基于MFC和MATLAB GUI的衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備智能測試系統(tǒng)研究

代睿

（海軍裝備部）

0 引言

常見的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)主要有北斗、GPS、GLONASS、伽利略等，隨著衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)的不斷發(fā)展，衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備目前已經(jīng)在艦船、飛機、導(dǎo)彈、裝甲車輛、兵器等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用并加速推廣，隨著衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備訂貨量的增多，針對衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備的檢驗驗收、外場測試保障方法成為了研究熱點[1]。相對于傳統(tǒng)的機電一體化設(shè)備，衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備檢驗驗收具有以下特點：一是檢驗項目多，比如某型艦用北斗/GPS/GLONASS導(dǎo)航接收機檢測項目多達30項；二是測試計算量大，比如衛(wèi)星導(dǎo)航精度測試一般需要記錄上萬幀數(shù)據(jù)；三是測試方法復(fù)雜，根據(jù)不同產(chǎn)品的技術(shù)要求，需選擇針對性強的數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法。傳統(tǒng)檢測方法費時費力，效率較低。特別是生產(chǎn)批量較大的衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)品，迫切需要改進測試手段，提高檢測效率，并對測試流程進行相應(yīng)整合，形成相對通用的智能化測試平臺。本文針對某型衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備特點，整合軟、硬件測試流程，基于MFC、MATLAB GUI和串口擴展技術(shù)，研制衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備智能測試平臺，實現(xiàn)多設(shè)備并行檢測、高精度測試、大數(shù)據(jù)記錄等功能，并具備擴展能力，可通過軟件的適應(yīng)性改進，實現(xiàn)對各型衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備的測試能力[2]。

1 衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備技術(shù)指標(biāo)測試方法分析

1.1 開機定位時間測試

將衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備置于場地開闊、周圍2 km內(nèi)沒有無線通信基站和信號發(fā)射臺的測試點，監(jiān)測設(shè)備開機后串口輸出數(shù)據(jù)，記錄首次有效定位的時間。

1.2 定位精度測試

將衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備放置于測試點，衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備開機后，設(shè)置定位模式為GPS、GPS+GLONASS、GLONASS、GLONASS+BD、BD+高度模式中的一種，用記錄數(shù)據(jù)按照式（1）～式（4），計算平均定位精度。

重復(fù)進行上述各種模式的測試，測試次數(shù)均為8次。

設(shè)已知測試點的經(jīng)緯度為λ0、φ0，第i（i= 1,2 ,…,8）次測試指定幀數(shù)據(jù)對應(yīng)的經(jīng)緯度平均值為λi、φi，速度平均值為vi。

計算北向水平位移DNi，見式（1）。

計算東向水平位移DEi，見式（2）。

計算徑向水平位移DRi，見式（3）。

定位精度按式（4）計算：

1.3 通信功能測試

衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備開機完成自檢后，利用通用計算機通過串口分別輸入 GPS、GPS+GLONASS、GLONASS、GPS+BD、GLONASS+BD、GPS+GLONASS+BD、BD+高度等定位模式中的一種指令，衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備輸出數(shù)據(jù)幀頭應(yīng)分別為：$GPGGA、$GPVTG ；$PLGGA、$PLVTG；$GLGGA、$GLVTG；$BPGGA、$BPVTG；$BLGGA、$BLVTG；$BGGGA、$BGVTG；$BDGGA、$BDVTG。

2 智能測試系統(tǒng)功能設(shè)計要求

在分析衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備技術(shù)指標(biāo)測試方法的基礎(chǔ)上，設(shè)計智能測試系統(tǒng)應(yīng)具備定位數(shù)據(jù)采集、定位數(shù)據(jù)有效性判斷及定位數(shù)據(jù)的計算、分析等功能，在此基礎(chǔ)上擴展定位數(shù)據(jù)的智能提取及更換精度統(tǒng)計算法的能力。

2.1 定位數(shù)據(jù)采集

整合不同定位模式的數(shù)據(jù)采集，可批量實現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)采集和保存。

2.2 首次定位時間測試

需具備測試衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備首次定位時間的功能。

2.3 定位數(shù)據(jù)實時處理

整合定位數(shù)據(jù)有效性判斷，自動統(tǒng)計數(shù)據(jù)有效數(shù)，實時計算定位及測速精度。

2.4 定位數(shù)據(jù)的后處理

自動整合多次采集的有效數(shù)據(jù)，按照相應(yīng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計算法，對數(shù)據(jù)進行自動后處理，按照導(dǎo)航設(shè)備對精度測試要求，具備導(dǎo)航精度數(shù)據(jù)后處理功能。

2.5 導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)的智能提取功能

具備通用衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備標(biāo)準(zhǔn) NMEA0183數(shù)據(jù)幀格式的智能提取以及其他數(shù)據(jù)格式提取定位信息的能力。

2.6 精度計算統(tǒng)計算法可選擇

具備選擇不同精度計算統(tǒng)計算法的能力，實現(xiàn)智能測試平臺的復(fù)用性。

2.7 通信功能測試

具備串口收發(fā)數(shù)據(jù)功能，實現(xiàn)對串口通信的測試能力。

2.8 多設(shè)備并行測試

為提高測試工作效率，需具備多設(shè)備并行測試功能。

3 智能測試系統(tǒng)設(shè)計方案

3.1 總體設(shè)計方案

測試平臺主要由PC計算機、穩(wěn)壓電源、硬件控制組件組成，硬件控制組件通過USB與PC計算機通信，硬件控制組件支持 20個串口接口，可同時連接 20臺衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備進行測試。測試軟件安裝在PC計算機中，通過使用微軟基礎(chǔ)類庫MFC，基于C++編程語言編寫實時數(shù)據(jù)處理軟件、數(shù)據(jù)后處理軟件、人機交互軟件。測試平臺總體方案框圖如圖1所示。

圖1 測試平臺總體方案框圖

3.2 硬件控制組件方案

硬件控制組件由4塊電源板、1塊串口轉(zhuǎn)接板、可控電源模塊組成。該組件與外部控制計算機通過USB通信線進行連接，實現(xiàn)20個串口自動分配，串口RS422/RS232轉(zhuǎn)換類型可切換、單路電源供電可控，每塊電源板均可實現(xiàn)單路通斷，硬件控制組件框圖如圖2所示。

圖2 硬件控制組件框圖

3.3 軟件設(shè)計方案

實時數(shù)據(jù)分析軟件，使用微軟基礎(chǔ)類庫 MFC進行編寫，易于對實時數(shù)據(jù)分析。主要功能為：定位基準(zhǔn)點修改、定位模式切換、首次定位時間實時統(tǒng)計、定位總數(shù)實時統(tǒng)計、定位成功數(shù)實時統(tǒng)計、定位成功率實時統(tǒng)計、位置誤差實時分析、速度誤差實時分析，實時數(shù)據(jù)分析軟件流程如圖3所示。

圖3 實時數(shù)據(jù)分析軟件流程圖

圖4 精度后處理軟件流程圖

精度后處理軟件使用 MathWorks通用數(shù)據(jù)分析軟件平臺MATLAB，編寫數(shù)據(jù)后處理計算GUI。GUI是一種包含多種對象的圖形窗口，并為 GUI開發(fā)提供一個方便高效的集成開發(fā)環(huán)境GUIDE[3]。GUIDE主要是一個界面設(shè)計工具集，MATLAB將所有GUI支持的控件都集成在這個環(huán)境中。Matlab將GUI的布局代碼存儲在 FIG文件中，同時還產(chǎn)生一個M文件用于存儲調(diào)用函數(shù)，在M文件中不再包含GUI的布局代碼，在開發(fā)應(yīng)用程序時代碼量大大減少[4]。主要實現(xiàn)功能為：導(dǎo)航數(shù)據(jù)定位計算，精度后處理軟件流程如圖4所示。

4 結(jié)束語

本文針對衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備的測試特點，基于MFC、MATLAB GUI和串口擴展技術(shù)，設(shè)計了具有通用性的衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備智能測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有定位數(shù)據(jù)采集、首次定位時間測試、定位數(shù)據(jù)實時處理、定位數(shù)據(jù)的后處理、 導(dǎo)航定位數(shù)據(jù)的智能提取、更改精度計算統(tǒng)計算法、多設(shè)備并行測試等功能，在大批量生產(chǎn)、交付進度時間緊的情況下，可大大提高產(chǎn)品檢驗驗收效率和質(zhì)量。通過簡單的軟件適應(yīng)性更改，可滿足對北斗、GPS、GLONASS等各類衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備的測試需求，可廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備的調(diào)試、檢測、驗收、質(zhì)量信息記錄，應(yīng)用前景廣闊，經(jīng)濟效益顯著。

[1]黃建生.GPS導(dǎo)航定位設(shè)備測試技術(shù)研究[J].電子技術(shù)與軟件工程,2013,10(13):36-37.

[2]趙棟棟.導(dǎo)航設(shè)備監(jiān)控接口的研究與設(shè)計[J].空軍工程大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）,2014,15(1):82-86.

[3]曾文.航空電子系統(tǒng)綜合檢測平臺的設(shè)計[J].電光與控制,2005,12(1):51-54.

[4]張兆莉.基于FPGA的數(shù)字頻率計的設(shè)計與實現(xiàn)[J].自動化儀表,2006,12(11):10-17.