光纤寻的发控模拟装置的研究与设计*

张瑜洁,金 阳,母勇民

(中国兵器工业第203研究所,西安 710065)

光纤寻的发控模拟装置的研究与设计*

张瑜洁,金 阳,母勇民

(中国兵器工业第203研究所,西安 710065)

为了完成某型武器系统的地面综合联试,文中采用PXI总线技术设计实现了某型光纤寻的发控模拟装置。通过研究武器系统工作特点,设计并实现发控模拟装置的软硬件结构,解决了实时响应、远程控制等关键技术,模拟某型武器系统地面发射系统,完成地面综合联试。试验表明,发控模拟装置已成功应用于系统联试,性能良好,工作稳定。

PXI总线;实时响应;远程控制

0 引言

随着武器系统日益复杂,性能要求越来越高,为缩短研制周期,节省研制经费,虚拟试验、仿真试验的重要性愈加凸显。综合联试成为武器系统科研阶段必备试验,完成实验室环境下系统级测试及飞行试验的发射前系统测试。综合联试采用“虚实结合”的设计模式[1],确保与飞行试验流程的一致性、完整性,提高武器系统综合联试质量。

文中基于以上原因进行研究论证了某型光纤寻的发控模拟装置。该发控模拟装置采用PXI总线技术设计实现,能够模拟地面发射系统,完成发射控制、监测和处理功能,试验结束后,对数据进行回放处理,对武器系统的工作状态进行判读,为飞行试验、毁伤评估等提供依据[2]。

1 发控模拟装置总体结构设计

发控模拟装置主要由模拟电源单元、主控制单元、信号调理单元等三部分组成,与信号转换装置、图像处理装置配合,模拟地面发射系统的接口功能和输出参数,与被测对象进行数字通讯、控制输出相关模拟量,实现模拟发射功能,接收、处理、判断并显示被测对象返回的状态信息,具备远程控制功能,远程控制功能由数据传输网和实时控制网两部分组成。发控模拟装置系统组成如图1所示。

图1 发控模拟装置系统组成图

2 发控模拟装置硬件设计

发控模拟装置硬件设计主要包含模拟电源单元设计、主控制单元设计、信号调理单元设计、系统自检设计四大部分。

2.1 模拟电源单元

模拟电源单元主要包括模拟被测对象工作电源和模拟地面电源单元两个部分,按时序提供被测对象、地面设备工作所需电源,采用光电隔离传感器对电源电压和电流进行采集和监视。被测对象供电系统如图2所示。

图2 被测对象供电系统图

2.2 主控制单元

基于PXI总线技术的自动测试设备具有测试成本低、技术风险小、系统开发周期较短等优势[3]。

主控制单元主要包括PXI系统、工控计算机、信号源、以太网交换机、点火电源等设备。主控制单元是系统核心控制部分,主要完成系统调度、系统控制、系统通讯和远程控制的功能。主控制单元模拟发控系统的输入输出参数,与信号转换装置、图像处理装置、被测设备进行通信,接收、处理、判断并显示控制操作和被测对象返回的状态信息。主控制单元组成如图3所示。

图3 主控制单元组成图

主控制单元与其它设备的通信包括远程控制和串行控制两种方式。

2.2.1 远程控制方式

主控制单元里的远程控制模块接收通过以太网传来的命令,使系统按照预设配置,自动执行试验任务。主控制单元的工控机配置了两个以太网接口,做到内外网络的分离。这样设计保证了发控模拟装置内部设备控制的安全性,也保证了全系统网络带宽分配的合理性。远程控制方式如图4所示。

图4 远程控制方式示意图

2.2.2 串行控制方式

RS-422/CAN串行接口主要用于主控制单元与各设备之间的命令和数据通信,连接关系如图5所示。

图5 串行控制方式示意图

2.3 信号调理单元

信号调理单元主要完成被测系统与主控单元的信号转接、隔离,控制信号放大等功能。

2.4 系统自检单元

系统自检单元具有系统自检与故障诊断两大功能,是对系统的可用性进行检查。

3 发控模拟装置软件设计

发控模拟装置软件架构设计为分层模型:驱动层主要由NI数字采集工具软件构成。驱动层之上是应用层,该层主要完成系统自检、测试参数设置、电源时序编辑、信号采集等功能。

由于普通PC机应用的是Windows多任务分时操作系统,外部事件通常在队列中等待处理,因而很难保证实时特性[4-5]。而LabVIEW RT系统是NI公司在LabVIEW开发环境中加上了RT模块,配合必要的硬件平台,为实时系统开发提供的一个易用的高性能平台[6]。需要进行1 ms精确时间控制的应用程序包括命令接收、处理、判断、模拟输出等,都运行在零槽控制器的LabVIEW RT实时系统上,是底层驱动程序。

用户界面部分、数据存储等非实时操作在工控计算机Windows XP环境里运行,用于完成加密狗验证、系统自检、硬件配置、按照时序设定的配置指令自动或用户手动执行程序,返回试验信息、存储试验结果等功能。

远程控制软件结构使用C/S模式,与本地控制软件和实时控制软件配合,完成系统的远程控制功能。

实验结束,自动生成测试结果报表,并根据需要将测试结果打印输出。

系统软件流程图如图6所示。

图6 系统软件流程图

4 发控模拟装置完成地面联试

某型武器系统地面联试时,发控模拟装置模拟地面发射系统,实验主界面如图7所示。

图7 实验主界面

地面联试前,发控模拟装置首先需要进行系统自检,如图8所示。

地面联试过程中,发控模拟装置联试实验界面如图9所示,分为5个显示区域。在实验界面上单击开始实验,进入地面联试;单击停止,则可随时终止本次地面联试。

a)电源状态指示:位于实验界面上部,实时显示5组电源的工作状态、4组被测对象的电压、电流等信息;

b)返回信息指示:位于实验界面右边,实时显示返回的通讯数据、用户的手动操作等信息;

c)参数显示指示:位于实验界面左边,显示本次配置的通讯参数数据;

d)按键显示指示:位于参数显示下边,框内显示按键操作情况;

e)状态栏:状态栏里的上电时间,是指从实验开始的计时时间;飞行时间,指击发开始的计时时间。

在实验结束后,当前状态里将显示自动保存记录的文件路径。

图8 发控模拟装置系统自检

图9 实验界面

5 结束语

文中研究并设计实现了基于PXI总线技术的某型光纤寻的发控模拟装置。系统设计中,采用基于LabVIEW RT实时模块,确保系统1 ms的控制精度,总体设计技术集成化、系统化程度较高,提高系统的实用性、稳定性和可扩展性。实践表明,该型发控模拟装置界面友好,测试数据准确,可靠性高。

[1] 谈斌, 郭士波, 傅彬. 基于HLA的装备操作训练仿真系统设计研究 [J]. 系统仿真学报, 2011, 23(增刊1): 177-179.

[2] 李高升, 刘培国, 覃宇建, 等. 一种防空模拟训练系统设计 [J]. 无线电工程, 2011, 41(1): 47-50.

[3] 肖虎斌. 基于HLA的某型舰炮武器模拟训练系统设计 [J]. 舰船科学技术, 2011, 32(11): 79-83.

[4] 项晓峰, 田作华, 张忆. LabVIEW RT实时控制开发系统结构与开发应用 [J]. 测控技术, 2002, 21(12): 61-63.

[5] 苏海龙. LabVIEW RT在控制系统中的应用 [J]. 仪表技术, 2003(5): 7-8.

[6] 顾学飞. 基于LabVIEW RT的振动主动控制技术研究 [D]. 南京: 南京理工大学, 2008: 42-43.

Research and Design of the Optical Fiber Homing Fire Control Device

ZHANG Yujie,JIN Yang,MU Yongmin

(No.203 Research Institute of China Ordnance Industries, Xi’an 710065, China)

In order to complete the ground integrated test of a certain weapon system, this paper used PXI bus technology for the design and implementation of the optical fiber homing fire control device. By studying the characteristics of the weapon system, this paper designed and implemented hardware and software structure of homing fire control device, and solved the key technologies such as real-time response, remote control. The simulation of weapon system launch system on the ground were completed. Tests showed that homing fire control device had been successfully applied in the system integration test. The performance was good, and it could work stably.

PXI bus; real-time response; remote control

2016-05-03

张瑜洁(1982-),女,陕西咸阳人,工程师,研究方向:软件测试技术。

TJ768.3

A