內外場通用的加卸載檢測系統設計與實現

王怡蘋,李文海,吳忠德

(海軍航空大學，山東 煙臺 264001)

0 引言

電子干擾吊艙在執行任務前，需根據具體的任務情況及戰場態勢，加載情報部門提供的針對本次任務所需的作戰數據；執行任務后，需對干擾吊艙在執行任務過程中偵收到的威脅數據、干擾數據、工作狀態數據、故障數據等進行卸載，用于地面情報分析系統進行回放與分析。以上任務的實施，均需要通過電子干擾吊艙上的加卸載模塊完成[1-3]。針對缺乏對加卸載模塊的有效檢測手段，而出現的無法進行作戰數據庫加載與偵察數據卸載，嚴重影響吊艙訓練與作戰任務正常執行等問題，在綜合分析現有的檢測條件基礎上[4-6]，研究了一種可用于內外場條件下加卸載模塊測試的檢測設備(以下簡稱檢測系統)的設計與實現方法。

1 需求分析

1.1 加卸載模塊測試需求分析

加卸載模塊主要完成任務前雷達數據庫、干擾數據庫、系統初始化狀態的加載；任務中系統狀態及偵察數據的記錄；任務后對記錄數據的卸載等功能。加載和偵收的數據存儲在不掉電RAM中；采用不掉電時鐘芯片實時輸出北京時間，時間區的年、月、日、時、分、秒等參數可程控設置。

某型電子干擾吊艙加卸載模塊組成如圖1所示。單片機和外部總線都可以對不掉電RAM進行讀寫，通過譯碼電路實現分時控制。單片機不斷向看門狗復位電路發送脈沖，若一段時間不發送，看門狗就復位單片機，以保證系統工作正常。當通過加卸載口實現加卸載操作時，單片機通過串口通信與外部進行數據交換，并完成對不掉電RAM的讀/寫操作。電子干擾吊艙內的處理控制單元可以通過加卸載模塊的背板總線，通過I/O操作的形式對實時時鐘進行讀寫。單片機可以接收來自系統計算機的負脈沖中斷信號。在系統正常工作狀態下若一段時間沒有接收到中斷信號，單片機向系統計算機發復位信號復位系統，以保證系統的工作正常。

圖1 加卸載模塊組成框圖

通過對加卸載模塊的工作原理及工作流程分析，總結出判斷一個加卸載模塊工作是否正常應包含以下檢測內容：1)電子干擾吊艙高/低頻段加電后，加卸載模塊向外發送的頻段標志信息是否正確(只發送一次)；2)頻段上電后，加卸載模塊向外發送固定標識字符串是否正確(只發送一次)；3)加卸載模塊每隔5秒向外發送一次時間信息，需判斷時間信息、上報間隔、信息格式的正確性；4)吊艙斷電再加電后，RAM中存儲數據的正確性。

檢測時應注意到上述判斷信息據有瞬時性與嚴格的時序性。

1.2 檢測系統設計分析

電子干擾吊艙的維護與性能檢測工作多數都是在吊艙陣地(即內場環境)完成[7]；掛載機后，在外場環境中只對其部分功能進行定性檢測(如加電自檢是否正常、是否有輻射信號輸出)。

為降低檢測系統研發成本，并實現其便攜式要求，對裝配在電子干擾吊艙上的加卸載模塊進行檢測(以下簡稱原位檢測)時，加卸載模塊的供電可由電子干擾吊艙內部的母板提供，狀態控制可由處理控制單元計算機控制。因此，在內場環境中，原位檢測時利用吊艙陣地已有的吊艙內場檢測設備(以下簡稱吊艙ATE)實現對電子干擾吊艙的供電和狀態控制，此種檢測狀態為內場原位檢測；外場環境中，原位檢測時電子干擾吊艙掛載于載機上，由載機駕駛艙內的顯示控制器或中央控制單元完成對吊艙的供電和狀態控制，檢測系統完成加卸載模塊的功能檢測，此種檢測狀態為外場原位檢測。

基于上述的設計思想，檢測系統硬件組成中無需集成直流電源(提供電子干擾吊艙工作所需的直流電)和1553B總線通信卡(電子干擾吊艙與載機間為1553B總線通信)，這可以極大的降低檢測系統的體積大小和生產成本。內場原位檢測時，檢測系統不僅需完成加卸載模塊的功能檢測，還需完成與吊艙ATE間的通信與狀態交互，因此需設計檢測系統與吊艙ATE間的通信控制電纜。

對作為備品備件存儲的加卸載模塊進行檢測時(以下簡稱離位檢測)，加卸載模塊離開了電子干擾吊艙的工作環境，檢測系統應能提供加卸載模塊正常工作所需的電氣環境，并模擬吊艙處理控制單元與加卸載模塊之間的數據通信(通信總線為串行通信)，完成加卸載模塊離位方式下的檢測與診斷。

檢測系統的不同檢測方式及各種檢測方式下的檢測需求如表1如示。

表1 檢測方式及檢測需求

2 設計實現

為了滿足檢測系統在不同環境下的檢測需求，且具有便于攜帶、外場檢測便利等特點[8-11]，在測試資源和控制計算機的選擇上，采用了緊湊、輕巧及功耗低的嵌入式系統體系結構，其總體組成如圖2所示，整個系統由硬件平臺、嵌入式計算機、軟件平臺和測試程序集4部分組成。

圖2 檢測系統總體組成框圖

2.1 硬件設計

檢測系統需滿足內場原位檢測、外場原位檢測和離位檢測3種檢測方式。在內場原位檢測時，具備與吊艙ATE的通信和信息傳輸能力，借助于吊艙ATE的軟、硬件自動實現對電子干擾吊艙的狀態控制及信息回讀，完成加卸載模塊的檢測。外場原位檢測時，載機內部的電源和控制設備對加卸載模塊進行供電和控制，檢測系統直接與加卸載模塊連接，完成其功能檢測。而離位檢測時，檢測系統需模擬加卸載模塊正常工作所需的電氣環境，并可實現吊艙處理控制單元與加卸載模塊之間的數據通信。

綜合考慮3種檢測方式下的測試需求，達到使用便攜、降低研制成本，減小體積和組成部件的重復度的目的，采用了模塊化設計的思想。檢測系統由檢測終端、加卸載模塊測試適配器及多根檢測電纜組成，如表2所示。內場原位檢測和外場原位檢測由檢測終端和相應的檢測電纜完成。離位檢測由檢測終端、加卸載模塊測試適配器和測試電纜共同完成。

表2 檢測系統硬件組成

2.1.1 檢測終端

為兼顧內外場環境的使用，檢測終端表面積只有B5紙大小、高度為10 cm，在這個空間里集成了嵌入式計算機、觸摸顯示屏、USB總線的數字表和示波器、DC/DC電池組件、信號接口以及數據接口等部件。因此，在檢測終端內部采用了多層、并列布置各組成部件，且同時考慮了部件與傳輸總線間的電磁兼容性問題。其硬件組成如圖3所示。

圖3 檢測終端硬件組成框圖

嵌入式計算機是檢測終端運行和控制的核心，是整個硬件平臺、軟件平臺和測試診斷策略運行的載體[12-14]，可實現測試控制、測試數據與信息的管理；為節省檢測終端內部空間，選擇集成了3路串口、多路USB接口的WG-7469模塊。

測試資源主要包括2個USB總線接口的通用測試儀表，即6.5位精度的數字萬用表和100 MS/S采樣速率的數字示波器，在檢測終端內部它們都是通過USB總線連接至嵌入式計算機，實現了如下功能：1)模擬信號采集：可高速采集和顯示加卸載模塊的工作信號；2)脈沖信號測量：能夠用于測量加卸載模塊工作信號的重復周期、脈沖寬度和相互間時序關系；3)直流電壓測量：用于多路直流信號電壓的測量。

電源組件是檢測終端的供電單元，它包括鋰電池組、電池監控管理單元和DC/DC開關電源。外部的AC/DC適配器把單相220 V交流電源轉換成DC18V電源，然后再由DC/DC組進一步變成檢測終端工作所需的各種直流電源，包括+5 V，+12 V等。

觸摸屏(或液晶屏)是檢測終端人機交互界面，它通過USB驅動線和VGA視頻線分別連接到PC104 CPU主板的USB接口和VGA顯卡接口上，操作者可以通過觸摸屏點擊軟件界面的按鈕，執行相應的操作，得到檢測結果。

在結構設計上，出于三防考慮檢測終端采用密閉設計，沒有散熱孔，通過合理布置發熱器件的安裝部位及機內的熱循環，利用熱傳導原理進行熱設計，將發熱量大的模塊(如主板、電源)貼合機箱壁安裝，并在機箱壁上設計凹凸散熱面，加強傳導散熱。對溫度較敏感的器件，盡量隔離熱源，使檢測終端的熱分布達到合理要求。

2.1.2 加卸載模塊測試適配器

加卸載模塊測試適配器可提供加卸載模塊工作所需的電氣環境，并模擬吊艙處理控制單元對加卸載模塊的控制及數據通信，為專門研發的控制電路。其主體是一個單板計算機，帶有CPU及CPU正常工作所需的存儲器等外圍電路，通過地址線、數據線及控制線對寄存器及FLASH讀/寫的方式控制加卸載模塊的正常工作，以達到提供離位檢測條件的需求。測試時將待測的加卸載模塊插入到加卸載模塊測試適配器中，通過背部連接器與單板計算機完成控制與狀態指令的傳輸。

2.1.3 測試電纜

檢測系統共配有三根測試電纜，分別為原位檢測電纜、離位檢測電纜和加卸載信號檢測電纜。

2.2 軟件設計

2.2.1 開發環境

系統軟件開發環境選擇LabWindow/CVI。LabWindows/CVI是NI公司提供的基于ANSI C的圖形化編程工具，用于測試、測量和控制的開發環境。它具有ActiveX和多線程能力，內置的測量庫支持多種形式的I/O，具有分析、顯示、交互式用戶接口、儀器驅動和代碼生成等功能。并具有很強的數據處理、數據分析功能；提供多種總線通信控制函數；以及網絡傳輸控制協議接口庫，極大地提高了系統軟件開發的效率[15-17]。

2.2.2 軟件平臺

軟件平臺是測試程序運行的基礎，設計中考慮到若某個測試資源出現故障，只會影響測試程序的部分功能，而不是全部功能。如示波器發生故障，并不影響檢測系統的內場或外場測試，只會影響離位功能檢測。因此軟件平臺采用.ini配置文件的形式存儲系統中所有測試資源的狀態。程序啟動時，自動讀取該配置文件的內容，決定用戶軟件是全功能使用還是降級使用。這樣，可動態靈活地使用檢測系統，無需對因部分測試資源的故障，而修改檢測軟件的代碼且重新編譯軟件[18-20]。

2.2.3 測試程序集

測試程序集可完成的功能如圖4所示，依據模塊化、通用化的設計原則進行軟件功能劃分，測試程序集包括內場原位測試、外場原位檢測、離位檢測、測試報表生成、維修報表生成、測試結果顯示等模塊。

圖4 測試程序集功能

內場原位檢測時，檢測終端需與吊艙ATE交互完成測試。測試過程中吊艙ATE對電子干擾吊艙供電和工作狀態進行控制，控制信息和檢測信息在檢測終端與吊艙ATE之間實時交互，交互的控制信息主要是吊艙綜控機加/斷電和高、低頻段加/斷電的控制和狀態。每枚電子干擾吊艙根據其工作頻段，可分為高頻段加卸載模塊和低頻段加卸載模塊，兩個模塊的測試方法相同，只是判據不同，圖5為低頻段加卸載模塊的測試流程。

圖5 內場原位檢測流程

檢測終端向吊艙ATE依次發送綜控機加電、吊艙低頻段加電請求，當接收到綜控機和吊艙低頻段加電成功的信息后，對低頻段加卸載模塊加電后上報信息依次進行檢測。由于加卸載模塊上報的信息具有瞬時性和嚴格的時序性，這就要求檢測終端在測試過程中應實時、及時的對信息進行接收、分選與判斷。只有所有檢測信息均正確，才可判斷加卸載模塊工作正常。測試結束后，檢測終端向吊艙ATE依次發送低頻段斷電、綜控機斷電指令。

外場原位檢測軟件的使用需與載機上的顯示控制器或中央控制單元配合，在吊艙高/低頻段加電完成后的短暫時間內，由加卸載檢測終端完成對加卸載模塊的測試。測試原理與流程與內場原位檢測相似，只是減少了與吊艙ATE間的通訊指令。測試結果的判斷依據也與內場原位檢測相同，并給出測試報告。

離位檢測軟件主要完成加卸載模塊在離位狀態下的串口通道讀寫、掉電存儲、校時等功能檢測。

測試報表生成模塊可根據檢測結果，自動生成完整的測試報告，無需操作人員做任何改動或者添加即可作為報告歸檔，實現測試過程到報表生成的無間斷操作，大大減少了操作人員的實時記錄、表格整合、數據歸類等繁雜的工作量，進一步提高了加卸載模塊的測試效率。

3 驗證實驗

為了驗證檢測系統在3種不同檢測方式下的可操作性和測試的有效性，使用生產出的檢測系統與加卸載模塊進行了驗證實驗。內場原位檢測的測試界面與測試結果如圖6所示。在吊艙ATE、檢測終端、加卸載模塊三者間的電纜連接完成、所有測試資源正常啟動后，2分鐘內可完成高、低頻段加卸載模塊的檢測，極大提高了檢測效率。同時也進行了外場原位檢測與離位檢測，實驗結果均滿足設計要求。

圖6 測試界面與測試結果

4 結束語

由于歷史原因，當前裝備的吊艙ATE不具備對加卸載模塊的檢測能力，導致經常出現作戰數據庫無法加載，或飛行后數據無法卸載的問題，嚴重影響了吊艙訓練與作戰任務的正常執行。在綜合分析現有的檢測條件基礎上，研究了一種可用于內外場條件下加卸載模塊測試的檢測系統的設計與實現方法。根據該方法生產的檢測系統已交付多套，實際應用表明其可在內場、外場條件下完成電子干擾吊艙加卸載模塊原位功能檢測，以及其離位測試，完善了電子干擾吊艙維護保障手段，提高了對電子干擾吊艙的綜合保障能力。