CNI外场检验仪的设计

唐吉祥，贾德宇

（空军第一航空学院 河南 信阳 464000）

随着当今军用电子技术的飞速发展，我国空军装备建设进入一个更新换代的时期，新型战机逐步开始列装各航空兵部队。通信导航识别分系统（以下简称CNI分系统）正是基于实现三代战机高性能电子战特殊要求的集成化系统。由于通信导航识别系统下挂设备多，数据流量大，在实现通信、导航、敌我识别等功能集成的同时，也给部队的日常维护保障带来了难度。为满足外场监测CNI分系统内所有下挂设备总线数据通信情况、实时解析并显示设备当前的工作方式和工作参数的需要，同时将采集的总线数据保存下来，以备事后进一步地详细分析及排故，使CNI分系统故障定位和维护有据可查，因此研制通信导航识别系统外场检验仪（以下简称CNI外场检验仪）成为必要。

1 设计思想

为方便外场监测CNI分系统内所有下挂设备总线数据通性情况以及满足分系统维护和排故的需要，开展CNI外场检验仪的研制工作。主要从以下几个方面进行考虑设计：整机设计时继承以往机载及地面设备软、硬件开发的成熟技术，结合用户使用要求，适当提高CNI外场检验仪的性能；将可靠性设计放在首位，首先进行可靠性预计；采用通用的、开放的技术支持产品，便于扩充和升级；按照软件工程的规范进行总线监控软件包的开发，软件的设计做到结构模块化、任务调度优化、控制优化、算法优化[1-2]。

2 检测系统设计

CNI外场检验仪为外场地面检测设备，与被监测的加上CNI分系统通过1553B总线连接。实时动态监控、解析、显示分系统总线上传输的数据及物理含义。CNI外场检验仪硬件平台由加固计算机及1553B总线接口等构成，软件由操作系统以及板卡开发支持包和专用的1553B总线数据监控解析软件包构成。其主要功能为：过滤采集的总线数据，按照事先设定的RT地址及数据块子地址，通过1553B接口卡从CNI分系统总线读取所需的数据块并对数据块计数[4-5]；实时动态采集总线数据，实时从CNI分系统总线抓取总线数据，实时监控分系统各设备在任务各阶段的工作方式和工作参数；实时监控总线状态，实时监控分系统内下挂各设备总线接口响应是否正常；总线数据块实时解析及动态刷新显示，根据采集的最新总线数据，按照CNI分系统内总线ICD的定义及时译码显示最新的监控的各设备工作状态数据和工作参数数据。并随着设备工作方式和工作参数的修改而实时更新；实时动态监控数据块检索及回溯，在CNI外场检验仪连续加电的工作过程中，所有已采集的总线数据块及相应的数据字均有保存，并在监视器的解析窗口随时前后检索、查找、对比；总线数据存储，CNI外场检验仪采用文件形式持续存储从1553B总线采集的CNI分系统内CCU下发和各个设备上报的工作状态及工作参数[3]。

2.1 硬件设计

2.1.1 主处理器模块

主处理器模块是CNI外场检验仪的系统管理、功能调度及处理的核心，也是对所有采集的总线数据进行处理的单元。选择Inter Pentium M作为CNI外场检验仪的主处理器。

2.1.2 接 口

人机接口包括：液晶显示器、防水键盘，USB接口、VGA显示接口、电源接口、电源开关等。通过显示器显示译码后总线数据含义及采集的总线数据原代码。软件功能菜单均为汉字显示。外场检验仪还可以调显已存储的监控数据块，供测试人员回溯查询。

2.1.3 电源模块

CNI外场检验仪机箱内配置一个高效3.2 AH的锂电池，当检验仪有外接电源时，自动充电。CNI外场检验仪在仅有28 V电源供电的条件下仍能正常工作，并且整机省电节能，在外界没有电源供给的情况下，仍然可由整机中携带的蓄电池以及外置的蓄电池供电。

2.2 软件设计

2.2.1 软件设计的原则

软件设计的原则有以下几点：软件开发采用Visual C++集成开发环境编码、代码调试；软件采用模块化设计，保持模块与模块之间明确的接口关系；软件编码具有良好的可读性、可维护性，可扩充性；操作系统为Windows XP。

2.2.2 软件的组成

CNI外场检验仪的软件的操作系统提供本地系统引导、硬件设备驱动、内存管理、进程管理、任务实时调度等功能，为上层应用软件提供多线程支持。基于稳定性考虑，操作系统采用Windows XP。

CNI外场检验仪总线监控软件包主要由应用层功能软件模块、1553B总线接口卡支持软件函数包组成。软件设计采用自顶向下的原则，对应用功能进行合理分解，将外场检验仪需要完成的监控、解析、显示、存储等功能分解为若干独立的子功能，继而再将每个子功能分解成若干功能块，便于软件程序修改、维护、扩充。 应用层软件功能模块划分框图如图1所示。

2.3 结构设计

图1 CNI外场检验仪软件组成结构框图Fig.1 The block diagram software components of CNI outfield tester

CNI外场检验仪要满足三代飞机配套地面检测设备的环境适应性要求，为解决结构问题，在进行加固计算机采购时重点解决了以下几个方面的问题：整机的重量及大小上尽可能紧凑；整机外形美观；模块的通风散热问题；抗冲击和振动问题。综合以上设计重点，CNI外场检查仪采用便携式机箱，机壳采用铝镁合金便于散热。在结构设计上，机箱的设计尽量做到电场屏蔽，电源接口选用屏蔽性能较好的航空接插件。

2.4 电磁兼容性设计

为了不影响CNI外场检验仪的正常工作，同时也不影响干扰现场其它设备正常工作。采取以下措施：功能电路模块布局中，从空间上尽量保证强信号电路远离弱信号电路；在结构设计上，机箱的设计做到电场屏蔽，选用屏蔽性能好的航空接插件；机箱内的各功能模块考虑屏蔽措施，在机箱盖板的接触处采用导电衬垫；通过以上措施有效抑止CNI外场检验仪的内外电磁干扰[6-7]。

2.5 可靠性、维修性、测试性和安全性设计

2.5.1 可靠性设计

1）可靠性设计要求

CNI外场检验仪可靠性设计遵循以下原则：在满足功能和指标的要求下，力求简化；选购硬件时，尽量选用满足环境要求的军品器件，并有可靠的供货来源，所选模块尽量标准化、通用化；软件的开发坚持按软件工程的要求进行，提高软件的可靠性。

2）可靠性预计

设备整机由电源、CPU、主板、硬盘、内存、显示屏、1553B接口卡、无源底板等8个模块组成。各模块之间没有备份关系，其基本可靠性模型为各模块的串联模型。可靠性框图见图2所示。

图2 CNI外场检验仪可靠性模型Fig.2 The reliability model of CNIoutfield tester

2.5.2 维修性、测试性、安全性设计

按照标准化和模块化设计，各模块相对独立，布局合理，主要模块均可方便拆卸以进行快速更换，每次维护时间小于30 min。

CNI外场检验仪的本身具备自检功能，软件采用软件工程化设计，所以便于软件的升级和维护。硬件选用了目前已经成熟的商用产品：军用地面加固计算机，便于系统的测试维护。

CNI外场检验仪在方案设计时，从硬件设计、软件设计、结构设计等各方面综合考虑安全性。结构设计时避免尖锐的外角，防止使用和维修时对人员的伤害。

3 构建测试系统关键技术问题及解决措施

3.1 监控解析软件包开发

由于被监控的机载CNI分系统下挂多个设备，工作参数量大、工作模式多，并对数据监控、采集、译码有实时性要求。因此数据处理算法复杂、运算量庞大，研制工作难度大。通过成功开发总线数据监控解析软件包，使CNI外场检验仪能够将大流量总线数据以文件方式管理，对于动态实时数据，可暂存在内存中，监控结束时可根据需要转贮到硬盘上，CNI检验仪提供相应的数据管理及检索，对其进行查询、再分析。

3.2 结构、电磁兼容性设计

CNI外场检验仪体形小、结构紧凑，在抗振和电磁兼容方面有较高要求。为解决结构及电磁兼容性问题，在进行整机设计采购时考虑采用加固技术。在机箱选材上采用高品质材料提高产品本身抗恶劣环境的能力，并在机箱底盘加装隔振防冲装置。在电磁兼容上采取密封机箱；各模块在空间布局上使强信号电路远离弱信号电路；对模块进行三防处理等。

3.3 液晶显示器的低温工作及加固

在影响液晶显示器使用环境的诸多因素中，低温是关键。由于北方部分地区外场的低温工作环境达到了-25度以下，普通的商用液晶显示器不能工作，因此对液晶显示器采取了低温加热方法，即在液晶显示器背后加装加热装置，当温度到达-25度以下时自动加热升温，使显示器在低温下正常工作。同时还考虑到显示器抗冲击和振动，在显示器背部加装了隔振防冲装置。

4 结束语

该设备在国内处理领先水平，在国内首次对CNI分系统总线进行大数据量实时监控，并实现了对CNI分系统总线数据的实时采集、解析、译码、显示、判别，监控响应快，精度高。在动态采集大量的总线数据时，能够以文件方式管理数据。能够连续工作时间长达500小时以上，一个工作日内 （8小时）实时监测、解析及显示的数据流量能达60G以上。该项目解决了CNI系统大数据量实时采集监控难、故障不易追溯的问题，数据处理算法复杂、运算量庞大，研制工作难度大，有较大创新。CNI外场检验仪的研制成功，解决了CNI系统大数据量实时采集难、故障不易追溯的问题，在国内处于领先水平。

[1]蒋国锋，丁洁.某航空电台外场检测仪的设计[J].计算机测量与控制，2009，17（3）:614-616.JIANGGuo-feng，DING Jie，Design of outfield tester for some airborne station[J].Computer Measurement and Control，2009，17（3）:614-616.

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[4]李娟，周井泉.基于FPGA的1553B总线接口设计[J].微型机与应用，2010，30（12）:96-98.LI Juan，ZHOU Jing-quan.Interface design of 1553B bus based on FPGA[J].Microcomputer&Its Applications，2010，30（12）:96-98.

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