基于LabVIEW的某型航箭發(fā)射檢測儀設(shè)計

王玉剛+王恒新+陳曄+董緒華+王莉

摘 要： 采用LabVIEW仿真技術(shù)，通過數(shù)據(jù)采集卡采集某型航箭發(fā)射器的脈沖信號，信號經(jīng)過巴特沃斯濾波處理后，來實現(xiàn)模擬真實脈沖電流信號。通過采用不同的脈沖分配方案，實現(xiàn)了3種不同發(fā)射方案。該虛擬檢測儀具有參數(shù)調(diào)節(jié)方便， 精確度較高， 容易升級等特點，通過進(jìn)一步改進(jìn)可以推廣應(yīng)用于各種設(shè)備的檢測。

關(guān)鍵詞： LabVIEW； 脈沖信號； 航箭發(fā)射器； 檢測儀

中圖分類號： TN707?34 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）20?0081?03

Design of LabVIEW?based detector for aerial rocket launcher

WANG Yugang， WANG Hengxin， CHEN Ye， DONG Xuhua， WANG Li

（Department of Aviation Armament Fire Control， Qingdao Branch of Naval Aeronautical Engineering Institute， Qingdao 266041， China）

Abstract： The pulse signal of a certain type aerial rocket launcher is collected by means of data acquisition card and LabVIEW simulation technology， which is processed by Butterworth filtering to simulate the real pulse current signal. Different pulse allocation schemes are adopted to realize three different launch projects. This virtual detector has the characteristics of convenient parameters adjustment， high precision and easy update. This detector can be widely applied to detecting various devices after further improvement.

Keywords： LabVIEW； pulse signal； aerial rocket launcher； detector

0 引 言

LabVIEW是一種業(yè)界領(lǐng)先的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)圖形化編程工具，主要用于開發(fā)測試、測量與控制系統(tǒng)。它是專門為工程師和科學(xué)家而設(shè)計的直觀圖形化編程語言，將軟件和各種不同的測量儀器硬件及計算機(jī)集成在一起，建立虛擬儀器系統(tǒng)，以形成用戶自定義的解決方案。

LabVIEW是一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語言。它與Visual C++，Visual Basic，Lab?Windows/CVI 等編程語言不同， LabVIEW用圖標(biāo)、連線和框圖代替?zhèn)鹘y(tǒng)的程序代碼， 是一種面向科學(xué)家、工程師的編程語言。G語言是LabVIEW的核心，它最佳地實現(xiàn)了模塊化編程思想。用戶可以將一個復(fù)雜的應(yīng)用程序分解為一系列簡單的子任務(wù)， 為每一個子任務(wù)建立一個VI（Virtual Instruments），然后把這些VI組合在一起完成最終的應(yīng)用程序。每個子VI都可以單獨執(zhí)行、調(diào)試， 提高程序開發(fā)的效率， 便于以后升級和維護(hù)。而且，它具備很強(qiáng)的信號處理能力，內(nèi)嵌豐富的實用函數(shù)庫，設(shè)計人員可以根據(jù)信號處理的不同需要，方便靈活地選用各種函數(shù)庫來組建測試系統(tǒng)。本文擬通過運(yùn)用虛擬儀器編程語言實現(xiàn)某型航箭發(fā)射檢測儀的設(shè)計。

1 某型航箭發(fā)射器簡介

航箭發(fā)射器是目前我國各型戰(zhàn)斗機(jī)所裝備的主要作戰(zhàn)武器之一，它的性能直接影響到戰(zhàn)斗機(jī)的戰(zhàn)斗能力。火箭發(fā)射器是用來發(fā)射航空火箭彈的專業(yè)軍械裝置，在發(fā)射前需裝填好火箭彈，在發(fā)射時給予航空火箭彈一定的初始方向，使火箭彈完成擊發(fā)目標(biāo)的任務(wù)。航箭一般由戰(zhàn)斗部、引信、發(fā)動機(jī)和穩(wěn)定裝置等部分組成，其中發(fā)動機(jī)是火箭彈飛行的動力裝置。航箭發(fā)射器是用來裝填和發(fā)射航箭的，并在發(fā)射時給予航箭一定的初始方向。航箭發(fā)射器電路是用來向航箭輸送脈沖電流的，對此航箭發(fā)射器有嚴(yán)格而具體的電流輸入要求，航箭發(fā)射器內(nèi)設(shè)有電纜，其一端用插頭與懸掛梁連接，用來引入機(jī)上電流；另一端與后結(jié)合原盤的各插銷座相連，從而提供符合要求的輸入電流。航箭發(fā)射控制系統(tǒng)用來控制航箭按不同方案進(jìn)行發(fā)射。它主要由電磁繼電器控制裝置、零位信號燈、航箭發(fā)射控制電路組成。電磁繼電器控制裝置用來產(chǎn)生脈沖電流，并且按一定時間間隔將脈沖電流分配給航箭點火器，使航箭按脈沖的程序依次發(fā)射。發(fā)射航箭時，必須使相鄰航箭出關(guān)口的時間有一定間隔，否則，由于尾翼同時張開，必將造成航箭尾翼相互碰撞，影響航箭的命中率。因此必須將飛機(jī)上的直流電變成脈沖電流，控制航箭的發(fā)射。

2 航箭發(fā)射檢測儀的設(shè)計

2.1 航箭發(fā)射方案

以某型航箭發(fā)射器為例，由18個發(fā)射管，內(nèi)裝18枚火箭彈。各發(fā)射管有惟一的確定編號，以對應(yīng)相應(yīng)的火箭彈，圖1為航箭發(fā)射管編號。航箭發(fā)射控制系統(tǒng)用來控制航箭按不同方案進(jìn)行發(fā)射?；鸺l(fā)射器中的電磁繼電器控制裝置用來產(chǎn)生脈沖電流，并且按一定時間間隔將脈沖電流分配給航空火箭點火器，使火箭彈按脈沖的程序依次發(fā)射。

圖1 航箭發(fā)射管編號

2.2 檢測儀設(shè)計方案

為了能實時采集飛機(jī)上的航箭發(fā)射器的各電信號，本檢測儀在設(shè)計過程中采用NI公司生產(chǎn)的PCI? 6229 數(shù)據(jù)采集卡，具有板卡自帶的硬件時鐘定時， 在運(yùn)行過程中不受計算機(jī)操作系統(tǒng)多任務(wù)運(yùn)行時的影響， 穩(wěn)定性好。同時該采集卡共有48 路DIO 通道，時序脈沖輸出路數(shù)擴(kuò)充方便；可實現(xiàn)多路時序脈沖信號發(fā)生器， 其延時和脈寬調(diào)節(jié)精度可以穩(wěn)定地達(dá)到微秒數(shù)量級。

經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡采集到的航箭發(fā)射器信號，經(jīng)過濾波處理后，通過脈沖分配電路對各脈沖進(jìn)行分配，對于有18個發(fā)射管的某型航箭發(fā)射器來說，脈沖的分配方案包括3種，分別是一次送2個脈沖、一次送4個脈沖和按自動分配脈沖的方法來實現(xiàn)。圖2 為航箭發(fā)射器檢測儀檢測設(shè)計流程圖。

3 航箭發(fā)射檢測儀的軟件實現(xiàn)

3.1 虛擬信號濾波處理

火箭發(fā)射器中的火箭發(fā)動機(jī)所產(chǎn)生的初始脈沖沖擊波和強(qiáng)噪聲往往對脈沖信號產(chǎn)生干擾，使得火箭發(fā)射脈沖信號在傳輸過程中混入噪聲，尤其是高頻噪聲，噪聲的能量甚至?xí)^信號能量，嚴(yán)重影響火箭彈接收到的脈沖信號的質(zhì)量。因此接收端在收到信號后，通常首先要進(jìn)行低通濾波，然后才能對信號做進(jìn)一步處理。

圖2 航箭發(fā)射器檢測儀檢測設(shè)計流程圖

本文將虛擬脈沖信號疊加高斯白噪聲，作為真實世界中產(chǎn)生的脈沖信號。該信號經(jīng)過濾波后作為真實世界的脈沖信號。本程序采用巴特沃斯濾波器，該濾波器擁有最平滑的頻率響應(yīng)，在截斷頻率以外，頻率響應(yīng)單調(diào)下降。在通帶中是理想的單位響應(yīng)，在阻帶中響應(yīng)為零，過渡帶的陡峭成度與濾波器的階數(shù)成正比，所以通過提高階數(shù)可以明顯地提高濾波效果。并且可以選擇低通濾波、高通濾波、帶通濾波或者帶阻濾波，用戶可以根據(jù)自己的濾波要求選擇合適的濾波模式。圖3為巴特沃斯濾波器濾波前后信號對比圖。

圖3 巴特沃斯濾波器濾波前后信號對比

濾波設(shè)置：巴特沃斯低通濾波器的低截止頻率大于10 Hz， 這里選擇15 Hz。自選信號經(jīng)過濾波器后的輸出信號如圖3所示，圖3給出了濾波前的虛擬脈沖信號疊加高斯白噪聲的信號，以及濾波后的虛擬脈沖信號，得到加噪聲之前的正弦信號， 達(dá)到了預(yù)期的濾波效果。從圖中可看到， 噪聲信號已經(jīng)基本被濾除掉，濾波后的信號能滿足虛擬脈沖方波信號的要求。

3.2 脈沖分配的軟件實現(xiàn)

將濾波處理后脈沖按選擇的發(fā)射方案之一進(jìn)行脈沖的判斷和分配，從而實現(xiàn)火箭發(fā)射方案的選擇。

首先定義數(shù)組[1 2 14 3 15 4 16 5 17 6 18 7 8 9 10 11 12 13]來代表18枚火箭彈及相應(yīng)的發(fā)射管。定義3種發(fā)射方案，第1種為FIR，表示1次送“2”個脈沖；第2種為AUT，表示“自動”；第3種為THR，表示1次送“4”個脈沖。圖4為脈沖分配的具體方案流程圖。

圖4 脈沖分配方案

通過LabVIEW軟件進(jìn)行編程，按定義的3種不同發(fā)射方案，將送來的脈沖依次送到相應(yīng)的火箭發(fā)射器，從而完成火箭彈的擊發(fā)。圖5為脈沖分配方案的程序框圖。

4 結(jié) 語

基于LabVIEW 軟件可以方便地實現(xiàn)某型航箭發(fā)射檢測儀的設(shè)計，與傳統(tǒng)基于硬件設(shè)計的檢測儀相比， 檢測儀具有界面友好、調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點。通過調(diào)整不同的發(fā)射方案、脈沖延時和脈寬，可模擬實現(xiàn)不同類型航箭發(fā)射器檢測儀的設(shè)計，選用不同功能的數(shù)據(jù)采集卡， 還可以實現(xiàn)更復(fù)雜的控制場合?？赏茝V應(yīng)用于教學(xué)和實驗，滿足實時仿真任務(wù)的需求。

圖5 脈沖分配方案程序框圖

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