一种CPCI架构的便携式导弹测试系统方案设计

周靖

摘 要： 为满足未来智能导弹和现有导弹批生产测试能力需要，设计了一种基于CPCI架构的导弹便携式测试系统；介绍了测试系统组成、工作原理。详细阐述了软硬件系统的设计方法和思路；该系统使用了CPCI基本硬件架构，改进使用军用1553B接口与软件通信方式，更好满足与现有导弹测试系统的兼容性和导弹测试的通用性、可扩展性、标准化、模块化设计要求；为便携式导弹测试系统提供一个可参考的全时序自动化测试设计方案。

关键词： 导弹测试；测试系统；CPCI总线；1553B总线

1 引言

随着航空航天技术的不断发展，对导弹测试系统的要求越来越严格，尤其是在测试弹上越来越多的高精尖设备，由于数据量大、运算复杂，而且稳定性要求高，这就要求设计一种兼备高速且稳定的测试系统设计方案。同时，随着测试技术的发展，远程测试、便携式测试、大数据测试等概念和產品出现，对测试系统小型化要求日益紧迫[1]。

CPCI（Compact PCI）是国际工业计算机制造者联合会提出的一种总线接口标准。 在电气特性上，CPCI 总线以 PCI 电气规范为基础，同时在接口等地方做了重大改进。 在机械结构上，CPCI 总线结构使用了欧卡连接器和标准 3U、6U 板卡尺寸。由于其良好的抗震性和通风性，而且还可以热插拔，广泛运用于雷达、飞行器等空间探测领域。

2 方案设计

便携式导弹测试系统主要由工控电脑组合、导弹供电电源组合、中心处理组合以及工具箱等组成。系统组成原理框图如图1所示。

工控电脑组合运行人机交互软件，提供相应激励控制信号、数据存储、处理等功能。

导弹供电电源组合提供导弹电气系统供电、遥测系统供电、导引头供电、舵机供电等，常用电源有15V、30V、90V等直流电源。

中心处理组合完成导弹数据的采集、处理，通信等核心功能。

工具箱等作为便携式导弹测试系统的非标配设备，根据需要增加，可放置资料，简单操作工具，如螺丝刀等。

2.1 中心处理组合

中心处理组合是导弹测试的核心设备，用于完成导弹的数据采集、信号匹配、信息处理、数据存储、激励信号给定、供配电控制、导弹工作时序控制等功能。传统中心处理组合的设计常采用独立测试组合完成单一特定测试功能，如导引头模拟测试组合、高频目标模拟测试组合、引信目标测试组合、信息处理组合等。随着测试系统便携化、集成化、小型化、数字化、智能化等技术的大力发展，同时，导弹测试精细化、实时性等要求，本文研究采用基于改进CPCI架构实现导弹测试系统的设计[2]。

目前工控设备上所使用的 CPCI 接口板卡一般有 3U 和 6U 两种规格，按插卡方式又可分为前插板和后插板。而后插板主要用来信号数据的采集。本文讨论的核心就是利用 CPCI架构实现导弹测试系统的架构搭建，用于解决军用可靠性、集成化、数字化等要求。

根据中心处理组合的功能性能要求、系统设计如下图2所示组合架构。

中心处理组合由CPCI板卡、前面板、CPCI底板、存储板等组成。CPCI板卡根据需要按照6U标准设计，最大可实现16块板卡同时安装与工作，根据功能可分为五类板卡：主控板、电源板、高频板、功能板和存储板等。

前面板包括组合电源开关、电源指示灯、液晶触摸显示屏以及其余操作按键。液晶触摸屏可实时观看和操作组合相关数据、曲线等。

CPCI底板是CPCI板卡的安装基板，既起到固定板卡的左右，也提供板卡见信息交互的功能。

存储板主要包含一个大存储容量的硬盘，用于保存系统日常一次测试完成后的数据内容，为导弹故障诊断、大数据分析提供基础的数据。

2.2 CPCI板卡

CPCI板卡包括主控板、电源板、高频板、功能板和存储板等。

主控板是系统的核心处理板，主要功能有：

1）处理来自工控计算机组合的数据或命令，包括参数装订数据、板卡程序更新数据、测试过程实时数据传送、系统数据读取命令、板卡自检命令等；

2）统筹协调其余各板卡协调工作，保障系统高效运行；

3）实时保存测试数据、监控电源板卡工作情况等。

电源板为系统提供稳定的直流或交流电源，包括AC220V、DC30V、DC24V、DC±15V、DC5V等。

高频板为导弹测试提供高频信号测试的可能性，系统为高频板卡安装预留5块4HP大小的CPCI板卡空间，实际可根据高频测试自行设定板卡厚度以满足测试要求。

功能板卡占用了8块4HP大小的CPCI空间，功能板卡主要包括：通信板卡、I/O板卡、A/D隔离与采集板卡。系统使用时，可根据需要，安装合适数量的该三类板卡，也可按照给定标准自行设计板卡。以A/D隔离与采集板卡的设计为例，如图4所示，展示了板卡设计的基本思路与方法[3]。

3 软件设计

测试控制软件采用C++语言编写，基于QT4.7平台开发，在工控计算机组合内运行windows版本QT，在中心处理组合触摸显示屏上运行嵌入式版本QT。CPCI板卡采用嵌入式C语言和部分汇编语言编写。

测控系统软件设计的整体思路按照模块化、结构化、可视化的设计思想，主要由测试软件、后台数据分析软件组成。用来完成测试流程控制，电源输出控制，总线通讯，数据采集、处理、显示和记录，目标模拟系统的参数调节，引信测试单元控制等功能。

3.1测试软件

测试软件架构划分为三个层次：界面层、数据层和驱动层。

驱动层采用可互换虚拟仪器（IVI）技术，对硬件CPCI板卡的驱动进行了二次封装，提供统一接口和配置文件，实现了板卡操作的硬件无关性。硬件驱动层负责对导弹总体测试系统的各种硬件和板卡进行操作，完成信号采集、激励和数据的收发，向上层提供一种透明的传输通道。测试软件架构见图5。

数据层负责按照界面层给定指令完成对驱动层数据的操作。数据层只关注具体的测试信号，如导弹输出电压等，只需知道这些数据可从内存中的那个地址取得，而不用关心这些数据是通过那些硬件操作的。

界面层完成测试流程控制，测试信号的的记录、分析、和显示。界面层需根据具体的测试任务专门编写。

3.2 后台数据分析软件

导弹测试过程中，在实时判读数据以外，同时会输出大量的数字量和模拟量数据。为更加准确的分析导弹工作状态且便于排故，设计了后台数据分析软件。通过该软件能够对全过程数据进行曲线展示，包括单曲线显示、多曲线独立显示、多曲线同时显示等。通过划分显示窗口方式来提供大量数据同时显示能力，数据显示窗口提供数据曲线无级放大功能、并能够通过鼠标光标位置实现精确数据值显示功能。

4 结束语

通过对导弹便携式系统的总体方案、硬件架构、改进CPCI软件框架、软件设计等的介绍。提出了一种基于改进CPC架构的导弹测试系统，改进后的便携式系统体积变小、功能增强、模块通用，软件采用QT设计可较好适应多种平台的使用。为未来导弹和现有导弹批生产测试能力的提升提供了可供参考的解决方案。

参考文献

[1] 师小强，刘宾，张新玉.一种便携式冲击波超压测试系统[J]计算机测量与控制2018，26（1）：80-83.

[2] 韩朝辉，孟令军，文波.基于CPCI的信号采集板卡设计[J]电子器件 2016，39（4）：851-855.

[3] 汪滢，许毅.地空导弹武器系统测试与发空一体化方案设计[J]，科学与财富， 2014，04：13.