压制武器火控系统通用检测系统架构设计

2022-10-14朱松柏刘奇弦陈洪超王长城魏正兵

兵器装备工程学报 2022年9期

朱松柏,刘奇弦,陈洪超,王长城,魏正兵

(1.南京理工大学机械工程学院，南京 210094； 2.中国兵器装备集团自动化研究所有限公司，四川绵阳 621000； 3.陆军装备部驻重庆地区军事代表局驻广元地区军事代表室，四川广元 628000)

1 引言

以榴弹炮、迫击炮、火箭炮等为代表的压制武器是陆军主要作战装备之一，而其火控系统作为主要配套系统，其性能直接影响射击精度，很大程度上决定了装备作战效能。因此，火控系统的质量要求极高，对火控系统的检验、测试是生产过程中的重要环节。现阶段对压制武器装备的火控系统进行系统装调的主要方法还是采用专用的配套调试检测工装进行检测，存在通用性差的问题，每套工装只能用于特定型号火控系统的检测，可拓展性差，无法满足多样化的检测需求。

故针对当前压制武器火控系统检测方法通用性差的问题，设计一种通用检测装备，采用分布式、模块化的可重构通用架构设计，可以柔性重组拓展、满足不同火炮火控系统的调试检测需求。

2 系统组成与工作原理

通用检测系统的组成结构如图1所示，包括1个火控系统综合调试检测平台和6个调试检测单元，其中火控系统综合调试检测平台用于火控系统的调试和检测，6个调试检测单元用于单体/子系统的调试和检测。6个调试检测单元包括：炮长任务终端调试检测单元、综合处理单元调试检测单元、总线数据适配器调试检测单元、高低方位传信仪调试检测单元、瞄准手操控台调试检测单元、通信系统调试检测单元。7个设备间通过以太网和CAN总线实现互联互通，形成一个有机整体。

图1 系统组成结构框图Fig.1 System composition

3 系统功能

通用检测系统主要有以下功能：

1) 具备火控系统集成装调测试功能，系统用于火控系统的集成安装调试测试，并提供相应单体所需的电源，实现系统各单体的互连、互通。同时监测并存储、分析各单体工作时的各类数据信息。

2) 具备调炮精度测试功能，系统用于火控系统中的各单体产品的安装和调试检测，以及对随动系统的自动调炮精度和自动复瞄精度进行检测。

3) 具备通信系统测试功能，系统用于火控系统中通信系统的无线/有线数话通信检测。

4) 具备系统综合性能测试功能，系统用于火控系统性能和在批量生产过程中的检验与验收、试验工序中的调试检测。

5) 具备火控系统状态信息和故障信息模拟功能，具备火控系统故障诊断功能，能以调试过程中的故障现象为引导，根据故障现象和故障设备，完成故障诊断及定位、并指导调试。

6) 具备系统管理功能，可以记录检测维修日志，提供调试检测指导。

4 可重构通用架构设计

通用检测系统围绕现代火炮火控系统开放性、可重构、高软硬件复用率、高任务可靠性的典型特征，结合火炮火控系统的应用特点及使用需求，一是对综合处理单元、炮长任务终端等涉及火控核心数据处理、传输、显控功能检测的设备进行功能分区、任务分解、资源分类，制定各功能检测模块设计原则、设计规范和设计标准，采用分布式综合处理架构实现对检测模块硬件资源的有机集成；二是采用纵向分层、横向分区的软件架构，实现检测软件构件化，可紧密结合实装功能检测需求对软件功能进行差异化配置与柔性重组，实现检测软件与实装软件功能的紧密铰链，同时可灵活扩展适配不同火控平台的检测需求，如图2所示。

图2 可重构通用架构设计框图Fig.2 Design of reconfigurable universal architecture

4.1 基于通用化标准化的测试模块硬件集成设计

结合压制武器火控系统的应用特点及使用需求，对火控系统任务、资源、信息交互关系等进行梳理，确定综合处理单元调试检测单元的系统架构、功能模块种类，制定了检测模块的设计标准、接口规范、封装标准，解决设计中的共性设计、快速插拔、热管理、标准封装等技术难题，实现核心检测模块的标准化、通用化、模块化。综合处理单元调试检测单元模块如图3所示，一方面通用处理、综合管理与综合控制测试模块采用统一的电气接口及信号定义，模块测试功能可由软件按需定义，同时对VPX背板测试模块进行通用功能与专用功能分区，对背板总线及对外接口进行合理设计，实现通用功能区通用处理测试模块、综合管理测试模块和综合控制测试模块在背板的任意组合，实现背板测试模块的通用化设计。通过对通用处理、综合管理、综合控制测试模块的任意组合，可满足不同火炮火控系统的测试需求。

图3 综合处理单元调试检测单元模块框图Fig.3 Modular integration of the testing unit of the integrated processing unit

4.2 基于分层解耦的可重构软件架构设计

通用检测系统软件平台围绕“纵向分层、横向分区”的解耦思想，采用中间件、软件构件、标准图元和数据字典等软件通用化架构和技术，实现软件界面、功能处理、通信协议、操作系统、以及硬件架构之间的松耦合，一方面可紧密结合实装功能检测需求对软件功能进行差异化配置与柔性重组，实现检测软件与实装软件功能的紧密铰链，同时使检测装备的检测功能可按需配置、灵活拓展升级。

软件平台在设计过程中采用面向服务的软件架构，软件功能均衡分布，支持服务迁移和任务重载。软件平台自下而上分为操作系统层、驱动层、中间件层、检测应用层，如图4所示。操作系统层由基于国产化或国际开源嵌入式操作系统和桌面操作系统组成；中间件层由基于DDS通信服务、TCP/UDP通信服务、CAN通信服务、指挥报文传输服务、数据字典解析服务组成，为检测软件构件间、平台间、上下级之间提供基础通信服务和数据记录存储、解析服务，同时支持通信协议的可扩展，是实现检测功能柔性重组的关键；检测应用层由面向检测服务需求的系列化组件构成。其中，数据字典解析服务是解决适配不同检测对象的核心组件，采用数据仓库技术实现，实现过程如图5所示，主要由报文结构配置文件、数据描述配置文件和数据字典解析服务3部分组成，配置文件采用可扩展标记语言XML实现，报文结构配置文件用于描述报文结构，包括报文号、数据名称、数据类型等内容；数据描述配置文件用于描述数据特征，包括名称、含义等内容；数据字典解析服务在内部存储空间中开辟内存并实时更新，依据数据字典配置文件，对报文进行接收解析和组装发送，通过对外开放接口，通过描述文件定义为检测应用软件提供标准的调用接口。

图4 检测系统软件平台框图Fig.4 Software platform of the testing system

图5 基于数据仓库的数据字典解析服务实现过程框图Fig.5 Data dictionary parsing service based on data warehouse

4.3 基于显示与应用分离的人机交互接口设计

首先通过对各型火炮火控系统人机界面要素整合优化，形成了刻度仪表、按钮、状态指示、数值显示、参数输入、动画演示等各类图元组件，进行了图元组件工业设计，形成满足火控系统检测应用需求的基础图元库，并采用显示与应用分离技术，实现检测应用软件与显示界面之间的解耦，通过图元组装界面的方式，将界面显示与检测应用处理相分离，在保证界面显示风格一致性的同时，降低数据处理与数据显示之间的关联性，实现界面与业务的可配置能力。使得检测装备人机交互界面可根据不同型号火控系统的灵活组装、按需拓展升级。

基于显示与应用分离的人机交互接口设计实现过程如图6所示。采用DF配置文件描述每个界面图元的组成信息，包括图元名称、显示位置和大小、颜色等，DF配置文件以采用可扩展标记语言XML和相应的二进制数据文件(Bin文件)方式实现。在开发阶段，采用DF配置文件编辑与生成工具设计、编辑图元，DF配置文件开发工具可支持基础图元库，能够将设置好参数的图元自动添加到DF配置文件中，并可提供ARINC661符号和图片的设计与导入接口实现对XML格式配置文件的生成、加载、修改和错误检查等操作，能够将 XML 格式配置文件转换至二进制格式的数据文件。内核渲染软件部署于通用显控终端，程序运行时首先读取DF配置文件与Bin文件，根据配置文件渲染界面实现界面的初始化；内核渲染软件运行时，捕获物理按键、触摸屏的人机交互事件，并通过网络将交互事件打包发送至综合处理箱的业务处理软件(UA)，同时接收UA发送的交互指令实时更新界面。UA部署于综合处理单元，上电初始化时首选加载业务流程描述文件(XML格式)，业务流程描述文件中定义了交互指令与业务逻辑的映射关系，当UA接收到终端发送的交互事件时根据业务流程描述文件调用相应的业务逻辑处理任务，同时根据业务逻辑任务的运行结果生成交互指令，向显控终端发送画面更新请求。