基于虚拟仪器的航空侦察设备检测系统

李英杰，苏媛媛

（海军航空工程学院青岛校区，山东青岛266041）

基于虚拟仪器的航空侦察设备检测系统

李英杰，苏媛媛

（海军航空工程学院青岛校区，山东青岛266041）

为满足多任务侦察系统快速出动的要求，实现对航空侦察设备全系统的快速检测，基于虚拟仪器技术，开展了航空侦察设备检测系统的硬件、软件设计。运用了ARINC429总线技术、LabView的subpanel软件封装设计、以及数据隔离等技术，最终实现了一型检测仪器对多型侦察设备全系统检测的工程实践。

航空侦察；虚拟仪器；检测系统

0 引言

目前，航空侦察正朝着多任务载荷方向发展，可以实现不同侦察装备性能的互补，能够提高一次出动的有效侦察效能，已成为航空侦察装备的发展趋势，装备战斗力的基础是高效快速的机务保障[1-2]。在这种背景下，出现了飞机一次出动配挂多类型、多型号的侦察装备，如可见光胶片相机、数字相机以及红外相机组成的高技术、高集成度的侦察系统。可以按照不同的任务模式，设定多种配挂构型，每种构型搭配的相机数量、型号不同。这样每架飞机的侦察能力不局限于单部航空相机性能，而取决于配挂构型内侦察系统的工作能力。在地面飞行保障中，快速、高效的实现整体侦察系统的综合检测，保证配挂构型内全部侦察相机的完好，才能满足侦察任务快速出动的要求，因此内场检测设备应当具备对多类型侦察装备快速一体化检测的能力[3]。本文开展了面向多配挂构型、多型号侦察装备的综合检测系统研究，设计的检测仪器可以实现对多型侦察设备的综合化快速检测，保证了机动性和设备的完好率。

1 硬件设计

检测仪硬件的构建是基于研华ARK-5280工控机的虚拟仪器系统，分为数据采集控制单元、429总线接口单元、电源电压测量控制单元、侦察相机控制单元、中整流罩舱门控制单元、按键操作单元、显控单元、以及接口适配单元等几个模块单元。检测仪器硬件框图如图1所示，可以实现与侦察系统不同配挂构型时多个侦察设备的硬件接口和检测。系统的硬件基础为建立在PCI总线上的数据板卡，数据采集控制单元采用研华的PCI-1710L，经过PCLD-8710、PCLD-885数据调理板的连接，控制其他单元实现电源电压的测量监控、舱门控制、侦察相机的供电、开关机以及按键操作等功能；429总线接口板卡提供4收4发的标准ARINC429通信信息，实现与被检测设备的参数数据、指令数据、状态故障数据传递。工控机的人机接口单元除有按键操作单元外，还包含2个10.4英寸液晶显示器、LED电压表头及触摸屏，用于模拟飞机座舱操控界面，实现对侦察相机的开关机、准备、工作、启动自检、故障清单查询等操作。

通过电源电压测量、电源控制两个模块实现对侦察设备供电的快速监控。首先交直流电源电压经过分压器、交流电压传感器等电压调理措施，调理为标准电压0～10 V；对调理后的被测信号经过接口板PCLD-8710后引入PCI-1710L板卡，进行A/D转换；最后读入工控机进行信号处理和判断。根据电源电压测量情况实时监测电源情况，如果符合侦察设备的供电要求，由电源控制模块为被测设备提供交直流电源；如果电压波动超差、或交流电缺相等原因不满足设备供电条件，检测仪将不输出电源，避免电源对相机设备带来的损伤。

图1 检测仪总体硬件框图

检测仪与侦察相机之间是通过ARINC429总线完成对相机的指令控制与参数传输。ARINC429数据接口电路采用DSP（TMS320F2812芯片）做为主控芯片[4-5]，经过可编程逻辑控制器件（CPLD）控制总线接口芯片HS-3282，HS-3183进行读写操作和电平转换。系统中ARINC429通信由4组芯片完成，可以同时完成4路发送和8路接收。

2 软件设计

检测仪的软件程序是基于LabView虚拟仪器开发环境下开发[6-7]，软件设计主要包括系统总程序、配挂构型检测模块程序、侦察相机通电检测模块程序以及各类功能程序等几个层次构成。

（1）系统总程序。完成系统程序的集成，流程图如图2所示。仪器开机启动后，进入欢迎界面子VI，然后对系统变量初始化、打开I/O板卡、429总线板卡，建立与仪器前操作面板和后适配面板的数据联系。进入侦察设备检测构型选择界面，等待操作人员选择被测中整流罩的构型或退出系统。根据构型选项进入对应构型检测模块。

（2）配挂构型的检测模块程序。采用LabView的SubPanel技术，不同构型检测模块为不同的SubPanel模块。可以实现不同构型被检测设备的开机、准备、拍照、参数设置、启动自检、关机等通电检查；利用被检测设备的上电自检、周期自检、操作员自检的故障检测数据，给出设备的工作状态信息、故障清单信息；完成设备故障清单的导出等。

（3）多种侦察相机通电检测模块程序。飞机各种构型可能选配几种侦察相机，并且构型之间相机类型存在交叉重叠，因此为每型相机的检测设计独立的通电检测模块程序。

（4）各类功能程序。为仪器软件的底层子程序，包括429板卡控制类程序、I/O板卡控制类程序、数据处理程序、参数发送和接收程序等。429板卡类程序包括数据接收、发送等子VI；I/O板卡控制类程序包括板卡初始化子VI、各通道输入子VI、各通道输出子VI等。

图2 程序总流程图

3 关键技术

3.1 多型侦察设备的综合检测

一种检测设备实现多类型侦察相机的综合检测，要在软硬件设计上满足不同侦察设备的适配接口、资源规划以及设备间的防干扰隔离等。

从硬件上设计基于高速DSP的PCI总线接口标准ARINC429接口板卡。通过429接口板卡的4路接收4路发送与不同型号侦察相机的数据通信，实现与侦察相机的参数信息、控制指令信息、状态信息的传递。在同一构型内各型侦察相机的总线通道是独立的，因此在硬件底层设计上完全隔离，避免了信号间的影响。在软件设计中，为实现对不同配挂构型、不同型号设备的综合检测，采取了一些软件措施。

（1）subpanel调用技术。利用LabVIEW软件平台的subpanel技术构建统一的程序框架，对所有相机的检测实现了统一的程序入口和交互接口，软件上构建了一对多的程序体系。

（2）Sub VI封装。软件充分运用自定义的sub VI对子程序进行封装，增强了软件模块化的整体水平，同时提高了程序的运行效率。采用的封装主要有交互界面类封装、429板卡类封装、PCI1710板卡类封装等。其中交互界面类封装包括自定义的对话框、信息指示窗口；429板卡类封装主要包括429板卡的设置、各通道的收发程序以及429状态字处理程序等；PCI1710板卡类封装包括对各类相机的开/关机控制、供、断电控制程序等。

（3）数据隔离。由于一台检测仪同时进行多类型侦察相机检测，为避免用户误操作或机型转换时数据的干扰，运用了大量数据隔离的方法，如交互可用检测、数据封装隔离等。①交互可用检测。程序可以检测前面板相机类型按键或触摸屏Tab页，确定当前相机检测界面是否可用。同时，被检测相机所处当前状态也决定检测界面交互按钮的可用性，即当相机处于某一状态时，该状态不允许的操作被屏蔽，增强了对被检测相机的保护，也增加了检测操作的规范性。②数据封装隔离。每型相机的交互数据、相机状态数据、指令数据封装在各自的数据簇中。每种数据簇都有自己的标识，保证指定数据簇只能被指定相机或指定程序辨识，不会发生数据混淆导致检测错误的现象，从根本上实现了数据的隔离。

3.2 被检测设备供电监控设计

航空侦察相机在通电状态必须按规定流程操作，从“开机”、“准备”、“拍照”、“传输”、“启动自检”、“关机”等指令的发送时机有严格条件。各型侦察相机必须接到“关机”指令正常关机后，方可切断交直流电源，否则对相机控制器系统造成损坏，使得相机出现故障。例如相机在“准备”状态下，相机扫描头组件、调焦组件处于工作状态，突然断电会造成硬件损伤；相机制冷系统工作，关机断电前相机必须退出“准备”状态，而不能直接关机断电，否则对制冷系统、探测器模块造成硬件损伤。因此为保证侦察相机的供电安全，检测仪设计了电源监控单元，通过对直流电源、三相交流电源电压波动的测量，当满足供电参数指标要求时，启动电源控制单元给侦察相机供电。

电源电压信号经电压传感器及PCI1710板卡的A/D转换后，进入电压信号处理阶段。由于受到外界和负载的影响，电压检测数据总是处于干扰状态。为消除干扰对电压测量数据的影响，避免供电监控的虚警，供电电压测量数据处理分两个阶段。

（1）首先对测量数据采用算数平均值算法处理。由于外部干扰和测量误差是白噪声扰动，因此可以采用求取算数平均值的方法消除。时间窗口设定为100 ms，对四路电源电压数据进行算数平均值处理。

（2）经第一步处理后得到了每100 ms一组的电压数据，用数组表示为（D，A1，A2，A3），其中D为直流电压数据，A1，A2，A3为交流三相电压数据。侦察相机的功率不恒定，在工作周期内，会有诸如转筒电机、快门电机、反射镜电机、调焦电机等器件的启动或停止，负载耗电功率的波动对测量数据有一定影响，在短时间内的波动是允许的。因此为避免虚警，电压数据每10组做为一个连续判断区间，当有2/3数据超差（＞±8%）即认为供电电源异常，提示电源告警，并进入供电控制单元。

供电控制单元是在交直流电源满足要求时，由工控机经PCI1710的输出端口，经PLCD8710和PCLD885驱动固态继电器控制电源输出，为侦察相机供电。在供电控制单元中，需要考虑多型相机供电和电压异常处理的问题。在侦察相机检测过程中的供电控制，当电源电压有超差异常时，显示交流供电电压异常的告警信息，并发出“停拍照”和“停准备”指令，然后自动控制侦察相机关机。

4 结束语

本文设计了基于虚拟仪器技术的航空侦察装备综合检测系统，运用ARINC429总线技术、LabView的subpanel软件封装设计、以及数据隔离等技术实现了一型检测设备对航空侦察全系统设备的通电检测。大大简化了内场操作，缩短了航空侦察的飞行保障时间，并解决了航空侦察设备在内场无法实现全系统通电检查的问题。这种系统设计思路对实现其他多设备的综合检测具有一定的借鉴意义。

［1］李晓峰.美国空军航空装备维修保障体制现状及启示[C].航空维修与工程，2010，（2）：38～40.

［2］张群起等.信息化条件下海军航空兵装备保障问题探析[C].应用高薪技术提高维修保障能力会议论文集，2005，（5）：706～799.

［3］李英杰，李开端.航空侦察装备内外场差别化保障研究[J]，四川兵工学报，2013.（2）：83～85.

［4］史国庆，高晓光，吴勇，等.基于PCI总线的ARINC429总线接口板硬件设计与实现[J].计算机测量与控制，2010，18（1）：128～130.

［5］郭跃云等.基于DSP的ARINC429总线收发系统设计[J].仪表技术与传感器，2010，（5）:56～58.

［6］张桐，陈国顺，等.精通LabVIEW程序设计[M].北京：电子工业出版社，2008.

［7］龙华伟，顾永刚.LabVIEW8.2.1与DAQ数据采集[M].北京：清华大学出版社，2008.

〔编辑 凌瑞〕

E953

B

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.01.50