艦空導彈發(fā)射控制性能檢測設(shè)備設(shè)計

李洪濤

(中國人民解放軍92941部隊93分隊，遼寧 葫蘆島 125001)

艦空導彈發(fā)射控制性能檢測設(shè)備設(shè)計

李洪濤

(中國人民解放軍92941部隊93分隊，遼寧 葫蘆島 125001)

艦空導彈發(fā)射控制性能是影響艦空導彈正常發(fā)射的重要因素，其檢測是艦空導彈武器系統(tǒng)維護工作必須進行的檢查內(nèi)容；目前艦空導彈發(fā)射控制性能檢測操作復雜、對人員要求高、可達性差、檢測周期長，影響了該項工作的開展;針對此問題，提出了艦空導彈發(fā)射控制性能檢測設(shè)備設(shè)計方案，實現(xiàn)艦空導彈發(fā)射控制性能檢測的自動化;從總體設(shè)計、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計等方面對艦空導彈發(fā)射控制性能檢測設(shè)備設(shè)計進行了詳細論述;通過試驗驗證，艦空導彈發(fā)射控制性能檢測設(shè)備操作簡單、設(shè)計合理、功能正確、性能滿足艦空導彈發(fā)射控制性能檢測要求，可解決艦空導彈發(fā)射控制性能檢測自動化程度低、可達性差的難題，為艦空導彈發(fā)射控制性能檢測提供高效技術(shù)手段。

艦空導彈；發(fā)射控制；檢測設(shè)備；設(shè)計

0 引言

艦空導彈發(fā)射控制系統(tǒng)(以下簡稱發(fā)控系統(tǒng))是集計算機控制、數(shù)字電路、模擬電路的自動控制系統(tǒng)，接收并執(zhí)行艦空導彈武控系統(tǒng)的指令，實現(xiàn)對艦空導彈的發(fā)射控制，其控制特點是快速、準確、可靠，其技術(shù)狀態(tài)直接關(guān)系到艦空導彈能否正常發(fā)射。在部隊試驗、演練和維護等工作需要對發(fā)控系統(tǒng)的發(fā)射控制性能進行檢測，以檢查其技術(shù)狀態(tài)是否滿足作戰(zhàn)使用要求[1]。目前，艦空導彈發(fā)射控制性能檢測一般采用基于筆錄儀的檢測方法，其缺點是：筆錄儀沒有與發(fā)控系統(tǒng)的專用接口，檢測時連接復雜，操作使用不方便；筆錄儀無法自動識別發(fā)控信號，檢測時需要大量人工操作和配合，易出錯。基于筆錄儀的檢測方法需要具備專業(yè)技能的人員對照發(fā)控系統(tǒng)接口技術(shù)資料方可完成檢測，一般艦員難以利用筆錄儀完成檢測。本文提出了一種艦空導彈發(fā)射控制性能檢測設(shè)備設(shè)計方案，實現(xiàn)艦空導彈發(fā)射控制性能的自動檢測，利用該設(shè)備，一般艦員即可完成發(fā)射控制性能的檢測。

1 總體設(shè)計

1.1 設(shè)備功能

艦空導彈發(fā)射控制性能檢測設(shè)備用于艦空導彈發(fā)射控制信號的自動檢測，降低艦空導彈發(fā)射控制性能檢測對人員、技術(shù)資料的要求，解決艦空導彈發(fā)射控制性能檢測自動化程度低、可達性差的難題，實現(xiàn)艦空導彈發(fā)射控制信號采集、測量、調(diào)理、分析處理、檢測控制與顯示的功能集成化、過程自動化。具體功能如下：

1)通過專用發(fā)控檢測電纜與艦空導彈發(fā)控系統(tǒng)測試接口連接，連接方便，易于操作；

2)自動觸發(fā)檢測功能；

3)檢測并顯示導彈發(fā)控系統(tǒng)對導彈的供電、點火性能參數(shù)；

4)檢測并顯示導彈發(fā)射控制時序。

1.2 設(shè)備組成

艦空導彈發(fā)射控制性能檢測設(shè)備的組成包括無源衰減電路、偽差分電路、抗混疊濾波電路、數(shù)據(jù)采集電路、數(shù)字隔離電路、FPGA電路、中心計算機、觸控顯示屏、電源電路、發(fā)控電纜。艦空導彈發(fā)射控制性能檢測設(shè)備的組成如圖1所示。

圖1 艦空導彈發(fā)射控制性能檢測設(shè)備組成示意圖

1.3 工作原理

艦空導彈發(fā)射控制性能檢測設(shè)備通過專用發(fā)控電纜與發(fā)控系統(tǒng)測試接口連接。發(fā)控系統(tǒng)產(chǎn)生的發(fā)控信號通過發(fā)控電纜輸出至艦空導彈發(fā)射控制性能檢測設(shè)備，經(jīng)無源衰減電路衰減后形成高共模抑制比偽差分信號，輸出至抗混疊濾波電路濾波，經(jīng)數(shù)據(jù)采集電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸出至FPGA電路；FPGA電路完成數(shù)字信號的解析和數(shù)據(jù)處理[2]；中心計算機完成艦空導彈發(fā)射控制性能檢測設(shè)備的綜合控制；解析和處理后的數(shù)字信號經(jīng)中心計算機處理后發(fā)送至觸控顯示屏顯示；觸控顯示屏完成人機交互；電源電路為艦空導彈發(fā)射控制性能檢測設(shè)備提供工作電源。

2 硬件設(shè)計

艦空導彈發(fā)射控制性能檢測設(shè)備硬件設(shè)計根據(jù)發(fā)控系統(tǒng)測試接口定義和發(fā)控系統(tǒng)功能、技術(shù)指標要求，確定所需測試的發(fā)控信號和測試電路。其硬件包括無源衰減電路、偽差分電路、抗混疊濾波電路、數(shù)據(jù)采集電路、數(shù)字隔離電路、FPGA電路、中心計算機、觸控顯示屏、電源電路、發(fā)控電纜。無源衰減電路包括電阻R1、R2、R3、R4，繼電器J1和放大器Amp1；偽差分電路包括放大器Amp2；抗混疊濾波電路包括電阻R5和電容C1；數(shù)據(jù)采集電路包括模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD1、AD2；數(shù)字隔離電路包括光電耦合器G1、G2、G3[3]；衰減電路、偽差分電路、抗混疊濾波器、數(shù)據(jù)采集電路和數(shù)字隔離電路組成1路數(shù)據(jù)采集通道。艦空導彈發(fā)射控制性能檢測設(shè)備根據(jù)檢測需求包括多路數(shù)據(jù)采集通道。電路設(shè)計如圖2所示。

圖2 電路設(shè)計示意圖

2.1 檢測功能的自動觸發(fā)

任意一路發(fā)控信號經(jīng)衰減電路R3、R4、Amp1衰減到模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD1的量程范圍之內(nèi)，輸出至模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD1；模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD1將發(fā)控信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，經(jīng)光電耦合器G1數(shù)字隔離后輸出至FPGA電路；FPGA電路對數(shù)字信號進行判斷，判定為有效信號后，F(xiàn)PGA電路輸出控制信號，經(jīng)光電耦合器G2數(shù)字隔離輸出至繼電器J1，控制繼電器J1閉合，觸發(fā)檢測功能。

2.2 數(shù)據(jù)采集、處理與顯示

發(fā)控信號經(jīng)衰減電路R1、R2衰減到模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD2的量程范圍之內(nèi)，輸出至放大器Amp2；經(jīng)放大器Amp2形成高共模抑制比偽差分信號，輸出至抗混疊濾波電路R5，C1；濾波后進入模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片AD2，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，經(jīng)光電耦合器G3數(shù)字隔離后輸出至FPGA電路，完成數(shù)據(jù)采集。FPGA電路完成多路數(shù)字信號的解析和數(shù)據(jù)處理，解析和處理后的數(shù)字信號經(jīng)中心計算機處理后發(fā)送至觸控顯示屏顯示。

2.3 綜合控制

中心計算機對艦空導彈發(fā)射控制性能檢測設(shè)備進行綜合控制，觸控顯示屏完成人機交互，電源電路為所述衰減電路、偽差分電路、所述數(shù)據(jù)采集電路、所述FPGA電路、所述中心計算機和觸控顯示屏提供電源。

3 軟件設(shè)計

艦空導彈發(fā)射控制性能檢測設(shè)備軟件設(shè)計根據(jù)艦空導彈發(fā)射控制性能檢測設(shè)備功能需求確定其軟件功能及流程。

3.1 軟件界面設(shè)計

軟件界面仿示波器設(shè)計，可實時查看發(fā)控信號波形，可顯示發(fā)控信號起始時間、波形寬度及電壓值。軟件界面如圖3所示。通過點擊“選擇UUT”選擇所需檢測發(fā)射控制通道；點擊“觸發(fā)方式”選擇上升沿觸發(fā)或下降沿觸發(fā)兩種觸發(fā)方式；點擊“啟動”按鈕后，若檢測到當前所發(fā)射控制通道的某一路發(fā)控信號滿足觸發(fā)條件時，啟動檢測功能，并在右側(cè)顯示自觸發(fā)開始前50 ms起3 s內(nèi)的數(shù)據(jù)波形，并以數(shù)值形式顯示發(fā)控信號起始時間、脈沖寬度和脈沖幅值。

圖3 軟件界面

3.2 軟件流程設(shè)計

軟件運行后，艦空導彈發(fā)射控制性能檢測設(shè)備進入檢測信號模式，自動開始采集各路發(fā)控信號，等待觸發(fā)信號的到來。每采集3 s的數(shù)據(jù)就進行一次緩存，同時系統(tǒng)判斷是否觸發(fā)檢測功能。在檢測某路發(fā)控信號滿足觸發(fā)條件后，如果在當前所采集的3秒內(nèi)的數(shù)據(jù)中檢測到第一個觸發(fā)信號，且該信號在時間上位于本次3 s數(shù)據(jù)的第50 ms之后，則軟件將會在右側(cè)波形中顯示當前各路發(fā)控信號通道在第一個觸發(fā)點前50 ms和后2 950 ms的數(shù)據(jù)，即共計3 s的數(shù)據(jù)；否則，若該第一個觸發(fā)信號在時間上位于本次3 s數(shù)據(jù)的50 ms之前，則系統(tǒng)將會從前一次3 s時間的數(shù)據(jù)中讀取一部分數(shù)據(jù)，同樣在右側(cè)波形中顯示各路發(fā)控信號在第一個觸發(fā)點前50 ms和后2 950 ms共計3 s的數(shù)據(jù)。軟件流程見圖4。

圖4 軟件流程圖

軟件采用LabVIEW開發(fā)。LabVIEW是一種圖標代替文本創(chuàng)建應用程序的圖形化編程語言，不但在程序界面設(shè)計時采用了圖形化方式，而且其程序代碼的編寫、功能的實現(xiàn)也是圖形化的操作方式。在高效圖形化應用開發(fā)環(huán)境下，結(jié)合簡單易用的圖形化開發(fā)方式、靈活強大的編程語言、成熟的軟件平臺技術(shù)，為軟件系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)提供了強有力的保證[4-5]。

4 試驗驗證

為了驗證艦空導彈發(fā)射控制性能檢測設(shè)備設(shè)計合理性、功能正確性、性能是否滿足艦空導彈發(fā)射控制性能檢要求，利用該設(shè)備進行了艦空導彈發(fā)射控制性能檢測試驗。將艦空導彈發(fā)射控制性能檢測設(shè)備通過發(fā)控電纜與某型艦空導彈發(fā)控系統(tǒng)測試接口連接，艦空導彈發(fā)射控制性能檢測設(shè)備和某型艦空導彈武器系統(tǒng)分別加電開機，某型艦空導彈武器系統(tǒng)進行一次模擬發(fā)射，利用艦空導彈發(fā)射控制性能檢測設(shè)備對發(fā)射控制性能進行了檢測。其中一次檢測結(jié)果如表1所示。試驗結(jié)果表明艦空導彈發(fā)射控制性能檢測設(shè)備設(shè)計合理、功能正確、性能滿足艦空導彈發(fā)射控制性能檢要求。

同時記錄了對每個發(fā)射通道的檢測周期，與以往利用筆錄儀記性發(fā)射控制性能檢測的周期進行對比，如表2所示。利用艦空導彈發(fā)射控制性能檢測設(shè)備可降低艦空導彈發(fā)射控制性能檢測對人員、技術(shù)資料的要求，解決艦空導彈發(fā)射控制性能檢測自動化程度低、可達性差的難題，實現(xiàn)艦空導彈發(fā)射控制信號采集、測量、調(diào)理、分析處理、檢測控制與顯示的功能集成化、過程自動化，大大縮短檢測周期、提高檢測效率。

表1 發(fā)射控制性能檢測結(jié)果

表2 兩種檢測方法對比

5 結(jié)束語

為實現(xiàn)艦空導彈發(fā)射控制性能的自動化檢測，設(shè)計開發(fā)了艦空導彈發(fā)射控制性能檢測設(shè)備。完成了檢測設(shè)備總體設(shè)計、硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，并開發(fā)了相應的系統(tǒng)。該設(shè)備可為艦空導彈發(fā)射控制性能檢測提供高效的自動化檢測技術(shù)手段。試驗驗證表明，艦空導彈發(fā)射控制性能檢測設(shè)備操作簡單、設(shè)計合理、功能正確、性能滿足艦空導彈發(fā)射控制性能檢要求；利用艦空導彈發(fā)射控制性能檢測設(shè)備可解決艦空導彈發(fā)射控制性能檢測自動化程度低、可達性差的難題，提高檢測效率。

[1] 莊彥海.發(fā)射控制系統(tǒng)用在線測試臺的研究與設(shè)計[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學，2009.

[2] 羅 華，鄧樂武.基于多信號融合技術(shù)的武器系統(tǒng)綜合檢查儀的研制與實現(xiàn)[J].計算機測量與控制，2015,23(11):3680-3681.

[3] 胡小江，白 云，雷虎民.基于虛擬儀器的導彈自動駕駛儀測試系統(tǒng)設(shè)計[J].計算機測量與控制，2014,22(10):3238.

[4] 樊尚春，周浩敏.信號與測試技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學出版社，2010.

[5] 李長星，王 波，胡振華.基于FPGA和ARM的實時數(shù)據(jù)采集顯示系統(tǒng)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2014,37(3):152-153.

DesignofShiptoAirMissileLaunchControlPerformanceDetector

LiHongtao

(No.93Element,No.92941UnitofPLA,Huludao125001，China)

The performance of ship to air missile launch control is an important factor to affect the missile launch. Its testing is the necessary contents of the ship to air missile weapon system maintenance. The testing of ship to air missile control performance is complex for operation, high requirements for personnel, poor accessibility, long detection period. That affect the development of the task. So, the ship to air missile launch control performance detector is proposed to carry out the automatization for test the performance of ship to air missile control. Macro scheme, hardware design, software design are researched in the design of the ship to air missile launch control performance detector. Through the test, the ship to air missile launch control performance detector has the advantages of simple operation, reasonable design, function is correct and the performance meet the inspection requirements of ship to air missile launch control performance. It solve the problem and provide efficient technical means.

ship to air missile；launch control；detector；design

2016-09-23；

2016-11-14。

李洪濤(1977-)，男，山東萊蕪人，碩士，工程師，主要從事艦載導彈武器系統(tǒng)試驗鑒定研究。

1671-4598(2017)04-0103-03DOI：10.16526/j.cnki.11-4762/tp

TP

A