基于仿真模擬的非制導(dǎo)設(shè)備原位檢測平臺的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

董坤林，李 元

（國營蕪湖機(jī)械廠，安徽 蕪湖 241007）

國內(nèi)外新型飛機(jī)一般都配備有各型非制導(dǎo)設(shè)備。非制導(dǎo)設(shè)備在接受維護(hù)檢查的過程中，需要裝掛對應(yīng)的非制導(dǎo)設(shè)備掛架以實(shí)施通電檢查。由于飛機(jī)非制導(dǎo)設(shè)備種類繁多，配套的非制導(dǎo)設(shè)備掛架種類也較多，增加了地面維護(hù)操作人員拆裝工作量及安全風(fēng)險，也使現(xiàn)場作業(yè)管控的難度增加。現(xiàn)有檢測手段無法對機(jī)上產(chǎn)品功能和電纜線路進(jìn)行通電檢查，難以保證系統(tǒng)功能。為實(shí)現(xiàn)對非制導(dǎo)設(shè)備的工作性能進(jìn)行檢測，開展非制導(dǎo)設(shè)備原位檢測平臺的設(shè)計(jì)以及非制導(dǎo)設(shè)備無掛架狀態(tài)下測試方法應(yīng)用，尤為重要。這有利于在維護(hù)過程中，模擬各型非制導(dǎo)設(shè)備掛架工作狀態(tài)環(huán)境，快速地測試產(chǎn)品性能和排除故障，保證其系統(tǒng)性能。

1.設(shè)計(jì)需求

非制導(dǎo)設(shè)備原位檢測平臺用于模擬飛機(jī)非制導(dǎo)設(shè)備的電氣特性，做到非制導(dǎo)設(shè)備掛架的仿真模擬，實(shí)現(xiàn)地面檢測非制導(dǎo)設(shè)備的電氣接口和邏輯關(guān)系，以達(dá)到測試飛機(jī)非制導(dǎo)設(shè)備性能的功能，以及檢查飛機(jī)機(jī)上電纜完好性的目的。原位檢測平臺主要在無掛架狀態(tài)下檢測飛機(jī)非制導(dǎo)設(shè)備機(jī)上控制電路和控制流程功能，對投放電路的工作性能、應(yīng)急投放和發(fā)射電路工作性能、訓(xùn)練投放電路工作性能、火箭發(fā)射電路工作性能進(jìn)行檢查，從而滿足非制導(dǎo)設(shè)備系統(tǒng)控制功能完好性的必要測試。

2.設(shè)計(jì)方案

2.1 總體設(shè)計(jì)

為了滿足飛機(jī)維護(hù)工作特點(diǎn)和使用的便捷性，選用可移動便攜式機(jī)柜作為武器模擬器的載體。采用模塊化設(shè)計(jì)，檢測設(shè)備采用便攜式工控機(jī)構(gòu)架，以中央處理器為控制核心，采用PXI總線架構(gòu)，配置專用特征模塊（總線、非總線）組成一個完整的測試系統(tǒng)，模擬檢測非制導(dǎo)設(shè)備的電氣接口和邏輯。檢測設(shè)備具有體積小、可便攜、易操作、信息化程度高等特點(diǎn)。檢測設(shè)備應(yīng)具備自檢測能力，在開始測試前確保設(shè)備自身工作正常，具有防誤操作功能、電源保護(hù)功能，不會因?yàn)椴僮魅藛T的誤動作而損壞檢測設(shè)備和裝機(jī)成品；具有故障檢測和定位功能，檢測設(shè)備完善可靠，使用、維護(hù)與升級方便，可隨機(jī)載成品配套升級。

2.2 設(shè)備技術(shù)指標(biāo)

供 電 要 求 為 輸 入 電 壓220 V±20 V 50 Hz 5 A；輸 出DC(0～30) V，功耗≥30 W。

主控計(jì)算機(jī)模塊為Intel Core I7，2.4 G主頻，8 G內(nèi)存，500 G硬盤，Windows7系統(tǒng)。

測試接口功能模擬包括：

離散量輸入接口：88路，28 V/開一次性指令信號，同時可對輸入電壓值進(jìn)行采集；

離散量輸入接口：64路，地/開一次性指令信號； 離散量輸出接口：32路，地/開一次性指令信號；

脈沖采集處理接口：4路，可對0～30 V脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)；

電壓仿真信號范圍：0～30 V，精度：±2%。

其他要求包括三方面。一是維修性設(shè)計(jì)，為了便于設(shè)備拆裝、故障定位及日常維修，對武器掛載的輸入輸出信號進(jìn)行分析與歸類，根據(jù)功能設(shè)計(jì)獨(dú)立的專用信號調(diào)理板，并放置于專用機(jī)柜內(nèi)，用于設(shè)備的對外接口，使控制部分和執(zhí)行部分進(jìn)行功能解耦。二是可擴(kuò)展性及備份性設(shè)計(jì)，為滿足外場特殊環(huán)境下的使用要求，設(shè)備在信號調(diào)理板上采用冗余備份設(shè)計(jì)，以兩套系統(tǒng)同時工作的方式最大限度防止設(shè)備本身故障造成的測試影響。三是防差錯設(shè)計(jì)，信號調(diào)理板卡可互用，無需防差錯，航空連接器面板上使用的連接器與外掛其他設(shè)備具有不同的型號和鍵位，保證錯位裝不上。

2.3 硬件設(shè)計(jì)

非制導(dǎo)設(shè)備原位檢測平臺的硬件組成示意圖見圖1，設(shè)備控制主體選用軍用加固型筆記本，具有攜帶方便、結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、工作環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。

圖1 非制導(dǎo)設(shè)備原位檢測平臺組成

信號采集處理板為自行研制，根據(jù)被測對象信號采集需求，采用STM32單片機(jī)+FPGA架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，原理框圖見圖2。信號采集處理板實(shí)現(xiàn)的功能包括：能夠與外掛物管理系統(tǒng)交聯(lián)，模擬仿真非制導(dǎo)設(shè)備的發(fā)控邏輯檢查；能夠同時模擬多個掛點(diǎn)下不同非制導(dǎo)設(shè)備的工作邏輯；模擬提供非制導(dǎo)設(shè)備存在信號；模擬所有非制導(dǎo)設(shè)備的接口、工作邏輯；接收外掛物管理處理機(jī)發(fā)送的非制導(dǎo)設(shè)備，根據(jù)控制命令、完成各種武器的工作邏輯模擬并回送相關(guān)信號；接收接口組件的開關(guān)量信號，根據(jù)控制命令、完成各種工作邏輯模擬并回送相關(guān)信號；根據(jù)發(fā)射/投放和應(yīng)急發(fā)射/應(yīng)急投放信號，取消相應(yīng)的存在信號；具有掛載加載功能等。

圖2 信號采集調(diào)理板原理框圖

2.4 軟件設(shè)計(jì)

本檢測設(shè)備軟件在Windows7操作系統(tǒng)環(huán)境下運(yùn)行，基于Lab Windows/CVI 2017、Excel等軟件工具開發(fā)平臺進(jìn)行程序開發(fā)。CVI以交互式編程的方式集成了源代碼編輯、編譯、聯(lián)結(jié)、調(diào)試以及標(biāo)準(zhǔn)庫，大大減少源碼語句的設(shè)計(jì)輸入量、降低程序語法錯誤率，提高工程設(shè)計(jì)的效率和可靠性，非常適合開發(fā)虛擬儀器應(yīng)用系統(tǒng)。根據(jù)用戶使用需求，設(shè)計(jì)了功能完善的測試程序，并且操作界面直觀、淺顯易懂，操作人員能夠快速理解使用。測試程序流程圖如圖3所示。

圖3 測試程序流程圖

根據(jù)非制導(dǎo)設(shè)備原位檢測平臺的測試需求，為了實(shí)現(xiàn)非制導(dǎo)設(shè)備原位檢測平臺各類激勵和響應(yīng)信號的仿真與采集，測試程序設(shè)計(jì)的切入點(diǎn)之一，是需要將測試程序虛擬界面上的控件狀態(tài)與產(chǎn)品接口一一對應(yīng)，因此基于檢測儀主機(jī)的電氣線路設(shè)計(jì)，分析了虛擬控件到實(shí)際硬件之間的映射關(guān)系。為保證數(shù)據(jù)采集的實(shí)時性，數(shù)據(jù)采集必須單獨(dú)使用線程，軟件共規(guī)劃了獨(dú)立的數(shù)據(jù)采集線程，用于離散狀態(tài)量采集。本系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，測試軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要分為以下三部分內(nèi)容：一是測試準(zhǔn)備，包括軟硬件的初始化。其中硬件的初始化主要是實(shí)現(xiàn)硬件引用的調(diào)用，檢查硬件的在線狀態(tài)，確保后續(xù)的硬件配置函數(shù)和功能函數(shù)能正確執(zhí)行。二是硬件資源配置和采集內(nèi)容，主要是關(guān)聯(lián)測試面板上的虛擬控件值與硬件配置函數(shù)，完成硬件儀器的參數(shù)設(shè)定，并將硬件儀器采集的數(shù)據(jù)顯示到相應(yīng)的顯示控件上或存儲空間內(nèi)。三是檢測步驟的執(zhí)行。測試程序提供了手動控件操作和半自動流程檢測兩種檢測方式。手動控件操作可實(shí)現(xiàn)單步測試和任意激勵設(shè)置，適用于產(chǎn)品故障定位和排查過程；半自動測試可實(shí)現(xiàn)指定測試項(xiàng)目的帶提示半自動檢測，適用于產(chǎn)品出入庫和裝機(jī)前后性能快速測試。

3.工程應(yīng)用

3.1 試驗(yàn)儀器及對象

試驗(yàn)儀器為非制導(dǎo)設(shè)備原位檢測平臺（一套）；試驗(yàn)對象為飛機(jī)非制導(dǎo)設(shè)備機(jī)上控制電路和控制系統(tǒng)功能。

3.2 準(zhǔn)備工作

一是設(shè)備準(zhǔn)備。用220 V電源電纜將原位檢測平臺與交流電源插座相連，根據(jù)需要試驗(yàn)的非制導(dǎo)設(shè)備對象將原位檢測平臺配套電纜與飛機(jī)地面準(zhǔn)備板上檢查插座連接。二是飛機(jī)準(zhǔn)備。將飛機(jī)上各控制機(jī)構(gòu)、地面控制板的開關(guān)置于初始位置，將空調(diào)車和地面電源連接到飛機(jī)上，啟動飛機(jī)電源，接通系統(tǒng)電源開關(guān)、外掛物管理系統(tǒng)工作電源開關(guān)。

3.3 非制導(dǎo)設(shè)備模擬試驗(yàn)

打開非制導(dǎo)設(shè)備原位檢測平臺電源開關(guān)，檢測平臺先進(jìn)入開機(jī)畫面，等待3 s后，自動進(jìn)入測試主菜單界面。按壓確認(rèn)按鈕，進(jìn)入自檢測試子菜單，顯示自檢電壓自動測試界面，按壓“選擇”按鈕選擇“結(jié)果查詢”項(xiàng)，可查看自檢測測試結(jié)果。按壓“選擇”按鈕選擇“返回”項(xiàng)，則退出自檢子菜單，返回主菜單。在測試主菜單界面下，按壓“選擇”按鈕，在主菜單界面中選擇“炸彈投放電路”選項(xiàng)，按壓“確認(rèn)”按鈕后進(jìn)入炸彈投放電路檢查測試界面，完成該項(xiàng)目的測試。結(jié)合工作需要，依次完成應(yīng)急投放發(fā)射電路工作性能、訓(xùn)練投放電路工作性能、專用/通用掛彈架拋放線路性能、發(fā)射器掛裝后工作性能等項(xiàng)目的通電檢查，確保每一項(xiàng)功能處于正常狀態(tài)。

3.4 結(jié)束工作

關(guān)斷系統(tǒng)電源開關(guān)、外掛物管理系統(tǒng)工作開關(guān)，斷開飛機(jī)電源，機(jī)上各控制機(jī)構(gòu)置于工作初始位置。收好空調(diào)車和地面電源，以及非制導(dǎo)設(shè)備原位檢測平臺。

4.結(jié)語

飛機(jī)非制導(dǎo)設(shè)備系統(tǒng)地面仿真模擬測試是一個復(fù)雜的工程，本文從飛機(jī)非制導(dǎo)設(shè)備系統(tǒng)的地面仿真模擬試驗(yàn)的設(shè)計(jì)需求出發(fā)，搭建了非制導(dǎo)設(shè)備原位檢測平臺的總體框架，分析了設(shè)備主要技術(shù)指標(biāo)，設(shè)計(jì)了檢測設(shè)備的軟硬件，并完成了工程應(yīng)用，形成了測試流程標(biāo)準(zhǔn)化，可廣泛應(yīng)用于飛機(jī)非制導(dǎo)設(shè)備系統(tǒng)的地面維護(hù)時的模擬檢測和故障處理，對提高系統(tǒng)工作可靠性，具有一定的工程意義。