基于LabVIEW的导引头距离波门的测试系统设计

孙玉环，李永红，岳 妮

（1.中北大学 仪器与电子学院，太原 030051；2.内蒙古蒙东能源鄂温克电厂，呼伦贝尔 021000）

目前，随着测试技术的高速发展，在航空航天、通信等高技术测试领域中，测试设备越来越重要。在复杂的战场上，导引头通过接收目标反射的激光信号，按照设定的编码方式识别出目标，然后锁定目标，控制弹药指向目标，所以说导引头是导弹武器系统中的一个关键部件，它的性能直接决定武器系统的战术性能和指标[1]，因此，导引头距离波门的性能测试很重要。

由于传统仪器不仅存在开发周期长、测试效率低等问题，而且增加了测试成本。然而，由美国国家仪器有限公司（NI）提出的虚拟仪器技术可解决上述问题。它推出的图形化编程语言LabVIEW提供了很多外观与传统仪器类似的控件，采用数据流编程方式，在程序界面设计、编写代码和实现功能等均使用图形化方式，被广泛应用于航空、通信和过程控制等领域。本文提出使用LabVIEW虚拟仪器技术来设计导引头距离波门的测试系统，提高导引头距离波门控制策略的可靠性和距离波门保持时间的准确性，同时解决了测试成本高、测试效率低、流程管理灵活性低等几个关键问题，具备手动测试和自动测试、数据实时显示等功能[2]。

1 测试系统设计分析

某导引头距离波门的测试系统是测试导引头距离波门性能的重要设备，可产生同步脉冲信号及与导引头距离波门设置相匹配的延迟脉冲信号，可与任务计算机通讯进行距离波门设置及测试，也可与导引头单独通讯进行距离波门设置及测试，且系统组成框图如图1所示。因此，测试系统应该满足以下功能要求[3]：

（1）为测试系统和整弹/导引头单元提供电源及电源控制，并有电源指示灯、测试指示灯；

（2）可发送同步信号及延迟同步信号，同步信号峰值及脉宽满足模拟光源和导引头单元使用；

（3）同步信号信号时差精度 0.1 μs；

（4）与整弹/导引头单元通讯接口为422串口，波特率为115.2 kb/s；

（5）测试软件以报告形式保存测试数据、图形，测试报告为word格式，并保存原始数据；

（6）对测试中出现的故障进行分析处理，达到故障快速、准确定位的目的；

（7）测试系统对导弹进行检测时，若导弹供电电压或电流超差，应能自动断电以保护被检测的导弹；

（8）具备手动、自动测试功能；

（9）控制光源进行能量自动仿真测试。

图1 导引头距离波门测试系统组成框图Fig.1 Block diagram of seeker range gate test system

2 测试系统硬件设计

测试系统硬件结构设计如图2所示，该系统包括被测设备、隔离电路、控制器、程控电源、计算机，其中选用艾德克斯的IT6502D程控电源、中科院的模拟光源、信号适配器自制产品。为防止电磁干扰或者电源尖峰脉冲干扰，所以尽管本设计电路较为简单，传输距离较近，但为了安全，选用隔离型电路，ADM2582是高集成度数据收发器，支持±15 kV ESD（electro-static discharge）保护及信号和电源隔离，该器件适合用于多点传输线上的高速通信，内部集成隔离式DC-DC电源，无需外加DC-DC模块。采用5 V或3.3 V供电，实现完全集成的信号与电源隔离RS-485解决方案。ADM2582驱动器具有高电平有效使能特性，也具有低电平有效接收器使能特性，禁止时可使接收器输出进入高阻抗状态。

图2 系统硬件结构图Fig.2 Hardware structure of system

3 测试系统软件设计

系统整体上是通过将LabVIEW的生产者-消费者模型加以扩充，通过LabVIEW的自动多线程技术，即有4个线程同时进行处理，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。另外，使用基于事件驱动的JKI状态机将整个系统按空闲、数据解析、流程、用户界面、宏处理等几个部分划分，实现很好的解耦[4]。当整个系统进行一系列初始化之后即等待用户界面操作，用户选择相应流程，响应用户操作，从而保证系统稳定性和可维护性。系统软件结构如图3所示。

图3 系统软件结构Fig.3 Architecture diagram of system software

程序的层次结构使得简单、耗时少的操作在较高级的循环中进行处理，将复杂、耗时多的操作在较低级的循环中进行处理，这样使得各种操作并发处理而不会因为某一个操作过于费时而导致阻塞。合理的循环布局可使得高层循环控制低层循环的过程更加简便。各层之间的消息及数据传递通过队列完成，使得本层的执行过程直接根据上层发出的消息进行顺序执行。

3.1 事件处理模块

事件处理模块是一个循环事件结构，采用的是JKI状态机，通过对前面板的事件监视，根据发生事件的不同，做出不同的响应。作为生产者，向其消费者（消息处理模块、通讯模块、数据解析模块）发送信息。

流程管理子VI采用JKI状态机结构，初始化中创建一个默认保存流程文件的路径；用树形控件显示流程步骤。流程的操作步骤包括：新建、添加、删除、加载等步骤；每一步都伴随着对流程文件的读写操作。

（1）新建：创建一个新的测试流程，自定义流程名称，以及保存路径；

（2）添加：在测试流程中添加一条测试步骤；

（3）删除：在测试流程中删除一条测试步骤；

（4）加载：加载已创建的测试流程。

针对不同的测试项目创建相应的测试流程，可以将测试流程以文件的形式保存，方便用户灵活使用。流程管理界面以单独的VI完成，在主界面可以加载已经创建完成的测试流程。通过勾选的形式实现单步测试、组合测试和一键测试。

将所有用到的指令都列在参数选项卡中，包括整弹命令、导引头命令、电源、光源、其他（设置延时、设置虚拟目标位置）、读取状态、逻辑判断。

3.2 消息处理模块

消息处理模块是个循环条件结构，当它接收到其生产者（事件处理模块）发送的消息时，根据消息内容不同做出响应。消息处理模块主要处理与界面有关的事件，与通讯有关的事件由通讯模块响应。其中“更新通讯录”分支能将板卡发送和接收到的部分通讯帧记录下来并显示在列表中，为防止列表内容过多而影响性能，程序中将列表行数限定在500行以内，再有新通讯帧进入，就删除最早记录。

3.3 通讯模块

通讯模块是一个循环结构，它包含初始化、写命令、读数据3部分。当它接收到其生产者（事件处理模块）发送的消息时，根据消息的不同做出响应，完成命令的发送、数据采集等操作，并根据需要向其消费者（数据解析模块）发送消息。

3.4 数据解析模块

数据解析模块是一个循环条件结构。当它接收到其生产者（通讯模块中的读数据VI）发送的消息时，根据消息的不同做出响应，最终实现曲线显示、报表生成等功能。

将解析到的数据实时显示到对应的波形图以及状态列表中，其流程如图4所示。实时显示测试过程中采集到的数据，如视线角速度、框架角、能量等参数，并在运行中根据需要调节波形图的大小。

图4 曲线显示流程图Fig.4 Flow chart of curve shows

将解析到的数据进行保存并按照需要的报表模板保存成Word形式的测试报告，其流程如图5所示。

图5 报表生成流程图Fig.5 Flow chart of reports generated

4 测试系统应用验证

为验证测试系统的可靠性，将测试系统与被测设备相连，运行并对系统进行状态和参数设置，运行界面如图6所示。试验证明，系统测试的导引头距离波门策略可靠性及保持时间跟理论值完全符合，能达到预期的目的，具有一定的应用价值。

图6 运行界面Fig.6 Interface of run

5 结语

该测试系统是为测试导引头距离波门控制策略可靠性及距离波门保持时间设计的，保证导引头距离波门性能的准确性。实践证明，它集手动测试和自动测试、数据采集、处理和保存报表等功能于一体，操作界面友好，扩展能力强，使用维护简单方便，具有实际应用价值。此测试系统开发中取得的经验，可在其他类型的测控系统中应用推广[5]。

[1]郜开开，王佳民，王卿.精确制导武器的导引头综述[J].科技创新导报，2011（34）：11.

[2] 姚娟，张志杰，李丽芳.基于LabVIEW和TCP的数据采集系统设计与实现[J].电子技术应用，2012，38（7）：72-74.

[3]陈雷，张志巍，单休强.基于PXI总线的某智能弹药电参数测试系统设计[J].计算机测量与控制，2012，20（4）：1008-1010.

[4]陈锡辉，张银鸿.LabVIEW8.2程序设计从入门到精通[M].北京：清华大学出版社，2007.

[5]蒋红岩，张晓军，刘雷，等.基于虚拟仪器的航空计算机自动测试系统设计[J].西北大学学报，2013，43（4）：549-551.