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基于LabVIEW的弹载计算机测试系统

2015-07-24 14:50:32

[导读] 为了测试某弹载计算机的控制策略及工作时序的准确性,设计了一套基于PXI总线和LabVIEW软件的弹载计算机的自动化测试系统。该系统能准确地完成弹载计算机的各种功能测试,同时,利用LabVIEW丰富的信号处理模块稳定且高效地完成系统参数配置、信号监控、数据采集、数据处理、数据保存等功能。实际应用表明,该系统工作稳定、操作便捷、扩展性强,极大地提高了弹载计算机的研制效率。

0 引言

导弹在现代战争中扮演着非常重要的角色,导弹发射的最终目的是精准打击目标,完成最后一击。而弹载计算机是导弹飞行控制系统的核心,是实施导弹发射和飞行控制的“指挥中枢”,其主要任务是控制导弹按预定弹道稳定地飞行,使弹头准确命中目标[1],因此弹载计算机性能的好坏直接关系到精确制导的精度和杀伤目标的概率[2]。导弹在后期维护阶段,要经过大量的检测和多次试运行,才能保证性能的优良,原定性能参数一旦偏离允许值,导弹将不能击中目标[3]。为了提高导弹的可靠性,需要导弹出厂前完成弹载计算机各输出信号的测试,检测弹载计算机的性能指标是否能达到要求,为导弹的成功发射奠定基础。

1 系统设计

弹载计算机测试系统主要用于弹载计算机的各种功能测试,在研制阶段为弹载计算机提供测试及评估环境,能极大地提高其研制效率。实现的基本原理是通过模拟弹载计算机的各种信号输入,对输出的点火信号进行判断,从而验证控制策略和工作时序的准确性。

测试系统由机箱、显示器、控制器、可编程电源板卡、数据采集及输出板卡、模拟负载及信号调理板、数字接口板卡组成。系统采用集成化设计思路,将各种功能的PXI板卡集成在一个标准PXI机箱中,其中可编程电源板卡、数据采集及输出板卡通过PXI总线与控制器通信,自定制的数字接口板卡通过RS422总线与控制器通信。

2 系统硬件设计

测试系统硬件结构设计如图2所示。该系统包括可编程电源板卡、调理板卡、数采板卡、电阻板、数字接口板卡、弹载计算机。其中选用NI公司的PXI 4130数据输入及输出板卡、NI公司的PXI 6229可控电源板卡、Pickering公司的40-292-011和40-295-121两个可控电阻板卡以及自研制的调理板卡和数字接口板卡。

可控电源板卡为弹载计算机提供电源;可控电阻板卡为计算机输出电源及点火信号提供模拟负载,调理板卡并对输入信号进行调理;数据采集及输出板卡采集计算机输出的各种信号,并向弹载计算机输出所需模拟信号。

由于弹载计算机要与装订存储器、同步、导引头等多个串口进行通信,且不同串口发送数据之间要有精确的同步要求,考虑系统可扩展性,设计的数字接口板卡。

系统核心芯片为FPGA芯片,利用FPGA上丰富的资源,设计多个串口,其中串口1~6通过数字隔离器、多协议收发器后,与外设通信,兼容TTL/232/422/485等多种物理接口,接口模式的选择通过FPGA及开关阵列进行设置;串口数据之间的精确同步定时由外部触发/同步信号输入FPGA,利用FPGA内部的计数器进行精确定时;串口7为RS422接口,是数字接口板与主控制器通信的接口,FPGA将各个串口收到的数据、时间等发送给主控制器,主控制器则将模式设置等信息通过此接口下发给FPGA。

3 系统软件设计

测试系统软件程序架构是使用LabVIEW的生产者-消费者模型,并加以扩充形成了多级生产者-消费者结构,通过LabVIEW的自动多线程技术,即有多个线程在同时进行处理,线程之间的运行相互独立,但是线程之间的控制又相互关联,从而稳定且高效地完成数据的采集、处理、保存等功能。

3.1 系统初始化

弹载计算机测试软件打开时,对各硬件板卡和软件配置进行初始化,并检测各硬件模块是否可以正常工作。

系统初始化功能是在启动界面进行的。启动界面采用打开VI引用的方式动态调用主程序,一个for循环生成进度条及简介,通过自动执行的几个事件完成对系统所有硬件板卡的初始化设置,然后显示主程序前面板,关闭启动界面VI。

3.2 参数配置

配置模块主要用于完成系统各板卡的参数配置、引信装订配置、信号采集配置等测试过程中所需信息的配置,其各配置模块功能如下:通过对电源板卡的配置模拟了热电池的输出,从而为弹载计算机供电;对电阻板卡的配置为导引头和同步信号提供了模拟负载;通过对外设接口的配置模拟了计算机周边各个模块,与计算机完成了引信、导引头、重力传感器等信号的串口通信;对采集板卡的配置完成了对计算机输出的各种信号的采集,并向弹载计算机输出所需的转速和温度信号;在弹载计算机配置模块上提供了在对应引信和控制策率下需要测试的各信号对应的起始条件、时间判据、增益等理论值,用于与最终的测试结果进行对比;当所有信息设置完成后可以根据需要将数据保存成报表。此外,系统为了便于之后的配置操作,也可以将各个模块的配置信息以文件的形式保存起来。

参数配置程序主要通过一个生产者-消费者结构来实现配置功能,用户的具体配置操作运行于消费者模块中,然后由生产者发起,通过队列传输到消费者中进行处理。

3.3 产品测试

测试流程是系统的核心部分,主要用于对弹载计算机各个工作过程的测试,对测试的数据进行合理运算,将运算的理论值与对弹载计算机实际测试的数据进行对比,从而判断弹载计算机工作的准确性。

在测试窗口上方提供了产品编号、自动装订、循环测试等控件,目的是为了在测试过程中更加方便地实现测试。当需要对整个系统进行循环测试时,可以首先选定产品编号,然后设置自动装订,选择循环测试和设置测试次数,这样系统便可以自动地完成对一种测试产品的多种装订信息依次进行多次测量,从而达到高效、准确的测试目的。在测试界面的下方提供了策率、装订信息、测试次数、错误次数等显示控件,用于显示在测试过程中对应的测试信息。

自动循环测试启动测试流程后程序便进入两个线程的测试与数据处理结构中,测试线程中包括弹载计算机整个工作流程中的所有测试状态,程序自动地对所有信号进行测试。数据处理线程用于对采集的部分数据进行运算处理,然后将结果显示在主界面上。当弹载计算机工作完成后测试也对应停止。

3.4 信号监控

信号监控主要用于对弹载计算机整个工作流程中的输入输出信号进行监测并将其显示在界面上,从而保证用户可以对弹载计算机整个工作过程的监控。此外,和测试流程一样,信号监控界面也提供了对产品编号、自动装订、循环测试和测试次数功能的设定。

信号监控程序主要以循环结构为主,通过自动循环来达到对弹载计算机整个工作过程中各个信号采集和显示的目的。

3.5 测试查询

在查看界面上提供了时间条件、型号条件、控制策率、测试结果等查询条件,可以根据需要设定查询条件来查看测试信息。在查询主界面上提供的是针对某项产品的各个装订信息的目录,当需要查询某一测试条件下的测试结果时单击右键,会提供信号采集回放、详细测试结果和清除选中测试信息3个选项。信号采集回放界面用于将各测试结果以图形的形式显示出来;详细测试结果界面用于将各测试结果以列表的形式显示出来,此种方法会将各测试结果的各项信息(包括理论时间、实测时间、时间判据、测试结果等多项信息)显示出来。

当需要对测试数据进行保存时,点击保存按钮,数据会分类依次进入队列,由数据存储模块接收,并将数据存储在本系统规定的格式中便于以后的查询。

4 测试系统应用验证

为了验证测试系统的可靠性,将测试系统与弹载计算机相连,运行整个测试系统,其运行界面如图5所示。试验证明,通过查看整个运行界面,可以方便地看出弹载计算机的内部弹道计算程序是否准确,例如修正参数的背景色是红色,表示解算不对,从而防止了导弹在发射时出现故障,同时,不再需要太多的人力对理论点火信号与实测点火信号的计算、对比,进而判断弹载计算机的测试策略和工作时序的准确性。该系统能够达到预期的目的,具有一定的应用价值。

5 结束语

基于LabVIEW的弹载计算机测试系统是为提高弹载计算机的研制效率、测试策略和工作时序的准确性而设计的。它集数据实时采集、信号分析处理、信号监测、数据库查询等功能于一体,测试记录反应了整个弹载计算机真实的工作状态,同时,解决了验证其测试策略和工作时序困难的问题,提供了帮助模块,方便用户学习参考。实践证明,该测试系统性能稳定可靠,操作界面方便,弹载计算机参数测试全面,错误诊断准确率高,显著提高了其测试效率和研制效率,具有实际应用价值。另外,此测试系统开发中取得的经验,可以在其他类型的测控系统中应用推广[4]。

参考文献

[1] 刘志国,王仕成,邓方林,等.基于六自由度模型的弹载计算机闭环仿真系统研究[J].航天控制,2005(5):66-70.

[2] 夏克寒,许化龙.弹载计算机中的实时操作系统研究[J].微电子学与计算机,2004(12):97-99,103.

[3] 梁明,陈涛.对弹载计算机进行单元测试的方法研究[J].战术导弹技术,2008(3):85-88.

[4] 何浩,李刚,张东洋,等.某型号导弹自动驾驶仪测试系统设计[J].测控技术,2012,31(12):131-134.

[整理编辑:中国测控网]
标签:  弹载计算机[34]    自动化[0]    LabView[0]
 
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