基于PXI总线的引信低频半实物仿真系统

郑晨皓，王学敏，杨 波，权建峰

（西安机电信息技术研究所，陕西 西安710065）

0 引言

无线电引信的作用是在距目标预定角度和距离引爆战斗部，对于地面目标预定距离体现为炸高，该参数决定战斗部的杀伤效能，因此在引信的生产中须严格控制。针对榴弹对地无线电引信，信号处理电路是引信近炸正常作用的关重件，其性能测试是测试的关键过程，对控制榴弹引信质量有着决定作用。一般采取通用仪器搭建的平台对引信炸高进行测试［1］，这种系统体积大、系统一致性和可维护性差，不便工程化应用。针对以上问题，本文提出基于模块化PXI总线技术的引信低频半实物仿真系统。

1 通用仪器测试平台和PXI总线

近二十年来随着科学技术的发展，对自动测试技术提出了通用性、智能性、高速性和高精度等［1］越来越高的要求。接口总线是自动测试技术的重要组成部分，通过接口总线和软件编程连接并控制仪器。仪器控制是通过PC上软件远程控制仪器控制总线上的仪器，仪器本身一般支持一种或多种总线选择，PC也提供多种用于仪器控制的总线选择。可用于仪器控制的总线分为独立总线和模块化总线两大类，独立总线包括T＆M 专用总线（如GPIB）和PC标准总线（如RS-232、LAN、USB、IEEE1394），模块化总线包括PCI、PCI Express、VXI和PXI。引信测试系统总线分类也是这样。

引信测试一般使用通用仪器测试平台独立总线方式对引信参数进行测试。目前我们无线电引信生产低频电路测试采用混合仪器平台独立总线GPIB、RS-232和USB等方式对炸高等参数进行测试。通过计算机控制直流电源给产品供电，数字电流表检测电流，任意波信号发生器生成多普勒模拟信号，加在被测产品上，数字示波器显示和采集产品点火端输出的点火脉冲信号，最后计算出低频部件炸高等主要性能参数。具体结构图见图1。

图1 引信独立总线测试原理图Fig.1 Schematic diagram of the independent bus of radio fuse

相比较独立总线测试技术，PXI属于将接口总线合并到仪器中的模块化总线技术，随着总线技术的发展，PXI 总线是工业总线VME 和Compact PCI在仪器领域的扩展。开放式工业标准PXI构架（PCI extensions for Instrumentation）的模块化仪器能提供高性能的，基于PC的测量和自动化系统，结 合 了PCI（Peripheral Component Interconnection）的电气总线特性与Compact PCI的坚固性、模块化及Eurocard机械封装的特性，增加了专门的同步总线和主要软件特性，使它成为测量和自动化系统的高性能、低成本运载平台，可用于诸如制造测试、军事和航空等领域［1-4］。在PXI总线系统中，仪器硬件不再是分立的仪器，而是制成仪器插卡，将有关插卡插入计算机扩展槽或专用机箱，并编制相应的控制程序，就可构成所谓虚拟仪器系统。系统中仪器硬件与计算机紧密结合，共享资源的程度高，它们具有开放式的体系结构及模块化、系列化、通用化、可互换性等特点。以PXI总线为基础的虚拟仪器体系结构已被人们普遍接受，并成为仪器系统的主流。

2 基于PXI总线的低频半实物仿真系统

采用PXI总线，测试引信低频参数是通过PXI模块化仪器来完成。

2.1 硬件组成

该测试是通过嵌入式实时控制计算机建立多普勒信号数学模型，通过PXI任意波发生器产生多普勒信号，输入到测试产品，通过PXI示波器读取点火信号，经过算法处理，输出测试结果，根据指标参数判断产品合格性能，测试结果进入数据库，其原理框图见图2。与图1不同，图2采用一种PXI模块化仪器替换几种通用仪器。

图2 PXI总线测试原理图Fig.2 Schematic diagram of the PXI-bus test system

测试无线电榴弹引信信号处理器参数的PXI测试系统，由PXI机箱、嵌入式实时PXI控制器模块、PXI任意波产生器模块、PXI示波器模块、PXI程控电源模块、显示器、键盘鼠标等组成。PXI控制器模块是PXI测试系统的核心，用于执行测控软件指令，控制PXI任意波产生器模块产生多普勒信号，读取PXI示波器模块采集的点火信号并显示其波形，控制PXI程控电源模块给被测产品供电并读取产品工作电流。PXI任意波产生器模块、PXI示波器模块及PXI程控电源模块均为卡式结构。测试设备由PXI总线连接，采用模块化卡式仪器，用双核PXI控制器控制模块化卡式PXI仪器，组建成虚拟仪器PXI测试系统。系统可自动完成引信低频电路测试，并将结果存入数据库。

2.2 软件组成

软件构建方式是在Windows Vista操作系统管理下，操作软件利用编程工具Visual Studio.NET 2008，编程语言使用Visual C＃，通过VISA 驱动程序和SCPI命令集，实现控制PXI设备及通讯，见图3。为提高编程效率，在软件设计中使用模块化结构。

图3 测控软件构成Fig.3 The constitution of the ultrascope

在使用Visual C＃2009语言编程时，考虑模块化设计，各模块分别编写、编译和调试，最后一起连接、定位。嵌入式实时控制器模块先建立与各仪器间的I／O 通讯；再设置各仪器工作参数状态；如果某一操作出现问题，给出错误提示，退出程序；仪器设置完成后，进入人机交互界面，操作者输入引信产品参数，并启动测试；PXI系统在控制器控制下，测试产品炸高等各项参数；待测产品出现故障时，给出提示信息，返回人机界面，由测试者更换产品；对性能正常的产品，控制器按照给定的作战指标对测试结果进行分析，确定该产品是否合格，根据ADO.NET 和DataGridView 控件将数据源绑定录入数据库链接；最后模块测试者选择继续测试或结束工作模式。

数据库管理采用Access软件，Access数据库是一种关系型数据库。数据库设计时，对有关测试数据进行分类，并按类型分别存放在多个较小的表中，这样大量减少重复信息，节约存储空间，同时便于更新测试数据和修改表的结构。

2.3 连续波多普勒信号模型

3 实测验证

3.1 系统性能对比

本系统的测试基本原理与通用仪器集成测试系统大致相同，但在整体性能上有了较大的提高。本系统与原引信仿真测试系统性能对比见表1。

表1 新旧测试系统性能对比表Tab.1 The performance comparison between the new test system and the old one

采用了插卡式模块化仪器和PXI总线结构的PXI系统与原通用仪器集成系统相比，传输速度提高130倍、控制计算机主频速度提高75倍、内部缓存扩大4倍、模拟信号等效幅度精度提高2倍，PXI仿真源模块幅度分辨率为14bit而原系统为8bit。如果原系统按引信频率300MHz、交会速度1 000m／s计算，引信正碰多普勒频率为2kHz，仿真源的记录长度为8KB，按20KB／s的采样速率计算，可产生0.4s的信号。PXI系统按引信频率3 GHz、交会速度1 000m／s计算，可产生40s的信号。此外，在编程软件上也由16位软件升级到主频3GHz的P4计算机级为32位软件，并用图形用户界面代替原系统的文本对话式界面。我们可以看出PXI测试系统性能大幅度提高了。

3.2 测试结果分析

根据图4PXI测试系统测得数据，设测量信号处理电路的数据电流I，稳压输出UO，10°炸高HZ1，自炸时间tZ和输出幅度UO，将产品测量5次，Xb是相应Y 的原始数据，分别求其σY相对标准差，参照GJB引信环境与性能试验方法测试系统允许误差［6］，根据公式计算数据见表2。

图4 PXI测试系统实物图Fig.4 The real diagram of the PXI-test system

表2 测试数据Tab.2 The test data

从表中可以看出，PXI系统满足相对均方差最大小于1.006 5%，通用仪器集成系统满足相对均方差最大小于6.422 9%。分析测试结果可以看出测试误差数据均满足使用要求，但PXI系统比通用仪器集成系统误差小。PXI系统测完数据一个周期时间1.02s，通用仪器集成系统测完数据一个周期时间3.12s，手动通用仪器集成系统测完数据一个周期时间14min，可见PXI系统测试时间更快。

3.3 PXI系统测试扩展

PXI系统具有强大的扩展空间，利用“软件就是仪器”的概念，在LabVIEW 软件平台上开发的软件操作系统，更便于测试人员的操作，与硬件操作系统相比，测试系统运行稳定、可靠，而且便于维护。如果用通用软件编程平台Visual Studio.NET 2008，Visual C＃2009语言编程也可实现此功能，可以完成PXI测试功能扩展。我们已经在一套PXI系统上实现了两种以上的引信炸高的测试，性能稳定。

4 结论

本文提出基于模块化PXI总线技术的引信低频半实物仿真测试系统。系统由嵌入式实时PXI控制器模块、PXI任意波产生器模块、PXI示波器模块、PXI程控电源模块等组成，使用通用软件编程平台Visual Studio.NET，Visual C＃语言编辑测控软件，将PXI任意波发生器产生的多普勒信号输入到引信低频，由PXI示波器读取点火信号，最后输出测试结果。实验表明，与通用仪器集成测试系统相比，整体性能有较大幅度的提高，系统误差小，测试时间更短，功能扩展性强。PXI总线炸高测试系统已经在部分引信产品测试中得到应用，效果良好，值得推广使用。

［1］徐锦泉.近炸引信测试技术［M］.北京：北京理工大学出版社，1996.

［2］翟超，杨志峰，李小兵.导弹自动驾驶仪测试系统的开发研究［J］.计算机测量与控制，2007，15（12）：1745-1747.

［3］陈江勇，许力，张辉，等.Web自动化测试框架的设计实现［J］.福建师范大学学报（自然科学版）2013，29（4）：1000-5277.

［4］蔡辉，张含新，孟飞.基于PXI总线技术的导弹自动化测试实验系统［J］.测控技术，2002，21（11）：1000-8829.

［5］高峻，王士忠.无线电引信检验技术与方法［M］.北京：国防工业出版社，2006.

［6］GJB／Z135—2002引信工程设计手册［S］.北京：总装备部军标出版发行部，2003.