某型空空导弹飞行控制组件测试系统设计

张秦

摘 要：PXI是基于PC的一种用于测试、测量与控制应用的一种小型化测试平台，在空空导弹的生产与测试中，已经得到了广泛应用。本文介绍一种基于PXI总线的某型空空导弹飞行控制组件的测试系统。高可靠性与自动化的测试流程，极大提高了测试效率与结果的可信度。

关键词：PXI总线；空空导弹；测试系统

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2017）06-0057-03

Design of Flight Control Component Test System for a

Certain Type of Missile

Zhang Qin

（China Airborne Missile Academy，Luoyang Henan 471009）

Abstract： PXI is a PC-based miniaturization test platform for test， measurement and control applications. In the production and testing of airborne missiles has been widely used， this paper described a PXI bus based on a type of airborne missile flight control components of the test system. High reliability and automated testing process， greatly improving the test efficiency and the credibility of the results.

Keywords： PXI bus；airborne missile；test system

PXI是PCI在儀器领域的拓展，是与VXI总线并行的一种模块化仪器总线标准，由PXI系统联盟于1997年制定，在基于CompactPCI（紧凑型PCI）规范制定的PCI总线技术，提供了优秀的机械整合性[1]。

随着现代科学技术的发展与空空导弹研制的需要，如何设计一款具有高集成度与可靠性的自动化测试设备已经变得格外迫切[2]。现代导弹系统，待测信号种类繁多，测试时间紧迫，在要求测试系统可靠的前提下更对自动化、快速化提出了要求[3]。本文详细介绍了一种基于PXI系统的，针对某型空空导弹飞行控制组件研制的测试系统，实现对飞控组件的性能测试。

1 系统硬件设计

飞控组件测试系统由机柜、测控单元、程控直流电源、卫星信号模拟器、配线接口单元、分时测控单元组成。

各单元通过专用线缆连接，安装在设备机柜中，面板设置电源开关、急停按钮及状态指示灯，有绿色、黄色、红色三种指示灯。绿色表示设备通电工作，且自检正常，运行正常；黄色表示设备离线；红色表示设备自检故障，测试异常。

飞控组件测试系统实现以下功能：①该系统通过1553B总线接口模拟载机向飞控组件发送任务，并接收飞控组件发出的信息，对飞控组件进行429总线通讯测试，对飞控组件进行RS-422总线通讯测试，对飞控组件输出的LVDS遥测信号进行采集、处理，产生一次性指令输入信息发送给飞控组件，并对飞控组件输出的一次性信息进行接收处理。②该系统向飞控组件输出+28.5V电源，具有过压、欠压、过流保护功能，在电压或电流出现异常时可自动断电保护，具有电压电流存储功能。③该系统能测量飞控组件静态电阻、输出电压。④该系统能产生卫星模拟场景信号，并将其以射频的形式输出给飞控组件。⑤该系统与飞控组件对接，并完成多发产品与测试系统信号连接的切换。其系统架构框如1所示。

1.1 测控单元

测控单元是测试系统的核心部分，也是实现测试功能的基础，通过控制各路板卡发送及接收信号，实现对飞控组件的加温、准备、发射时序控制，并监视飞控组件的状态，同时还对测试数据进行记录。

测控单元由PXI机箱、PXI控制器、PXI板卡等组成。PXI机箱选用NI PXI 1044，该机箱小巧、坚固，同时具有0～55℃扩展温度范围，配备用于同步的低抖动10MHz时钟，具有通用交流输入的可拆卸高性能500W电源。PXI控制器选用NI PXI-8119，基于Intel Core i7-3610QE处理器的高性能嵌入式控制器，适用于PXI系统。该控制器具有2.3GHz基频、3.3GHz（单核Turbo Boost模式）四核处理器和单通道1 600MHz DDR3内存，非常适合用于处理密集型、模块化仪器和数据采集。PXI数据板卡包括：1553B总线接口板、ARINC429接口板、具有收发LVDS信号和422信号功能的综合接口板、一次性指令控制板、万用表板及电源控制板。

1.2 电源

电源选用TDK-lambda的GENH40-19直流电源，为1U高度上架式的，最大输出电压是40V，最大输出电流是19A，输出的最大电压纹波为8mV。可使用RS232口实现对该电源的程控。该电源在测试系统中的主要功能为：第一，提供飞控组件正常工作所需的直流电源；第二，提供飞控组件某些指令所需的参考电压；第三，实时显示当前产品供电的电压值与电流值；

1.3 卫星信号模拟器

针对卫星信号模拟器的功能及技术指标要求，采用在国防科大研制的GNS8332多星座导航信号模拟器基础上，进行定制的设计方案。该方案设计中卫星信号模拟器主要由仿真控制模块、数学仿真模块、信号生成板模块、信号合成与功率控制模块、时频模块组成，如图2所示。

该卫星模拟器实现1路卫星模拟，并实现功率可调，通过射频开关完成2路信号的分时输出，每一路通过功分器分为4路信号，最终实现模拟器8路信号的输出。仿真控制模块是整个系统的操作控制中心，实现导航信号仿真节拍控制、参数设置等协同管理，以保证各组成部分之间的协调性和同步性；数学仿真模块根据仿真参数计算生成BD2-B3频点的导航卫星观测数据；信号生成模块包括基带信号仿真单元和上变频单元，基带信号仿真单元根据导航卫星观测数据产生基带导航信号，上变频单元负责将基带导航信号变频为射频导航信号；信号合成与功率控制模块完成频点射频信号功率衰减控制，输出用户需要独立可控的两路导航信号以供完成测试；时频模块做为整个系统的时钟基准。

1.4 接口配线单元

接口配线单元将测控单元的输出和输入信号进行调理，并将不同的连接器的接头统一为航空接插件。接口配线单元可以和分时测控单元配合，实现对多个设备的测试；也可以单独使用，实现对一个设备的测试[4]。其接口示意图如图3所示。

为了保证1553B总线信号的完整性，在接口配线单元中集成了1553B总线耦合器，主总线（A总线）和备份总线（B总线）各配置一个总线耦合器。设备中提供的接插件连接测控单元上的PXI1553卡。1553B总线信号经过内部的总线耦合器连接到接口2航空连接器上，该连接器和分时测控单元或设备端连接。

1.5 分时测控单元

分时测控单元是一款2U高度的上架式信号切换单元，可支持1-to-4的切换模式，支持信号切换、状态监控等功能，提供RS422接口与主机端通信。该信号切换单元以FPGA作为核心控制器，实现对各种信号的切换控制和状态监控，其中，支持4路电源信号的切换；总线信号的切换使用继电器实现，可实现对1553、429、LVDS或422总线信号的切换；IO信号的接口通过光耦隔离，FPGA实现对信号的切换控制和状态采集。

其中，TTL脉冲、27V输入、光耦输入、光耦输出、集电极输出、429总线信号、422总线信号、LVDS信号都是通过FPGA控制进行信号切换的，1553B总线信号是通过信号继电器来实现切换的。

通过分时测控单元，飞控组件测试系统便可在不更换飞控组件线缆的条件下，依次对最多四枚飞控组件进行测试，极大提高了批量测试的效率与可靠性[5]。

2 软件设计

飞控组件常温测试系统运行于Windows7专业版操作系统上，开发平台为Microsoft Visual Studio 2010。为了提高测试软件的可靠性与稳定性，测试软件采用模块化设计，按功能分为主程序框架模块、硬件管理功能模块、自检功能模块、测试功能模块、校准功能模块、数据传输功能模块。采用多线程技术进行功能模块的调度管理，系统时钟节拍通过windows下的高精度多媒体时钟来实现，可精确到1ms。

主程序框架模块综合考虑程序效率，采用多线程处理模型，独立的线程处理硬件管理功能模块，独立线程处理自检功能模块、测试功能模块和校准功能模块，这三个模块是分时处理的。程序界面在主程序框架中实现，界面简洁、操作方便。为了安全性，用户登录采用密码控制使用权限。各个模块的功能如下。

2.1 硬件管理功能模块

硬件管理功能模块实现对1553B总线接口板、429接口板、一次性指令接口板、综合接口板的管理，对主程序框架提供自检测、收发数据的功能。每个板卡以动态链接库的形式向主程序框架提供标准接口。

2.2 自检功能模块

飞控组件进行测试前，需对测试系统自身的功能完整性与正确性进行自检测。自检原理是利用系统设备自身的自检功能，及将设备的收发通道物理连接形成闭环回路，运行专用的自检程序来检测系统硬件的功能。主要包括以下方面：

第一，测控单元自检。1553B总线接口板具有板内回路自检测功能，可通过软件启动自检。429接口板、一次性指令接口板、综合接口板可通过外接自检电缆将产品自身的收发通道连接，建立物理回路，再通过软件对收发的数据进行比对来完成自检。

第二，输入电源自检。输入电源自检主要通过电源控制板对电源的输出电压等信息进行采集，以判别电源系统的工作正常性。

2.3 测试功能模块

测试功能模块通过加载自动化测试脚本来实现产品的自动化测试，测试人员只需按照提示进行操作就能自动完成测试。

每一个测试过程采用单独的脚本来加载，通过加载不同的脚本实现不同的测试项目，脚本中设定不同的测试步骤中，需发送的各类数据，采用XML标准脚本实现，用户可根据需求实时进行修正，具有很强的可维护性，便于后续的升级工作[6]。

2.4 校准功能模块

飞控组件常温测试系统中的电源控制板用来实现对电源电压和电流信号进行采集的功能，需要定期进行校准维护。校准功能模块实现了自动流程，用于辅助技术人员进行系统校准工作。

2.5 数据传输功能模块

在完成产品测试后，可以把测试记录的数据和设备的状态按规定的格式上传服务器，以形成报表。

3 结论

飞控组件测试系统采用标准化、模块化、通用化的设计原则，可模拟某型导弹飞行控制组件的地面测试与挂机状态，实现飞控组件在常温下的自检、时序控制、对准导航精度等的功能性能测试。其模块化的设计方式，保证了产品测试结果的可靠性与一致性；同时极大地方便了使用中的设备维护。简洁的操作界面与自动化功能，提高了操作人员进行测试时的工作效率。

参考文献：

[1]郭恩全，卢君明.PXI总线体系结构[J].国外电子测量技术，1998（3）：28-30.

[2]黄涛，潘孟春，祖先锋.基于PXI总线的战术导弹装备自动测试系统设计[J].航空兵器，2005（4）：52-57.

[3]闫淑群，黎玉刚，母勇民.基于PXI系统的导弹测试系统设计[J].計算机测量与控制，2011（8）：1925-1929.

[4]彭荣木，崔少辉，陈胜，等.某型导弹测试系统的测试接口结构研究[J].兵工自动化，2008（6）：22-25.

[5]夏锐，肖明清.并行测试技术在自动测试系统中的应用[J].计算机测量与控制，2015（1）：7-11.

[6]毕建国，杨雷，郭来君.基于虚拟仪器技术的飞控组件自动化测试系统[J].航空兵器，2010（4）：54-57.