虚拟仪器在遥测舱自动测试中的应用

张建学

（中国空空导弹研究院 河南 洛阳 471009）

遥测特别适合在远距离，不易或无法接近的场合进行测量，因而自诞生起就迅速在军事领域得到应用和发展[1]。空空导弹从研制到定型，历经若干次飞行试验，而每次试验均需使用遥测技术，以获取导弹飞行中的特征参数，例如关于导弹的飞行性能/弹上设备工作状态及性能等一系列参数。利用这些数据，可以评判飞行试验结果，以确定是否达到试验目的。如是试验出现故障或失败，那么，分析遥测数据就可以找出故障或失败原因，为分析故障原因提供依据[2]。查出故障部位，改进导弹设计，以保障研制最终成功。导弹研制定型以后，在批生产抽检以及部队作战训练中，遥测也是重要的数据获取手段[4]。遥测舱为遥测系统的重要组成部分，必须具有高的精度和可靠性，所以需要通过测试设备进行大量的测试。而传统遥测舱测试没有专用的测试设备，大多数情况下测试设备临时拼凑，造成测试数据缺乏对比性。且测试所用的模拟信息源都是针对具体型号研制，没有通用性，工作量大、测试时间长，操作依赖于测试人员的技术水平和工作经验，测试精度比较低，测试设备一般体积大、重量重，带来诸多不便。

遥测舱自动测试系统就是为解决这些缺点而研究的，它采用了当今非常成熟并广泛使用的GPIB总线体系架构，具有小型便携、可靠性高、通用性强、使用和维护方便等优点，能够快速、便捷地对遥测性能进行测试。

1 需求分析

随着空空导弹新技术的发展与应用，遥测舱的测试量成倍增加，研制周期逐年缩短，测试精度日益提高，目前测试设备存在如下不足：

1）可以模拟的信号状态少、精度较低，无法对遥测舱进行全面的检查和精确的标定。

2）随着空空导弹的不断发展，遥测信息种类和数量将成倍增加。例如，第四代红外空空导弹增加了高速红外视频图像信号这样的新型遥测信号。另外，空空导弹研制的复杂度不断提高，要求遥测舱具有多种状态以满足不同研制阶段的需要，这些状态包括：地面发射程控弹、空中发射程控弹、动力外形弹、刚度弹、制导弹等。各种状态遥测舱种类多，测试项目差别大。要充分考核遥测舱对所有信号的采集处理能力，仅靠原有软硬件测试手段已无法完成。

3）遥测舱测试从视频到射频，从有线测试到无线测量，项目繁多，目前测试手段从输入到输出基本以手动为主，自动成分少，试验时间较长，且易出现差错，使得一些隐含问题无法暴露，留下质量隐患，降低了产品的可靠性。

2 虚拟仪器的特点

虚拟仪器的概念是美国NI公司首先提出来的。所谓虚拟仪器，就是以计算机作为仪器的统一硬件平台，充分利用计算机的运算、存储、回放、调用、显示及文件管理等智能化功能，同时把传统仪器的专业化功能和面板控件软件化，使之与计算机结合成一台从外观到功能都完全与传统硬件仪器相同，同时又充分享用了计算机智能资源的全新仪器系统。与传统仪器相比，虚拟仪器有许多优点：对测试量的处理和计算可更复杂且处理速度更快，测试结果的表达方式更加丰富多样，可以方便地存储和交换测试数据，价格低，技术更新快。它的最大特点就是把由仪器生产厂家定义仪器功能的方式转变为由用户自己定义仪器功能，满足多种多样的应用需求。由于虚拟仪器的测试功能、面板控件都实现了软件化，任何使用者都可通过修改虚拟仪器的软件来改变它的功能和规模，这充分体现了“软件就是仪器”的设计思想[3]。

随着科学技术的发展，虚拟仪器技术越来越多地被应用在测试领域。利用虚拟仪器代替真实的仪器设备，不仅减少了投入，而且可以根据实际需要设计出不同的测试系统。设计了一种以虚拟仪器为核心构成的遥测舱自动测试设备。

3 设备组成

遥测舱自动测试设备是为空空导弹遥测舱提供通用测试平台。其特点如下：

1）测试设备应具有通用性，能够兼顾其他型号的遥测舱测试。

2）遥测舱测试应具有前瞻性、可扩展性。测试设备采用模块化、总线式设计，新增的测试信号类型可通过增添模块利用通讯总线实现功能扩展。通过添加功能模块，能够兼顾未来遥测型号的特殊测量要求。

测试设备主要包括信号模拟及检测设备、射频信号接收解调设备、智能化数据处理平台和信道模拟设备等部分。为满足自动测试的需要，采用以GPIB总线为基础和LABWINDOWS/CVI软件平台。系统的数据采集、信号转换、标准信号激励和状态控制等采用了GPIB总线模块化仪器，系统原理框图如图1所示。

图1 遥测舱测试原理框图Fig.1 Block diagram of telemetry cabin test

3.1 信号模拟设备

包括可编程遥测信号模拟设备、遥测基带信号模拟源、传输精度标定设备。

3.1.1 遥测信号模拟器

模拟产生导弹的各种遥测信号，包括多种背景下的红外图像信号、各种模拟信号、开关信号、总线数字信号（飞控数据、RS232、ARINC429 等）。

3.1.2 基带信号模拟源

模拟产生各种电平和各种帧格式的基波信号，为遥测舱调制特性参数的测试提供输入源。

3.1.3 传输精度标定设备

为遥测舱标定时提供高精度的直流和交流基准信号，主要由任意函数发生器和可编程精密电源组成。

3.2 遥测信号检测设备

遥测舱信号种类繁多，涉及视频和射频，信号类型既有模拟信号，又有逻辑信号。在产品设计调试阶段，需要对这些信号进行测试、分析，为发现问题和解决问题提供可靠依据。

信号监视设备主要包括用于视频信号测量便携式混合示波器和交流电压表；用于射频参数测量的功率计和频谱分析仪。

混合示波器能够在统一时基上瞬时捕捉遥测舱模拟信号和逻辑信号，用于接口特性测量，可以快速进行故障定位。

功率、频谱分析仪可以对遥测舱射频信道各参数：功率、频率、调制带宽、载波噪声比、谐杂波抑制等进行测试和分析。

3.3 射频信号接收解调设备

用于射频信号接收和解调遥测舱输出信号，由遥测接收机、视频解调卡和接收天线等部分组成。

3.4 软件设计

该软件是遥测舱测试设备的控制核心，实现自动化测试。为了满足各项功能需求，在重点考虑应用软件可靠性的同时，还应兼顾软件的可扩展性等其他需要，因此采用模块化的软件结构设计，将软件划分为若干功能模块，如图2所示。包括信号模拟设备控制软件、遥测信号检测设备控制软件、测信号接收处理设备软件、图像解压和分析软件、试验数据表格生成软件等。它通过通讯总线控制各种信号模拟和检测设备，并接收遥测信号接收处理系统输出的数据，实时解压红外压缩图像，实时显示各种遥测信号，能够自动形成测试表格及数据评估，支持数据存盘和测试表格打印。

图2 系统软件示意图Fig.2 Diagram of system software

该测试系统采用了多面板设计，面板由控制（Controls）、指（Indicators）和修饰（Decoration）构成，可以模拟传统仪器工作方式，在前面板上放置所需要的控件和指示器，实现仪器控制以及数据输入和结果显示。有模拟采集和数据显示存储面板、视频数据处理面板、射频面板。其中数据处理面板中又有温度信号波形测量和相关分析子面板。该套系统具有良好的人机交互界面，形象直观的控制界面，数据处理、数据存储、系统警报及显示、界面清屏的功能，简便实用，大方亲切。

该系统有如下特点:

1）采用多面板设计，各面板功能明确，对于操作者来说清晰明了，易于对整个过程进行操作。

2）数据采集模块中，前面板设有采样频率，可以很容易设定采样频率，并设有监测数，可以很明确的观察到。系统采用低通滤波器[8-9]滤波，因为在信号传输过程中

3）该系统有强大的数据处理功能。利用LabV软件附加的丰富模块和强大的数据处理及信号分析功能，对采集的数据进行实时分析处理。在该系统中，可以对采集的原始进行时域、频域的分析，系统把结果直接显示成数字，很直观，并可以把这些数据以运行的时间为名，保存在指定的地点，供日后浏览数据之用，以便进行数据分析和数据调用。

4 结 论

虚拟仪器技术的发展为遥测舱测试系统的开发开辟了一条新的途径。以LABWINDOWS/CVI软件为核心，使得测量结果的准确性得到提高，测量信号得到及时有效的分析，同时，该系统还具有良好的人机交互界面，形象直观的控制界面，数据存储、系统警报及显示、界面清屏的功能，使得系统既简便又实用。

遥测舱测试设备完成遥测舱研制过程中对遥测信号的模拟、对遥测信道的模拟、对遥测舱的通用化测试和试验。测试项目全面，包括对遥测舱视频和射频各项性能参数进行全面准确的测试。该设备自动化测试程度高，从测试输入到数据分析和测试数据表格形成，基本实现自动化操作，可以大大加速遥测舱的研制进度，提高产品的可靠性。

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