智能适配技术的导弹通用测试系统优化设计*

顾彬彬，彭涛，邵云峰，马晓东

(北京电子工程总体研究所，北京　100854)



测试、发控技术

智能适配技术的导弹通用测试系统优化设计*

顾彬彬，彭涛，邵云峰，马晓东

(北京电子工程总体研究所，北京100854)

摘要：针对当前导弹通用测试系统在装备维护保障过程中出现的一些不足，提出了一种基于智能适配技术的系统优化设计方法，采用现场可重构技术实现智能适配器开关网络及调理模块设计，并进行了测试系统安全性设计，大幅提高了导弹测试系统的通用化水平及测试效率。

关键词：智能适配器；通用测试系统；优化；可重构；装备保障；开关网络

0引言

随着导弹武器装备在未来实战中的地位日益突出，装备导弹的型号越来越多，为保证武器装备的战斗力，通用测试系统已逐渐成为部队导弹测试维护的重要工具，部队对装备维护保障特别是快速保障的需求也越来越强烈，对测试系统的设计和测试方法的实现提出了更高的要求。对于导弹测试装备，不仅要求能够安全、可靠、精确地对各种参数进行测试，而且还要求实时、快速、方便地完成不同导弹的测试维护。

1测试系统现状

接口适配器是导弹通用测试系统的重要组成单元，目前，成熟应用的导弹通用测试系统均采用通用接口+专用适配器形式[1-2]，对于不同型号的导弹，采用各自不同的专用适配器及测试电缆，实现对导弹的各项测试，其体系架构如图1所示。接口适配器作为被测对象与通用测试系统的接口设备，是被测信号到测量仪器的中转枢纽，承担被测信号的调理、控制、通道分配等功能，能够满足通用测试系统测量多型号、多系列导弹时的大容量测试信号的接口需求。接口适配器由连接在通用测试系统的通用接口及与被测对象连接的专用适配器等组成，如图2所示。

针对多型号导弹的测试需求，现役导弹通用测试设备均配备了相对应各型导弹的专用适配器，此工作模式存在以下不足：

(1) 接口适配器与仪器资源之间线缆繁多，被测信号传输途径复杂，易受干扰。

(2) 随着装备导弹型号的增加，专用适配器数量也会相应增加，给部队的使用维护及装备成本带来较大压力。

(3) 在变更导弹型号测试任务时，需要人工更换专用适配器，该现象会在导弹装备数量增多时更加明显，不符合实际作战时多型号导弹快速维护保障的需要。

(4) 导弹的主要测试流程分为火工品测试、无源导通测试、加电测试这3个步骤，出于对被测导弹安全性考虑，这3个步骤工作均采用独立的测试设备和测试电缆完成，每一步操作之间均需要人工更换电缆连接导弹与不同的测试设备，给日常的使用操作，特别是装备部队后的战勤维护带来一定的困难。

在现有通用测试系统的基础上，研究了一种基于智能适配技术的导弹通用测试系统优化设计方法，有效地解决了以上问题。

2智能适配技术

智能适配技术是基于FPGA(fieldprogrammablegatearray)可重构技术[2-4]基础上的一种接口适配技术，在成熟的通用接口适配技术基础上，将两者相结合，应用于导弹测试，能够进一步提高导弹测试的通用化和智能化水平。

图1　现有通用测试系统体系架构Fig.1　Architecture of universal automatic test system

图2　接收器及专用适配器Fig.2　Receiver and special adapter

FPGA可重构技术可分为静态可重构和动态可重构[5]2种。基于SRAM(StaticRAM)结构的常规FPGA仅能支持静态重构功能，重构必须在中断程序运行的情况下进行。目前，工程应用中常用的基本上都是这类FPGA。FPGA动态可重构技术是指基于特殊结构FPGA，在一定条件下，不但能够实施系统重新配置，而且能够在系统层面动态重构电路逻辑，即在FPGA运行过程中，将其内部的全部或部分逻辑资源进行重新配置进而实现FPGA逻辑功能的动态切换和时分复用，而不终止器件的运行，具有较高的利用效率，另外，在FPGA运行的过程中，可关闭无关逻辑功能区域，降低能耗。目前，该技术还仅处于实验室研究阶段，未进入工程应用。因此，在智能适配器中现在可优先应用的是静态可重构方式，当测试与故障诊断等功能进一步结合发展后，将需要动态可重构技术的加入。

采用FPGA重构方式，设计开关网络[2,6-7]，根据需要确定合适的信号通道，并实施冗余及容错设计，确保在某个通道出现故障时，不需要更换硬件，只需要现场重新配置即可。

在导弹测试时，不同型号导弹信号需要的调理方式会有差异，通过加载不同的配置文件对调理电路进行重新配置，进而实现调理功能重构，使智能适配器具备不同的信号调理功能。

智能适配器体系框图见图3。

智能适配器覆盖现有接口适配器的全部信号类型，并具备相应的信号通道管理及信号调理功能。能够对导弹测试需要的低频模拟信号、数字通讯信号、输入输出开关量信号、大功率信号等类型的信号进行分类管理[8]，根据不同的测试需求，通过相应的开关通道接入多用表、示波器、AD转换模块、数字通讯模块、电源等测试仪器设备，或先接入相应的调理模块，再接入对应的测试仪器。信号调理功能主要包括信号幅值变换、信号隔离、信号匹配、开关量输入输出等。

图3　智能适配器架构Fig.3　Architecture of intelligent adapter

3智能适配器设计

3.1开关网络设计

开关网络是实现测试资源配置的重要手段，构建测试点与测试仪器之间的信号通道[9]。智能适配器中开关网络在重构后可分成固定通道和可切换通道，固定通道是在测试过程中状态保持不变的开关通道，可切换通道是在测试过程中可根据指令进行通断切换的开关通道，两者功能在重构时可相互转换。通过开关通道的分层映射，如图4所示，实现了面向信号的测试配置方法。

图中，对于测试点，首先根据信号功能，如幅值变换、隔离、阻抗匹配或不需要变换等，进行一次映射，分别进入不同的功能电路接口；信号经过功能电路处理后，再根据信号特性，如电压、电流、阻抗、时序等，进行二次映射，并与仪器功能匹配，进入相应的仪器端口。示例如表1。

该映射关系表是实施开关网络重构的唯一依据。

图4　开关网络构架Fig.4　Architecture of switch network

序号测试点测试点描述中间接口信号描述仪器接口1A1稳态电压,增益为10[Bi3,Bo3]稳态电压,幅值5VC102A2驱动电流8～10mA[Bi1,Bo1]0～5V跳变C43A3电阻,不处理[Bi6,Bo6]电阻C10……

3.2弹型识别实现

被测导弹的弹型自动识别是实现智能适配的重要前提，现在有3种实现途径：

(1) 人工输入

现在导弹测试时使用的手段，由操作人员确定导弹型号并输入。该信息在现在导弹测试时不作为任何判别依据，仅作为测试辅助数据信息，所有操作由人来控制执行。在使用智能适配器时，可以将此信息作为依据指导智能适配器的配置更新。

(2) 在电缆内设置特征电阻

在使用专用适配器时，其内部根据弹型设置相应的特征电阻[10-11]。导弹测试时，首先对特征电阻进行检查，如与型号设定值不符，则给出错误提示。使用智能适配器时，可在测试电缆中设置特征电阻，在导弹测试过程中进行检查，但该方法对于系列型号导弹共用测试电缆时无法适用。

(3) 导弹设置电子标签(radiofrequencyidentification，RFID)

在导弹外部设置电子标签(RFID)，导弹测试前，测试系统利用射频非接触方式读取电子标签内容，自动获取导弹型号。与传统的识别技术相比，电子标签具有读取速度快、无接触交换数据、数据可加密、存储容量大、可修改存储信息等优点[12-14]，已广泛应用于民用市场，并可作为导弹电子履历使用。测试系统自动获取的导弹信息，可直接用于指导智能适配器的配置更新。

最适合智能适配器发挥效能的是第3种方式，但由于导弹现状的限制，在不具备电子标签功能的情况下，可先采用第1种方式进行。

3.3软件设计

将智能适配器的自动重构功能与综合测试软件平台分层设计，智能适配器软件安装于控制器中，执行弹型识别、匹配、重构及自检，直接对FPGA等硬件操作，在测试过程中执行信号通道切换，并与测试软件平台进行信息交换，测试平台对智能适配器重构过程进行控制决策，对测试过程的信号通道进行控制。整个软件体系结构如图5。

图5　软件体系Fig.5　Architecture of software

图中，测试软件平台是通过TCP/IP协议与适配器软件进行信息交互的，根据测试流程的执行状态及智能适配器的反馈信息，测试软件平台来确定是否需要对适配器功能进行重构，如果需要进行重构，就将新的配置文件发送给智能适配器，由其控制器通过编程接口直接对FPGA等固件外围电路进行功能重构，同时，测试过程中，适配器软件也可根据测试软件平台的指令对相应信号与仪器资源之间的通道进行切换。

3.4安全性设计

智能适配器中设计了状态监控功能，通过相关检测电路，由控制器对配置完毕的适配器进行功能自检，并对开关网络的切换状态、调理电路的运行状态及相关信号的安全状态等均进行实时监控，对异常状态设定不同的处理措施，如供电异常等紧急情况直接采取自动断电措施，对一般异常现象则可反馈至主控计算机进行综合判断处理，另外，对适配器内部运行状态进行实时记录。

通过网络接口，能够实现主控计算机或远程对智能适配器运行状态的实时监控，并根据现场状态开展相应的解决措施。

4测试系统优化设计

4.1系统构架优化

充分利用智能适配技术的现场可自动配置、信号通道容量大、转换灵活、状态可控、安全性高等特点，设计了基于智能适配技术的导弹测试系统，通过智能适配器来对各个型号导弹测试信号进行通道管理及信号调理，如图6所示。

各型号导弹的输入输出信号均统一连接到智能适配器，智能适配器所有的信号通道及调理方式的选择可通过主控计算机加载自动完成。

4.2测试方法优化

导弹在技术阵地的测试一般分为火工品测试、无源导通测试、加电测试这3个步骤。其中，火工品测试由专用的火工品测试仪及火工品测试电缆完成；无源导通测试由专用的无源检测装置及导弹测试电缆完成；加电测试由主控计算机控制各激励设备和测试仪器及导弹测试电缆完成。

利用智能适配技术，对导弹测试方法进行优化，将导弹测试过程中的这3个独立步骤，有效地融合成一体化测试流程，见图7。

该优化测试方法不改变导弹现有的测试流程，但在实现方法上进行了优化升级，主要体现在以下4个方面：

(1) 采用统一的导弹测试电缆，在导弹测试过程中无需更换任何电缆。

(2) 在测试流程开始时，首先通过弹型自动识别，自动判断智能适配器配置文件版本、测试电缆及被测对象的状态吻合情况，如果与当前导弹型号不吻合， 则先通过主控计算机控制智能适配器进行配置更新或给出相应提示，直到相关设备状态连接一致，并通过自检后，才可进行后续测试。

图6　导弹测试系统优化结构Fig.6　Optimized architecture of missile test system

图7　导弹测试方法优化Fig.7　Optimization of missile test method

(3) 取消测试系统中相对比较专用的火工品测试仪和无源检测装置，利用测试系统现有的多用表资源开展相关测试，节省设备成本。通过智能适配器中配置的不同测量通道，将导弹火工测试信号、无源检测信号、加电测试信号分别连接到不同的测试仪器资源，并完成相应的信号调理，实现各步骤无缝对接自动测试。在这过程中，所有的信号通道的选择均自动完成，不再需要人员介入。

(4) 不再配备各型导弹专用适配器，多型导弹测试时也不需要更换专用适配器。

该测试方法中，采用通用测试资源(数字多用表及开关网络)自动完成导弹火工品测试和无源导通检查，使得导弹火工品测试、无源导通与加电测试能够统一实现。

同时，设计时对测试安全性进行了多重考虑，主要在如下方面：

(1) 继续采用现有的测试安全策略，按照火工品测试、无源导通测试、加电测试的顺序开展导弹测试。

(2) 在开展测试前，首先通过弹型自动识别，自动判断智能适配器配置文件版本，如不是当前型号，则先进行配置更新。

(3) 在智能适配器设计时，重点对火工品等关键信号接点与供电接点及地之间的绝缘检查设计，保证供电安全性。

(4) 进行火工品及无源导通测试时，确保工作电压电流均处于要求的安全范围，同时从火工品测试安全性考虑，在火工品测量通道中采用安全保证措施，保证任何情况下火工品两端的电压及电流均处于安全状态，另外，在火工品测试完成后，由开关网络切断导弹火工品接点与测试系统的连接。

(5) 在测试过程中对测试数据进行监控，并综合各设备状态特别是智能适配器状态进行统一分析管理，采取相应措施。

5结束语

目前，导弹测试时需要配备多型号专用适配器，且人工参与操作较多，给装备保障带来不便，针对以上不足，基于智能适配技术，对测试系统进行了优化，取消了专用适配器，进一步提高了导弹测试系统的通用化程度，并大幅提高了导弹测试保障效率。

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Optimization Design of Missile Universal Automatic Test SystemBasedonIntelligentTestUnitAdapter

GU Bin-bin, PENG Tao, SHAO Yun-feng, MA Xiao-dong

(Beijing Institute of Electronic System Engineering, Beijing 100854,China)

Abstract:Aiming at disadvantages of missile universal automatic test system (ATS) during equipment support, an optimization design method based on intelligent adapter is formed. The reconfigurable technology is applied to the switch network and modulates circuit in intelligent adapter, and system security is also mentioned, the research can be helpful for improving the universalization level and test efficiency of ATS.

Key words:intelligent adapter; universal test system; optimization; reconfiguration; equipment support; switch network

*收稿日期：2015-08-18；修回日期：2015-10-08

基金项目：有

作者简介：顾彬彬(1981-)，男，江苏南通人。高工，硕士，研究方向为导弹通用测试系统设计。

通信地址：100854北京142信箱30分箱E-mail：gubinbin116@126.com

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2016.03.027

中图分类号：TJ768.3；TB114.1

文献标志码：A

文章编号：1009-086X(2016)-03-0171-08