分层次实现BIT的发射控制装备的实现

赵光亮 舒鹏 许智勇 陆文佳

(1.上海航天电子技术研究所,上海 201109;2.陆军南京军代局驻上海地区军代室,上海 201109)

0 引言

武器装备及保障系统,从系统工程的角度出发,目前正在实现从重视单一“性能”向重视“综合效能”转变,这就要求武器装备在研制初期,系统任务的功能/性能设计同时应充分开展测试性设计[1]。BIT是指系统主装备不用外部测试设备就能完成对系统、分系统或设备的功能检查、故障诊断与隔离以及性能测试。BIT技术是改善系统或设备测试性的重要手段,可为系统提供在线监控和原位检测能力[2]。

某型发射控制装备是武器系统在靶场使用的重要保障装备(系统构成如图1)。使用时,操作人员通过控制组合选择手动或自动模式,给外接的“A产品或模拟器”“B发射辅助机构”等加电,监测各部分加电后的各信号,与“C基地测控网”交互,进入正确的发射控制流程,

最终安全可靠地完成发射任务。装备应用于武器产品批产交付,工作场景是准备发射“箭在弦上”的场景,如果出现故障需要及时检测并排除,尽量不影响整个产品交付;发射任务执行过程中,需要能够简化发射场操作,降低发射保障队伍人员的要求。为此发射控制装备在设计完成正常功能的同时,设计了用于自身测试的硬件和软件,从而保证了具备很好的自测能力,可以及时、快速地检测和隔离故障提高任务的可靠性和安全性[3]。

1 基本发射控制功能的设计实现

图1所示,发控装备组成部分中,以控制组合为核心完成发射控制的功能实现。设计控制组合的数据流图如图2所示。

包括DSP、继电器、数字量隔离处理功能、模拟量处理功能等各模块。物理实现上将以DSP电路为中心,完成发射控制的时序控制及数字量隔离处理等功能设计在功能板卡1上,图2中用实线框表示;将相应命令的继电器,及模拟量调理处理等功能集成设计在功能板卡2上,图2中用虚线框表示。采用专用背板完成功能板1及功能板2之间的连接关系,具有更好地可靠性,同时背板提供插拔板卡1,功能板2的结构支撑,方便功能板1,功能板2将作为现场可更换的单元(LRU),出现故障时,可以直接替换相应的备份板卡。

图2 控制组合的数据流图Fig.2 Schematic Diagram of Control Case

执行正常发射功能时,对应为图2中的工作模式。控制流程执行情况如图3所示。

图3 控制流程的软件流程图Fig.3 Diagram of Control program

产品加电后,由产品或其模拟器 (图1中A)返回的Ua1,来自基地测控网(图1中C)的Uc1,表示外部某特征事件发生,作为进入发射流程的启动信号。后续在开锁窗口T1时间内,只有Ua1经特征提取分析判断为有效时,发射控制装备才会给出开锁命令,在发射窗口T2时间内等待Ua1信号有效,且开锁命令的继电器动作完成后,才能正常给出发射指令。当发射命令输出后,产品由发射辅助机构(图1中B)返回信号Ub1、Ub2、Ub3,他们分别表示产品在发射动作后至离架前,产品上各环节工作准备情况。当Ub4有效时,表示发射后产品离架,此时输出时统信号至靶场测控网络等,完成全部发射控制流程。当发射窗口T2时间内都未得到Ub4有效,采集判断发射命令执行的继电器动作是否正常,如果发射继电器已工作,则进入异常恢复流程,完成后退出发射流程,若此发射命令后继电器动作不正常,则直接退出流程。

2 组合级BIT的设计实现

如图2所示,同时设计了BIT模式下的测试环路,专门由DSP采用一组独立的数字量输出口(DO),代替外部的武器系统组成的A、B、C各个环节提供激励信号,与流程控制的数字量输入口(DI)构成测试环路。

当设置操作面板,进入BIT自测模式时,自身利用模拟输出各类交互信号后,不依赖外部的连接关系,就能方便地检验是否按预设流程正常运行,并且命令是否能正确DSP的IO管脚给出,即得到功能板卡1时序控制功能是否正常的结论。

由图3软件流程图中虚线判断框处反映出,发射流程程序设计将开锁继电器、发射继电器、时统继电器的动作结果判断,参与到流程中,从而保证了只有正确执行DSP输出的指令正确执行后,发射流程才会继续进行下去,不会忽视掉命令输出后,执行环节可能发生的错误,当发射流程正常结束时,证明功能板卡2上继电器切换正常。

图4以开锁指令为例,介绍了回采电路的实现。功能板卡2上的继电器(K3)接收到DSP的一处IO管脚的命令输出,同时功能板1上的回采电路将命令的最终执行结果回采至功能板卡1上DSP另一处IO作为输入。如果给出开锁命令后,时序控制未正确执行,分析上述流程图及原理图,可知按MODE_KS的不同状态,将直接定位至继电器K4与K3。类似的,其他输出的发射等命令,也设计了相应的处理电路和逻辑,保证了获得继电器的动作后的实际结果,并据此结果分别处理,保证流程万无一失。

图4 开锁指令硬件回采电路Fig.4 Schematic of KS Execution Sample

总之,通过所述的基于控制组合内2块功能板卡的自测环路及回采电路,当在BIT模式下,将不需要外接A产品/模拟器、B发射辅助机构、C基地测控网等环节,运行发射控制程序时,程序能够正常结束,则表明功能板1,功能板2均正常工作。避免自检控制组合板卡时,操作过程中设计系统更多环节及各种电缆的收放、连接等。简便地自检测试完成的基础上,基本确认了功能板卡1、功能板卡2的正常工作。

3 系统级的BIT设计

在自检测试覆盖范围更大时,设计采用导弹模拟器。避免真实导弹使用时的能源准备,射手准备等复杂过程。模拟器的电气接插件及各节点的电气特性应与导弹一致。模拟器面板上设计提供控制开关按键切换Ua1是否有效,控制开关模拟开锁KS/未开锁状态切换;模拟器设计了由发射辅助机构返回的Ub1-Ub3等信号的指示灯显示。可以与发射辅助机构配合,触发测试条件覆盖图3发射控制流程中的各个分支,全面检测发控设备的各项功能。模拟器设计了经由电源长电缆而来的各种供电电源显示电路。可以监测供电回路电压工作情况,电缆连接情况。

连接模拟器、接口适配盒进一步确认全系统中,信号传输通道的正确性,发射控制流程的全面性,数据采集通道标定,测录组合软件记录功能确认。完成对接导弹前最全面的自检测试。

4 结语

某导弹发射控制装备已经投入使用,实际使用效果分析表明,采用BIT设计技术实现了较为系统全面的自测能力,装备在自检测试中,测试环节由简到繁,递次增加规模,覆盖性逐渐由单个模块功能确认逐渐上升到系统全部组成的功能确认。达到了简化发射场操作,降低发射保障队伍人员的要求的目的,便于及时排故。开展BIT测试性关键技术在武器领域上的深入研究工作,必将为未来产品的健康和可持续发展奠定坚实基础。后续可根据使用实际,识别好易损件,进一步生成知识库,提供故障诊断支持,进一步减轻维护保障的压力。