某導(dǎo)彈典型信號仿真與測試訓(xùn)練系統(tǒng)

摘要：以某型導(dǎo)彈測試過程中典型的信號流為研究對象，針對該導(dǎo)彈控制系統(tǒng)連接關(guān)系復(fù)雜、測試信號難于提取的問題，在充分研究導(dǎo)彈測試原理和操作規(guī)程的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了該導(dǎo)彈典型信號模型。以ARM9嵌入式系統(tǒng)為核心，采用信號仿真與測試系統(tǒng)相結(jié)合的方式，搭建了系統(tǒng)硬件。著眼院校教學(xué)與部隊訓(xùn)練的實際需求，引入教學(xué)和訓(xùn)練管理分系統(tǒng)，結(jié)合系統(tǒng)硬件的設(shè)計，采用模塊化分層設(shè)計的方式，設(shè)計了系統(tǒng)軟件，實現(xiàn)了原理演示與訓(xùn)練操作、講解示范與評估考核的有機(jī)結(jié)合。

引言

　　針對某導(dǎo)彈控制系統(tǒng)彈上、地面儀器設(shè)備的系統(tǒng)連接關(guān)系復(fù)雜，測試過程中測試信號的傳感、測量、數(shù)據(jù)采集、提取等難于實現(xiàn)的問題。為滿足部隊及院校實裝操作訓(xùn)練需要，提高訓(xùn)練對象的導(dǎo)彈測試技術(shù)理論與實踐相結(jié)合的能力，完善輔助教學(xué)和考核評估手段，提出了某導(dǎo)彈典型信號仿真與測試訓(xùn)練系統(tǒng)這一課題。

　　本文從應(yīng)用體系、系統(tǒng)體系、技術(shù)體系三方面論述了系統(tǒng)的體系框架(如圖1所示)，討論了系統(tǒng)研制涉及的關(guān)鍵技術(shù)，并對彈上及地面典型信號的產(chǎn)生機(jī)理及測試方法進(jìn)行物理仿真，使受訓(xùn)人員充分地理解并感知導(dǎo)彈的信號產(chǎn)生及測試流程，有針對性的掌握導(dǎo)彈測試技術(shù)，實現(xiàn)院校和部隊相統(tǒng)一，加快學(xué)員崗位任職能力形成。該系統(tǒng)能較好地滿足該型武器系統(tǒng)教學(xué)和操作訓(xùn)練需要，可提高導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的測試訓(xùn)練效率，降低導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的測試訓(xùn)練成本。

導(dǎo)彈典型信號仿真模型

　　針對某導(dǎo)彈的測試特點，可以對測試信號進(jìn)行歸類和總結(jié)。對測試系統(tǒng)而言，該導(dǎo)彈的電特性參數(shù)分為三種類型：被測信號、激勵信號和控制信號。被測信號包括模擬量、數(shù)字量和時序量三類信號。其中，模擬測量量包括電壓、電流、電阻、時間、脈沖以及波形等信號;激勵信號包括波形信號、電源和指令信號。在測試過程中，一般由測試系統(tǒng)為被測對象提供;控制信號包括數(shù)字量控制信號和開關(guān)量控制等。一般用于激勵信號的控制、被測設(shè)備供電的控制以及測量回路的通道控制。

　　對于數(shù)字電路，測試其輸出端的響應(yīng)代碼，與數(shù)據(jù)庫中的正確代碼比較，來判斷被測電路的邏輯功能是否正常，從而確定電路的好壞;對于模擬電路，測試其輸出端的電壓、電流與輸入端之間的函數(shù)關(guān)系，與相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，根據(jù)它們是否一致來判斷模擬電路的功能是否正常。

系統(tǒng)硬件設(shè)計與實現(xiàn)

　　系統(tǒng)總體采用混合總線系統(tǒng)，系統(tǒng)硬件的總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。該導(dǎo)彈典型信號仿真與測試訓(xùn)練系統(tǒng)由信號發(fā)生系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)和信號測試系統(tǒng)組成，其組成框圖如圖3所示。

　　1. 信號發(fā)生系統(tǒng)

　　信號包括該導(dǎo)彈彈上典型控制信號、激勵信號、反饋信號、邏輯時串信號等。主要分類有交/直流電壓/電流信號、波形信號、脈沖信號、時串信號等。信號發(fā)生裝置由交流電源、直流穩(wěn)壓電源、自研電源變換裝置、信號發(fā)生器等組成。

　　2. 信號調(diào)理系統(tǒng)

　　信號調(diào)理系統(tǒng)包括信號采集、濾波、變換等。變換與調(diào)理的目的是便于信號的傳輸與處理。傳感器輸出的電信號很微弱，大多數(shù)不能直接輸送到顯示、記錄或分析儀器中去，需要進(jìn)一步放大，有的還要進(jìn)行阻抗變換。有些傳感器輸出的電信號中混雜有干擾噪聲，需要去掉噪聲，提高信噪比。某些場合，為便于信號的遠(yuǎn)距離傳輸，需要對傳感器測量信號進(jìn)行調(diào)制解調(diào)處理。濾波器是一種選頻裝置，可以使信號中特定頻率成分通過，而極大地衰減其他頻率成分。如圖4中預(yù)處理部分所示。

　　信號采集控制器是實現(xiàn)控制系統(tǒng)設(shè)備功能的核心部件，負(fù)責(zé)信號的采集、輸出、前端處理和實時處理輸出，減輕實時采集控制對仿真主機(jī)的依賴。采集控制器程序在仿真計算機(jī)的控制下，完成面板信號的采集與控制，從而模擬各種設(shè)備工作。

　　信號采集控制器采用基于ARM9核的控制器，嵌入式計算機(jī)對上通過TCP/IP總線連接仿真計算機(jī)，對下通過機(jī)箱總線與功能模塊相連。功能模塊有4種類型的對外接口，分別是DI(數(shù)字輸入)、DO(數(shù)字輸出)、A/D(模擬輸入)和D/A(模擬輸出)，配合信號調(diào)理電路，可以滿足對不同類型信號的需要。每個信號采集控制器機(jī)箱可以選配8個不同類型功能模塊，使硬件具有很強(qiáng)的通用性。

　　3. 信號測試系統(tǒng)

　　信號測試系統(tǒng)采用工控機(jī)+測試模塊+智能儀表方案，如圖5所示。

　　工控機(jī)模擬系統(tǒng)是測試系統(tǒng)的核心，在測試訓(xùn)練過程中運(yùn)行模擬測試程序，同時生成各類測試數(shù)據(jù)。工控計算機(jī)系統(tǒng)由工控機(jī)和相應(yīng)的PCI功能模塊組成，配合信號調(diào)理板和電平匹配板，可以滿足測試儀模擬器對不同類型信號的需要。模擬測試程序由基于windows平臺的VC++進(jìn)行開發(fā)，負(fù)責(zé)信號的采集、輸出、設(shè)置和記錄等功能。智能儀表主要包括示波器和數(shù)字萬用表。

系統(tǒng)軟件設(shè)計與實現(xiàn)

　　根據(jù)導(dǎo)彈典型信號仿真與測試訓(xùn)練系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能，結(jié)合系統(tǒng)硬件的設(shè)計，系統(tǒng)軟件采用模塊化分層設(shè)計，主要包括以下幾個功能模塊程序：系統(tǒng)自檢程序、測試開發(fā)程序、數(shù)據(jù)采集與處理程序、I/O總線控制程序和故障診斷程序。

　　系統(tǒng)自檢程序通過自激勵—自測試的方法檢測導(dǎo)彈典型信號仿真與測試訓(xùn)練系統(tǒng)是否正常工作;測試開發(fā)程序主要是根據(jù)導(dǎo)彈系統(tǒng)的實際信號，設(shè)置典型信號的數(shù)據(jù)類型及量程;數(shù)據(jù)采集與處理程序用于采集信號源發(fā)出的激勵信號，并將所采集的信號轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)所需要的電壓信號;I/O總線控制程序主要功能是根據(jù)測試流程，實現(xiàn)激勵信號的動態(tài)接入和輸出控制;故障診斷程序主要用于故障的設(shè)置與定位及故障的分析與排除訓(xùn)練。系統(tǒng)測試流程圖如圖6所示。

　　1. 測試軟件方案

　　測試軟件采用通用軟件測試架構(gòu)，由設(shè)備驅(qū)動、硬件自檢、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)歸算和數(shù)據(jù)顯示五部分組成，采用VC++進(jìn)行編程，負(fù)責(zé)信號的采集、輸出、設(shè)置和記錄等功能。它由信號輸入模塊、邏輯運(yùn)算模塊和信號輸出模塊三大部分組成。輸入模塊通過循環(huán)接受外部設(shè)備的各種狀態(tài)信號和操作信號，為邏輯運(yùn)算模塊提供入口參數(shù);邏輯運(yùn)算模塊依據(jù)其內(nèi)置的實裝邏輯關(guān)系數(shù)據(jù)庫，對入口參數(shù)進(jìn)行循環(huán)運(yùn)算和判斷，產(chǎn)生一組輸出結(jié)果;信號輸出模塊將邏輯運(yùn)算模塊產(chǎn)生的輸出結(jié)果對外輸出，在外部設(shè)備上產(chǎn)生各種操作現(xiàn)象。測試軟件結(jié)構(gòu)與外部接口如圖7所示。

　　2. 輔助教學(xué)軟件

　　采用多媒體技術(shù)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)，建立輔助教學(xué)系統(tǒng)，對操作號手可進(jìn)行工作原理分析、測試方法等基礎(chǔ)技術(shù)理論培訓(xùn)，對參訓(xùn)人員可進(jìn)行基礎(chǔ)理論和基本操作技能培訓(xùn)。

　　導(dǎo)彈典型信號仿真與訓(xùn)練系統(tǒng)輔助教學(xué)系統(tǒng)功能主要有：操作規(guī)程演示、操作步驟提示、操作錯誤提示、故障設(shè)置、故障分析與排除訓(xùn)練。建立具有與仿真信號同步刷新功能的原理演示軟件系統(tǒng)，利用多媒體設(shè)備進(jìn)行輔助理論教學(xué)。

結(jié)束語

　　本文所設(shè)計的某導(dǎo)彈典型信號仿真與測試訓(xùn)練系統(tǒng)，充分吸納了部隊、院校先進(jìn)的訓(xùn)練教學(xué)成果，把操作訓(xùn)練、協(xié)同演練與講解示范、學(xué)習(xí)原理有機(jī)結(jié)合在一起，采用了信號仿真與測試系統(tǒng)相結(jié)合的方式進(jìn)行軟、硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計，引入了教學(xué)和訓(xùn)練管理分系統(tǒng)，配置相應(yīng)硬件設(shè)備，構(gòu)建了演、講、練、教與學(xué)的“一體化”訓(xùn)練系統(tǒng)，實現(xiàn)了原理演示與訓(xùn)練操作、講解示范與評估考核的有機(jī)結(jié)合，較好地解決了因?qū)椏刂葡到y(tǒng)連接關(guān)系復(fù)雜導(dǎo)致測試過程中測試信號的傳感、測量、數(shù)據(jù)采集、提取等難于實現(xiàn)的問題，具有開發(fā)周期短、造價低廉、實用性強(qiáng)、操作簡便等特點。

　　經(jīng)學(xué)院和部隊的多次試驗，證明該系統(tǒng)能夠滿足部隊及院校實裝操作訓(xùn)練需要，大大提高了導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的測試訓(xùn)練效率，并降低導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的測試訓(xùn)練成本，其性能穩(wěn)定可靠，操作使用方便，信號顯示直觀，具有較大的軍事意義和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

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本文來源于中國科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第4期第24頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。