基于虚拟仪器技术的某飞控组件综合性能测试系统研究

2022-07-19李晓峰李璐琼程远方

科技创新与应用 2022年21期

李晓峰，李璐琼，程远方，孙萍

（国营洛阳丹城无线电厂，河南洛阳 471000）

飞控组件作为空空导弹的控制核心，从导弹上电起，飞控组件负责全弹工作时序的调度，承担导弹自检、综合信息处理、自动驾驶、拦截导航、引爆计算、数据交互等重要角色。飞控组件的性能直接影响空空导弹的制导控制和作战效果。因此本文设计的某飞控组件综合性能测试系统在保证自身工作良好的前提下，全面、可靠地完成该型飞控组件的功能测试、性能测试。

1 测试系统功能分析

从导弹上电起，导弹飞控组件进入导弹挂飞阶段工作状态，进行飞控自检，接收解算载机下发的飞行任务，导引头等舱段的自检信息，并向载机反馈导弹挂飞状态；飞控组件在接收载机发射指令后将向载机反馈检测到的舵机自检、电池电压合格等信号，进行电气分离，进入导弹自主飞行阶段；进入导弹自主飞行阶段后，飞控组件根据飞行任务控制导弹飞向目标，飞行过程中协助导引头截获目标，控制舵机调整飞行姿态，当自主飞行一定时间或者发现目标后向战斗部发出引爆指令。为模拟飞控组件正常工作状态，飞控组件综合性能测试系统（以下简称测试系统）涵盖该型飞控组件所需的测试资源和必需的时序控制功能，满足该飞控组件测试功能。

2 测试系统硬件设计

在测试软件和系统硬件配合下，测试系统实时监测、采集被测产品的输出响应，模拟导引头、舵机等舱段与飞控组件进行信息实时交互，依据特定时序切换注入加速度计、陀螺等信号激励，形成飞控组件必需的测试环境闭环，完成飞控组件的性能测试，通过特定解析算法完成关键参数的合格判定。

测试系统的硬件部分满足电气通路自检、通信功能自检、板卡资源识别等功能需求，在完成测试系统自检后形成判断依据和标准，完成对测试系统自身可靠性的测试，保证对产品测试功能的完善；为满足测试系统自身测量的准确性，需对测试系统分别进行电源系统校准和电气系统校准；其中电源系统校准主要校准输出电压和输出电压的负载能力，电气系统校准主要检测电气系统对各种信号的检测能力和电气系统输出信号的指标是否满足要求。这两项校准过程均可在测试系统校准测试时独立、自动进行。

依据飞控组件的测试原理和测试流程，完成测试资源梳理，该测试系统基于虚拟仪器技术，采用模块化设计思想，主要由PXI 系统、信号处理单元、供电单元、测试电缆等组成，其总体组成如图1 所示。

图1 测试系统总体组成框图

测试系统的PXI 系统是整个控制系统的中枢和核心，主要由PXI 机箱、PXI 控制器、429 通信卡、多功能卡、矩阵切换卡、RS422 通信卡等组成。其中429 通信卡主要用来实现模拟载机飞行任务下发和导引头信息交互；多功能卡主要完成AD 采集和DA 输出功能，保证飞控组件自主飞行阶段测试时所需的模拟加速度计的电流注入；矩阵切换卡与信号处理单元共同完成被测产品供电控制和电气分离等激励信号切换相关功能；RS422 通信卡主要用来模拟舵机、引信与被测产品之间的信息交互，完成测试系统其他组件的程控功能。信号调理单元是测试系统与被测飞控组件的桥梁，其主要功能是完成设备与产品之间的电气隔离、阻抗匹配及电平转换，完成设备内部各单元之间的电气通路，提供设备和产品的供电需求，模拟相关的激励信号，建立检测模块和被测数据信号之间的传输通道，通过软件的协调控制，从而保证测试流程的顺利进行。供电单元主要包括设备供电单元和产品供电单元，包括±27 V、±20 V、±12 V、±5 V 八路电路。测试电缆用来保证测试系统内部连接和产品的可靠连接，保证测试过程中的可靠性。

3 测试系统软件设计

在飞控组件的测试原理和测试流程的基础上，飞控组件通过测试系统软件配合系统硬件模拟载机、导引头、舵机等外部环境，按照特定的需求手动或者自动完成被测产品测试，其中整个测试流程由测试系统软件有效、有序控制，测试系统软件功能图如图2 所示。

图2 测试系统软件功能组成框图

测试系统软件设计的整体思路要按照“三化”的指导思想，为满足良好的人机交互要求，满足软件的继承性和扩展性，采用软件平台加专用测试程序的模式实现。测试系统采用Windows7 32 位专业版操作系统作为各单元测控软件的运行平台，选择VS2010 开发工具采用C#语言进行开发，并在测试进程控制、系统配置、选项以及中断指令输入，交互式、多层次引导测试人员进入特定的测试模式。

3.1 软件设计原则

测试系统软件结合测试系统特点、任务要求、技术指标等因素，在软件设计上采用任务线程结构，以确保时标要求严格的线程具有较高的级别，以获取优先的处理；根据测试的控制要求、时序和通信，在线、离线控制和数据分析计算任务的多样性，进程采用消息、事件驱动机制，通过实时通信使进程达到同步、协调和有序；为保证操作人员能有效地获取测试信息，提供操作方便、功能齐全的人机界面，以菜单、窗口、对话框、控制构件实现用户的数据浏览、输入、修改、进程控制、系统配置、选项以及中断指令输入，交互式、多层次地引导用户进入特定的工作模式；并且把控制和测量过程以虚拟仪表的方式动态、连续地显示出来，使得用户可以直观地观察和操作设备，从而完成预定的研究和试验任务。

3.2 软件结构设计

由于测试系统依据测试原理及被测产品的测试资源需求，基于虚拟仪器技术选择多种机载总线和测试总线，需要操作种类繁多的板卡，为了保证可靠性，提高控制效率，测试软件采用分层次的模块化设计，开发时采用面向对象的方式，操作上有一致性的功能模块，通过封装形成可复用的功能对象，各功能对象通过软件协议完成信息交互。而软件系统从结构上划分为3大层次，即应用层、功能层和驱动层。应用层按照测试原理、测试流程完成便于操作的交互接口开发，配合用户完成产品测试；功能层主要负责完成测试流程控制、测试资源调用，总线数据、测试数据的存储和分析等；驱动层负责对设备的硬件和板卡进行操作，完成信号采集、激励和数据的收发，向上层提供一种透明的传输通道。

测试系统软件结构设计如图3 所示。

图3 测试系统软件结构设计图

3.3 软件功能设计

测试系统软件在保证实时性、可靠性和安全性的前提下，用动态配置和使用硬件资源真实地反映测试过程中系统资源的运行状态，测试系统软件主要包括设备自检/校准程序、产品测试程序、事后分析程序。

设备自检程序用于设备自身通道、总线通道测试，便于设备保证自身的可靠性和良好的工作性能。设备校准程序用来保证、确定设备自身的测量性能和准确性，保证测量误差在要求合格范围内。

产品测试程序主要用于组件飞控测试状态的设置、测试流程的管理、产品加电及控制过程、422 信息的交互、监控电源状态和产品工作状态的采集，显示和记录测试进程和数据，结合产品测试流程，分时分阶段控制设备，切换飞控组件测试所需的电源资源、总线信号、激励信号等，完成飞控组件工作阶段的转换，在飞控组件测试过程中测试程序，实时显示产品的重要指标数值，存储飞控组件的响应数据，并能够确保数据记录的可靠准确、提供关键数据的实时显示、安排更多的图形显示空间，以便测试人员能够观察数据的实时变化趋势，测试流程图如图4 所示。