一種CPCI架構(gòu)的便攜式導(dǎo)彈測試系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

周靖

摘 要： 為滿足未來智能導(dǎo)彈和現(xiàn)有導(dǎo)彈批生產(chǎn)測試能力需要，設(shè)計(jì)了一種基于CPCI架構(gòu)的導(dǎo)彈便攜式測試系統(tǒng)；介紹了測試系統(tǒng)組成、工作原理。詳細(xì)闡述了軟硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和思路；該系統(tǒng)使用了CPCI基本硬件架構(gòu)，改進(jìn)使用軍用1553B接口與軟件通信方式，更好滿足與現(xiàn)有導(dǎo)彈測試系統(tǒng)的兼容性和導(dǎo)彈測試的通用性、可擴(kuò)展性、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計(jì)要求；為便攜式導(dǎo)彈測試系統(tǒng)提供一個可參考的全時序自動化測試設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞： 導(dǎo)彈測試；測試系統(tǒng)；CPCI總線；1553B總線

1 引言

隨著航空航天技術(shù)的不斷發(fā)展，對導(dǎo)彈測試系統(tǒng)的要求越來越嚴(yán)格，尤其是在測試彈上越來越多的高精尖設(shè)備，由于數(shù)據(jù)量大、運(yùn)算復(fù)雜，而且穩(wěn)定性要求高，這就要求設(shè)計(jì)一種兼?zhèn)涓咚偾曳€(wěn)定的測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。同時，隨著測試技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)程測試、便攜式測試、大數(shù)據(jù)測試等概念和產(chǎn)品出現(xiàn)，對測試系統(tǒng)小型化要求日益緊迫[1]。

CPCI（Compact PCI）是國際工業(yè)計(jì)算機(jī)制造者聯(lián)合會提出的一種總線接口標(biāo)準(zhǔn)。 在電氣特性上，CPCI 總線以 PCI 電氣規(guī)范為基礎(chǔ)，同時在接口等地方做了重大改進(jìn)。 在機(jī)械結(jié)構(gòu)上，CPCI 總線結(jié)構(gòu)使用了歐卡連接器和標(biāo)準(zhǔn) 3U、6U 板卡尺寸。由于其良好的抗震性和通風(fēng)性，而且還可以熱插拔，廣泛運(yùn)用于雷達(dá)、飛行器等空間探測領(lǐng)域。

2 方案設(shè)計(jì)

便攜式導(dǎo)彈測試系統(tǒng)主要由工控電腦組合、導(dǎo)彈供電電源組合、中心處理組合以及工具箱等組成。系統(tǒng)組成原理框圖如圖1所示。

工控電腦組合運(yùn)行人機(jī)交互軟件，提供相應(yīng)激勵控制信號、數(shù)據(jù)存儲、處理等功能。

導(dǎo)彈供電電源組合提供導(dǎo)彈電氣系統(tǒng)供電、遙測系統(tǒng)供電、導(dǎo)引頭供電、舵機(jī)供電等，常用電源有15V、30V、90V等直流電源。

中心處理組合完成導(dǎo)彈數(shù)據(jù)的采集、處理，通信等核心功能。

工具箱等作為便攜式導(dǎo)彈測試系統(tǒng)的非標(biāo)配設(shè)備，根據(jù)需要增加，可放置資料，簡單操作工具，如螺絲刀等。

2.1 中心處理組合

中心處理組合是導(dǎo)彈測試的核心設(shè)備，用于完成導(dǎo)彈的數(shù)據(jù)采集、信號匹配、信息處理、數(shù)據(jù)存儲、激勵信號給定、供配電控制、導(dǎo)彈工作時序控制等功能。傳統(tǒng)中心處理組合的設(shè)計(jì)常采用獨(dú)立測試組合完成單一特定測試功能，如導(dǎo)引頭模擬測試組合、高頻目標(biāo)模擬測試組合、引信目標(biāo)測試組合、信息處理組合等。隨著測試系統(tǒng)便攜化、集成化、小型化、數(shù)字化、智能化等技術(shù)的大力發(fā)展，同時，導(dǎo)彈測試精細(xì)化、實(shí)時性等要求，本文研究采用基于改進(jìn)CPCI架構(gòu)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈測試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[2]。

目前工控設(shè)備上所使用的 CPCI 接口板卡一般有 3U 和 6U 兩種規(guī)格，按插卡方式又可分為前插板和后插板。而后插板主要用來信號數(shù)據(jù)的采集。本文討論的核心就是利用 CPCI架構(gòu)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈測試系統(tǒng)的架構(gòu)搭建，用于解決軍用可靠性、集成化、數(shù)字化等要求。

根據(jù)中心處理組合的功能性能要求、系統(tǒng)設(shè)計(jì)如下圖2所示組合架構(gòu)。

中心處理組合由CPCI板卡、前面板、CPCI底板、存儲板等組成。CPCI板卡根據(jù)需要按照6U標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，最大可實(shí)現(xiàn)16塊板卡同時安裝與工作，根據(jù)功能可分為五類板卡：主控板、電源板、高頻板、功能板和存儲板等。

前面板包括組合電源開關(guān)、電源指示燈、液晶觸摸顯示屏以及其余操作按鍵。液晶觸摸屏可實(shí)時觀看和操作組合相關(guān)數(shù)據(jù)、曲線等。

CPCI底板是CPCI板卡的安裝基板，既起到固定板卡的左右，也提供板卡見信息交互的功能。

存儲板主要包含一個大存儲容量的硬盤，用于保存系統(tǒng)日常一次測試完成后的數(shù)據(jù)內(nèi)容，為導(dǎo)彈故障診斷、大數(shù)據(jù)分析提供基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)。

2.2 CPCI板卡

CPCI板卡包括主控板、電源板、高頻板、功能板和存儲板等。

主控板是系統(tǒng)的核心處理板，主要功能有：

1）處理來自工控計(jì)算機(jī)組合的數(shù)據(jù)或命令，包括參數(shù)裝訂數(shù)據(jù)、板卡程序更新數(shù)據(jù)、測試過程實(shí)時數(shù)據(jù)傳送、系統(tǒng)數(shù)據(jù)讀取命令、板卡自檢命令等；

2）統(tǒng)籌協(xié)調(diào)其余各板卡協(xié)調(diào)工作，保障系統(tǒng)高效運(yùn)行；

3）實(shí)時保存測試數(shù)據(jù)、監(jiān)控電源板卡工作情況等。

電源板為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的直流或交流電源，包括AC220V、DC30V、DC24V、DC±15V、DC5V等。

高頻板為導(dǎo)彈測試提供高頻信號測試的可能性，系統(tǒng)為高頻板卡安裝預(yù)留5塊4HP大小的CPCI板卡空間，實(shí)際可根據(jù)高頻測試自行設(shè)定板卡厚度以滿足測試要求。

功能板卡占用了8塊4HP大小的CPCI空間，功能板卡主要包括：通信板卡、I/O板卡、A/D隔離與采集板卡。系統(tǒng)使用時，可根據(jù)需要，安裝合適數(shù)量的該三類板卡，也可按照給定標(biāo)準(zhǔn)自行設(shè)計(jì)板卡。以A/D隔離與采集板卡的設(shè)計(jì)為例，如圖4所示，展示了板卡設(shè)計(jì)的基本思路與方法[3]。

3 軟件設(shè)計(jì)

測試控制軟件采用C++語言編寫，基于QT4.7平臺開發(fā)，在工控計(jì)算機(jī)組合內(nèi)運(yùn)行windows版本QT，在中心處理組合觸摸顯示屏上運(yùn)行嵌入式版本QT。CPCI板卡采用嵌入式C語言和部分匯編語言編寫。

測控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的整體思路按照模塊化、結(jié)構(gòu)化、可視化的設(shè)計(jì)思想，主要由測試軟件、后臺數(shù)據(jù)分析軟件組成。用來完成測試流程控制，電源輸出控制，總線通訊，數(shù)據(jù)采集、處理、顯示和記錄，目標(biāo)模擬系統(tǒng)的參數(shù)調(diào)節(jié)，引信測試單元控制等功能。

3.1測試軟件

測試軟件架構(gòu)劃分為三個層次：界面層、數(shù)據(jù)層和驅(qū)動層。

驅(qū)動層采用可互換虛擬儀器（IVI）技術(shù)，對硬件CPCI板卡的驅(qū)動進(jìn)行了二次封裝，提供統(tǒng)一接口和配置文件，實(shí)現(xiàn)了板卡操作的硬件無關(guān)性。硬件驅(qū)動層負(fù)責(zé)對導(dǎo)彈總體測試系統(tǒng)的各種硬件和板卡進(jìn)行操作，完成信號采集、激勵和數(shù)據(jù)的收發(fā)，向上層提供一種透明的傳輸通道。測試軟件架構(gòu)見圖5。

數(shù)據(jù)層負(fù)責(zé)按照界面層給定指令完成對驅(qū)動層數(shù)據(jù)的操作。數(shù)據(jù)層只關(guān)注具體的測試信號，如導(dǎo)彈輸出電壓等，只需知道這些數(shù)據(jù)可從內(nèi)存中的那個地址取得，而不用關(guān)心這些數(shù)據(jù)是通過那些硬件操作的。

界面層完成測試流程控制，測試信號的的記錄、分析、和顯示。界面層需根據(jù)具體的測試任務(wù)專門編寫。

3.2 后臺數(shù)據(jù)分析軟件

導(dǎo)彈測試過程中，在實(shí)時判讀數(shù)據(jù)以外，同時會輸出大量的數(shù)字量和模擬量數(shù)據(jù)。為更加準(zhǔn)確的分析導(dǎo)彈工作狀態(tài)且便于排故，設(shè)計(jì)了后臺數(shù)據(jù)分析軟件。通過該軟件能夠?qū)θ^程數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線展示，包括單曲線顯示、多曲線獨(dú)立顯示、多曲線同時顯示等。通過劃分顯示窗口方式來提供大量數(shù)據(jù)同時顯示能力，數(shù)據(jù)顯示窗口提供數(shù)據(jù)曲線無級放大功能、并能夠通過鼠標(biāo)光標(biāo)位置實(shí)現(xiàn)精確數(shù)據(jù)值顯示功能。

4 結(jié)束語

通過對導(dǎo)彈便攜式系統(tǒng)的總體方案、硬件架構(gòu)、改進(jìn)CPCI軟件框架、軟件設(shè)計(jì)等的介紹。提出了一種基于改進(jìn)CPC架構(gòu)的導(dǎo)彈測試系統(tǒng)，改進(jìn)后的便攜式系統(tǒng)體積變小、功能增強(qiáng)、模塊通用，軟件采用QT設(shè)計(jì)可較好適應(yīng)多種平臺的使用。為未來導(dǎo)彈和現(xiàn)有導(dǎo)彈批生產(chǎn)測試能力的提升提供了可供參考的解決方案。

參考文獻(xiàn)

[1] 師小強(qiáng)，劉賓，張新玉.一種便攜式?jīng)_擊波超壓測試系統(tǒng)[J]計(jì)算機(jī)測量與控制2018，26（1）：80-83.

[2] 韓朝輝，孟令軍，文波.基于CPCI的信號采集板卡設(shè)計(jì)[J]電子器件 2016，39（4）：851-855.

[3] 汪瀅，許毅.地空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)測試與發(fā)空一體化方案設(shè)計(jì)[J]，科學(xué)與財(cái)富， 2014，04：13.