基于LXI總線的某彈用自動測試系統(tǒng)設計

趙虎德，閔昆龍，孫 強，楊偉光，祁曉野

(1.北京航空航天大學 機械工程及自動化學院，北京 100191; 2.北京航天測控技術(shù)有限公司，北京 100041;3.解放軍93169部隊 機載彈藥大隊，吉林 四平 136000; 4.解放軍93716部隊 60分隊，天津 300000)

基于LXI總線的某彈用自動測試系統(tǒng)設計

趙虎德1，閔昆龍2，孫 強3，楊偉光4，祁曉野1

(1.北京航空航天大學 機械工程及自動化學院，北京 100191; 2.北京航天測控技術(shù)有限公司，北京 100041;3.解放軍93169部隊 機載彈藥大隊，吉林 四平 136000; 4.解放軍93716部隊 60分隊，天津 300000)

隨著測試總線技術(shù)的不斷發(fā)展，當前基于VXI總線技術(shù)某彈用自動測試系統(tǒng)在滿足現(xiàn)代戰(zhàn)爭高強度、高效率保障需求方面存在缺點，無法適應未來高科技戰(zhàn)爭的需求；通過對比VXI總線與LXI總線，提出了基于LXI總線技術(shù)的某彈用遠程分布式自動測試系統(tǒng)設計，分析了該型炸彈的測試需求，進行了系統(tǒng)方案和軟件架構(gòu)的設計，描述了系統(tǒng)軟件的工作流程，提高了系統(tǒng)的標準化、智能化、模塊化和通用化水平，加強了系統(tǒng)機動性和保障效率。

自動測試系統(tǒng)；LXI總線；遠程分布式

0 引言

當前，隨著科技的進步和發(fā)展，新的作戰(zhàn)樣式和作戰(zhàn)理念不斷的推陳出新，在這其中，應用了各種新科技新技術(shù)的新裝備新產(chǎn)品發(fā)揮了重要的支撐作用。這其中，武器自動測試系統(tǒng)因參與整個武器系統(tǒng)研制、生產(chǎn)和裝備的全壽命環(huán)節(jié)，成為整個裝備系統(tǒng)研制和裝備過程中不可缺少的關(guān)鍵部分[1-2]。

目前，國產(chǎn)某型激光制導炸彈因其攻擊精度高、生產(chǎn)成本相對較低的優(yōu)點被廣泛的裝備和使用，是主力攻擊型武器之一。該型號炸彈的自動測試系統(tǒng)均采用了VXI總線技術(shù)，由于VXI總線無法實現(xiàn)遠距離測試，該技術(shù)特點導致了該型號保障模式中的相互隔離，即：場站軍械股作為平時儲存單位，彈藥大隊作為維護保障單位，保障過程中需要先將炸彈從軍械股轉(zhuǎn)運至彈藥大隊進行啟封測試，待測試合格后再交付使用，無形中增加了一次彈藥轉(zhuǎn)運環(huán)節(jié)，增加了部隊的工作量，不利于未來高技術(shù)高強度戰(zhàn)爭對抗。如果能借助新的保障技術(shù)實現(xiàn)彈藥遠距離的直接測試，那么我們僅需對軍械股的庫房進行適當A環(huán)境改造以達到測試要求就可以直接在軍械股實行測試保障，如此則會有力的提高保障效率，為未來的實戰(zhàn)保障節(jié)約寶貴的保障時間，而LXI總線技術(shù)為這種保障模式提供了可能。

本文主要是以國產(chǎn)某型激光制導炸彈作為假定對象，以信號模擬器作為實際被測對象，搭建一個以LXI儀器為基礎的遠距離測試系統(tǒng)。

1 LXI總線

LXI總線技是基于多個成熟的工業(yè)標準技術(shù)，尤其是以太網(wǎng)技術(shù)，通過針對儀器開發(fā)需要的語言、命令、協(xié)議等內(nèi)容進行拓展，構(gòu)成適用于自動測試系統(tǒng)的新一代模塊化儀器平臺標準[3]。相比其他的測試總線，LXI總線具有開放式的工業(yè)標準，良好的向后兼容性，低廉的成本，高效的互操作性以及可以及時方便的引入新技術(shù)的特點?？偨Y(jié)LXI總線的優(yōu)點主要有[4]：

一是LXI總線基于以太網(wǎng)標準(IEEE 802.3)。在此標準下，用戶可以柔性擴充測試儀器，而且沒有儀器數(shù)量和放置地點的限制，提高了模塊利用率，擺脫了傳輸距離的限制，為實現(xiàn)遠距離測試奠定了基礎。二是LXI模塊采用自集成和標準化設計，使系統(tǒng)搭建更為靈活。三是LXI總線采用了IVI規(guī)范并使用IVI-COM驅(qū)動程序，可以兼容各種開放式儀器驅(qū)動程序標準，使LXI儀器具有強大的互換性、互操作性和軟件的可移植性?？偨Y(jié)各總線技術(shù)的性能情況對照如表1所示。

表1 各測試總線性能情況對照表

LXI 儀器是嚴格基于IEEE802.3、TCP/ IP、網(wǎng)絡總線、網(wǎng)絡瀏覽器、IVI-COM驅(qū)動程序、時鐘同步協(xié)議(IEEE1588) 和標準模塊尺寸的新型儀器。自2005年以來，LXI產(chǎn)品得到了迅猛發(fā)展。據(jù)安捷倫公司LXI項目經(jīng)理給出的數(shù)據(jù)：“現(xiàn)在已經(jīng)有300多種LXI產(chǎn)品問世，在LXI產(chǎn)品的開發(fā)和推廣方面，公司的LXI產(chǎn)品已經(jīng)廣泛用于美國的軍工行業(yè)?！毕啾萔XI/PXI模塊，LXI模塊儀器不需要機箱、零槽控制器，每個LXI模塊就是1臺獨立儀器，具有更大的靈活性[5]。特別是由于LXI儀器采用LAN作為傳輸媒介，可以不受傳輸距離的限制，以LXI儀器搭建的測試系統(tǒng)可是實現(xiàn)遠距離分布式測量。

2 測試系統(tǒng)需求分析

彈藥自動測試系統(tǒng)具有生產(chǎn)量大、應用面廣、調(diào)試復雜、資金消耗巨大等特點，是實施保障的關(guān)鍵裝備之一，其質(zhì)量的好壞，效能的高低直接影響了保障效率。當前，實際裝備的該型彈用自動測試系統(tǒng)均以VXI總線為基礎，整個系統(tǒng)存在著成本高，兼容性差，系統(tǒng)可移植性差，拓展升級困難等不足，不能很好地利用先進PC技術(shù)的優(yōu)勢，從而也無法將主流軟件的低成本、高性能等好處帶給用戶。

針對該型炸彈進行系統(tǒng)設計，通過對被測試信號的分析，可將測試過程中的信號分激勵信號和響應信號。所謂激勵信號，就是為了達到對某個測試任務的測試，由測試系統(tǒng)向被測對象發(fā)出的模擬信號，該模擬信號一般有典型或特定信號組成，例如各種幅值得交直流電壓或電流信號、脈沖或階躍信號以及各種頻率的正(余)弦信號、方波信號等等。響應信號也就是被測系統(tǒng)收到測試系統(tǒng)發(fā)出的激勵信號后產(chǎn)生的輸出結(jié)果信號，我們可以通過響應信號來對被測對象的質(zhì)量進行評判[6]。根據(jù)被測對象的需求，分析獲得測試系統(tǒng)的具體需求如表2所示。

表2 測試系統(tǒng)資源需求

分析被測對象的信號需求，其測試信號主要包括電阻、電流、交直流電壓等[7]。由于條件限制，沒有真實炸彈作為被測對象，初步設計過程中以炸彈模擬器作為測試對象。

3 基于LXI總線的測試系統(tǒng)組成

系統(tǒng)總體設計思路是在分析被測需求的基礎上，首先對所需LXI儀器進行選擇，其次進行系統(tǒng)軟件設計，最后結(jié)合炸彈模擬器進行實際測試，進行系統(tǒng)驗證。

根據(jù)被測對象的信號類型，搭建以LXI為總線的自動測試系統(tǒng)。測試系統(tǒng)主要有工控機、交換機、LXI模塊儀器、測試接口以及顯示器、鍵盤、鼠標和打印機等附件組成。其總體方案如圖1所示。

圖1 測試系統(tǒng)總體設計方案

整個測試系統(tǒng)的控制核心是工控機，它提供操作人員的操作功能界面，通過運行加載于其中的測試軟件，控制LXI儀器的工作狀態(tài)，從而達到對整個測試過程的控制和管理，完成規(guī)定的任務；LXI模塊儀器主要在工控機的控制下完成激勵信號產(chǎn)生及響應信號采集等任務；交換機是系統(tǒng)指令和測試信號傳輸中介。

在對所需激勵信號和響應信號按物理特性進行分類的基礎上，按照過載余量充足的原則，選擇適當LXI模塊。綜合考慮各方面硬件需求，選擇的LXI儀器主要有數(shù)字多用表模塊、掃描A/D模塊、 D/A模擬輸出模塊、時序測量模塊、數(shù)字I/O模塊、矩陣開關(guān)模塊和1553B模塊。其中數(shù)字多用表模塊主要應用于實現(xiàn)LXI平臺的信號高精度測量；掃描A/D模塊主要根據(jù)不同被測信號的測試需求，實現(xiàn)不同通道、任意增益、任意順序的掃描任務；模擬輸出模塊主要作為高精度電壓和電流激勵源應用于過程控制和測試測量領域，也可為其它對象提供電壓和電流信號；時序測量模塊用于檢測和記錄輸入開關(guān)量的改變以及提供輸入開關(guān)量改變點相對于起始時刻的時間值；數(shù)字I/O模塊主要完成事件計數(shù)、頻率測量、脈沖寬度測量、周期信號輸出以及脈沖序列生成等功能；矩陣開關(guān)模塊具有集成化高、控制靈活的特點，主要用于實現(xiàn)測試過程信號通斷控制；1553B通訊模塊主要實現(xiàn)與網(wǎng)絡中其他測試設備的集成和協(xié)調(diào)，是LXI總線自動測試系統(tǒng)的主要組成部分。

由于工控機和各LXI模塊之間通過交換機進行信號交互，因此為實現(xiàn)遠距離分布式測試提供了可能?，F(xiàn)實中為了實現(xiàn)在彈藥保管單位直接測量，可以將各LXI模塊與工控機分開放置，通過對場站軍械股庫房進行適當環(huán)境改造，使其適于開展武器的啟封、測試和油封工作，同時庫房增加LAN網(wǎng)口，然后將以LXI儀器為主的現(xiàn)場端置于軍械股，將工控機以及鍵盤、顯示器、打印機等部分作為控制端置于彈藥大隊，兩者之間通過LAN網(wǎng)通信。同樣，如果在多個分散點設置LXI儀器現(xiàn)場端，通過LAN網(wǎng)絡進行互聯(lián)，則可搭建遠距離分布式測試系統(tǒng)。

4 測試系統(tǒng)軟件架構(gòu)設計

軟件總體可分為功能界面層、邏輯層、儀器驅(qū)動層和I/O軟件層(即VISA庫)[8]。系統(tǒng)主要實現(xiàn)系統(tǒng)管理、測試執(zhí)行以及結(jié)果管理三大任務。針對上述任務分別進行系統(tǒng)邏輯設計、流程配置和設備配置。其軟件結(jié)構(gòu)框架如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)軟件設計框架

如上圖所示，每次任務過程中，用戶通過功能界面層選擇確定操作內(nèi)容，通過邏輯運行層進行數(shù)據(jù)傳送、界面調(diào)度等[9]，通過IVI儀器驅(qū)動調(diào)用接口實現(xiàn)對儀器的調(diào)用，最后通過I/O接口程序?qū)崿F(xiàn)對LXI儀器的操作。

5 系統(tǒng)軟件執(zhí)行流程

系統(tǒng)軟件執(zhí)行流程總共分為三層，分別為身份驗證層、功能選擇層和模塊執(zhí)行層。具體如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)軟件執(zhí)行流程圖

5.1 用戶身份驗證

身份驗證層主要是驗證用戶的身份，識別用戶操作權(quán)限，根據(jù)用戶的權(quán)限進入相應的系統(tǒng)界面以進行后續(xù)操作。

5.2 用戶功能選擇

功能選擇層主要是用戶根據(jù)操作任務需要選擇相應操作，主要分為系統(tǒng)管理、測試執(zhí)行和結(jié)果管理三部分。

系統(tǒng)管理包含用戶管理和安全管理，用戶管理主要負責管理用戶的的信息，包裹添加和刪減用戶、使用權(quán)限設置，安全管理主要用于系統(tǒng)密碼設置方面相關(guān)內(nèi)容。

測試執(zhí)行是系統(tǒng)的主要部分，包含自檢、單項測試以及綜合測試等內(nèi)容。自檢是用于系統(tǒng)狀態(tài)的自我驗證，是系統(tǒng)開展測試前必須要進行的一項工作，系統(tǒng)的自檢實際上是一種特殊的測試過程，它針對每一種設備的自檢制定具體的信號發(fā)生和數(shù)據(jù)采集方案，整個測試過程按照設定的方案進行；單項測試主要針對被測對象的單個測試任務實行針對性的測試，該項功能在故障判斷過程中可以有力的提高測試效率；綜合測試主要針對被測對象進行全流程自動測試，是軟件的核心任務，也是日常保障中主要使用的部分。

結(jié)果管理主要包含結(jié)果的查詢和打印，可以使用戶方便的進行測試結(jié)果的查詢并根據(jù)需要進行打印，是系統(tǒng)必要的補充，增強了用戶體驗。

5.3 模塊流程執(zhí)行

模塊執(zhí)行層是主要的執(zhí)行層，根據(jù)操作人員的功能選擇，通過對LXI模塊的控制，實現(xiàn)對被測對象的信號激勵、相應監(jiān)控和回傳、測試結(jié)果的記錄、上傳和打印等任務。

6 試驗結(jié)果分析與總結(jié)

通過測試系統(tǒng)與炸彈模擬器的聯(lián)合試驗進行模擬測試，測試過程中當前使用儀器、測試時間、數(shù)據(jù)理論合格范圍、當前實測數(shù)據(jù)等信息均直觀可查，達到了系統(tǒng)設計指標要求，實現(xiàn)了對該型號產(chǎn)品的測試功能。

通過該系統(tǒng)的設計過程可以證實：

1)LXI儀器發(fā)展迅速，可以方便的搭建基于LXI總線的測試系統(tǒng)。

2)基于LXI總線的自動測試系統(tǒng)以LAN網(wǎng)線為信號傳輸通道，可以實現(xiàn)遠距離信號測試；

3)自動測試系統(tǒng)信號傳輸過程中以交換機實現(xiàn)信號交互，可以拓展為分布式測試系統(tǒng)。

總之，采用基于LXI總線技術(shù)的武器自動測試系統(tǒng)符合了智能化、模塊化、通用化以及標準化的系統(tǒng)設計原則，在實現(xiàn)傳統(tǒng)功能的基礎上，還可以進行遠距離分布式測試，提高了系統(tǒng)的機動性，是裝備自動測試系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。對于當前的基于VXI總線的測試系統(tǒng)，相信通過適當LXI上網(wǎng)改造，使其能夠接入LXI總線系統(tǒng)是當前測試系統(tǒng)的一個發(fā)展方向。

[1] 劉勁松.基于VXI總線技術(shù)的自動測試系統(tǒng)研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學,2008.

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Research of a Missile Automatic Test System Based on LXI Bus

Zhao Hude1, Min Kunlong2,Sun Qiang3,Yang Weiguang4,Qi Xiaoye1

(1.School of Mechanical Engineering and Automation, Beihang University, Beijing 100191,China;2.Beijing Aerospace Measurement & Control Technology Co.Ltd., Beijing 100041,China;3.93169 unit of PLA, Siping 136000,China； 4.93716 unit of PLA, Tianjin 300000,China)

With the continuous development of test bus technology, the current missile automatic test system based on VXI bus have disadvantage while they meet the demand of modern war with the characteristic of high intensity and high efficiency, they are unable to adapt to the needs of the future high-tech war. Through the comparison of VXI bus and LXI bus, a remote distributed missile test system based on LXI bus technology is designed. The missile’s test requirements were analyzed, also the system scheme and the software architecture were designed, its working process was described. This system realized the remote distributed test performance, improved the system’s level of standardization, intelligence, modularization and generalization and strengthened the system agility and efficiency.

automatic test system(ATE);LXI bus; remote distributed test

2016-10-20；

2016-11-21。

趙虎德(1986-)，男，山東省禹城人，碩士研究生，主要從事自動測試總線方向的研究。

1671-4598(2017)03-0112-03

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.03.031

TP336

A