半主动激光制导炸弹测试系统设计

山 清

(中国空空导弹研究院,河南 洛阳 471009)

1 引 言

激光制导炸弹以其制导精度高、杀伤范围大、使用简单、价格低廉等特点已成为当前战机特别是无人机对地攻击的首选武器之一。某激光制导炸弹采用数据链+惯导/GPS组合导航+半主动型激光末制导的制导体制,可攻击地面固定目标和移动目标。为了满足该型武器的科研、批产和交付用户后的维护保障需求[1],需要一套测试系统来模拟其所有控制信号、电气信号、外部制导信号和工作时序等,实现对产品全时序工作测试,激光导引头的线性区、瞬时视场、目标视线角指示误差等功能测试,数据链整个收发链路测试,飞行控制系统组合导航功能测试等。

本文针对该型半主动型激光制导炸弹,设计了一套基于PXI总线的测试系统,并通过RS422总线与激光目标模拟器、数据链指令机组件连接,通过卫星信号模拟器在室内模拟真实卫星信号,实现了某半主动型激光制导炸弹在整个工作过程的性能指标测试。

2 系统组成及工作原理

半主动激光制导炸弹总体性能测试系统由主测试机柜(含测试电缆)、激光目标模拟器、数据链模拟器和卫星信号模拟器等组成。该测试系统可以模拟被测产品正常工作所需的激励信号,如发射前的多路+27 V直流电、多种数字总线信号、机弹分离信号,发射后的卫星模拟信号、机载数据链指令机射频信号和激光发射信号,实现半主动激光制导炸弹基于全时序工作的功能测试,系统组成如图1所示。

图1 系统组成原理图Fig.1 System composition diagram

测试时,将某半主动型激光制导炸弹平稳放置在测试车或试验台上。测试设备通过测试线缆与被测产品连接,测试过程中产品工作电由测试系统专用电源系统提供,导弹供电、数字信息传递以及弹上信号的采集均由测试设备通过测试线缆实时控制,同时测试设备通过3路RS422总线与2台专用测试设备连接,实现数据交换和状态控制,共同完成对被测产品工作全过程的实时测试任务。其中数据链指令机将测试系统给出的目标位置、运动信息转换为射频信号实时发送给弹上数据链,在中制导段为炸弹提供目标实时参数；激光目标模拟器为炸弹导引头提供目标反射的激光信号,在末制导段为炸弹提供激光制导信息,并可通过象限切换对导引头探测器性能进行测试验证。

3 测试系统主要硬件设计

3.1 PXI系统

PXI系统包括PXI总线控制器、1553B模块、A/D模块、I/O与继电器多功能模块、BMK模块、LVDS模块、RS422模块等,实现对被测对象发送飞行任务、采集产品工作过程中的模拟量与数字量、产生控制时序用开关量等。其中,PXI机箱选用NI公司的PXI-1044机箱,具有13个PXI插槽,满足使用和扩展需求。PXI控制器选用NI公司的PXI-8108。

3.2 通用转接单元

通用转接单元主要功能是完成设备与产品之间的电气隔离、阻抗匹配及电平转换,完成设备内部各单元之间的电气通路,提供设备和产品的供电需求,模拟相关的激励信号,提供部分需要检测信号的处理,建立检测模块和被测数据信号之间的传输通道,通过软件的协调控制,保证测试流程的顺利进行,如图2所示。

图2 通用转接单元功能框图Fig.2 Block diagram of universal switching unit

3.3激光目标模拟器

激光目标模拟器主要由三大部分组成,分别为夹紧机械接口,光学系统和控制系统。其中夹紧机械接口实现模拟器与产品之间的对准。光学系统由光源和平行光管组成,光源选择发光二极管。控制系统分光源驱动电路和光源编码电路两部分,光源驱动电路实现发光二极管的驱动,光源编码电路完成与上位机的通讯以及不同象限、不同不同码型的控制,控制系统的电源选择外部的电源模块供电[2]。

被测产品模糊象限探测控制的特点要求对探测器的方向探测功能进行测试时,必须使目标分别成像在不同 的探测器上。为实现以上功能,采用五路光激励信号,以不同的角度入射,分别对应于探测器的中心,通过控制电路控制光信号的发射,利用产品的输出信号,就可以对其探测性能进行定性测试,原理见图3所示[3]。

图3 激光目标模拟器原理图Fig.3 Schematic diagram of laser target simulator

3.4 卫星信号模拟器

卫星信号模拟器以真实卫星数据为基础,人为设置并保存所需测试场景和运动轨迹,通过发射天线将模拟的卫星信号辐射至被测产品,以完成产品全、时序的闭环测试。本测试系统采用的卫星信号模拟器为深圳某公司的成熟货架产品。

3.5 数据链模拟器

数据链模拟器接收主控单元传输的模拟制导信息,将模拟制导信息进行校验编码、加密编码、信道编码、信号调制、混频、衰减控制,在指定时间输出射频信号供产品测试使用,原理见图4所示。

图4 数据链模拟器原理图Fig.4 Schematic diagram of data link simulator

4 测试系统软件设计

4.1 系统软件设计

测控设备软件基于NI公司的LabWindows/CVI开发,主要功能是用来模拟载机与导弹间的环境进行测试,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,对准参数块和任务数据加载块设置,测试数据后处理和分析等功能,完成挂飞段和制导飞行阶段的时序测试[4]。

4.2 软件结构设计

测控软件是系统主要的人机交互接口,是整个系统的控制和运算处理中心。为提高系统稳定性及可靠性,系统分为三个主要层次,层次之间相对独立,通过功能调用实现层次交互。软件采用分层次的模块化设计,从结构上划分为三层:应用层、功能层和驱动层。其中,应用层按照需求开发便于操作的交互接口,引导用户进行试验；功能层负责完成测试流程控制,测试信息的的记录和分析等；驱动层负责对设备的各种实际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[5]。软件总体结构如图5所示。

4.3 软件功能设计

根据测试需要及整个测控系统的功能进行分析,该软件具有以下功能:

a)设备校准:用于设备的自身维护,配合硬件完成供电电源指标、总线通讯参数以及信号采集通道的校准；

b)导弹测试:即可模拟载机完成与发射架的测试,也可单独对炸弹进行全时序性能测试；

c)惯性组件性能测试:对向转台提供运动参数的输入,同时采集弹上陀螺和加速度计的惯性输出,以时间轴为基准对输入和输出值进行对比分析；

d)数据分析:用于对测试过程中记录的数据进行事后分析获取更多的测试信息。

图5 软件总体设计框图Fig.5 Software overall design block diagram

4.4 软件流程设计

测试软件按照被测产品的工作时序进行设计,测试时序控制分析如图6所示。

5 系统试验验证

通过对被测产品在其整个研制过程的多阶段测试使用,本测试系统能够实现对某激光制导炸弹总体性能进行系统、全面的验证。在测试过程中发现了产品包括时序设计、任务数据处理以及若干次产品故障等问题,也辅助完成了故障查询、定位和验证归零。系统还能对被测产品分组件固有测试性指标进行检查,可将故障定位到组件级,实现多级测试任务,提高了测试工作效率。

6 结 论

激光制导炸弹测试系统基于被测对象的组件特点,采用主控设备加专项测试设备的测试架构设计,主控设备通过串行总线与专项测试设备连接,构成了一套完整的半主动激光制导武器测试系统,实现了对武器总体性能测试工作。该系统结构设计合理、硬件采用标准统一,且使用了模块化的设计方法极易扩展,可应用于类似激光制导武器的研制测试工作。

图6 测试系统软件流程图Fig.6 Test system software flow chart