基于等效器的大型测控设备核传标准研究

岳瑞华，杨学猛

（第二炮兵工程大学302教研室，陕西 西安 710025）

0 引 言

大型测控设备在导弹、火箭、飞机等复杂系统的设计、试验、生产和使用中的地位和作用至关重要。它既是复杂系统性能检验与优化设计的重要手段，也是复杂系统发挥技术性能的重要保证。要确认复杂系统的技术性能满足规定的技术指标，保证其处于良好技术状态，均须依赖测控设备。测控设备的技术性能状态直接影响复杂系统的贮存、维护和使用；因此，必须通过经常的计量检定保证测控设备的技术性能处于良好状态。

1 现状分析

大型测控设备本身是一个复杂综合的测控系统，传统方法是定期或认为必要时的计量检定。但是，无论是人工手动操作、分散拆卸式的计量检定方法，还是自动的、甚至伴随式的计量检定方法，都是逐级定点计量检定，计量检定与实际使用分离，存在着很大缺点：

（1）只对测控设备技术性能进行检定，而未对其现场的使用条件、辅助设备、检定方法及操作人员技能等进行必要的考核；

（2）被检测控设备在两次检定之间的性能指标缺乏考核和控制，被检设备在往返途中可能受损而影响其技术性能；

（3）有些测控设备复杂、庞大，不便搬运，现行的检定方式造成了大量的人力、物力、财力消耗。

因此，在目前计量体制和方式下，使用方能动性难以发挥，在关键时候也难以得到有力、有效的计量保障[1]。为解决上述问题，迫切需要进行新的计量保障方式和技术研究[2-4]。

2 设计方案

一般情况下，由于大型测控设备的复杂性及其执行任务性质的重要性，经常利用等效器对其进行用前检查[5]。等效器完全模拟了测控设备使用对象的测控通路和相关信号。可以考虑改进和提高等效器的性能指标，使之成为大型测控设备的核查标准和传递标准（以下简称“核传标准”），然后利用测控设备的等效器自检流程，在测控设备自检过程中实施对测控设备的测控功能和测量技术指标的智能化检验、存储、判断，数据在专业计量检定人员认可下产生最终计量检定结论[6]。核传标准除了计量检定的功能外，还可以根据计量检定和测试结果实施故障诊断与辅助决策。

核传标准应充分利用计算机、测量、自动控制、电磁兼容、环境适应性控制等先进技术成果，其技术指标满足大型测控设备的计量检定需要[7]，其可靠性、牢固性、环境适应性等同或高于大型测控设备相应指标，可以时刻伴随大型测控设备对其进行检查和智能化计量检定[8]。

3 核传标准功能

核传标准功能包括等效器功能、标准功能、操作正确性判断功能、辅助故障诊断功能、自检自校功能、交互式电子技术手册功能、信息化支持功能等[9]。

（1）等效器功能（EQU）。核传标准对大型测控设备实施测试检查，因此，核传标准必需具备等效器功能，即替代被测控对象的功能，能够完成对测控系统硬件设备进行检查和对测控系统软件进行测试检查。

（2）标准功能（C&TS）。核传标准的输出信号技术指标和测量功能技术指标，满足大型测控设备的计量检定要求。并且能够作为核查标准和传递标准使用，保证大型测控设备的功能和技术指标始终处于受控状态。

（3）操作正确性判断功能（OPCJ）。核传标准可以根据大型测控系统发来的信号和要求的响应，比照核查标准设定的测控条件或测控步骤，做出操作正确性判断。

（4）辅助故障诊断功能（AFD）。虽然核传标准具备智能特性，但由于核传标准在测试过程中处于被动接收测控命令和信息状态，测控系统本身引起测控命令和信息不能送出的故障，核传标准无法判断，也无法做出诊断，尤其是顶层的测控命令和信息。

对于核传标准可以预计的底层测控命令和信息、测控过程、数据传输等，若出现异常或故障情况，核传标准可以进行辅助故障诊断，以便快速有效地分析排除故障。

（5）自检自校功能[10]（SCSC）。核传标准具备自检自校功能，通过自检，可以判定自身功能是否正常，可否连接测控系统实施测试。通过自校，可以接收上级计量检定部门的量值传递，保证自身技术性能指标在规定的范围内。

（6）交互式电子技术手册功能（IETM）。核传标准应用专家系统、多媒体信息处理、数据库管理以及电子出版等技术，将种类多、内容繁的操作使用说明、维修过程指导、技术图纸资料等信息精练组织为有机整体，构成具有高度交互能力的智能化技术手册，建立无纸张、人机和谐的交互式使用、维修环境。

（7）信息化支持功能（IS）。核传标准具备信息化支持功能，可以实现信息的近距离有线传输、近距离无线传输、远距离网络传输。

4 核传标准组成

核传标准由硬件系统和软件系统组成。硬件系统如图1所示，软件系统如图2所示。

4.1 核传标准硬件系统

核传标准硬件系统由8部分组成：

（1）电缆连接器及接口。示于图1最上部，包括与测控设备连接插头座、计量检定连接口、信息化连接口3类。与测控设备连接插头座实现等效器与大型测控设备的连接，完成等效器检查测控设备的目的。计量检定连接口和信息化连接口是核传标准特有的，计量检定连接口可以把核传标准需要量程溯源的量引到相应接点，保证了核传标准的可计量性。信息化连接口包括USB、以太网、无线传输、键盘、鼠标等和信息化有关的接口，可以实现人机交互，支持信息化技术应用。

（2）等效器电路。等效被测控对象的电气控制功能，比如某导弹等效器可以等效其控制系统、安全自毁系统、弹测系统，由弹上二次电源等效电路、配电分系统等效电路、点火分系统等效电路、稳定分系统等效电路、制导分系统等效电路、控制系统其他综合等效电路、安全自毁系统综合等效电路、弹测等效电路等组成。

等效器电路主要以继电器电路来实现，负责完成对大型测控设备发出的开关控制信号做出响应，响应的方式有直接响应和计算机响应两种。

直接响应：如模拟被测控对象的仪器接通、清零复位、保险装置的开锁或闭锁、紧急断电等。

图1 核传标准硬件系统框图

图2 核传标准软件系统框图

计算机响应：通过开关量输入板由计算机响应开关控制信号，如电池激活，平台启动、调平、标定、瞄准，发射预令，发射主令等。计算机响应后输出相应的数字量信号，如姿态角和加速度信号，转电、脱插脱落等。

（3）静态信号模拟电路。用于产生各种模拟量信号，如交直流电压信号、频率信号和波形信号，也可以产生等效的时序信号。主要由基准电压源、基准频率源、输出信号产生电路、数模转换电路、定时计数电路等完成。

（4）测量电路。完成对来自测控信号的测量，包括模拟信号测量、时频信号测量及其他信号测量。主要由被测信号调理电路、数据采集电路、光隔离输入电路、定时计数电路等完成。

（5）控制电路。控制电路用来控制各电路的接通与断开、信号的接入与转换等，协调整个核传标准的工作。控制电路主要由数字控制电路、继电器电路等完成。

（6）信息化接口。完成信息的转换、发送和接收等功能。

（7）PC104计算机总线。嵌入栈接式PC104总线、PC104主板及其功能模板共同构成PC104计算机测控系统，体积小、重量轻，为核传标准的硬件扩充提供了技术可行性。

（8）电源电路。电源电路接受来自地面测发控系统的直流电源，经变换产生核传标准工作时需要的各种电源。

4.2 核传标准软件系统

软件应具备如下8个基本功能[11]：

（1）对硬件资源的扫描、注册、初始化功能；

（2）对硬件资源的状态监视和控制功能；

（3）中断、触发、消息等资源的统一管理功能；

（4）自检自校功能；

（5）满足等效器状态测试的全部功能；

（6）规范统一的测试函数；

（7）统一友好的人机界面；

（8）性能稳定，运行可靠。

同时，根据需要，核传标准还满足以下5个扩展功能：

（1）辅助故障诊断功能；

（2）交互式电子技术手册功能；

（3）操作正确性判断功能；

（4）无线状态（故障）设置功能；

（5）远程信息化支持功能等。

5 结束语

本文针对大型测控设备现行计量检定中存在的问题，研究利用等效器作为大型测控设备的核查标准和传递标准，在对大型测控设备自检过程中实施测控功能和测量技术指标的智能化检验、存储、判断，进一步产生计量检定结论。此种计量检定方法对于提高大型测试设备的计量检定的经常性、有效性、经济性具有重要意义。

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