基于仿真模拟的非制导设备原位检测平台的设计与应用

董坤林，李 元

（国营芜湖机械厂，安徽 芜湖 241007）

国内外新型飞机一般都配备有各型非制导设备。非制导设备在接受维护检查的过程中，需要装挂对应的非制导设备挂架以实施通电检查。由于飞机非制导设备种类繁多，配套的非制导设备挂架种类也较多，增加了地面维护操作人员拆装工作量及安全风险，也使现场作业管控的难度增加。现有检测手段无法对机上产品功能和电缆线路进行通电检查，难以保证系统功能。为实现对非制导设备的工作性能进行检测，开展非制导设备原位检测平台的设计以及非制导设备无挂架状态下测试方法应用，尤为重要。这有利于在维护过程中，模拟各型非制导设备挂架工作状态环境，快速地测试产品性能和排除故障，保证其系统性能。

1.设计需求

非制导设备原位检测平台用于模拟飞机非制导设备的电气特性，做到非制导设备挂架的仿真模拟，实现地面检测非制导设备的电气接口和逻辑关系，以达到测试飞机非制导设备性能的功能，以及检查飞机机上电缆完好性的目的。原位检测平台主要在无挂架状态下检测飞机非制导设备机上控制电路和控制流程功能，对投放电路的工作性能、应急投放和发射电路工作性能、训练投放电路工作性能、火箭发射电路工作性能进行检查，从而满足非制导设备系统控制功能完好性的必要测试。

2.设计方案

2.1 总体设计

为了满足飞机维护工作特点和使用的便捷性，选用可移动便携式机柜作为武器模拟器的载体。采用模块化设计，检测设备采用便携式工控机构架，以中央处理器为控制核心，采用PXI总线架构，配置专用特征模块（总线、非总线）组成一个完整的测试系统，模拟检测非制导设备的电气接口和逻辑。检测设备具有体积小、可便携、易操作、信息化程度高等特点。检测设备应具备自检测能力，在开始测试前确保设备自身工作正常，具有防误操作功能、电源保护功能，不会因为操作人员的误动作而损坏检测设备和装机成品；具有故障检测和定位功能，检测设备完善可靠，使用、维护与升级方便，可随机载成品配套升级。

2.2 设备技术指标

供 电 要 求 为 输 入 电 压220 V±20 V 50 Hz 5 A；输 出DC(0～30) V，功耗≥30 W。

主控计算机模块为Intel Core I7，2.4 G主频，8 G内存，500 G硬盘，Windows7系统。

测试接口功能模拟包括：

离散量输入接口：88路，28 V/开一次性指令信号，同时可对输入电压值进行采集；

离散量输入接口：64路，地/开一次性指令信号； 离散量输出接口：32路，地/开一次性指令信号；

脉冲采集处理接口：4路，可对0～30 V脉冲进行计数；

电压仿真信号范围：0～30 V，精度：±2%。

其他要求包括三方面。一是维修性设计，为了便于设备拆装、故障定位及日常维修，对武器挂载的输入输出信号进行分析与归类，根据功能设计独立的专用信号调理板，并放置于专用机柜内，用于设备的对外接口，使控制部分和执行部分进行功能解耦。二是可扩展性及备份性设计，为满足外场特殊环境下的使用要求，设备在信号调理板上采用冗余备份设计，以两套系统同时工作的方式最大限度防止设备本身故障造成的测试影响。三是防差错设计，信号调理板卡可互用，无需防差错，航空连接器面板上使用的连接器与外挂其他设备具有不同的型号和键位，保证错位装不上。

2.3 硬件设计

非制导设备原位检测平台的硬件组成示意图见图1，设备控制主体选用军用加固型笔记本，具有携带方便、结构坚固、工作环境适应性强等特点。

图1 非制导设备原位检测平台组成

信号采集处理板为自行研制，根据被测对象信号采集需求，采用STM32单片机+FPGA架构进行设计，原理框图见图2。信号采集处理板实现的功能包括：能够与外挂物管理系统交联，模拟仿真非制导设备的发控逻辑检查；能够同时模拟多个挂点下不同非制导设备的工作逻辑；模拟提供非制导设备存在信号；模拟所有非制导设备的接口、工作逻辑；接收外挂物管理处理机发送的非制导设备，根据控制命令、完成各种武器的工作逻辑模拟并回送相关信号；接收接口组件的开关量信号，根据控制命令、完成各种工作逻辑模拟并回送相关信号；根据发射/投放和应急发射/应急投放信号，取消相应的存在信号；具有挂载加载功能等。

图2 信号采集调理板原理框图

2.4 软件设计

本检测设备软件在Windows7操作系统环境下运行，基于Lab Windows/CVI 2017、Excel等软件工具开发平台进行程序开发。CVI以交互式编程的方式集成了源代码编辑、编译、联结、调试以及标准库，大大减少源码语句的设计输入量、降低程序语法错误率，提高工程设计的效率和可靠性，非常适合开发虚拟仪器应用系统。根据用户使用需求，设计了功能完善的测试程序，并且操作界面直观、浅显易懂，操作人员能够快速理解使用。测试程序流程图如图3所示。

图3 测试程序流程图

根据非制导设备原位检测平台的测试需求，为了实现非制导设备原位检测平台各类激励和响应信号的仿真与采集，测试程序设计的切入点之一，是需要将测试程序虚拟界面上的控件状态与产品接口一一对应，因此基于检测仪主机的电气线路设计，分析了虚拟控件到实际硬件之间的映射关系。为保证数据采集的实时性，数据采集必须单独使用线程，软件共规划了独立的数据采集线程，用于离散状态量采集。本系统软件的设计采用模块化设计，测试软件系统结构主要分为以下三部分内容：一是测试准备，包括软硬件的初始化。其中硬件的初始化主要是实现硬件引用的调用，检查硬件的在线状态，确保后续的硬件配置函数和功能函数能正确执行。二是硬件资源配置和采集内容，主要是关联测试面板上的虚拟控件值与硬件配置函数，完成硬件仪器的参数设定，并将硬件仪器采集的数据显示到相应的显示控件上或存储空间内。三是检测步骤的执行。测试程序提供了手动控件操作和半自动流程检测两种检测方式。手动控件操作可实现单步测试和任意激励设置，适用于产品故障定位和排查过程；半自动测试可实现指定测试项目的带提示半自动检测，适用于产品出入库和装机前后性能快速测试。

3.工程应用

3.1 试验仪器及对象

试验仪器为非制导设备原位检测平台（一套）；试验对象为飞机非制导设备机上控制电路和控制系统功能。

3.2 准备工作

一是设备准备。用220 V电源电缆将原位检测平台与交流电源插座相连，根据需要试验的非制导设备对象将原位检测平台配套电缆与飞机地面准备板上检查插座连接。二是飞机准备。将飞机上各控制机构、地面控制板的开关置于初始位置，将空调车和地面电源连接到飞机上，启动飞机电源，接通系统电源开关、外挂物管理系统工作电源开关。

3.3 非制导设备模拟试验

打开非制导设备原位检测平台电源开关，检测平台先进入开机画面，等待3 s后，自动进入测试主菜单界面。按压确认按钮，进入自检测试子菜单，显示自检电压自动测试界面，按压“选择”按钮选择“结果查询”项，可查看自检测测试结果。按压“选择”按钮选择“返回”项，则退出自检子菜单，返回主菜单。在测试主菜单界面下，按压“选择”按钮，在主菜单界面中选择“炸弹投放电路”选项，按压“确认”按钮后进入炸弹投放电路检查测试界面，完成该项目的测试。结合工作需要，依次完成应急投放发射电路工作性能、训练投放电路工作性能、专用/通用挂弹架抛放线路性能、发射器挂装后工作性能等项目的通电检查，确保每一项功能处于正常状态。

3.4 结束工作

关断系统电源开关、外挂物管理系统工作开关，断开飞机电源，机上各控制机构置于工作初始位置。收好空调车和地面电源，以及非制导设备原位检测平台。

4.结语

飞机非制导设备系统地面仿真模拟测试是一个复杂的工程，本文从飞机非制导设备系统的地面仿真模拟试验的设计需求出发，搭建了非制导设备原位检测平台的总体框架，分析了设备主要技术指标，设计了检测设备的软硬件，并完成了工程应用，形成了测试流程标准化，可广泛应用于飞机非制导设备系统的地面维护时的模拟检测和故障处理，对提高系统工作可靠性，具有一定的工程意义。