某型空空導彈陀螺安裝調試功能的設計與實現

汪小龍 郭來軍 王婷婷 石劍平

摘要：某型空空導彈慣性測量陀螺單元故障率較高，陀螺單元中的陀螺出現故障后需要更換并進行安裝調試。針對此維修需求，對原慣性測量單元檢測系統進行了升級改造，實現了慣性測量陀螺單元中的陀螺安裝調試功能。升級改造后的系統工作穩定可靠，并且能夠快速有效地完成導彈慣性測量陀螺的安裝調試，大幅提高了該型空空導彈的維修效率。

關鍵詞：陀螺單元;安裝;調試;設計

0引言

某型空空導彈的慣性測量陀螺單元故障率高，陀螺單元故障后需對陀螺元件進行更換并安裝調試，但陀螺安裝調試要求高，調試困難，調試周期長。針對此情況，對原慣性測量單元檢測系統進行了升級改造，增加了陀螺安裝調試功能，將合格陀螺裝配至慣性測量分組件內進行調試，調試完成后安裝到測試夾具上進行測試，根據測試結果判定調試情況并修正，省去了多次的安裝和拆卸，大大縮短了調試時間，提高了工作效率。

1陀螺單元功能

該型空空導彈慣性測量陀螺單元直接安裝在彈體上。每發慣性測量組件陀螺單元中都包含3個陀螺，陀螺主要是用于測量導彈在彈道中的飛行姿態，其原理框圖如圖1所示。

陀螺單元的3個陀螺分別測量導彈在彈道中飛行過程三個方向的姿態角。陀螺輸出相對于慣性空間的姿態角速率，以脈沖的形式進行輸出，單位時間輸出的脈沖數分別與彈體相對于慣性空間的姿態角速率有關。每個陀螺輸出的脈沖信號，最終分別輸入彈載計算機中，彈載計算機利用計算機誤差補償軟件對姿態誤差進行補償，用補償后的角增量進行姿態、導航計算。

2硬件組成

該型空空導彈慣性測量陀螺單元的安裝調試功能是在原慣性測量單元檢測系統硬件基礎上實現的，檢測系統主要由主控柜、PXI工控機、PXI控制器、高速示波器、模擬信號采集卡、電源控制卡、萬用表卡、慣導測試卡、電壓電流輸出卡、軟件、調理單元、電源單元、轉臺、轉臺控制機柜等組成，如圖2所示。

2.1 PXI計算機總體結構

圖3給出了PXI計算機總體結構圖。

PXI總控計算機系統中的慣導測試卡是整個測試系統的核心板卡，主要產生陀螺模數變換同步信號，對陀螺的脈沖輸出進行計數。

2.2轉臺

轉臺主要用來檢測陀螺輸出通道的性能。轉臺包含兩個主要部分，即臺體和測控機柜，如圖4所示。臺體部分是系統的最終執行機構，包含軸系、電機、測角傳感器、工作臺、限位機構等;工作臺用于安裝測試產品;測控機柜用來安放轉臺系統的控制部分，包括電源、測控計算機，用戶可以使用鍵盤、鼠標輸入各種控制指令，對轉臺系統進行操控。

3設計要求

該型空空導彈慣性測量陀螺的安裝調試主要是使用檢測系統對慣性測量組件進行動態檢測。動態檢測是對“六位置檢測法”中的位置一、位置三、位置五進行檢測，分別在每一個位置下通過主控系統來控制轉臺，使轉臺按規定要求以某設定速率進行轉動，并準確記錄各狀態下每個陀螺輸出的脈沖個數，從脈沖個數檢驗陀螺的安裝可靠性。

3.1設計目的

在原檢測系統硬件的基礎上，重新設計慣性測量分組件測試夾具，對陀螺安裝調試功能軟件重新編程，實現陀螺單元安裝調試功能。預計檢測系統完成升級后改造后單個陀螺安裝調試只需2小時，可節省大量人力物力，大幅提高陀螺安裝調試效率。

3.2設計原則

在原檢測系統的硬件和軟件基礎上增加陀螺安裝調試功能，不改變原有檢測系統的硬件及軟件，且保持原有測試功能。

3.3技術要求

檢測系統應能對陀螺位置進行在線調整，即當慣性測量分組件安裝到測試夾具后，連同測試夾具再安裝到轉臺上，運行“陀螺安裝調試功能軟件”，對慣性測量分組件進行測試，在此測試過程中，能夠在不斷開加溫電流、不拆下產品的情況下實現對陀螺位置的調整。

3.4精度要求

設備脈沖計數通道的計數誤差不超過理論值的1‰。

4夾具設計

在原檢測系統現有硬件的基礎上，根據某型空空導彈慣性測量分組件的測試要求，設計制作了一個專用夾具，夾具的外形是正立方體，便于多個方向的裝夾;夾具內孔與導彈慣性測量分組件的外徑精確配合;夾具側壁有螺釘安裝孔，模擬慣性測量分組件在導彈殼體上的安裝方式。慣性測量分組件安裝在夾具內，夾具在對應陀螺調整位置開有調整孔，使用時不用將慣性測量分組件取出就可對陀螺位置進行調整、測試。夾具圖如圖

5所示。

5軟件設計

設計采用VC6.0平臺下的MFC框架來開發測控軟件，主要原因在于MFC框架適于上層界面開發，減少開發難度，縮短開發周期。MFC是微軟公司推出的以C++為基礎的圖形化語言，是可用于創建應用程序的語言之一，使用MFC開發應用程序語法簡單，調試簡便，圖形化資源豐富，擴展方便。MFC完全面向對象、基于組件編程，滿足測控系統模塊化、任務化對象設計要求。

根據MFC框架開發的諸多優點，結合原檢測系統增加陀螺安裝調試功能的具體要求，設計的測控軟件運行于Windows XP操作系統，編譯環境選用Visual C++6.0平臺MFC框架。

5.1模塊化設計

檢測系統增加陀螺安裝調試功能軟件主要由產品測試模塊、輔助功能模塊、結果輸出模塊、人機界面模塊等四個模塊組成，具體的組織結構如圖6所示。

產品測試模塊：整個測試軟件的核心模塊之一，主要是針對產品進行動態測試，在動態測試過程中對慣性測量分組件陀螺安裝調試進行檢測。

輔助功能模塊：包括系統測試狀態的狀態燈顯示。

結果處理輸出模塊：包括表格輸出模塊、數據庫管理模塊等。

人機界面：提供界面友好、操作簡單的人機界面。

5.2軟件模塊調用關系

測控系統軟件主管理模塊與各模塊調用關系如下：

1）調用用戶界面管理軟件模塊。

2）在通信指令格式數據結構表中存放指令。

3）調用主系統測試運行軟件模塊，對本地測試內容進行測試。

4）調用報表生成及輸出軟件模塊。

5.3軟件執行流程

陀螺安裝調試功能測控系統軟件的主要執行過程如圖7所示。

6陀螺安裝調試功能的實現

6.1調試流程圖

圖8給出了該型空空導彈慣性測量陀螺安裝調試的流程圖。

如圖8所示，將更換陀螺元件后的慣性測量分組件按要求安裝到測試夾具中，并用專用螺釘固定，將安裝到夾具中的產品按照需要測試的相應位置安裝到轉臺上。打開測試程序，給產品加溫供電，達到加溫時間后，檢測系統給慣性測量組件加電，通過操作程序界面控制轉臺按照要求的速率點進行轉動，采集主軸陀螺的輸出脈沖數，判斷輸出脈沖數是否合格，若合格則調試結束，若不合格則根據輸出脈沖數的變化轉動陀螺一定的安裝角度，重新給慣性測量分組件加電，通過操作程序采集主軸陀螺的輸出脈沖，直到輸出脈沖合格則調試完成。

6.2模擬效果

使用函數信號發生器模擬產品輸出脈沖，輸入至中頻組件檢測系統，檢測系統按要求進行計數，結果見表1。從表1可以看出，檢測系統能夠滿足方案中提出的脈沖計數通道計數要求（誤差小于1‰）。

7結束語

通過此項目的實施，檢測系統可對陀螺位置進行在線調試，即將慣性測量分組件安裝到測試夾具后，連同測試夾具再安裝到轉臺上，運行“陀螺安裝調試功能軟件”對慣性測量分組件進行測試，根據測試結果再次進行調試，重復進行調試、測試，省去了多次的安裝和拆卸，將陀螺安裝調試時間由以前的一天減少到2小時之內，大大提高了工作效率。

參考文獻

[1]郭來軍，彭書家，白洪梅，孫萍，尹君.彈載慣性測量單元檢測系統的設計與實現[J].四川兵工學報，2014，4（35）：15-18.