某型导弹发射车综合维护测试设备设计

张学成，王大为，孙旭宁

（1.总装驻上海地区军代室，上海 201109；2.上海机电工程研究所，上海 201109）

现代战争要求导弹发射车能满足快速机动的战场需求，因此发射车的维修保障必然也要具有较高的快速性和有效性[1]。某型导弹发射车在部队战前或定期维护中需要测试整车的电气性能指标及发射流程正确性，现有方法测试时需外接导弹模拟器、模拟点火负载、电子负载、笔录仪和万用表等5种9台分离仪表，设备间有复杂连线且操作步骤繁琐需要3～4人配合，容易引起人为操作失误，检测效率较低[2]。

针对以上问题，设计一套多通道、自动化程度高、操作简便的综合维护测试设备，以解决发射车在部队使用保障中对模拟导弹加电、发射等作战流程所需功能和性能的快捷综合测试，提高发射车的维护测试效率，适应实战化需求。

1 系统总体分析

为保障发射车能正确实施导弹发射，导弹发射前，需模拟导弹加电、发射等作战流程，以确保各个设备的工作状态正常、功能和性能完好。发射车定期维护也要测试各项功能和性能以及电缆连接与绝缘性是否处于正常状态。

根据发射车维护保养的项目和产品特点，基于模块化设计思想，以嵌入式技术为基础，将发射车综合维护测试设备划分为4大功能模块，分别为导弹负载模拟器、发射时序录取装置、电缆检测仪以及数据记录分析模块。导弹负载模拟器模拟导弹的弹上设备输入输出信号，用于对发射车诸如导弹供电电压、点火电流和电源纹波等电气信号、开关量信号和通路状态的自动化检测；发射时序录取装置实时采样发射车的发射时序信号，并通过CAN总线发送给时序录取计算机；电缆检测仪诊断发射电缆的连接与绝缘性能，进行关于断线、混线、绝缘不良等线缆的故障测试与定位；数据记录分析模块采集和保存综合维护设备运行时产生的数据，并进行分析、回放和评估处理，对测试数据的趋势进行分析，还可对发射车进行故障预测。各模块均采用智能化设计，避免复杂的操作流程，并具有一定的通用性和扩展性，为同类型及后续型号预留接口。

2 功能模块设计

2.1 导弹负载模拟器

导弹负载模拟器用于替代真实导弹，模拟工作过程中的导弹信号，以检测发控系统功能是否正常。导弹负载模拟器主要由发控接口板、DSP控制板、模拟信号调理板、液晶显示屏以及导弹供电等效负载、导弹点火等效负载等组成，如图1所示。发控接口板作为导弹负载模拟器与发控设备的电气接口板，模拟导弹联锁信号、发动机保险信号，检测发控的导弹供电信号和火工品的点火信号，根据导弹供电和点火信号模拟各种导弹返回信号。

图1 导弹负载模拟器组成Fig.1 Framework of missile load simulator

DSP芯片不仅具有信号数据处理功能，还有较强的控制能力[3]。因此，采用TI公司的TMS320F2812 DSP芯片作为导弹负载模拟器的控制核心。DSP在导弹加电和发射过程中的作用主要体现在2个方面：一方面，控制发控接口板按时序模拟返回各种信号、模拟导弹与发控系统的通信，控制继电器动作，并将导弹供电负载与点火负载加载到发控系统的导弹供电回路和点火回路中；另一方面，通过AD采样端口实时采样导弹的供电电压和点火电流。模拟信号调理板将导弹供电电源的电压值、供电电源的纹波、导弹点火电流都统一变换到0～3 V以供DSP控制板模拟量采样。

图2所示为一组导弹供电电源的高精度、前后级隔离电压调理电路原理图。其工作的过程如下：首先，输入电压经过电阻网络进行分压，缩放为原来的1/6倍；然后，隔离放大器ISO124U将分压后的供电电压信号1∶1线性隔离；最后，一路运放OP285比例变换采样信号，另一路跟随滤波产生输出信号。图2的调理电路最终将输入信号缩小18倍后输出至DSP模拟量采样口。导弹点火电流模拟信号的调理电路与图2一致，只是电路的比例变换系数不同。

图2 导弹供电电压信号的调理电路Fig.2 Signal conditioning circuit of power supply voltage for the missile

2.2 发射时序录取装置

发射时序录取装置检测发射时序信号并进行量化处理和图形化显示，最终确定发控系统的工况。发射时序录取装置主要由时序录取计算机、时序录取盒、CAN通信卡和通信电缆等组成。时序录取盒的多通道时序信号由软件触发[4]，采用TI公司的TMS320F2812 DSP作为时序检测硬件的控制核心，实时采样发射车的导弹发射时序信号，并将采样到的时序信号通过CAN总线发送给时序录取计算机。

时序录取盒处理时序信号的原理如下：以时序录取盒开机时刻作为0时刻，DSP上电后程序设置1 ms中断，在收到时序录取计算机的数据采样命令后每1 ms采样一次所有端口的IO电平，并与上一次IO口电平情况进行比较，若IO口电平有变化则记录信号的变化情况以及变化时刻的时间；当时序录取计算机发送数据传送命令时，时序录取盒定时将采样数据发送给时序录取计算机；时序录取计算机对接收到的数据进行滤波后图形化直观地显示出来，并对发射时序进行自动判读。

时序录取盒与时序录取计算机之间的通信采用CAN总线，CAN通信报文协议规定前4个字节为IO口电平，后4个字节为变化时刻的时间。图3为假设在t1～t4时刻信号1～信号4的一段发射时序示意图，t1～t4时刻 （分别为 0x1000、0x2000、0x3000、0x4000），则CAN通信报文的数据分别为（0x01，0x1000）、（0x03，0x2000）、（0x0f，0x3000）、（0x00，0x4000）。可见，采用只记录IO口变化情况及变化时刻的时间值，时序录取盒需要保存、处理和发送的数据量很少，大大降低了DSP的消耗，且能可靠地保证时序采样的精度。

图3 一段发射时序示意Fig.3 A part of firing time sequence

2.3 电缆检测仪

电缆检测仪用来对电缆进行导通、绝缘和耐压检查，硬件主要由主测试仪、辅助测试仪、通信控制电缆和蓄电池等组成，软件主要包括电缆表、测试配置、历史测试报表查询、测试控制、故障列表、系统信息查询等内容。电缆分析软件将发射车各电缆信号关系做成电缆数据表，测试时只需选择电缆号及测试项目，软件自动对电缆进行导通或绝缘检查，并将检查结果记录下来。

主测试仪原理如图4所示，由GENE-CV05主板、控制板、继电器阵列、液晶屏、键盘、硬盘等组成。GENE-CV05嵌入式主板作为主测试仪的计算机中心，通过RS232向控制板发送控制命令；控制板作为主测试仪的控制中心，含有绝缘、导通测试需要的恒流源电源、差分采样电路、绝缘高压产生电路和AD采样电路等；继电器阵列板主要由继电器切换阵列和MCU控制电路组成，MCU通过RS485与控制板通讯，接收主测试仪控制板命令控制继电器阵列中的继电器通断，以配合主测试仪进行导通测试。辅助测试仪主要由继电器阵列板组成，接收主测试仪命令控制继电器的通断。

图4 主测试仪原理Fig.4 Functional block diagram of main tester

导通电阻测量原理如图5所示，被测电缆两端分别连接主测试仪和辅助测试仪，主测试仪通过通信控制电缆向辅助测试仪提供电源，主测试仪的计算机同步控制主测试仪和辅助测试仪中继电器阵列板的矩阵开关，选择某一根电缆的导线，主测试仪将恒流源加到被测导线上，通过采样差分电压计算出导线的导通电阻值。

图5 导通测试原理Fig.5 Schematic of open-short test

绝缘电阻测试采用了比较法测量采样电阻值，其工作原理如图6所示。比较法采样可以避免高压电压跌落对测量精度的影响[5]，绝缘测试电路中还需高压产生电路来提供可调的高压直流电源。由于耐压测试与绝缘测试原理相同，只是高压及高压保持时间不同。耐压测试电路采用绝缘测试电路，高压产生电路可根据软件选择500 V、1000 V档，由电缆检测设备软件来控制耐压测试时间。

图6 电缆绝缘测试原理Fig.6 Functional block diagram of cable insulation test

2.4 数据记录分析模块

数据记录分析模块采集和保存导弹负载模拟器、发射时序录取装置和电缆测试仪等发射车的各种测试数据进行分析、回放和评估处理，及时掌握系统的运行状况。此外，数据记录分析模块中嵌入了基于大数据分析的故障预测功能，鉴于篇幅，不在此深入展开。

3 关键技术

与原来分离式仪表组合相比较，设计的综合维护测试设备具有小型化、集成化和自动化等特点，实现过程主要解决了以下关键技术：

（1）集成度较高的系统构架

综合维护测试设备需要提供多种激励信号检测复杂的输入输出信号，为了减小体积、方便操作且降低人为失误的概率，综合运用先进的电路控制技术，实现集成度较高的系统构架，以满足全部测试任务和一定的扩展性要求。

（2）面向测试资源的信号调理技术

新一代军用自动测试系统应用面向信号技术作为通用性的实现基础[6]，因此运用面向测试对象的思想设计了信号调理板以提高通用性。被测电气信号通过电缆和适配器连接到调理板上，进行滤波和变换电平处理等信号调理，转换成满足后续传输与处理系统要求的信号。不同的测试对象可以通过相应适配器来转接，提高可靠性的同时还能有效解决现场干扰及仪表端口保护等问题。

（3）通用化的发射时序采样与显示

采用只读取信号电平变化情况和变化时刻的时间信息，既可以降低通信总线上的消耗，又可以作为通用化的时序采样方法供各个型号使用。根据各个型号研制生产经验提炼出避错和容错措施，按其发射时序要求在时序录取软件中对信号进行配置，即可实现自动判读。

4 结语

本文设计了一套能自动检测导弹发射车导弹供电和点火电流参数、导弹发射时序及发射车电缆网导通绝缘的综合维护测试设备。该设备体积小、操作方便、便于携行，为部队战前或维护保障时快捷综合测试导弹发射车功能和性能提供了支撑手段，同时也能用于工厂的生产调试和检验验收过程，可以极大地提高导弹发射车的生产与部队保障能力。

[1]李田科，于仕财，于乐.导弹发射车综合诊断与健康管理系统研究[J].战术导弹技术，2012，31（2）：71-75.

[2]刘中根，周冰.某型导弹发射车跟踪与发射性能检测系统设计[J].仪表技术，2014（2）：38-40.

[3]周志久，吴灿，张英.基于DSP的数据采集系统设计与实现[J].航天控制，2011，29（2）：65-68.

[4]陈永，石晓晶，徐正明.基于VXI总线的多通道时序触发模块的研究与设计[J].计算机测量与控制，2013，21（2）：77-79.

[5]陈昕，周哲玲，刘高.多功能电阻测试仪校准系统设计[J].自动化与仪表，2015，30（5）：21-24，36.

[6]许屹晖，李执力，王震宇.新一代军用ATS技术体制和关键技术研究[J].现代防御技术，2010，38（2）：35-40.