某型导弹装备射频非标设备校准装置设计

郭晓冉，毛向东，刘海涛，张 军，刘 福

(军械技术研究所， 石家庄 050000)

【专家特稿】

某型导弹装备射频非标设备校准装置设计

郭晓冉，毛向东，刘海涛，张 军，刘 福

(军械技术研究所， 石家庄 050000)

针对某型导弹装备中X波段信标源、照射射频参数测试仪、C波段射频信号转发机以及直波信号源等专用测试设备的计量需求，以“通用硬件+校准软件+标准总线”的组合形式，采用软件无线电技术和虚拟仪器技术，研制了该型导弹装备中射频类非标准设备校准装置，编写了校准规范，形成了综合性、多参数、机动化的射频专用设备现场校准能力，解决了该型导弹装备专用测试设备无法校准的难题，为提高部队核心计量保障能力提供了技术手段。

计量；导弹装备；射频非标；校准装置

军事计量保障是武器装备综合技术保障的重要内容和使用全过程的技术支持。军事计量保障的任务是根据国家、军队的相关法规、条例、规程，针对武器装备技术特点和保障需求，实施计量监督管理，执行计量保障勤务，保证装备的受控，并始终处于良好的技术状态[1-3]。

2004年，GJB5109—2004《装备计量保障通用要求 检测和校准》对装备、检测设备及校准设备的检测和校准要求做了全面规定[4-5]。要求承制方对组成装备的各系统、分系统和设备所需检测和校准的项目或参数及其技术指标做出明确规定，要求对影响装备功能和性能的主要测量参数设置检测接口，满足装备测试性要求，并应具有明确的检测方法；要求承制方在研制阶段，编制《装备检测需求明细表》、《检测设备推荐表》、《校准设备推荐表》、《校准系统推荐表》和《装备检测和校准需求汇总表》。由此可见，随着GJB5109—2004的实施，对装备的计量保障要求已提高到和其它战技术指标一样，是装备研制总要求的硬性指标。

本文研究内容是以形成某型导弹武器系统战斗力为牵引，以装备计量保障理论为指导，针对该型导弹装备专用测试设备缺乏计量保障手段和方法，依据该型号导弹装备的系统组成及技术特点，系统分析了专用测试设备的计量需求，针对X波段信标源、照射射频参数测试仪、C波段射频信号转发机以及直波信号源，确定计量检定方法，研制专用校准系统，编写校准规范，为部队提供遂行计量保障装备，形成了该型导弹武器系统计量保障能力。

1 计量需求分析原则

该型导弹装备计量需求分析原则：

1) 确保作战装备战、技术性能完好。计量保障作为装备技术保障的一个重要分支，通过计量检定、校准和测试，使作战装备各参数量值与国家最高测量标准之间建立不间断溯源链[6-8]，在进行计量技术需求分析时，必须把确保作战装备战、技术性能完好作为出发点。

2) 力求对装备维修、维护提供最大化的技术支撑。装备维修、维护工作对于导弹装备发挥战技术性能至关重要，其保障力的体现是通过采用各种技术手段，即各型专用测试设备和通用仪器对装备进行日常维护、性能测试、故障诊断、达到排除故障，恢复和保持装备技术性能，继而保证装备战斗力的有效发挥。

装备计量需求分析，必须以各种技术保障装备(设备)为重点，特别关注“作用和地位关键的、运用和使用频繁的、测量和测试有准确度要求的，应用范围广泛的”维修维护技术手段的计量需求，以达到保证维修维护质量的目的[9-12]。

2 校准装置设计

该型导弹装备专用测试设备均为射频类非标准设备，所以以“射频非标设备”作为专用测试设备的简称。

校准装置采用“通用硬件+校准软件+标准总线”的组合形式，以软件无线电技术和虚拟仪器技术为技术基础，实现硬件设备的控制、信号采集、数据分析、校准结果处理和自动存储，构成一体化的校准系统。选用通用仪表组成校准装置的硬件系统，使系统具有易溯源、扩展性强、兼容性强等特点，能够达到综合性、多参量校准能力。以硬件与软件相结合的形式，编制校准软件，形成专用设备校准测试模块，使软件系统具备结构紧凑、测试参数覆盖完整、功能可扩展可重构的技术优势。

2.1 硬件设计

校准装置组成原理图如图1，实物如图2。

图1 校准装置设备组成原理图

图2 校准装置实物

校准装置硬件部分主要由校准控制器、频谱分析仪、标准相位噪声产生器、功率敏感器、微波信号源、隔离稳压电源，以及备件设备组成。

1) 校准控制器是一台由PXI机箱、PXI工控处理器、PXI数字化仪模块和计量接口适配器组成的主控系统。其中，PXI机箱是校准控制器的构建平台，选用泛华测控定制机箱PXI-9106，以PXI总线为基础，用于植入各类PXI模块，根据各种PXI模块的性能和功能的不同，实现不同模块的校准功能。PXI工控处理器是校准控制器的核心部件，也是校准系统软件的处理核心和安装承载部件，选用泛华测控工控处理器PXI-3051，通过PXI总线和通用接口用于控制校准系统主要硬件，实现设备控制、信号采集、数据分析、校准结果处理和数据存储的功能。PXI数字化仪模块是置于PXI机箱插槽的功能模块，选用NI公司的数字化仪模块PXI-5152，用于对中频、低频信号进行信号的电压和时基采集。计量接口适配器是校准控制器机箱内的PXI工控处理器、PXI高速数采模块与外部端口连接的转接部件，用于封装并加固PXI控制器内部的接口和信号电缆，便于外部信号接入时的识别，防止差错接入。

2) 频谱分析仪主要用于对X波段信标源、直波信号源进行频率、功率、电平衰减、非谐波杂散、相位噪声等参量的校准，以及对微波、射频信号的混频。

3) 标准相位噪声产生器提供一个标准的微波信号给照射射频参数测试仪进行相位噪声校准。

4) 功率敏感器主要用于对X波段信标源、直波信号源进行功率参量的校准。

5) 微波信号源主要用于对C波段转发机校准时提供输入信号作为激励源，产生一个C波段信号和脉冲同步信号的激励来驱动C波段转发机实现信号转发功能。

6) 隔离稳压电源主要用于将外部接入的未经隔离稳压的220 V、50 Hz交流电源进行隔离稳压，实现电源电压的隔离稳压功能，满足校准系统的电源供电要求。

2.2 总线设计

根据所需校准对象的特殊性，选择GPIB总线和PXI总线的混合总线形式，通过GPIB总线控制微波信号和PXI总线控制射频和低频信号，解决微波信号的屏蔽要求以及校准系统体积小的需求，满足校准系统通用化、小型化和自动化的现场综合校准需求。

2.3 软件设计

软件设计中，包括软件开发平台和校准软件。

1) 开发平台选择

软件开发平台选择Windows系统下NI公司的LabVIEW软件。

LabVIEW是一种图形化编程语言的虚拟仪器工具软件，具备图形化编程环境、开发功能高效、支持多种仪器和数采硬件驱动、开放性强等优点，它不仅能对不同厂商的不同类型设备进行在线控制，还包含了大量数学公式的应用实例，能满足复杂公式计算、信号软件分析和数据处理的要求。因此，LabVIEW软件开发平台比较适合校准软件编制和虚拟仪器软件开发，采用标准化、模块化的设计思路，易于开展功能模块化设计并实现，具有较好的通用性、可维护性和可扩充性。

2) 校准软件设计

在LabVIEW开发平台上，开发校准软件。校准系统的研制采用硬件系统与软件系统相结合的设计方案，基于硬件系统I/O库、指令库和驱动等运行环境，利用现有仪器和计算机技术开展虚拟仪器设计，充分利用现有仪器和计算机技术构建校准系统。把测试任务分立为每一个子模块，采用从顶层向下设计的方法，将测试任务的具体测量过程变成人机对话方式。

对于不同校准项目的任务，校准软件执行不同的功能，且所有的任务都是独立执行。总的校准软件按校准功能分解为若干校准软件子模块，每个校准软件子模块完成一项校准项目的测试功能，各个模块功能独立。同时，考虑软件功能的可扩展性，保证在硬件设备、校准条件变化时及时更改测试程序，避免软件重复编写，大大提高了校准系统测试能力的升级和扩充。校准系统的软件构架主要分为三层，第一层是系统软件和校准软件开发平台，第二层是仪器指令集、I/O库，第三层是校准软件及子程序模块。校准软件及子程序模块将虚拟仪器技术和通用仪表集成校准系统，采用模块化功能设计模式和对每一个功能模块单独设计，提高了校准软件的稳定性和可靠性，软件升级的灵活性大大高于硬件。校准系统的软件功能层次结构如图3。

图3 校准软件功能层次结构

3) 校准软件开发

校准软件根据校准系统所需实现的功能，设定校准功能模块实现相应参量的校准。校准软件的操作界面程序以主程序连接各个专用测试设备的模块校准功能，即X波段连续波信标源、照射射频参数测试仪、C波段射频信号转发机、直波信号源等4个校准子模块，校准软件功能框图如图4所示。

图4 校准软件功能框图

2.4 校准装置溯源

校准装置由通用的仪器设备搭建，系统硬件集成实现了模块化，可以将校准装置送至具备军用实验室或具备相应计量检定资质的机构实施计量周检。溯源周检时间为一年。校准装置需溯源的仪器设备见表1所示。

3 校准规范编写

依据GJB0《军用标准文件编制工作导则》和GJB1317A—2006《军用检定规程和校准规范编写通用要求》，编写了校准规范，规定了该型导弹装备射频非标设备的计量特性、校准条件、校准项目、校准方法、校准结果的处理和校准周期。该规范适用于该型导弹装备射频非标设备的校准，并适用于相关的教学和训练工作。

表1 校准装置溯源设备

4 结论

本文针对某型导弹装备X波段信标源、照射射频参数测试仪、C波段射频信号转发机和直波信号源的计量需求，采用软件无线电技术和虚拟仪器技术研制了专用校准装置，并编写了校准规范。经部队试用验证，系统各项功能正常、方法及流程合理可行、结果准确可靠，受到试用单位一致好评。该校准装置填补了我军某型导弹装备射频非标测试设备校准的空白，为提高部队核心计量保障能力提供了方法和技术手段，具有重大的军事经济效益和应用推广价值。

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(责任编辑 周江川)

Design of Radio Frequency Non-Standard Equipment Calibration Device for a Certain Type of Missile

GUO Xiaoran， MAO Xiangdong， LIU Haitao， ZHANG Jun， LIU Fu

(Ordnance Technology Institute, Shijiazhuang 050000, China)

Aiming at the x-band beacon source, irradiation radio frequency parameter tester, C band radio frequency signal repeater and direct wave signal source special test equipment measurement requirements of a certain type of missile equipment, in the combination of “general hardware+calibration software+standard bus” form, using software radio technology and virtual instrument technology, the missile equipment was developed in the radio frequency non-standard equipment calibration device, and the calibration specification was written. And then a comprehensive, multi-parameter, motorized radio frequency special calibration equipment capacity was formed, and the problem of missile equipment dedicated test equipment that can’t calibration was solved. Then it provides a method for improving forces core metrological guarantee ability and technology.

metrology; missile equipment; radio frequency non-standard; calibration device

2017-04-26；

2017-05-10

郭晓冉(1985—)，男，本刊审稿专家，博士，主要从事军事计量保障工作。

10.11809/scbgxb2017.08.001

format:GUO Xiaoran，MAO Xiangdong，LIU Haitao，et al.Design of Radio Frequency Non-Standard Equipment Calibration Device for a Certain Type of Missile[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(8):1-4.

TJ76

A

2096-2304(2017)08-0001-04

本文引用格式：郭晓冉，毛向东，刘海涛，等.某型导弹装备射频非标设备校准装置设计[J].兵器装备工程学报，2017(8):1-4.