基于VXI 總線虛擬儀器技術(shù)的破片測(cè)速系統(tǒng)研制與應(yīng)用

劉宏偉

（江蘇自動(dòng)化研究所，江蘇 連云港 222006）

和工業(yè)等領(lǐng)域相比，兵器測(cè)試領(lǐng)域?qū)y(cè)試系統(tǒng)綜合性能有著更高層次要求，如何研制高性能的破片測(cè)速系統(tǒng)已成為研究重點(diǎn)之一，可以巧用VXI 總線虛擬儀器技術(shù)，優(yōu)化創(chuàng)新破片測(cè)速系統(tǒng)研制，使其在實(shí)際應(yīng)用精準(zhǔn)測(cè)破片飛行速度，包括分布規(guī)律，優(yōu)化完善武器裝備，降低破片測(cè)速?gòu)?qiáng)度的同時(shí)提升破片測(cè)速工作效率與質(zhì)量。

1 基于VXI 總線虛擬儀器技術(shù)的破片測(cè)速系統(tǒng)硬件研制與應(yīng)用

1.1 選擇VXI 總線虛擬儀器技術(shù)平臺(tái)

在信息化時(shí)代作用下，VXI 總線虛擬儀器技術(shù)高速發(fā)展，各類(lèi)虛擬儀器總線平臺(tái)應(yīng)運(yùn)而生，其合理化選擇直接關(guān)系到破片測(cè)速系統(tǒng)硬件研制以及應(yīng)用成效，需要根據(jù)破片測(cè)速系統(tǒng)性能指標(biāo)，圍繞具體化硬件研制原則，進(jìn)行規(guī)范化選擇。在數(shù)據(jù)高效傳輸?shù)纫笞饔孟?，虛擬儀器總線平臺(tái)選擇集中到PXI、VXI 兩個(gè)方面，在對(duì)比、分析下，發(fā)現(xiàn)VXI 作用下的模塊功能更加多樣化，VXI 總線虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用到破片測(cè)速系統(tǒng)硬軟件研制中具有較高的可行性。

1.2 計(jì)算機(jī)與VXI 機(jī)箱、自檢子系統(tǒng)

設(shè)計(jì)人員要在明確破片測(cè)速系統(tǒng)硬件研制要求的基礎(chǔ)上以VXI 總線虛擬儀器技術(shù)為基點(diǎn)科學(xué)制定硬件研制方案，即嵌入式與外掛式計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)方案。前者將VXI 機(jī)箱、VXI 模塊有機(jī)銜接，合理設(shè)計(jì)應(yīng)用到VXI主機(jī)箱零槽內(nèi)部的嵌入式控制器，位于VXI 背板總線上面，順利實(shí)現(xiàn)主機(jī)箱、計(jì)算機(jī)二者間數(shù)據(jù)高速傳輸。后者是借助GPIB 總線連接VXI 零槽、外部計(jì)算機(jī)，包括MXI 總線、IEEE1394 總線，在破片測(cè)速系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中各具優(yōu)勢(shì)，在綜合分析基礎(chǔ)上采用IEEE1394 總線控制模式，優(yōu)化升級(jí)應(yīng)用其中的主控計(jì)算機(jī)，最大化提升VXI 總線虛擬儀器技術(shù)作用下的破片測(cè)速系統(tǒng)綜合性能。在此基礎(chǔ)上，VXI 機(jī)箱、自檢子系統(tǒng)二者合理設(shè)計(jì)也至關(guān)重要，圍繞研制的破片測(cè)速系統(tǒng)通道數(shù)、擴(kuò)充性，科學(xué)設(shè)計(jì)有著較高性?xún)r(jià)比的VXI 機(jī)箱，要具有較高的兼容性，具備過(guò)流保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)等功能，合理設(shè)計(jì)應(yīng)用其中的自檢子系統(tǒng)，能夠動(dòng)態(tài)化精準(zhǔn)檢查VXI采集模塊運(yùn)行狀態(tài)等。

1.3 VXI 高速同步采集卡

在研制過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員要客觀剖析戰(zhàn)斗部靶場(chǎng)破片測(cè)速多方面要求，采集卡通道采樣頻率等，采用適宜的方法科學(xué)研制VXI 高速同步采集卡，能夠在同一時(shí)間內(nèi)以最快的速度采集來(lái)自不同靶柵的各類(lèi)型高速模擬信號(hào)，實(shí)時(shí)傳輸?shù)綄?duì)應(yīng)的計(jì)算機(jī)中，進(jìn)行一系列操作，比如處理信號(hào)、分析頻譜、計(jì)算破片總個(gè)數(shù)。在此過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員要以VXI 總線虛擬儀器技術(shù)為基點(diǎn)，深化VXI 高速同步采集卡研制，對(duì)靶柵模擬信號(hào)劃分多個(gè)單元，每個(gè)單元包含4 路模擬信號(hào)，在相互作用下形成單板，隔離各單板中各數(shù)據(jù)采集通道的同時(shí)實(shí)現(xiàn)隨機(jī)配置，確保各通道同步采集數(shù)據(jù)的同時(shí)也能單獨(dú)進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)人員要根據(jù)具體化設(shè)計(jì)技術(shù)要求，科學(xué)設(shè)計(jì)VXI 高速同步采集卡整體結(jié)構(gòu)、功能作用等，設(shè)計(jì)的模塊要具有即插即用、單獨(dú)屏蔽、電磁兼容等功能，模塊屏蔽外殼能夠順利接地。單板中的幾個(gè)數(shù)據(jù)采集通道同時(shí)享用一個(gè)接口資源，實(shí)現(xiàn)單板、功能模塊二者一一對(duì)應(yīng)。在研制高速同步數(shù)據(jù)采集卡中，要合理設(shè)計(jì)基于采集模塊的各電路，比如，A/D 轉(zhuǎn)換器電路、校準(zhǔn)電路、總線接口電路，優(yōu)化設(shè)計(jì)單板結(jié)構(gòu)中的時(shí)鐘發(fā)生器單元、觸發(fā)信號(hào)單元等，借助接口EPLD準(zhǔn)確讀取破片測(cè)速中的采樣數(shù)據(jù)，包括單板VXI 總線地址譯碼等。在設(shè)計(jì)EPLD 接口中，設(shè)計(jì)人員要規(guī)范化設(shè)計(jì)模擬信號(hào)處理單元，對(duì)輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行必要的隔離等操作，降低噪聲等對(duì)其干擾性的同時(shí)促使高速模擬信號(hào)高質(zhì)量傳輸?shù)窖兄频膯伟褰Y(jié)構(gòu)中，劃分FPGA 功能結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)接口，有效控制通道運(yùn)行狀態(tài)，提升高速同步采集卡單板以及破片測(cè)速系統(tǒng)整體性能。此外，設(shè)計(jì)人員針對(duì)性研制單板A/D 數(shù)據(jù)采集通道、VXIbus 二者間的接口EPLD，促使高度同步數(shù)據(jù)采集卡單板采集通道運(yùn)行工作得到合理協(xié)調(diào)，在發(fā)揮多層次功能中提升VXI 總線虛擬儀器技術(shù)下破片測(cè)速系統(tǒng)硬件質(zhì)量。下面圖1 便是高速同步數(shù)據(jù)采集卡單板結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 高速同步數(shù)據(jù)采集卡單板結(jié)構(gòu)示意圖

2 基于VXI 總線虛擬儀器技術(shù)的破片測(cè)速系統(tǒng)軟件研制與應(yīng)用

2.1 系統(tǒng)軟件整體結(jié)構(gòu)

在VXI 總線虛擬儀器技術(shù)作用下，破片測(cè)速系統(tǒng)軟件研制是體現(xiàn)在上層控制等方面，和研制的硬件相互作用，同步高速采集破片測(cè)速中的數(shù)據(jù)，進(jìn)行合理化處理以及分析的同時(shí)準(zhǔn)確計(jì)算破片測(cè)試參數(shù)，再對(duì)各方面結(jié)果進(jìn)行綜合處理與統(tǒng)計(jì)分析。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)人員先要以硬件設(shè)計(jì)為出發(fā)點(diǎn)，科學(xué)設(shè)計(jì)破片測(cè)速系統(tǒng)軟件整體結(jié)構(gòu)，再劃分并設(shè)計(jì)軟件模塊，在實(shí)現(xiàn)模塊功能作用中呈現(xiàn)軟件研制價(jià)值。在設(shè)計(jì)軟件整體結(jié)構(gòu)中，設(shè)計(jì)人員要對(duì)軟件整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)化劃分，結(jié)合不同模塊之間海量信息數(shù)據(jù)輸入以及輸出關(guān)系，明確軟件各模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸方式，實(shí)現(xiàn)破片測(cè)速中試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集、處理等一體化，科學(xué)選擇應(yīng)用到破片測(cè)速系統(tǒng)研制中的操作系統(tǒng)、開(kāi)發(fā)平臺(tái)，促使系統(tǒng)軟件整體結(jié)構(gòu)研制更加有效。

2.2 系統(tǒng)軟件模塊

設(shè)計(jì)人員要圍繞基于VXI 總線虛擬儀器技術(shù)的破片測(cè)速系統(tǒng)軟件整體結(jié)構(gòu)研制，科學(xué)研制對(duì)應(yīng)的模塊，比如，數(shù)據(jù)采集模塊、專(zhuān)用數(shù)據(jù)處理模塊、系統(tǒng)自檢模塊。設(shè)計(jì)人員要在系統(tǒng)設(shè)置模塊作用下測(cè)試數(shù)據(jù)采集具體參數(shù)，以高速同步數(shù)據(jù)采集卡為基點(diǎn)，合理研制數(shù)據(jù)采集模塊，使其在實(shí)際應(yīng)用中能動(dòng)態(tài)化采集、處理、濾波數(shù)據(jù)，避免測(cè)試數(shù)據(jù)受到干擾，及時(shí)將其存入對(duì)應(yīng)的磁盤(pán)，為系統(tǒng)軟件其他模塊對(duì)其進(jìn)行有效處理做好鋪墊，在研制系統(tǒng)控制模塊中，設(shè)計(jì)人員要在破片測(cè)速系統(tǒng)初始化的基礎(chǔ)上進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置等，使其在實(shí)際應(yīng)用中能夠高效控制破片測(cè)速試驗(yàn)工作，開(kāi)展系統(tǒng)軟件運(yùn)行。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)人員要堅(jiān)持具體化研制原則，科學(xué)設(shè)計(jì)通用信號(hào)處理模塊、測(cè)試統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析模塊等，使其在測(cè)速破片系統(tǒng)軟件實(shí)際應(yīng)用中高效發(fā)揮作用，確保破片測(cè)速數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)。圖2 是破片測(cè)速系統(tǒng)軟件模塊間測(cè)試數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)圖。

圖2 模塊間測(cè)試數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)圖

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，在研制過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員要多層面把握VXI 總線虛擬儀器技術(shù)特征，結(jié)合破片測(cè)速系統(tǒng)運(yùn)行情況以及破片測(cè)速精準(zhǔn)度，通過(guò)多樣化可行的路徑科學(xué)應(yīng)用VXI 總線虛擬儀器技術(shù)，規(guī)范化設(shè)計(jì)破片測(cè)速系統(tǒng)，促使測(cè)試工作開(kāi)展，使破片測(cè)速系統(tǒng)處于高效運(yùn)轉(zhuǎn)中，在發(fā)揮具體化作用中保障破片測(cè)速質(zhì)量的同時(shí)縮短測(cè)速時(shí)間，提升戰(zhàn)斗部破片測(cè)速綜合能力以及戰(zhàn)斗力。