半主動激光制導炸彈測試系統(tǒng)設計

山 清

(中國空空導彈研究院,河南 洛陽 471009)

1 引 言

激光制導炸彈以其制導精度高、殺傷范圍大、使用簡單、價格低廉等特點已成為當前戰(zhàn)機特別是無人機對地攻擊的首選武器之一。某激光制導炸彈采用數(shù)據(jù)鏈+慣導/GPS組合導航+半主動型激光末制導的制導體制,可攻擊地面固定目標和移動目標。為了滿足該型武器的科研、批產和交付用戶后的維護保障需求[1],需要一套測試系統(tǒng)來模擬其所有控制信號、電氣信號、外部制導信號和工作時序等,實現(xiàn)對產品全時序工作測試,激光導引頭的線性區(qū)、瞬時視場、目標視線角指示誤差等功能測試,數(shù)據(jù)鏈整個收發(fā)鏈路測試,飛行控制系統(tǒng)組合導航功能測試等。

本文針對該型半主動型激光制導炸彈,設計了一套基于PXI總線的測試系統(tǒng),并通過RS422總線與激光目標模擬器、數(shù)據(jù)鏈指令機組件連接,通過衛(wèi)星信號模擬器在室內模擬真實衛(wèi)星信號,實現(xiàn)了某半主動型激光制導炸彈在整個工作過程的性能指標測試。

2 系統(tǒng)組成及工作原理

半主動激光制導炸彈總體性能測試系統(tǒng)由主測試機柜(含測試電纜)、激光目標模擬器、數(shù)據(jù)鏈模擬器和衛(wèi)星信號模擬器等組成。該測試系統(tǒng)可以模擬被測產品正常工作所需的激勵信號,如發(fā)射前的多路+27 V直流電、多種數(shù)字總線信號、機彈分離信號,發(fā)射后的衛(wèi)星模擬信號、機載數(shù)據(jù)鏈指令機射頻信號和激光發(fā)射信號,實現(xiàn)半主動激光制導炸彈基于全時序工作的功能測試,系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組成原理圖Fig.1 System composition diagram

測試時,將某半主動型激光制導炸彈平穩(wěn)放置在測試車或試驗臺上。測試設備通過測試線纜與被測產品連接,測試過程中產品工作電由測試系統(tǒng)專用電源系統(tǒng)提供,導彈供電、數(shù)字信息傳遞以及彈上信號的采集均由測試設備通過測試線纜實時控制,同時測試設備通過3路RS422總線與2臺專用測試設備連接,實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和狀態(tài)控制,共同完成對被測產品工作全過程的實時測試任務。其中數(shù)據(jù)鏈指令機將測試系統(tǒng)給出的目標位置、運動信息轉換為射頻信號實時發(fā)送給彈上數(shù)據(jù)鏈,在中制導段為炸彈提供目標實時參數(shù)；激光目標模擬器為炸彈導引頭提供目標反射的激光信號,在末制導段為炸彈提供激光制導信息,并可通過象限切換對導引頭探測器性能進行測試驗證。

3 測試系統(tǒng)主要硬件設計

3.1 PXI系統(tǒng)

PXI系統(tǒng)包括PXI總線控制器、1553B模塊、A/D模塊、I/O與繼電器多功能模塊、BMK模塊、LVDS模塊、RS422模塊等,實現(xiàn)對被測對象發(fā)送飛行任務、采集產品工作過程中的模擬量與數(shù)字量、產生控制時序用開關量等。其中,PXI機箱選用NI公司的PXI-1044機箱,具有13個PXI插槽,滿足使用和擴展需求。PXI控制器選用NI公司的PXI-8108。

3.2 通用轉接單元

通用轉接單元主要功能是完成設備與產品之間的電氣隔離、阻抗匹配及電平轉換,完成設備內部各單元之間的電氣通路,提供設備和產品的供電需求,模擬相關的激勵信號,提供部分需要檢測信號的處理,建立檢測模塊和被測數(shù)據(jù)信號之間的傳輸通道,通過軟件的協(xié)調控制,保證測試流程的順利進行,如圖2所示。

圖2 通用轉接單元功能框圖Fig.2 Block diagram of universal switching unit

3.3激光目標模擬器

激光目標模擬器主要由三大部分組成,分別為夾緊機械接口,光學系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。其中夾緊機械接口實現(xiàn)模擬器與產品之間的對準。光學系統(tǒng)由光源和平行光管組成,光源選擇發(fā)光二極管?？刂葡到y(tǒng)分光源驅動電路和光源編碼電路兩部分,光源驅動電路實現(xiàn)發(fā)光二極管的驅動,光源編碼電路完成與上位機的通訊以及不同象限、不同不同碼型的控制,控制系統(tǒng)的電源選擇外部的電源模塊供電[2]。

被測產品模糊象限探測控制的特點要求對探測器的方向探測功能進行測試時,必須使目標分別成像在不同 的探測器上。為實現(xiàn)以上功能,采用五路光激勵信號,以不同的角度入射,分別對應于探測器的中心,通過控制電路控制光信號的發(fā)射,利用產品的輸出信號,就可以對其探測性能進行定性測試,原理見圖3所示[3]。

圖3 激光目標模擬器原理圖Fig.3 Schematic diagram of laser target simulator

3.4 衛(wèi)星信號模擬器

衛(wèi)星信號模擬器以真實衛(wèi)星數(shù)據(jù)為基礎,人為設置并保存所需測試場景和運動軌跡,通過發(fā)射天線將模擬的衛(wèi)星信號輻射至被測產品,以完成產品全、時序的閉環(huán)測試。本測試系統(tǒng)采用的衛(wèi)星信號模擬器為深圳某公司的成熟貨架產品。

3.5 數(shù)據(jù)鏈模擬器

數(shù)據(jù)鏈模擬器接收主控單元傳輸?shù)哪M制導信息,將模擬制導信息進行校驗編碼、加密編碼、信道編碼、信號調制、混頻、衰減控制,在指定時間輸出射頻信號供產品測試使用,原理見圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)鏈模擬器原理圖Fig.4 Schematic diagram of data link simulator

4 測試系統(tǒng)軟件設計

4.1 系統(tǒng)軟件設計

測控設備軟件基于NI公司的LabWindows/CVI開發(fā),主要功能是用來模擬載機與導彈間的環(huán)境進行測試,完成測試流程控制,電源輸出控制,總線通訊,數(shù)據(jù)采集、處理、顯示和記錄,對準參數(shù)塊和任務數(shù)據(jù)加載塊設置,測試數(shù)據(jù)后處理和分析等功能,完成掛飛段和制導飛行階段的時序測試[4]。

4.2 軟件結構設計

測控軟件是系統(tǒng)主要的人機交互接口,是整個系統(tǒng)的控制和運算處理中心。為提高系統(tǒng)穩(wěn)定性及可靠性,系統(tǒng)分為三個主要層次,層次之間相對獨立,通過功能調用實現(xiàn)層次交互。軟件采用分層次的模塊化設計,從結構上劃分為三層:應用層、功能層和驅動層。其中,應用層按照需求開發(fā)便于操作的交互接口,引導用戶進行試驗；功能層負責完成測試流程控制,測試信息的的記錄和分析等；驅動層負責對設備的各種實際硬件和板卡進行操作,完成信號采集、激勵和數(shù)據(jù)的收發(fā),向上層提供一種透明的傳輸通道[5]。軟件總體結構如圖5所示。

4.3 軟件功能設計

根據(jù)測試需要及整個測控系統(tǒng)的功能進行分析,該軟件具有以下功能:

a)設備校準:用于設備的自身維護,配合硬件完成供電電源指標、總線通訊參數(shù)以及信號采集通道的校準；

b)導彈測試:即可模擬載機完成與發(fā)射架的測試,也可單獨對炸彈進行全時序性能測試；

c)慣性組件性能測試:對向轉臺提供運動參數(shù)的輸入,同時采集彈上陀螺和加速度計的慣性輸出,以時間軸為基準對輸入和輸出值進行對比分析；

d)數(shù)據(jù)分析:用于對測試過程中記錄的數(shù)據(jù)進行事后分析獲取更多的測試信息。

圖5 軟件總體設計框圖Fig.5 Software overall design block diagram

4.4 軟件流程設計

測試軟件按照被測產品的工作時序進行設計,測試時序控制分析如圖6所示。

5 系統(tǒng)試驗驗證

通過對被測產品在其整個研制過程的多階段測試使用,本測試系統(tǒng)能夠實現(xiàn)對某激光制導炸彈總體性能進行系統(tǒng)、全面的驗證。在測試過程中發(fā)現(xiàn)了產品包括時序設計、任務數(shù)據(jù)處理以及若干次產品故障等問題,也輔助完成了故障查詢、定位和驗證歸零。系統(tǒng)還能對被測產品分組件固有測試性指標進行檢查,可將故障定位到組件級,實現(xiàn)多級測試任務,提高了測試工作效率。

6 結 論

激光制導炸彈測試系統(tǒng)基于被測對象的組件特點,采用主控設備加專項測試設備的測試架構設計,主控設備通過串行總線與專項測試設備連接,構成了一套完整的半主動激光制導武器測試系統(tǒng),實現(xiàn)了對武器總體性能測試工作。該系統(tǒng)結構設計合理、硬件采用標準統(tǒng)一,且使用了模塊化的設計方法極易擴展,可應用于類似激光制導武器的研制測試工作。

圖6 測試系統(tǒng)軟件流程圖Fig.6 Test system software flow chart