某型導彈裝備射頻非標設備校準裝置設計

郭曉冉，毛向東，劉海濤，張 軍，劉 福

(軍械技術研究所， 石家莊 050000)

【專家特稿】

某型導彈裝備射頻非標設備校準裝置設計

郭曉冉，毛向東，劉海濤，張 軍，劉 福

(軍械技術研究所， 石家莊 050000)

針對某型導彈裝備中X波段信標源、照射射頻參數(shù)測試儀、C波段射頻信號轉發(fā)機以及直波信號源等專用測試設備的計量需求，以“通用硬件+校準軟件+標準總線”的組合形式，采用軟件無線電技術和虛擬儀器技術，研制了該型導彈裝備中射頻類非標準設備校準裝置，編寫了校準規(guī)范，形成了綜合性、多參數(shù)、機動化的射頻專用設備現(xiàn)場校準能力，解決了該型導彈裝備專用測試設備無法校準的難題，為提高部隊核心計量保障能力提供了技術手段。

計量；導彈裝備；射頻非標；校準裝置

軍事計量保障是武器裝備綜合技術保障的重要內容和使用全過程的技術支持。軍事計量保障的任務是根據(jù)國家、軍隊的相關法規(guī)、條例、規(guī)程，針對武器裝備技術特點和保障需求，實施計量監(jiān)督管理，執(zhí)行計量保障勤務，保證裝備的受控，并始終處于良好的技術狀態(tài)[1-3]。

2004年，GJB5109—2004《裝備計量保障通用要求 檢測和校準》對裝備、檢測設備及校準設備的檢測和校準要求做了全面規(guī)定[4-5]。要求承制方對組成裝備的各系統(tǒng)、分系統(tǒng)和設備所需檢測和校準的項目或參數(shù)及其技術指標做出明確規(guī)定，要求對影響裝備功能和性能的主要測量參數(shù)設置檢測接口，滿足裝備測試性要求，并應具有明確的檢測方法；要求承制方在研制階段，編制《裝備檢測需求明細表》、《檢測設備推薦表》、《校準設備推薦表》、《校準系統(tǒng)推薦表》和《裝備檢測和校準需求匯總表》。由此可見，隨著GJB5109—2004的實施，對裝備的計量保障要求已提高到和其它戰(zhàn)技術指標一樣，是裝備研制總要求的硬性指標。

本文研究內容是以形成某型導彈武器系統(tǒng)戰(zhàn)斗力為牽引，以裝備計量保障理論為指導，針對該型導彈裝備專用測試設備缺乏計量保障手段和方法，依據(jù)該型號導彈裝備的系統(tǒng)組成及技術特點，系統(tǒng)分析了專用測試設備的計量需求，針對X波段信標源、照射射頻參數(shù)測試儀、C波段射頻信號轉發(fā)機以及直波信號源，確定計量檢定方法，研制專用校準系統(tǒng)，編寫校準規(guī)范，為部隊提供遂行計量保障裝備，形成了該型導彈武器系統(tǒng)計量保障能力。

1 計量需求分析原則

該型導彈裝備計量需求分析原則：

1) 確保作戰(zhàn)裝備戰(zhàn)、技術性能完好。計量保障作為裝備技術保障的一個重要分支，通過計量檢定、校準和測試，使作戰(zhàn)裝備各參數(shù)量值與國家最高測量標準之間建立不間斷溯源鏈[6-8]，在進行計量技術需求分析時，必須把確保作戰(zhàn)裝備戰(zhàn)、技術性能完好作為出發(fā)點。

2) 力求對裝備維修、維護提供最大化的技術支撐。裝備維修、維護工作對于導彈裝備發(fā)揮戰(zhàn)技術性能至關重要，其保障力的體現(xiàn)是通過采用各種技術手段，即各型專用測試設備和通用儀器對裝備進行日常維護、性能測試、故障診斷、達到排除故障，恢復和保持裝備技術性能，繼而保證裝備戰(zhàn)斗力的有效發(fā)揮。

裝備計量需求分析，必須以各種技術保障裝備(設備)為重點，特別關注“作用和地位關鍵的、運用和使用頻繁的、測量和測試有準確度要求的，應用范圍廣泛的”維修維護技術手段的計量需求，以達到保證維修維護質量的目的[9-12]。

2 校準裝置設計

該型導彈裝備專用測試設備均為射頻類非標準設備，所以以“射頻非標設備”作為專用測試設備的簡稱。

校準裝置采用“通用硬件+校準軟件+標準總線”的組合形式，以軟件無線電技術和虛擬儀器技術為技術基礎，實現(xiàn)硬件設備的控制、信號采集、數(shù)據(jù)分析、校準結果處理和自動存儲，構成一體化的校準系統(tǒng)。選用通用儀表組成校準裝置的硬件系統(tǒng)，使系統(tǒng)具有易溯源、擴展性強、兼容性強等特點，能夠達到綜合性、多參量校準能力。以硬件與軟件相結合的形式，編制校準軟件，形成專用設備校準測試模塊，使軟件系統(tǒng)具備結構緊湊、測試參數(shù)覆蓋完整、功能可擴展可重構的技術優(yōu)勢。

2.1 硬件設計

校準裝置組成原理圖如圖1，實物如圖2。

圖1 校準裝置設備組成原理圖

圖2 校準裝置實物

校準裝置硬件部分主要由校準控制器、頻譜分析儀、標準相位噪聲產(chǎn)生器、功率敏感器、微波信號源、隔離穩(wěn)壓電源，以及備件設備組成。

1) 校準控制器是一臺由PXI機箱、PXI工控處理器、PXI數(shù)字化儀模塊和計量接口適配器組成的主控系統(tǒng)。其中，PXI機箱是校準控制器的構建平臺，選用泛華測控定制機箱PXI-9106，以PXI總線為基礎，用于植入各類PXI模塊，根據(jù)各種PXI模塊的性能和功能的不同，實現(xiàn)不同模塊的校準功能。PXI工控處理器是校準控制器的核心部件，也是校準系統(tǒng)軟件的處理核心和安裝承載部件，選用泛華測控工控處理器PXI-3051，通過PXI總線和通用接口用于控制校準系統(tǒng)主要硬件，實現(xiàn)設備控制、信號采集、數(shù)據(jù)分析、校準結果處理和數(shù)據(jù)存儲的功能。PXI數(shù)字化儀模塊是置于PXI機箱插槽的功能模塊，選用NI公司的數(shù)字化儀模塊PXI-5152，用于對中頻、低頻信號進行信號的電壓和時基采集。計量接口適配器是校準控制器機箱內的PXI工控處理器、PXI高速數(shù)采模塊與外部端口連接的轉接部件，用于封裝并加固PXI控制器內部的接口和信號電纜，便于外部信號接入時的識別，防止差錯接入。

2) 頻譜分析儀主要用于對X波段信標源、直波信號源進行頻率、功率、電平衰減、非諧波雜散、相位噪聲等參量的校準，以及對微波、射頻信號的混頻。

3) 標準相位噪聲產(chǎn)生器提供一個標準的微波信號給照射射頻參數(shù)測試儀進行相位噪聲校準。

4) 功率敏感器主要用于對X波段信標源、直波信號源進行功率參量的校準。

5) 微波信號源主要用于對C波段轉發(fā)機校準時提供輸入信號作為激勵源，產(chǎn)生一個C波段信號和脈沖同步信號的激勵來驅動C波段轉發(fā)機實現(xiàn)信號轉發(fā)功能。

6) 隔離穩(wěn)壓電源主要用于將外部接入的未經(jīng)隔離穩(wěn)壓的220 V、50 Hz交流電源進行隔離穩(wěn)壓，實現(xiàn)電源電壓的隔離穩(wěn)壓功能，滿足校準系統(tǒng)的電源供電要求。

2.2 總線設計

根據(jù)所需校準對象的特殊性，選擇GPIB總線和PXI總線的混合總線形式，通過GPIB總線控制微波信號和PXI總線控制射頻和低頻信號，解決微波信號的屏蔽要求以及校準系統(tǒng)體積小的需求，滿足校準系統(tǒng)通用化、小型化和自動化的現(xiàn)場綜合校準需求。

2.3 軟件設計

軟件設計中，包括軟件開發(fā)平臺和校準軟件。

1) 開發(fā)平臺選擇

軟件開發(fā)平臺選擇Windows系統(tǒng)下NI公司的LabVIEW軟件。

LabVIEW是一種圖形化編程語言的虛擬儀器工具軟件，具備圖形化編程環(huán)境、開發(fā)功能高效、支持多種儀器和數(shù)采硬件驅動、開放性強等優(yōu)點，它不僅能對不同廠商的不同類型設備進行在線控制，還包含了大量數(shù)學公式的應用實例，能滿足復雜公式計算、信號軟件分析和數(shù)據(jù)處理的要求。因此，LabVIEW軟件開發(fā)平臺比較適合校準軟件編制和虛擬儀器軟件開發(fā)，采用標準化、模塊化的設計思路，易于開展功能模塊化設計并實現(xiàn)，具有較好的通用性、可維護性和可擴充性。

2) 校準軟件設計

在LabVIEW開發(fā)平臺上，開發(fā)校準軟件。校準系統(tǒng)的研制采用硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)相結合的設計方案，基于硬件系統(tǒng)I/O庫、指令庫和驅動等運行環(huán)境，利用現(xiàn)有儀器和計算機技術開展虛擬儀器設計，充分利用現(xiàn)有儀器和計算機技術構建校準系統(tǒng)。把測試任務分立為每一個子模塊，采用從頂層向下設計的方法，將測試任務的具體測量過程變成人機對話方式。

對于不同校準項目的任務，校準軟件執(zhí)行不同的功能，且所有的任務都是獨立執(zhí)行?？偟男受浖葱使δ芊纸鉃槿舾尚受浖幽K，每個校準軟件子模塊完成一項校準項目的測試功能，各個模塊功能獨立。同時，考慮軟件功能的可擴展性，保證在硬件設備、校準條件變化時及時更改測試程序，避免軟件重復編寫，大大提高了校準系統(tǒng)測試能力的升級和擴充。校準系統(tǒng)的軟件構架主要分為三層，第一層是系統(tǒng)軟件和校準軟件開發(fā)平臺，第二層是儀器指令集、I/O庫，第三層是校準軟件及子程序模塊。校準軟件及子程序模塊將虛擬儀器技術和通用儀表集成校準系統(tǒng)，采用模塊化功能設計模式和對每一個功能模塊單獨設計，提高了校準軟件的穩(wěn)定性和可靠性，軟件升級的靈活性大大高于硬件。校準系統(tǒng)的軟件功能層次結構如圖3。

圖3 校準軟件功能層次結構

3) 校準軟件開發(fā)

校準軟件根據(jù)校準系統(tǒng)所需實現(xiàn)的功能，設定校準功能模塊實現(xiàn)相應參量的校準。校準軟件的操作界面程序以主程序連接各個專用測試設備的模塊校準功能，即X波段連續(xù)波信標源、照射射頻參數(shù)測試儀、C波段射頻信號轉發(fā)機、直波信號源等4個校準子模塊，校準軟件功能框圖如圖4所示。

圖4 校準軟件功能框圖

2.4 校準裝置溯源

校準裝置由通用的儀器設備搭建，系統(tǒng)硬件集成實現(xiàn)了模塊化，可以將校準裝置送至具備軍用實驗室或具備相應計量檢定資質的機構實施計量周檢。溯源周檢時間為一年。校準裝置需溯源的儀器設備見表1所示。

3 校準規(guī)范編寫

依據(jù)GJB0《軍用標準文件編制工作導則》和GJB1317A—2006《軍用檢定規(guī)程和校準規(guī)范編寫通用要求》，編寫了校準規(guī)范，規(guī)定了該型導彈裝備射頻非標設備的計量特性、校準條件、校準項目、校準方法、校準結果的處理和校準周期。該規(guī)范適用于該型導彈裝備射頻非標設備的校準，并適用于相關的教學和訓練工作。

表1 校準裝置溯源設備

4 結論

本文針對某型導彈裝備X波段信標源、照射射頻參數(shù)測試儀、C波段射頻信號轉發(fā)機和直波信號源的計量需求，采用軟件無線電技術和虛擬儀器技術研制了專用校準裝置，并編寫了校準規(guī)范。經(jīng)部隊試用驗證，系統(tǒng)各項功能正常、方法及流程合理可行、結果準確可靠，受到試用單位一致好評。該校準裝置填補了我軍某型導彈裝備射頻非標測試設備校準的空白，為提高部隊核心計量保障能力提供了方法和技術手段，具有重大的軍事經(jīng)濟效益和應用推廣價值。

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(責任編輯 周江川)

Design of Radio Frequency Non-Standard Equipment Calibration Device for a Certain Type of Missile

GUO Xiaoran， MAO Xiangdong， LIU Haitao， ZHANG Jun， LIU Fu

(Ordnance Technology Institute, Shijiazhuang 050000, China)

Aiming at the x-band beacon source, irradiation radio frequency parameter tester, C band radio frequency signal repeater and direct wave signal source special test equipment measurement requirements of a certain type of missile equipment, in the combination of “general hardware+calibration software+standard bus” form, using software radio technology and virtual instrument technology, the missile equipment was developed in the radio frequency non-standard equipment calibration device, and the calibration specification was written. And then a comprehensive, multi-parameter, motorized radio frequency special calibration equipment capacity was formed, and the problem of missile equipment dedicated test equipment that can’t calibration was solved. Then it provides a method for improving forces core metrological guarantee ability and technology.

metrology; missile equipment; radio frequency non-standard; calibration device

2017-04-26；

2017-05-10

郭曉冉(1985—)，男，本刊審稿專家，博士，主要從事軍事計量保障工作。

10.11809/scbgxb2017.08.001

format:GUO Xiaoran，MAO Xiangdong，LIU Haitao，et al.Design of Radio Frequency Non-Standard Equipment Calibration Device for a Certain Type of Missile[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(8):1-4.

TJ76

A

2096-2304(2017)08-0001-04

本文引用格式：郭曉冉，毛向東，劉海濤，等.某型導彈裝備射頻非標設備校準裝置設計[J].兵器裝備工程學報，2017(8):1-4.