空空导弹地面检测设备校准方法研究

2017-05-30赵自文徐毓雄严宜强

中国测试 2017年12期

赵自文徐毓雄严宜强

摘要：现阶段空空导弹地面检测设备仅能实现分单元单物理量参数的校准，为解决空空导弹产品综合参数校准需求，提出基于系统模拟空空导弹产品测试参数、模拟空空导弹产品电气测试接口、模拟空空导弹产品测试流程的校准方法，通过分析空空导弹产品参数及接口特征，设计公共基础校准测控平台和独立校准适配器，采用校准测控平台和校准适配器组合架构研制一套空空导弹地面检测设备校准系统，提升校准系统的通用性和扩展性，满足不同型号空空导弹产品参数的模拟校准。校准系统经现场验收测试，测试结果满足系统技术指标要求，校准系统已应用于空空导弹地面检测设备的现场原位校准，实现空空导弹产品综合参数校准。

关键词：空空导弹；地面检测设备；校准系统；测控平台；校准适配器

文献标志码：A 文章编号：1674-5124（2017）12-0063-06

Abstract： At present， airborne missile ground test equipment is only capable of calibrating each unit and physical quantity parameters separately. In order to solve the calibration problems of comprehensive technical parameters of airborne missile products， a calibration method based on system simulation of airborne missile product test parameters， electrical test interface and test process is proposed. By analyzing airborne missile product parameters and interface features， designing public foundation calibration， measurement and control platform and independent calibration adapters and adopting calibration， measurement and control platform and calibration adapters combination architecture， an airborne missile ground test equipment calibration system is researched and developed to improve the versatility and extensibility and meets simulation calibration requirements of technical parameters of different models of airborne missile. After field acceptance and test， the calibration system results meet technical specification requirements and the calibration system has been applied to in-situ calibration of airborne missile ground test equipment， which realizes the comprehensive parameters calibration of airborne missile products.

Keywords： airborne missile； ground test equipment； calibration system； measurement and control platform； calibration adapter

0 引言

空空导弹地面检测设备是空空导弹武器系统科研生产过程中的重要保障设备，自动化程度高、组成构成复杂、测试参数类型繁杂、影响测量结果准确性的环节多、体积庞大且安装在科研生产现场[1]，设备的校准是型号计量保证工作的重要一环，目前国内对空空导弹地面检测设备的校准还仅限于分单元单物理量参数的校准，不满足型号计量保证要求，面临突出的5个校准方面问题需要解决：1）对于空空导弹武器系统的综合参数[2]，如制导参数、截获参数等还无法实现校準，无法全面衡量评估地面检测设备的工作和技术状态；2）目前的校准仅能验证导弹产品单物理量参数的合格测试范围，对于检测设备超出合格范围测量结果的判断识别能力无法确认；3）检测设备的校准软件和测试产品软件的关联程度没有确认，通过设备校准软件得到的校准结果能否代表地面检测设备的实际工作状态没有验证；4）检测设备校准接口的信号状态与产品测试接口端面的信号状态不一致，校准接口得到的校准结果不同于产品测试接口端面的校准结果；5）设备校准忽略了测试电缆环节，测试电缆是地面检测设备的重要组成部分，未将测试电缆引入校准环节所得到的校准结果不是真实结果。鉴于空空导弹地面检测设备存在上述亟待解决的校准问题，为了保证空空导弹产品测量结果准确可靠并具有溯源性，开展了空空导弹地面检测设备的校准方法研究及校准系统的研制。

1 空空导弹地面检测设备校准方法

分析上述需解决的校准问题，其根源是设备校准环节与设备测试产品环节之间的脱节，为此开展了专项课题研究，创新设计一种基于系统模拟空空导弹武器装备的校准方法[3-4]。

系统模拟空空导弹武器装备是一套综合性的校准方法，不仅涉及到了导弹产品的工作原理、性能参数、结构特征，还涉及到了检测设备的测试原理、设备构成、测试流程等。系统模拟即为校准系统模拟空空导弹产品参数、模拟空空导弹产品测试接口、模拟空空导弹产品测试流程，实现地面检测设备原测试工位、原工况条件下的校准，通过系统模拟的校准方式可真实校准地面检测设备的工作状态和技术状态，评估地面检测设备能否用于空空导弹的测试。

1.1 系统模拟空空导弹产品参数

空空导弹产品既包含单物理量参数又包含综合参数，建立导弹产品参数的溯源链，需要建立导弹产品参数、检测设备参数、校准系统参数、计量标准之间的溯源关系，在整个溯源链中目前缺失的是检测设备参数与校准系统参数之间的对应溯源关系，导弹产品需要测试的参数校准系统均需模拟，如导弹产品点火阻值，校准系统就需要模拟相应的阻值对检测设备实施校准。

1.2 系统模拟空空导弹产品测试接口

为了真实评估地面检测设备的状态，产品测试电缆应视为地面检测设备的一部分，产品测试电缆的端面接口即为校准所要的接口，校准系统需要模拟空空导弹产品测试接口，无论是接口的物理尺寸还是接口内部端子的定义均要与导弹产品完全兼容，当校准地面检测设备时，只需将产品测试电缆直接连接至校准接口即可实现，如系统模拟导弹产品制导舱测试接口。

1.3 系统模拟空空导弹产品测试流程

地面检测设备内部安装有多型空空导弹产品的测试软件，设备检测导弹产品时需要运行对应的测试软件执行对应导弹产品的测试流程。校准系统模拟导弹产品测试流程，包含通信、参数、时序、激励、测试等环节，建立与地面检测设备之间相匹配的流程，当校准系统连至地面检测设备并运行导弹产品测试软件时，测试界面所得到的结果即为地面检测设备的校准结果，通过校准结果判断检测设备的状态是否正常。

2 空空导弹地面检测设备校准系统

依据系统模拟空空导弹武器装备校准方法开发设计一套地面检测设备校准系统，下面分别就校准系统的硬件设计、软件设计、校准示例、校准技术解决途径及验收测试和应用进行说明。

2.1 校准系统硬件设计

地面检测设备测试的空空导弹型号较多，且每种空空导弹型号的测试参数、测试接口及测试流程均不相同，校准系统的硬件部分设计需要考虑通用性的要求，既要分析各型空空导弹产品的差异又要提取其共性的部分，同时还要兼顾校准系统的今后扩展，因此校准系统硬件设计采用通用校准测控平台[5-6]加上各型校准适配器的架构模式，如图1所示，即将各型空空导弹测试的共性部分设计成一个通用校准测控平台，把各型空空导弹测试相异部分设计成对应的校准适配器。考虑校准系统的运输及现场使用环境，校准系统安装在减振机箱中，内部设计有温控、供电净化、屏蔽接地等装置，确保校准系统处于一个良好的工作环境。

2.1.1 通用校准测控平台

通用校准测控平台包含主控计算机、供电电源单元、PXI模块单元、微波信号测试单元及测控单元组成，校准测控平台的控制核心为GPU-510工控机，它通过基于光纤高速串行链路远程控制器（PXI-PCI8366）直接控制PXI模块单元，通过GPIB总线控制供电电源单元和微波测试单元。平台供电单元、PXI模块单元及微波测试单元的相关信号汇集到平台测控单元，测控单元对汇集信号进行组合、调配、预处理后到平台对应校准接口[7-8]。

2.1.2 测控单元

测控单元主要解决以下3个方面的问题。

1）信号预处理。从平台各单元汇集过来的信号较多，且信号特征差异较大，需要进行预处理，尤其是脉冲信号对传输匹配环节要求较高，容易引入信号间交扰，导致信号失真，严重时会造成时序混乱，测控单元要对汇集信号进行预处理，采取阻抗匹配、信号放大/衰减、时标统一、分离传输等处理措施。

2）通道预组合。空空导弹信号的校准状态比较杂，既有单线（共地）、双线（不共地），又有四线测量模式，测控单元需要配合两块PXI矩阵模块实现通道的不同状态组合，构建空空导弹不同参数的校准测量模式。

3）测控平台校准接口。结合平台资源、信号特征、校准流程等方面因素，测控平台校准接口[9]设计成8种共11个接口与校准适配器互连，包含供电接口XS1、采集接口XS2、矩阵接口XS3和XS4、数字I/O接口XS5、高频信号接口XS6和XS7、通信接口XS8、指令接口XS9、微波信号接口XS10和XS11。

2.1.3 校准适配器

校准适配器是通用校准测控平台与空空导弹地面检测设备之间联系的纽带，起承上启下的作用。校准适配器面向各型空空导弹的参数校准而设计，每型空空导弹对应设计一型校准适配器[10-11]，校准适配器主要包含以下5部分。

1）I/O控制电路。基于I/O控制进行编码，用于测试通道的选用、加载控制、信号时序控制、状态控制等功能的实现。

2）调理电路。该电路用于将来自通用校准测控平台的激励信号电平转换为与导弹产品相对应的电平，把地面检测设备发送过来的信号转换为通用校准测控平台能兼容的电平。

3）触发电路。为了实现时序基准的统一，校准适配器内部设置有触发电路，用于完成实现导弹不同参数的测试，通过触发信号给校准测控平台内部不同的资源，严格按时序执行地面检测设备的导弹测试流程实现对应型号导弹参数的校准。

4）专用电路。由于通用校准测控平台的资源有限，对于各型导弹专用性很强的电路需要设计到对应的校准适配器中，如某型产品的涡轮电压信号幅值在200 V左右，频率在动态变化，但其他产品不涉及此类信号，因此在该型产品校准适配器中设计专用电路（交流源电路）以满足校准需求。

5）接口。校准适配器的接口分为校准接口和测试接口两部分，校准接口的设置与校准测控平台的接口一一对应，测试接口的设置与对应的导弹产品接口完全兼容。

2.2 校准系统软件设计

如图2所示，校准系统软件开发选用VC++，用于校准系统控制及测试模块等设计，校准数据库类型选用Access，数据库接口ADO是访问数据库的统一界面标准。校准系统软件采用層级管理和模块化设计。软件底层的构建是校准软件的基础，软件底层由数据采集测量、供电、函数波形产生、高速数字信号产生、微波信号产生、时域信号分析、频域信号分析、计数器、多路复用器、矩阵开关/微波开关、指令信号产生、串口总线收发模块组成。软件中间层是数据接口层，由设备控制模块和数据处理模块组成，用来完成系统硬件的管理和数据交互。软件顶层是校准执行层，由可操作的显示界面组成，完成对地面检测设备各型空空导弹的接口配置、资源分配、流程管理、数据显示、信息处理、人机交互等功能。

按照不同型号空空导弹的工作模式，分别建立对应型号导弹及无线电目标模拟器工作模块，并将所有相关信息保存在数据库中，软件模块化设计主要体现在以下3个方面。

1）校准项目模块化。是以各型空空导弹参数以及无线电目标模拟器测试流程中的测试项目为基础建立相应的组合模块，便于按单项校准或自动组合校准时使用，简化操作过程。

2）设备单元模块化。是系统访问各设备单元时的操作模块，以提高系统对设备访问操作的效率，本系统建立了任意波产生模块、函数波产生模块、数据采集模块、高速数字信号产生模块、微波源模块、微波信号分析模块等模块。

3）接口模块化。以各型导弹及无线电目标模拟器建立相应的接口模块，通过接口模块使访问便捷，简化操作过程，有效提高系统的工作效率。

2.3 校准示例

下面结合某型产品的制导参数校准为例进行说明。制导参数是项综合参数，包含启动、电气延迟、气动延迟、解锁控制等时序信号，又有随目标位置变化的sin、sinsin、sincos函数信号以及NU、ND、NL、NR指令信号。校准系统需要模拟制导参数的工作时序、函数信号以及指令信号，工作原理如图3所示。

制导参数校准时首先由校准程序控制测控平台的I/O电路进行编码，编码信号通过平台的XS5接口至适配器的时序控制电路和同步触发电路，其中时序控制电路输出相应的启动、电气延迟、气动延迟、解锁控制等时序信号到测试接口。同步触发电路产生的触发信号至sin、sinsin和sincos函数电路以及NU、ND、NL、NR指令电路的同步输入端，收到同步触发信号时函数电路和指令电路模拟导弹在跟随位置目标时输出对应的信号至校准接口XS6和XS7，为了满足校准测试要求，在校准适配器中设计了sin、sinsin、sincos函数放大电路以及NU、ND、NL、NR指令电平变换电路，二次变换后的信号按导弹接口定义分别送至测试接口的对应端子实现制导参数的校准。

2.4 模拟校准技术解决途径

本文结合空空导弹舵机扭矩参数模拟校准为例，由于校准系统只模拟电参数不模拟实际加载，但加载测试是导弹测试流程的一部分，如何既验证加载参数满足要求又保证测试流程顺利进行需要有相应的解决方法，本系统设计时将舵机扭矩参数的模拟校准分两步实现。

1）扭矩传感器静态校准。地面检测设备的扭矩参数测量范围0～200 N·m，允许误差±5%。首先设计一套如图4所示的扭矩传感器加载机构，其中包含一只量程300 N·m、±1%的数显扭矩扳手和一套丝杠加载装置。

校准时将加载机构固定到检测设备平台，数显扭矩扳手套接到检测设备的扭矩传感器，将一台直流电压0～10 V/±0.01%的5位半数字电压表连接至扭矩传感器放大器的输出端，移动丝杠加载装置使扭矩达到规定值后，分别读取扭矩扳手和地面检测设备的扭矩测量值及数字电压表的直流电压测量值，计算并判断地面检测设备的扭矩测量结果是否满足误差要求，表1是一台地面检测设备的扭矩参数校准结果。

2）测试流程的扭矩参数校准。当地面检测设备扭矩传感器的静态扭矩参数校准合格后，基于表1中数字电压表的电压测量值与标准扭矩值，绘出扭矩-电压拟合线，根据拟合结果将测试流程中需要的几种舵机扭矩方波测量状态编辑后存入校准系统测控平台中的信号发生器模块。校准系统接入地面检测设备，将校准系统电缆连接至地面检测设备的采集单元以取代扭矩放大器的输出电缆，运行地面检测设备导弹测试软件，测试完毕后可得到包括扭矩参数在内的所有参数测试结果，通过测试结果判断地面检测设备的状态是否正常。

2.5 验收测试和应用

校准系统研制完毕后，完成两份校准规范的编制并通过评审，一份是校准系统的校准规范，另一份是地面检测设备的校准规范，通过校准规范建立完整的導弹产品参数溯源关系。校准系统经连续72 h的拷机测试，实测系统参数均优于规定的技术指标要求，主要参数测试结果如表2所示。

校准系统已应用于空空导弹地面检测设备的现场校准，实现了地面检测设备校准工作的程序化、自动化、规范化，应用效果良好。

3 结束语

空空导弹地面检测设备采用系统模拟空空导弹武器装备的校准方法，解决了地面检测设备的系统综合校准难题，通过该方法能真实校准地面检测设备的综合技术参数，能准确评估地面检测设备的技术状态能否用于空空导弹的测试。校准系统采用校准测控平台和校准适配器的组合架构，兼顾了校准系统的通用性和扩展性，不仅能用于目前空空导弹产品参数的校准，今后还易升级扩展到其他型号产品。

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