XVI总线技术在航空制导武器测试系统中的应用

林贺章 罗志钢 孙和平

（中国人民解放军95285部队，广西 桂林，541007）

0 前言

近年来，世界高新技术的发展及战争形态的变化对航空制导武器提出了越来越高的要求，使得航空制导武器装备日趋复杂、装备智能化程度不断提高。而要检测和保障这些武器，构建基于VXI总线的航空制导武器自动测试系统无疑是最优选择。

1 自动测试系统的概述

以计算机为核心，在程序的控制下，自动完成特定测试任务的仪器系统称为自动测试系统（Automatic Test System,简称ATS）。由于自动测试技术的引入，不仅提高了测试效率，保证了测试的准确性和可靠性，减少了认为原因造成的测试错误和误差，减低生产和测试成本，还具有过程监测、数据分析、故障诊断及预测等多项功能。

1.1 自动测试系统的基本组成

一般意义的自动测试系统，是指采用计算机控制能自动完成激励、测量、数据处理并显示或者输出测试结果的一类系统的统称。这类系统通常是在标准的测控系统或者测试总线（如GPIB、VXI等总线）的基础上组建。工程上往往针对一定的应用领域或被测试对象并且常按应用对象来命名，如：发动机自动测试系统、制导弹药测试系统等。自动测试系统的组成从不同的角度看可以有不同的划分方法，从本身构成来看，分为：“自动测试设备+TPS+TPS开发环境”三大部分。从计算机应用的角度看，可以分为：“硬件系统+软件系统”两部分。

（1）从本身构成的角度来划分。自动测试系统(ATS)由三大部分：自动测试设备（Automatic Test Equipment,ATE）、测试程序集（Test Program Set,TPS）、TPS软件开发工具。

自动测试设备是指用来完成测试任务的全部硬件和相应的操作系统软件。ATE的心脏是计算机，该计算机用来控制复杂的测试仪器，如数字多用表，波形分析仪，信号发生器及开关矩阵组件等。这些设备在测试软件的控制下工作，通常是提供被测对象中的电路或部件所要求的激励，然后在不同的引脚、端口或连接点上测量被测对象的响应，从而确定该被测对象是否具有规范中规定功能或性能。

图1 自动测试系统的基本组成

图3 VXI总线测试仪控制方式

测试程序集（TPS）是与被测对象及其测试要求密切相关的，典型的测试程序集由三部分组成：测试程序软件、测试接口适配器、被测试对象测试所需的各种文件。测试软件控制ATE中的激励设备、测量仪器、电源及开关矩阵组件等，将激励信号加到需要加入的地方，并在合适的点测量被测对象的响应信号，然后再由测试软件来分析测量结果。

TPS软件开发工具包括：ATE和被测对象仿真器、ATE和被测对象语言、编程工具，不同的自动测试系统所能提供的测试程序集软件开发工具有所不同。

（2）从计算机应用系统的角度来划分。可以将其分为“硬件”和“软件”两部分。

硬件部分是指所能看地见的有形的东西，如主控计算机、VXI机箱、VXI模块、电源、机械平台、气源组件、接口适配器、各种专用电缆等

软件是指安装在主控计算机内部的各种程序，包括操作系统、驱动程序、软件开发环境、各种测试应用程序等。

图2 航空制导武器测试原理

1.2 自动测试系统的基本工作原理

实现自动测试，其基本的做法是将产品测试所需要的资源（测量仪器、激励源、转化开关、电源）集成到一个系统中，测试过程由系统中的控制器（计算机）通过执行测试软件来控制，其基本组成如下图1：

系统中，信号源提供被测对象（UUT）所需的各种激励信号（电源、函数发生器输出、D/A转换器输出）送往UUT。测量仪器（数字多用表、A/D转化器、评率计数器、示波器）则用来测量UUT各测量点在施加激励后的响应。开关系统按照控制器的命令将信号切换到所要求的路径，控制器通常为通用微型计算机或嵌入式微型计算机，用来控制整个测试过程并处理所测得的数据。人机接口是操作员与ATE进行交互的工具，主要包括显示器、键盘、打印机等。测试夹具及适配器电路是UUT与ATE的接口，它保证UUT与ATE之间可靠地机械、电气连接与匹配。

ATE中控制器与信号源、测量仪器、矩阵开关、多路转换器等设备为VXI总线模块，系统核心的测量仪、信号源、开关组件等被集成到一个或几个VXI总线机箱中。这时，就构成了基于VXI总线自动测试系统。

2 测试仪的设计原理

2.1 航空制导武器测原理

航空制导武器测试原理如图2所示。

图中用虚线划出了各个机箱所包含的部件，通用机械平台根据不同型号的制导武器可能是舱段测试模拟台，也可能是通用测试支架。其基本工作原理如下：测试仪的核心是VXI机箱，在它的内部各种模块化的仪器，包括测量仪器（A/D模块、数字万用表、DI等）、激励仪器（信号发生器、DO等）、开关仪器（矩阵开关）、数字通信模块（429模块、BMK模块、PK编码模块等）以及一些专用模块等，所有这些资源都连接到通用接口阵列上。

VXI机箱内各仪器的工作是受主控计算机控制的，这通过主控计算机与VXI机箱零槽模块之间的1394总线来实现。

通用接口阵列与被测制导武器不能直接连接，而是通过与之相适应的专用适配器来实现，专用适配器主要完成信号电平匹配、信号类型转换、光电隔离和功率驱动等信号调理工作，使得VXI机箱内的通用测试资源可以与形式各样的制导武器信号匹配。制导武器测试时，制导武器工作所需的电源也是由专用适配器来实现转接控制的，测试仪有一个产品电源组件机箱和一个通用附件箱来产生测试所需的各种电源，产品电源组件机箱的电源直接供给制导武器，设备电源组件机箱直接给专用适配器内部电路工作，这两部分通过电缆连接到专用适配器上，经由适配器内部电路转换控制，按相应的要求给各分部供电。各个程控电源的工作是由主控计算机通过GPIB总线来控制的。

制导武器通过专用的电缆实现与专用适配器连接，另外，制导武器的测试过程还需要一些专用测试组件的配合，例如目标模拟器、引信天线带、舵机的力矩测试组件、分离信号触发组件等。

专用测试组件、VXI机箱内部的通用测试资源以及电源组件在主控计算机内的测试程序的控制下，按照一定的顺序和要求给被测试的制导武器通过电源和信号激励，使被测试武器按照设定的方式工作，并在此过程中测试武器的各种信号和状态是否正常，从而完成武器的测试工作。

某些制导武器的测试过程需要气源，这由通用气源组件来提供。通用气源组价本身不产生气体，它只是对外提供的符合标准的气源进行通断控制和压力调节。对通用气源组件的控制是由主控计算机通过RS-232串口通信来实现的。

2.2 VXI总线控制原理

VXI机箱通过VXI总线实现测试时所需的采集、输出、开关控制、脉冲计数、闭环算法等功能，并通过VXI总线零槽控制器与主控计算机之间1394总线通讯实现VXI系统机箱卡与主控计算机的测试数据通信交互。VXI机箱采用C型13槽规格，如图3

（1）零槽控制器模块

该模块放置在VXI主机箱的零号槽位置，是控制VXI总线系统的内嵌式控制器，用于连接外部计算机和VXI主机箱的资源管理器，它还具有公共系统资源及资源管理功能，对公共时钟信号、触发信号、模块识别信号、中断优先和中断响应等信号驱动和管理。

（2）闭环算法控制器模块

该模块功能强大，配备不同的SCP可以实现闭环算法控制、模拟信号输出、IO信号输入输出、模拟信号输入、模拟信号调理等多种功能。可以根据实际需求编制算法完成复杂功能，并将算法下装到闭环算法控制器。通用电气平台配置了直通输入调理器、低通滤波输入调理器、模拟信号输出器、IO信号输入输出器等SCP。

（3）多功能万用表模块

系统采用数字多用表对实时性要求不高的静态模拟量进行采集，其中包括交直流电压、交直流电流、电阻、频率等基础物理量。如航空制导武器上电源组合产生的交直流电压、电流、频率的测量，航空制导武器上电路导通的测量等。

（4）角度/数字旋转变换器模块

该模块能提供RDC角度到数字量到模拟量的转换。制导武器测试过程中需要控制导引头偏转角度到设定值，该功能由角度/数字旋转变换器和闭环算法控制器组成的闭环控制系统实现。闭环控制器首先由角度/数字旋转变换器从被测对象读入当前角度值，该值直接以数字量的形式传给闭环算法控制器，闭环算法控制器将解算出的当前角度值同设定值比较，如果两个值不等，则闭环算法控制器向制导武器发送对应线性电压激励信号，驱动导引头运行，然后再采集并比较导引头实时角度值，直到实现导引头当前角度值与设定值相等。被测导引头的角度将动态稳定在设定值。

图4 软件总体结构框图

（5）8＊32继电器矩阵开关模块

系统采用8＊32继电器矩阵开关实现被测对象模拟激励的复杂控制逻辑，它可以同时输出8路模拟激励信号，通过能够将8路模拟激励信号切换到32路输出通道。8行32列信号线呈矩阵交叉排列，任何行列之间可以通过继电器导通，并且各继电器可以同时闭合互不影响，可以满足输入输出复杂逻辑控制。

（6）多路复用开关模块

为满足多通道的电压、电阻、频率、电流、时间间隔、及开关量信号的测量，通用测试平台采用多路复用开关切换各响应信号到采样设备。该模块可采用单端输入、差分输入、三线输入、四线输入等多种工作方式，各信号通道相互隔离。为了满足并行采集的需求，在差分输入方式中将2块多路复用开关的128通道分为八组，每组32通道，各通道间互不干扰可独立工作。

（7）128路控制开关模块

该模块控制开关发出以下几类指令：电源等其它设备的控制指令，被测对象的干接点激励信号，被测对象的27V激励信号（与27V电源配合）等指令。

（8）扫描A/D模块

该模块64通道16位kSa/s，可实现64通道全差分采样，扫描顺序和通道数可灵活配置，可实时读取当前采样值及通过设置采样存储深度读取采样值数据。采样速率最高的100KSa/s。

（9）计时/计数器模块

图5 VXI虚拟仪器系统结构

该模块具备时间间隔、脉冲宽度、脉冲计数等测量功能。根据被测信号性质将被测信号分为低频及高频两类信号，高频信号在测试适配器ITA内作隔离衰减等调理，低频信号在ITA内作衰减在信号调理内作隔离，两种信号各分配4个信号通道。

（10）429通讯接口模块

该模块通过内置处理器和数据队列存储器实现了两种总线的全双工429数据交换协议，并且具有重复以固定时间间隔发送命令帧的功能，该模块共有10个通道，接收10选1，发送1带10，I/O接口采用DB37芯插座。波特率40/50kbps可设。

（11）BMK通讯接口模块

该模块用于实现BMK数字通信协议，可以对16位数据总线接收存储，具有电气隔离功能。VXI总线接口电路及数据采集存储控制电路全部由CPLD实现，数据存储深度为双口RAM16＊4K，对外部数据的读取可以是定时或外部触发，读取的数据存放在双口RAM中。

3 硬件组成

从功能上划分，测试仪主要由通用电气平台、通用机械平台、专用测试组件三大部分组成。

3.1 通用电气平台

通用电气平台是测试设备的核心，包括了测试系统的主控计算机、通用测试仪器、矩阵开关、电源等测试资源，主要由五个机箱组成，另外还有一个负责为制导武器测试提供各种气源的通用气源组件。

主控组件。内部包含主控计算机、打印机、某型号制导武器测试时所用的高频组件等。

VXI组件。内部包含一个插有各种VXI模块化仪器的C尺寸VXI机箱；在机箱装有一个由GPIB总线控制的示波器，可以实时观察“制导武器音响”等关键信号。

电源组件。包含一台程控交流电源、一台程控直流电源、两台大功率程控直流电源、一个设备电源，它们都由主控计算机通过GPIB总线控制。

通用附件。它是整个测试系统的供电控制中枢外部380V交流市电由此机箱背面输入，然后向各个用电单元分配供电。

通用气源组件。通用气源组件为制导武器测试时提供所需的气源，包括高压空气和高压氮气，其工作过程通过主控计算机一个RS232接口来自动完成的。

3.2 专用测试组件

专用测试组件是通用测试资源不能满足特殊的测试需求而专门设置的测试组件，包括多型适配器、舱段测试模拟台、目标模拟器、引信模拟器、液压测试组件、天线屏蔽罩、引信天线带、离梁信号模拟器等。

专用适配器是通用电气平台与被测试制导武器之间的电气信号接口装置，是针对每一种被测试武器的接口信号特点和测试需求专门设计的，主要实现通用测试资源与被测试对象之间的信号电平转换与隔离、功率驱动、信号调理等功能。

在对制导武器的测试时，还需要模拟制导武器的实际工作环境和目标的工作条件，这个任务由相应的各种专用测试组件来完成。如，模拟制导武器所攻击目标的红外目标模拟器、雷达目标模拟器、进行制导武器引信测试时的引信模拟器、引信天线带等。

3.3 通用机械平台

通用机械平台主要是提供指导武器测试时的安装与固定，另外它还提供一些专用测试组件的安装与固定，包括舱段测试通用模拟台和通用支架两部分。

4 软件组成

测试软件主要功能是测试流程配置、测试执行、仪器控制、数据管理、报表管理等，实现整台测试仪的流程配置及测试运行管理等。

4.1 软件的总体结构

基于 VXI测试系统本身的结构特点，软件在微软Windows2000(NT5.0) 32位操作系统平台应用，采用NI公司的 Lab Wi ndows／CVI4.0版本语言交互开放编程技术 ，实现窗口、事件和消息的 Wi ndows工作方式与硬件驱动程序相融合。软件总体结构框图见图4。

VXI测试仪软件总体结构从低层到顶层 ，实际主要包括 3个部分：VISA 虚拟仪器软件、模块驱动程序和应用软件。由于被测试航空制导武器的多样性及参数的复杂性，系统软件采用分层模块化设计方法 。首先完成相邻层之间的接口协议 ，尽可能减少层次之间的耦合，然后分别完成项层与底层软件的开发。软件结构采用分层设计，其中顶层为主控模块，底层为各设备测试模块。主控模块和各仪器模块分别为可独立运行的子系统 。

4.2 VXI虚拟仪器系统驱动

VPP规范是对VXI总线标准的补充和发展，主要解决了VXI总线系统的软件标准问题。对操作系统、编程语言、I/O程序库、仪器驱动程序、应用软件工具等都作了原则性规定，真正实现了VXI总线系统的开放性、兼容性、互换性，进一步缩短了VXI系统的集成时间。如图5。

VXI零槽模块与其他各仪器模块一起，构成了虚拟仪器系统硬件结构，在这些仪器模块中，有VXI仪器、GPIB仪器、异步串口通信仪器等，也可以有消息基器件、寄存器基器件、存储器基器件等。I/O接口软件留驻于计算机系统之中，是计算机与仪器之间的软件层连接，它对于仪器驱动程序开发者来说是一个个可调用的操作函数集。每个仪器模块都有自己的仪器驱动程序，是应用程序实现对仪器控制的桥梁。自动测试系统的应用程序直接面对的是操作用户，通过友好直观的测控操作与显示界面、丰富的数据分析与处理功能完成自动测试任务I/O接口软件、仪器驱动程序以及应用程序三级结构自下而上构成了虚拟仪器系统软件结构。

4.3 LabWindows/CVI 编程方法

使用 LabWindow s/CVI 进行编程, 其步骤如下:

第一步:根据测试系统确定程序的基本框架、程序中所需的函数等。

第二步:根据第一步制定的方案创建用户图形界面及回调函数名。

第三步:让计算机生成程序代码及回调函数的基本框架, 添加函数代码, 完成代码的编写工作。

第四步:编译、调试程序。把头文件、用户图形界面文件、源代码文件添加到项目文件中去, 完成整个程序的编制。以上是使用 LabWindows/CVI 进行编程的一般步骤, 看上去 比较简单, 但实际上使用LabWindows/CVI 开发多武器平台测试 程序是一个漫长而又艰巨的工作, 需要不断的修改和调试。

5 结束语

基于 VXI总线的航空制导武器测试系统，具有功能强、可靠性高、体积小、扩展功能强、使用灵活方便等优点。系统能够对多型航空制导武器进行快速检测，对提高武器系统的可靠性和可维修性，充分发挥航空制导武器的作战效能，提高部队的训练水平和战斗力有极其重要的作用。