舰载综合测试系统设计与实现＊

2011-01-16

舰船电子工程 2011年6期

(92941部队93分队葫芦岛 125001)

1 引言

PXI定义为用于测试、测量与控制应用的一种小型模块化仪器平台。基于PXI总线的测试平台结合虚拟仪器技术,具有体积小、模块化功能强、集成度和性价比高等特点,已成为测试系统发展的主流[1]。VI(Virtual Instruments,虚拟仪器)是测控技术与计算机技术深层次结合的产物,采用虚拟仪器技术,用户可根据需求定义和设计仪器的测试功能[2]。

舰载综合测试系统基于PXI总线和虚拟仪器技术,采用针对被测试信号形式进行软硬件模块化设计。应用时根据被测参数种类和监测点数量确定采集器仪器组合规模,通过配置采集器仪器驱动程序,调用采集器功能软件模块和系统应用软件模块构成具有特定功能的自动测试系统(ATS)。具有硬件易重组和扩展性强,软件模块易于移植和通用性强等特点。当其功能不能满足武器装备试验测试需求时,可针对需求增加软硬件模块,设备主体可以不变或仅作部分修改便可适应其它型号武器装备试验需要。

2 测试系统硬件设计

2.1 系统组成与功能

系统由测控主机、采集器、轴角变换器、信号调理设备、传感器和被测信号模拟器组成,其组成如图1所示。测控主机由工控计算机系统(主卡6006/PIV2.4G),PXI-PCI8335外接式控制器模块(MXI-3)和时统接口卡等组成。

测控主机负责系统管理,测试数据的存储与处理,以及系统数据库的管理;MXI-3模块用于测控主机对采集器的控制;时统接口卡具备接收处理GPS卫星时间信息与IRIG-B码时间信号,系统首选GPS卫星时钟与靶场测控网同步,同时具备IRIG-B码时间信号同步功能。

图1 系统组成

采集器采用PXI-1006机箱,PXI机箱间的连接由PXI-PXI桥实现。PXI总线模块包括NI PXI-6031E A/D模块,PXI-6608定时/计数器模块,PXI-6533数字I/O模块,PXI-8422 RS232接口模块,PXI-8423 RS422/485接口模块,PXI-8460 CAN总线模块,PXI-8210以太网接口模块,JV58455 ARINC429总线模块,JV58456 1553A/B总线模块。两个采集器仪器模块的具体配置可根据被测系统/装置参数种类和数量,以及监测点位置和数量综合考虑确定。

信号调理设备用于保证采集器硬件得到最佳的可能测量结果。如对被测信号进行放大、激励、隔离、滤波,或者是这些信号调理方法的组合。被测信号模拟器由工控计算机系统和被测信号模拟卡组成,包括RS-232/422/485串行接口卡,D/A卡,DSC卡。

2.2 数据采集和非电量测量方法

2.2.1 数字信息采集

被测系统/装置串行总线信息的采集(接收)以串行通信方式实现,串行通信可选“命令/响应”或监听方式。

被测系统/装置网络信息的采集(接收)以网络通信或监听方式获得,系统作为监听节点能够识别网络中所有的网络节点地址和网络上各节点发出的报文信息,包括数据报、控制报和各节点的响应报文。

2.2.2 模拟信号采集

被测系统/装置输出模拟信号经调理设备后由PXI-6031E A/D模块实现采集。舰艇平台罗径、计程仪,舰炮指挥仪和舰炮随动装置输出同步机信号由轴角变换器进行模/数转换,转换器数据转换时间由测控主机控制,转换结果采用网络和并行口两种方式输出。测控主机可选网络或由采集器并行口(PXI-6533数字I/O模块)控制接收。

轴角变换器由工控计算机系统(6179L/PⅢ933)、时统信号接收卡、6块6通道轴角变换器模块卡组成,机箱选用IPC-610机箱。轴角变换器模块卡设计为ISA总线全长卡结构,模/数转换芯片采用AD公司同步机/数字变换器(SDC1704/511),轴角变换器转换模块电气连接如图2所示。转换器输入信号和参考电压输入采用电阻进行匹配,以适应不同型号同步机输出信号的采集。

图2 转换器的电气连接

发控指令(开关信号)经信号调理后由PXI-6533采集。反舰导弹武器系统自控飞行时间(TZK,脉冲频率信号)经信号调理后由PXI-6608采集。

2.2.3 非电量测量

在导弹、舰炮发射试验时,通过对发射装置和载体相关物理参数实施非电量到电量转换,信号调理、数据采集、记录、显示,对采集的数据进行分析计算,生成测试结果报告。实现发射装置和载体环境参数测量。

◦温度信号测量。温度传感器输出电信号经调理后由PXI-6031E进行模/数转换,转换结果由测控主机显示,并将测量结果保存供事后分析处理。

◦压力信号测量。应变式压力传感器输出电信号经调理后由PXI-6031E进行模/数转换,转换结果由测控主机进行显示,并将测量结果保存供事后分析处理。

◦振动信号测量。振动传感器输出电信号经调理后由PXI-6031E进行模/数转换,由测控主机显示数据和曲线,并将测量结果保存供事后分析处理。

◦应变信号测量。应变计通过连接动态电阻应变仪进行自动平衡、放大、滤波并由PXI-6031E进行模/数转换,转换结果经应力信号采集记录软件转换分析后,计算出最大应力、最小应力及方向,由测控主机显示出应力随时间变化曲线,并将测量结果保存供事后分析处理。

3 软件设计

3.1 软件设计思想与开发环境

对于舰载综合测试系统,因规模较大且要求具有较好的灵活性,如果将系统以一个任务看待难以实现对众多系统硬件模块和大量测试数据的科学管理。采用数据库技术可实现综合测试系统测试任务、测试仪器、通道配置与标定、测试数据的有序管理[3]。

测试任务库为组织管理测试任务而设计,定义了任务名称和任务代码,任务代码是区分系统任务的唯一特征码。系统仪器库是定义专用测试系统的基础。通道配置库负责测试任务的通道配置,描述和定义每项测试任务所使用的通道。通道标定库保存对应通道的标定数据,使数据采集(包括数据通信和非电量测量)得到的数据与实际的物理量相对应。为了管理测试数据和重现测试现场,系统建立测试数据库。测试数据库将与测试现场有关的测试信息、测试数据以及对测试数据的编辑和测试数据输出过程中产生的中间数据等都进行保存。

系统采用Windows XP操作系统。软件开发基于LabVIEW8和Visual C++6.0,数据库管理软件采用Microsoft的SQL Server 7。

3.2 软件组成

系统软件按分层式结构设计,由仪器驱动、虚拟设备、测试服务和测试应用层组成。仪器驱动层是对仪器硬件执行通信与控制的软件,是由仪器标准件生产商提供的用于对仪器硬件进行底层操作的一组较抽象的操作函数集。仪器驱动层软件符合VPP规范,具备仪器驱动程序的源程序或动态链接库,以便对其进行封装构成虚拟设备层组件。

虚拟设备层是对仪器驱动层的封装,允许对仪器设备进行部件级的封装以扩展其功能,向测试服务层和测试应用层提供的是对各个底层测试通道的调用,输出的是未经处理的原始数据或经过调理后的信号。

测试服务层用于测试数据的预处理,对系统采集和接收数据进行解析,主要包括频谱分析、相关(自相关和互相关)分析和统计分析等。

测试应用层是直接面向具体试验测试任务的应用。根据试验测试任务需要对虚拟设备层组件和测试服务层组件重构后生成的面向具体应用的程序,输出的是最终试验测试报告。测试应用层针对具体应用开发专用的数据处理软件。

3.3 应用软件结构

系统应用软件结构如图3所示。包括通道配置与标定模块、时间信息采集模块、数据采集模块(数据通信和非电量测量)、数据处理模块、数据交换模块、被测信号模拟/仿真模块和测试数据管理模块。其中测试数据管理模块独立于系统应用程序,主要用于对测试数据库的管理。系统数据库主要包括系统任务库、系统仪器库、通道配置库、通道标定库和测试数据库等。