0 引言

    導(dǎo)彈在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中扮演著非常重要的角色，導(dǎo)彈發(fā)射的最終目的是精準(zhǔn)打擊目標(biāo)，完成最后一擊。而彈載計(jì)算機(jī)是導(dǎo)彈飛行控制系統(tǒng)的核心，是實(shí)施導(dǎo)彈發(fā)射和飛行控制的“指揮中樞”，其主要任務(wù)是控制導(dǎo)彈按預(yù)定彈道穩(wěn)定地飛行，使彈頭準(zhǔn)確命中目標(biāo)^[1]，因此彈載計(jì)算機(jī)性能的好壞直接關(guān)系到精確制導(dǎo)的精度和殺傷目標(biāo)的概率^[2]。導(dǎo)彈在后期維護(hù)階段，要經(jīng)過大量的檢測和多次試運(yùn)行，才能保證性能的優(yōu)良，原定性能參數(shù)一旦偏離允許值，導(dǎo)彈將不能擊中目標(biāo)^[3]。為了提高導(dǎo)彈的可靠性，需要導(dǎo)彈出廠前完成彈載計(jì)算機(jī)各輸出信號的測試，檢測彈載計(jì)算機(jī)的性能指標(biāo)是否能達(dá)到要求，為導(dǎo)彈的成功發(fā)射奠定基礎(chǔ)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    彈載計(jì)算機(jī)測試系統(tǒng)主要用于彈載計(jì)算機(jī)的各種功能測試，在研制階段為彈載計(jì)算機(jī)提供測試及評估環(huán)境，能極大地提高其研制效率。實(shí)現(xiàn)的基本原理是通過模擬彈載計(jì)算機(jī)的各種信號輸入，對輸出的點(diǎn)火信號進(jìn)行判斷，從而驗(yàn)證控制策略和工作時序的準(zhǔn)確性。

    測試系統(tǒng)由機(jī)箱、顯示器、控制器、可編程電源板卡、數(shù)據(jù)采集及輸出板卡、模擬負(fù)載及信號調(diào)理板、數(shù)字接口板卡組成。系統(tǒng)采用集成化設(shè)計(jì)思路，將各種功能的PXI板卡集成在一個標(biāo)準(zhǔn)PXI機(jī)箱中，其中可編程電源板卡、數(shù)據(jù)采集及輸出板卡通過PXI總線與控制器通信，自定制的數(shù)字接口板卡通過RS422總線與控制器通信。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

    測試系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示。該系統(tǒng)包括可編程電源板卡、調(diào)理板卡、數(shù)采板卡、電阻板、數(shù)字接口板卡、彈載計(jì)算機(jī)。其中選用NI公司的PXI 4130數(shù)據(jù)輸入及輸出板卡、NI公司的PXI 6229可控電源板卡、Pickering公司的40-292-011和40-295-121兩個可控電阻板卡以及自研制的調(diào)理板卡和數(shù)字接口板卡。

    可控電源板卡為彈載計(jì)算機(jī)提供電源；可控電阻板卡為計(jì)算機(jī)輸出電源及點(diǎn)火信號提供模擬負(fù)載，調(diào)理板卡并對輸入信號進(jìn)行調(diào)理；數(shù)據(jù)采集及輸出板卡采集計(jì)算機(jī)輸出的各種信號，并向彈載計(jì)算機(jī)輸出所需模擬信號。

    由于彈載計(jì)算機(jī)要與裝訂存儲器、同步、導(dǎo)引頭等多個串口進(jìn)行通信，且不同串口發(fā)送數(shù)據(jù)之間要有精確的同步要求，考慮系統(tǒng)可擴(kuò)展性，設(shè)計(jì)的數(shù)字接口板卡如圖3所示。

    系統(tǒng)核心芯片為FPGA芯片，利用FPGA上豐富的資源，設(shè)計(jì)多個串口，其中串口1～6通過數(shù)字隔離器、多協(xié)議收發(fā)器后，與外設(shè)通信，兼容TTL/232/422/485等多種物理接口，接口模式的選擇通過FPGA及開關(guān)陣列進(jìn)行設(shè)置；串口數(shù)據(jù)之間的精確同步定時由外部觸發(fā)/同步信號輸入FPGA，利用FPGA內(nèi)部的計(jì)數(shù)器進(jìn)行精確定時；串口7為RS422接口，是數(shù)字接口板與主控制器通信的接口，F(xiàn)PGA將各個串口收到的數(shù)據(jù)、時間等發(fā)送給主控制器，主控制器則將模式設(shè)置等信息通過此接口下發(fā)給FPGA。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

    測試系統(tǒng)軟件程序架構(gòu)是使用LabVIEW的生產(chǎn)者-消費(fèi)者模型，并加以擴(kuò)充形成了多級生產(chǎn)者-消費(fèi)者結(jié)構(gòu)，通過LabVIEW的自動多線程技術(shù)，即有多個線程在同時進(jìn)行處理，線程之間的運(yùn)行相互獨(dú)立，但是線程之間的控制又相互關(guān)聯(lián)，從而穩(wěn)定且高效地完成數(shù)據(jù)的采集、處理、保存等功能，程序總體結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

3.1 系統(tǒng)初始化

    在彈載計(jì)算機(jī)測試軟件打開時，對各硬件板卡和軟件配置進(jìn)行初始化，并檢測各硬件模塊是否可以正常工作。

    系統(tǒng)初始化功能是在啟動界面進(jìn)行的。啟動界面采用打開VI引用的方式動態(tài)調(diào)用主程序，一個for循環(huán)生成進(jìn)度條及簡介，通過自動執(zhí)行的幾個事件完成對系統(tǒng)所有硬件板卡的初始化設(shè)置，然后顯示主程序前面板，關(guān)閉啟動界面VI。

3.2 參數(shù)配置

    配置模塊主要用于完成系統(tǒng)各板卡的參數(shù)配置、引信裝訂配置、信號采集配置等測試過程中所需信息的配置，其各配置模塊功能如下：通過對電源板卡的配置模擬了熱電池的輸出，從而為彈載計(jì)算機(jī)供電；對電阻板卡的配置為導(dǎo)引頭和同步信號提供了模擬負(fù)載；通過對外設(shè)接口的配置模擬了計(jì)算機(jī)周邊各個模塊，與計(jì)算機(jī)完成了引信、導(dǎo)引頭、重力傳感器等信號的串口通信；對采集板卡的配置完成了對計(jì)算機(jī)輸出的各種信號的采集，并向彈載計(jì)算機(jī)輸出所需的轉(zhuǎn)速和溫度信號；在彈載計(jì)算機(jī)配置模塊上提供了在對應(yīng)引信和控制策率下需要測試的各信號對應(yīng)的起始條件、時間判據(jù)、增益等理論值，用于與最終的測試結(jié)果進(jìn)行對比；當(dāng)所有信息設(shè)置完成后可以根據(jù)需要將數(shù)據(jù)保存成報表。此外，系統(tǒng)為了便于之后的配置操作，也可以將各個模塊的配置信息以文件的形式保存起來。

    參數(shù)配置程序主要通過一個生產(chǎn)者-消費(fèi)者結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)配置功能，用戶的具體配置操作運(yùn)行于消費(fèi)者模塊中，然后由生產(chǎn)者發(fā)起，通過隊(duì)列傳輸?shù)较M(fèi)者中進(jìn)行處理。

3.3 產(chǎn)品測試

    測試流程是系統(tǒng)的核心部分，主要用于對彈載計(jì)算機(jī)各個工作過程的測試，對測試的數(shù)據(jù)進(jìn)行合理運(yùn)算，將運(yùn)算的理論值與對彈載計(jì)算機(jī)實(shí)際測試的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，從而判斷彈載計(jì)算機(jī)工作的準(zhǔn)確性。

    在測試窗口上方提供了產(chǎn)品編號、自動裝訂、循環(huán)測試等控件，目的是為了在測試過程中更加方便地實(shí)現(xiàn)測試。當(dāng)需要對整個系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)測試時，可以首先選定產(chǎn)品編號，然后設(shè)置自動裝訂，選擇循環(huán)測試和設(shè)置測試次數(shù)，這樣系統(tǒng)便可以自動地完成對一種測試產(chǎn)品的多種裝訂信息依次進(jìn)行多次測量，從而達(dá)到高效、準(zhǔn)確的測試目的。在測試界面的下方提供了策率、裝訂信息、測試次數(shù)、錯誤次數(shù)等顯示控件，用于顯示在測試過程中對應(yīng)的測試信息。

    自動循環(huán)測試啟動測試流程后程序便進(jìn)入兩個線程的測試與數(shù)據(jù)處理結(jié)構(gòu)中，測試線程中包括彈載計(jì)算機(jī)整個工作流程中的所有測試狀態(tài)，程序自動地對所有信號進(jìn)行測試。數(shù)據(jù)處理線程用于對采集的部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，然后將結(jié)果顯示在主界面上。當(dāng)彈載計(jì)算機(jī)工作完成后測試也對應(yīng)停止。

3.4 信號監(jiān)控

    信號監(jiān)控主要用于對彈載計(jì)算機(jī)整個工作流程中的輸入輸出信號進(jìn)行監(jiān)測并將其顯示在界面上，從而保證用戶可以對彈載計(jì)算機(jī)整個工作過程的監(jiān)控。此外，和測試流程一樣，信號監(jiān)控界面也提供了對產(chǎn)品編號、自動裝訂、循環(huán)測試和測試次數(shù)功能的設(shè)定。

    信號監(jiān)控程序主要以循環(huán)結(jié)構(gòu)為主，通過自動循環(huán)來達(dá)到對彈載計(jì)算機(jī)整個工作過程中各個信號采集和顯示的目的。

3.5 測試查詢

    在查看界面上提供了時間條件、型號條件、控制策率、測試結(jié)果等查詢條件，可以根據(jù)需要設(shè)定查詢條件來查看測試信息。在查詢主界面上提供的是針對某項(xiàng)產(chǎn)品的各個裝訂信息的目錄，當(dāng)需要查詢某一測試條件下的測試結(jié)果時單擊右鍵，會提供信號采集回放、詳細(xì)測試結(jié)果和清除選中測試信息3個選項(xiàng)。信號采集回放界面用于將各測試結(jié)果以圖形的形式顯示出來；詳細(xì)測試結(jié)果界面用于將各測試結(jié)果以列表的形式顯示出來，此種方法會將各測試結(jié)果的各項(xiàng)信息(包括理論時間、實(shí)測時間、時間判據(jù)、測試結(jié)果等多項(xiàng)信息)顯示出來。

    當(dāng)需要對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行保存時，點(diǎn)擊保存按鈕，數(shù)據(jù)會分類依次進(jìn)入隊(duì)列，由數(shù)據(jù)存儲模塊接收，并將數(shù)據(jù)存儲在本系統(tǒng)規(guī)定的格式中便于以后的查詢。

4 測試系統(tǒng)應(yīng)用驗(yàn)證

    為了驗(yàn)證測試系統(tǒng)的可靠性，將測試系統(tǒng)與彈載計(jì)算機(jī)相連，運(yùn)行整個測試系統(tǒng)，其運(yùn)行界面如圖5所示。試驗(yàn)證明，通過查看整個運(yùn)行界面，可以方便地看出彈載計(jì)算機(jī)的內(nèi)部彈道計(jì)算程序是否準(zhǔn)確，例如修正參數(shù)的背景色是紅色，表示解算不對，從而防止了導(dǎo)彈在發(fā)射時出現(xiàn)故障，同時，不再需要太多的人力對理論點(diǎn)火信號與實(shí)測點(diǎn)火信號的計(jì)算、對比，進(jìn)而判斷彈載計(jì)算機(jī)的測試策略和工作時序的準(zhǔn)確性。該系統(tǒng)能夠達(dá)到預(yù)期的目的，具有一定的應(yīng)用價值。

5 結(jié)束語

    基于LabVIEW的彈載計(jì)算機(jī)測試系統(tǒng)是為提高彈載計(jì)算機(jī)的研制效率、測試策略和工作時序的準(zhǔn)確性而設(shè)計(jì)的。它集數(shù)據(jù)實(shí)時采集、信號分析處理、信號監(jiān)測、數(shù)據(jù)庫查詢等功能于一體，測試記錄反應(yīng)了整個彈載計(jì)算機(jī)真實(shí)的工作狀態(tài)，同時，解決了驗(yàn)證其測試策略和工作時序困難的問題，提供了幫助模塊，方便用戶學(xué)習(xí)參考。實(shí)踐證明，該測試系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠，操作界面方便，彈載計(jì)算機(jī)參數(shù)測試全面，錯誤診斷準(zhǔn)確率高，顯著提高了其測試效率和研制效率，具有實(shí)際應(yīng)用價值。另外，此測試系統(tǒng)開發(fā)中取得的經(jīng)驗(yàn)，可以在其他類型的測控系統(tǒng)中應(yīng)用推廣^[4]。 

參考文獻(xiàn)

[1] 劉志國，王仕成，鄧方林，等.基于六自由度模型的彈載計(jì)算機(jī)閉環(huán)仿真系統(tǒng)研究[J].航天控制，2005(5)：66-70.

[2] 夏克寒，許化龍.彈載計(jì)算機(jī)中的實(shí)時操作系統(tǒng)研究[J].微電子學(xué)與計(jì)算機(jī)，2004(12)：97-99，103.

[3] 梁明，陳濤.對彈載計(jì)算機(jī)進(jìn)行單元測試的方法研究[J].戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈技術(shù)，2008(3)：85-88.

[4] 何浩，李剛，張東洋，等.某型號導(dǎo)彈自動駕駛儀測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].測控技術(shù)，2012，31(12)：131-134.