還包括平臺設(shè)置、儀器調(diào)用、信息共享、綜合查詢、數(shù)據(jù)庫維護等。這些功能通過內(nèi)部接口，使各功能模塊之間協(xié)調(diào)運行。

該軟件可對典型裝備測試過程進行測試，也可對測試過程進行仿真，模擬信號種類包括低頻、中頻、高頻、數(shù)字、電源，模擬信號頻率范圍：0～80 MHz，信號輸出能力不小于100路，信號采集能力不小于100路。

(1) 全壽命框架建模及測試系統(tǒng)集成設(shè)計功能可進行導(dǎo)彈全壽命框架的快速建模，完成導(dǎo)彈的可測性模型及測試需求的模型描述；可以進行系統(tǒng)全方位的硬件定義與資源描述，搭建起滿足測試需求的導(dǎo)彈測試系統(tǒng)硬件連接鏈路。

(2) 面向信號、面向儀器的導(dǎo)彈測試流程開發(fā)功能軟件平臺采用面向信號/面向儀器的導(dǎo)彈流程開發(fā)模式，根據(jù)導(dǎo)彈測試需求，添加/編輯激勵響應(yīng)信號的動作內(nèi)容，經(jīng)過編譯處理完成資源映射，形成統(tǒng)一的、完整的測試流程；運用多視圖結(jié)構(gòu)實現(xiàn)測試程序集(TPS)開發(fā)，支持圖形化方式描述TPS結(jié)構(gòu)，采用關(guān)鍵控制節(jié)點技術(shù)實現(xiàn)TPS復(fù)雜執(zhí)行邏輯；可進行測試信號驅(qū)動和儀器驅(qū)動的二次開發(fā) 。

圖2 基本信號組件層中信號描述的基本接口Fig.2 BSC base signal interface

(3) 測試信息共享、測試流程集(TPS)可移植與互操作功能

支持IEEE 1671(ATML)體系標(biāo)準(zhǔn)，支持IEEE 1232(AI-ESTATE)、IEEE P1636(SIMICA)和IEEE 1641(STD)信號模型。通過ATML交換中間件(XML文件)，實現(xiàn)測試信息共享、移植與互操作。共享的信息包括測試數(shù)據(jù)、資源數(shù)據(jù)、診斷數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。

2 應(yīng)用VITE模擬/測試信號的方法

根據(jù)被測導(dǎo)彈的測試信號分類，利用已有VITE軟件平臺，選擇相應(yīng)模塊，對所需測試信號按照步驟逐一進行配置，產(chǎn)生模擬信號，并比對輸出，模擬/測試流程圖如圖3所示。

2.1 進入TPS開發(fā)環(huán)境

進入開發(fā)平臺后，根據(jù)被測導(dǎo)彈的測試信號分類，在左側(cè)的開發(fā)庫中進行選擇，則出現(xiàn)各種功能模塊的編輯工具選項。TPS編寫界面如圖4所示。

2.2 建立測試流程

按照被測導(dǎo)彈的任務(wù)分工及所要求戰(zhàn)技術(shù)指標(biāo)，通過對測試模塊的選擇添加測試項目、測試點，進而建立整體測試流程，編輯測試流程如圖5所示，添加測試項目如圖6所示。

添加測試項目或者測試點是在本節(jié)點下增加一個子測試項目或測試點，它們是上下級的關(guān)系，此時需要節(jié)點是根節(jié)點或者是測試項目節(jié)點。如果是測試點節(jié)點則不能添加任何測試點及測試項目。

插入測試項目或者測試點是在本節(jié)點之后增加一個測試項目或測試點，它們是同級的關(guān)系，此時對節(jié)點沒有要求，此節(jié)點可以是測試點也可是測試項目。

圖3 模擬測試信號流程圖Fig.3 Flow chart of simulation test signal

圖4 TPS編寫Fig.4 TPS programming

圖5 編輯測試流程Fig.5 Test flow editing

圖6 添加測試項目Fig.6 Test items adding

增加控制節(jié)點是在本節(jié)點下增加一個子控制節(jié)點，它們是上下級的關(guān)系，而插入控制節(jié)點則是在本節(jié)點之后增加一個控制節(jié)點，它們是同級的關(guān)系。

2.3 編輯測試模塊

根據(jù)被測導(dǎo)彈測試信號分類，是模擬信號、數(shù)字信號還是開關(guān)量信號，選用各模塊，在模塊配置界面內(nèi)進行編輯，下面列舉幾種主要的基本信號配置界面。

(1) 萬用表模塊，配置界面如圖7所示。

圖7 萬用表模塊配置界面Fig.7 Multimeter module configuration interface

(2) 示波器模塊，配置界面如圖8所示。

圖8 示波器模塊配置界面Fig.8 Oscilloscope module configuration interface

(3) 直流電壓電流源模塊，配置界面如圖9所示。

圖9 直流電壓電流源模塊配置界面Fig.9 DC voltage current source module configuration interface

(4) 任意波形發(fā)生器模塊，配置界面如圖10所示。

3 實例驗證

某型號導(dǎo)彈部分有多項指標(biāo)(裝筒導(dǎo)彈、發(fā)射機構(gòu)、電池)，可分解成多個模擬信號、多個數(shù)字信號以及多個絕緣電阻，需要的激勵有±20 V，+5 V電源和11路信號。

本文選取3個典型信號進行測試的驗證。

(1) 建立測試流程

圖10 任意波發(fā)生器配置界面Fig.10 Configuration interface of arbitrarywave generator

進入VITE軟件平臺中的測試程序集(TPS)開發(fā)界面，根據(jù)該導(dǎo)彈任務(wù)安排、戰(zhàn)技術(shù)指標(biāo)編輯測試流程，編寫TPS如圖11所示。

圖11 編輯測試流程TPSFig.11 TPS test flow editting

(2) 配置測試模塊

根據(jù)該型導(dǎo)彈測試信號的分類，選取相應(yīng)模塊，并進行配置，將所涉及的參數(shù)進行編輯。

信號1：舵控信號

2路幅度相同的方波信號，且相位相反，信號頻率為線性化頻率，舵控信號模擬如圖12所示。

圖12 舵控信號Fig.12 Rudder control signal

信號2：信息信號

當(dāng)導(dǎo)引頭未捕獲目標(biāo)時，時噪聲信號，當(dāng)導(dǎo)引頭捕獲目標(biāo)時，是頻率、幅度一定的脈沖信號，信息信號模擬如圖13。

圖13 信息信號Fig.13 Information signal

信號3：導(dǎo)引頭信號

該信號為頻率、幅度一定的正弦信號，導(dǎo)引頭信號模擬如圖14。

圖14 導(dǎo)引頭信號Fig.14 Seeker signal

4 結(jié)束語

本文基于VITE軟件平臺和ATML標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)測試信號的特點，深入研究了ATML標(biāo)準(zhǔn)中測試信號的基本接口以及將VITE軟件平臺應(yīng)用于導(dǎo)彈的測試信號模擬的實現(xiàn)方法，并對導(dǎo)彈典型測試信號進行了模擬，構(gòu)建了測試流程TPS，詳細(xì)闡述了應(yīng)用VITE軟件平臺模擬導(dǎo)彈測試信號的方法步驟，最后結(jié)合某型號導(dǎo)彈，分析構(gòu)建了測試流程TPS，并對幾種該型號導(dǎo)彈的典型測試信號進行了實現(xiàn)。為導(dǎo)彈本身及其測試設(shè)備的研究提供了重要的理論及方法途徑，具有非常重要的意義[15]。

[1] 祝艷蘇.導(dǎo)彈測試設(shè)備通用調(diào)試與驗證平臺研制[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué),2015.

ZHU Yan-su.Development of Universal Debugging and Verifying Paltform for Missile Test Equipment[D].Harbin:Harbin Institute of Technology,2015.

[2] 趙寅秋.導(dǎo)彈發(fā)射車電源和振動測試及導(dǎo)彈信號模擬系統(tǒng)設(shè)計[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué),2011.

ZHAO Yan-qiu.Design of Missile Launch Vehicle Power And Vibration Testing and Missile Signal Simulating System[D].Harbin:Harbin Institute of Technology,2011.

[3] IEEE Std 1671—2006，ATML Overview and Architecture[S].New York:IEEE Standards Coordinating Committee 20 Test and Diagnosis Electronic Systems，Inc.3 Park Avenue，NY1016—5997USA，15 December 2006.

[4] IEEE Standard 1226—1998，IEEE Trial-Use Standard for A Board Based Environment for Test (ABBET)[S].New York:IEEE Standards Coordinating Committee 20 Abbreviated Test Language for All Systems，Inc.3 Park Avenue，NY1016—5997USA，8 December 1998.

[5] 林志文，賀品，劉松風(fēng).基于ATML的系統(tǒng)級TPS開發(fā)及綜合診斷應(yīng)用[J].儀器儀表學(xué)報，2010，31(5)：1010-1016．

LIN Zhi-wen，HE Pin，LIU Song-feng.Development and Diagnostics Application of System-Level ATML-Based TPS[J].Chinese Journal of Scientific Instrument，2010，31(5)：1010-1016．

[6] 趙強，劉松風(fēng).基于IEEE1641的復(fù)雜信號定義與描述及其實現(xiàn)[J].電子設(shè)計工程，2011，19(8)：51-53.

ZHAO Qiang，LIU Song-feng.Implementation of Complex Signal’s Definition and Description Based on IEEE 1641[J].Electronic Design Engineering，2011，19(8)：51-53.

[7] IEEE Std 164ITM—2004.IEEE Standard for Signal and Test Definition.Institute of Eleetrieal and Electronies Engineers[S].New York:IEEE Standards Coordinating Committee 20 Test and Diagnosis Electronic Systems，Inc.3 Park Avenue，NY1016—5997USA，2004.

[8] 李寶安，李行善.自動測試系統(tǒng)軟件的發(fā)展及關(guān)鍵技術(shù)[J].測控技術(shù)，2003，22(1)：1-4.

LI Bao-an，LI Xing-shan.Development and Key Technology of ATS Software Design Patterns[J].Measurement and Control Technology，2003，22(1)：1-4.

[9] IEEE Std 164lTM—2010，IEEE Standard for Signal and Test Definition.Institute of Eleetrieal and Electronies Engineers[S].New York，IEEE Standards Coordinating Committee 20 Test and Diagnosis Electronic Systems，Inc.3 Park Avenue，NY1016—5997USA，2010.

[10] 王成.面向信號的 ATS 軟件平臺關(guān)鍵技術(shù)研究[D].石家莊:軍械工程學(xué)院,2008.

WANG Cheng.Research on Key Technologies of Signal Oriented ATS Software Platform[D].Shijiazhuang:Ordnance Engineering College,2008.

[11] IEEE.IEEE Std 1641.1.IEEE Guide for the Use of IEEE Std 1641，Standard for Signal and Test Definition[S].New York:IEEE Standards Coordinating Committee 20 Test and Diagnosis Electronic Systems，Inc.3 Park Avenue，NY1016—5997USA，2013.

[12] Capability in ATML，Draft Version0.32[S].Newyork:IEEE Standards Coordinating Committee 20 Test and Diagnosis Electronic Systems，Inc.3 Park Avenue，NY1016—5997USA，2005.

[13] WANG Cheng，MENG Chen.Software Techniques for Optimizing Measurement Time[C]∥7th International Symposium on Test and Measurement，2007：111-114.

[14] Keith Ellis，Dick Delaney.Signal Definition Description[C]∥AUTOTESTCON，2002：380-393.

[15] 周慶黨，王健，王永江，基于虛擬儀器測試環(huán)境的自動測試程序設(shè)計[J].計算機測量與控制，2014，22(9)：3061-3064.

ZHOU Qin-dang，WANG Jian，WANG Yong-jiang.Design of Auto Test Program Based on Virtual Instrument Test Environment[J].Computer Measurement and Control，2014，22(9)：3061-3064.