某導彈典型信號仿真與測試訓練系統

摘要：以某型導彈測試過(guò)程中典型的信號流為研究對象，針對該導彈控制系統連接關(guān)系復雜、測試信號難于提取的問(wèn)題，在充分研究導彈測試原理和操作規程的基礎上，構建了該導彈典型信號模型。以ARM9嵌入式系統為核心，采用信號仿真與測試系統相結合的方式，搭建了系統硬件。著(zhù)眼院校教學(xué)與部隊訓練的實(shí)際需求，引入教學(xué)和訓練管理分系統，結合系統硬件的設計，采用模塊化分層設計的方式，設計了系統軟件，實(shí)現了原理演示與訓練操作、講解示范與評估考核的有機結合。

引言

　　針對某導彈控制系統彈上、地面儀器設備的系統連接關(guān)系復雜，測試過(guò)程中測試信號的傳感、測量、數據采集、提取等難于實(shí)現的問(wèn)題。為滿(mǎn)足部隊及院校實(shí)裝操作訓練需要，提高訓練對象的導彈測試技術(shù)理論與實(shí)踐相結合的能力，完善輔助教學(xué)和考核評估手段，提出了某導彈典型信號仿真與測試訓練系統這一課題。

　　本文從應用體系、系統體系、技術(shù)體系三方面論述了系統的體系框架(如圖1所示)，討論了系統研制涉及的關(guān)鍵技術(shù)，并對彈上及地面典型信號的產(chǎn)生機理及測試方法進(jìn)行物理仿真，使受訓人員充分地理解并感知導彈的信號產(chǎn)生及測試流程，有針對性的掌握導彈測試技術(shù)，實(shí)現院校和部隊相統一，加快學(xué)員崗位任職能力形成。該系統能較好地滿(mǎn)足該型武器系統教學(xué)和操作訓練需要，可提高導彈武器系統的測試訓練效率，降低導彈武器系統的測試訓練成本。

導彈典型信號仿真模型

　　針對某導彈的測試特點(diǎn)，可以對測試信號進(jìn)行歸類(lèi)和總結。對測試系統而言，該導彈的電特性參數分為三種類(lèi)型：被測信號、激勵信號和控制信號。被測信號包括模擬量、數字量和時(shí)序量三類(lèi)信號。其中，模擬測量量包括電壓、電流、電阻、時(shí)間、脈沖以及波形等信號;激勵信號包括波形信號、電源和指令信號。在測試過(guò)程中，一般由測試系統為被測對象提供;控制信號包括數字量控制信號和開(kāi)關(guān)量控制等。一般用于激勵信號的控制、被測設備供電的控制以及測量回路的通道控制。

　　對于數字電路，測試其輸出端的響應代碼，與數據庫中的正確代碼比較，來(lái)判斷被測電路的邏輯功能是否正常，從而確定電路的好壞;對于模擬電路，測試其輸出端的電壓、電流與輸入端之間的函數關(guān)系，與相應的標準進(jìn)行比較，根據它們是否一致來(lái)判斷模擬電路的功能是否正常。

系統硬件設計與實(shí)現

　　系統總體采用混合總線(xiàn)系統，系統硬件的總體結構如圖2所示。該導彈典型信號仿真與測試訓練系統由信號發(fā)生系統、信號處理系統和信號測試系統組成，其組成框圖如圖3所示。

　　1. 信號發(fā)生系統

　　信號包括該導彈彈上典型控制信號、激勵信號、反饋信號、邏輯時(shí)串信號等。主要分類(lèi)有交/直流電壓/電流信號、波形信號、脈沖信號、時(shí)串信號等。信號發(fā)生裝置由交流電源、直流穩壓電源、自研電源變換裝置、信號發(fā)生器等組成。

　　2. 信號調理系統

　　信號調理系統包括信號采集、濾波、變換等。變換與調理的目的是便于信號的傳輸與處理。傳感器輸出的電信號很微弱，大多數不能直接輸送到顯示、記錄或分析儀器中去，需要進(jìn)一步放大，有的還要進(jìn)行阻抗變換。有些傳感器輸出的電信號中混雜有干擾噪聲，需要去掉噪聲，提高信噪比。某些場(chǎng)合，為便于信號的遠距離傳輸，需要對傳感器測量信號進(jìn)行調制解調處理。濾波器是一種選頻裝置，可以使信號中特定頻率成分通過(guò)，而極大地衰減其他頻率成分。如圖4中預處理部分所示。

　　信號采集控制器是實(shí)現控制系統設備功能的核心部件，負責信號的采集、輸出、前端處理和實(shí)時(shí)處理輸出，減輕實(shí)時(shí)采集控制對仿真主機的依賴(lài)。采集控制器程序在仿真計算機的控制下，完成面板信號的采集與控制，從而模擬各種設備工作。

　　信號采集控制器采用基于A(yíng)RM9核的控制器，嵌入式計算機對上通過(guò)TCP/IP總線(xiàn)連接仿真計算機，對下通過(guò)機箱總線(xiàn)與功能模塊相連。功能模塊有4種類(lèi)型的對外接口，分別是DI(數字輸入)、DO(數字輸出)、A/D(模擬輸入)和D/A(模擬輸出)，配合信號調理電路，可以滿(mǎn)足對不同類(lèi)型信號的需要。每個(gè)信號采集控制器機箱可以選配8個(gè)不同類(lèi)型功能模塊，使硬件具有很強的通用性。

　　3. 信號測試系統

　　信號測試系統采用工控機+測試模塊+智能儀表方案，如圖5所示。

　　工控機模擬系統是測試系統的核心，在測試訓練過(guò)程中運行模擬測試程序，同時(shí)生成各類(lèi)測試數據。工控計算機系統由工控機和相應的PCI功能模塊組成，配合信號調理板和電平匹配板，可以滿(mǎn)足測試儀模擬器對不同類(lèi)型信號的需要。模擬測試程序由基于windows平臺的VC++進(jìn)行開(kāi)發(fā)，負責信號的采集、輸出、設置和記錄等功能。智能儀表主要包括示波器和數字萬(wàn)用表。

系統軟件設計與實(shí)現

　　根據導彈典型信號仿真與測試訓練系統所要實(shí)現的功能，結合系統硬件的設計，系統軟件采用模塊化分層設計，主要包括以下幾個(gè)功能模塊程序：系統自檢程序、測試開(kāi)發(fā)程序、數據采集與處理程序、I/O總線(xiàn)控制程序和故障診斷程序。

　　系統自檢程序通過(guò)自激勵—自測試的方法檢測導彈典型信號仿真與測試訓練系統是否正常工作;測試開(kāi)發(fā)程序主要是根據導彈系統的實(shí)際信號，設置典型信號的數據類(lèi)型及量程;數據采集與處理程序用于采集信號源發(fā)出的激勵信號，并將所采集的信號轉換成系統所需要的電壓信號;I/O總線(xiàn)控制程序主要功能是根據測試流程，實(shí)現激勵信號的動(dòng)態(tài)接入和輸出控制;故障診斷程序主要用于故障的設置與定位及故障的分析與排除訓練。系統測試流程圖如圖6所示。

　　1. 測試軟件方案

　　測試軟件采用通用軟件測試架構，由設備驅動(dòng)、硬件自檢、數據采集、數據歸算和數據顯示五部分組成，采用VC++進(jìn)行編程，負責信號的采集、輸出、設置和記錄等功能。它由信號輸入模塊、邏輯運算模塊和信號輸出模塊三大部分組成。輸入模塊通過(guò)循環(huán)接受外部設備的各種狀態(tài)信號和操作信號，為邏輯運算模塊提供入口參數;邏輯運算模塊依據其內置的實(shí)裝邏輯關(guān)系數據庫，對入口參數進(jìn)行循環(huán)運算和判斷，產(chǎn)生一組輸出結果;信號輸出模塊將邏輯運算模塊產(chǎn)生的輸出結果對外輸出，在外部設備上產(chǎn)生各種操作現象。測試軟件結構與外部接口如圖7所示。

　　2. 輔助教學(xué)軟件

　　采用多媒體技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和虛擬現實(shí)技術(shù)，建立輔助教學(xué)系統，對操作號手可進(jìn)行工作原理分析、測試方法等基礎技術(shù)理論培訓，對參訓人員可進(jìn)行基礎理論和基本操作技能培訓。

　　導彈典型信號仿真與訓練系統輔助教學(xué)系統功能主要有：操作規程演示、操作步驟提示、操作錯誤提示、故障設置、故障分析與排除訓練。建立具有與仿真信號同步刷新功能的原理演示軟件系統，利用多媒體設備進(jìn)行輔助理論教學(xué)。

結束語(yǔ)

　　本文所設計的某導彈典型信號仿真與測試訓練系統，充分吸納了部隊、院校先進(jìn)的訓練教學(xué)成果，把操作訓練、協(xié)同演練與講解示范、學(xué)習原理有機結合在一起，采用了信號仿真與測試系統相結合的方式進(jìn)行軟、硬件結構設計，引入了教學(xué)和訓練管理分系統，配置相應硬件設備，構建了演、講、練、教與學(xué)的“一體化”訓練系統，實(shí)現了原理演示與訓練操作、講解示范與評估考核的有機結合，較好地解決了因導彈控制系統連接關(guān)系復雜導致測試過(guò)程中測試信號的傳感、測量、數據采集、提取等難于實(shí)現的問(wèn)題，具有開(kāi)發(fā)周期短、造價(jià)低廉、實(shí)用性強、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。

　　經(jīng)學(xué)院和部隊的多次試驗，證明該系統能夠滿(mǎn)足部隊及院校實(shí)裝操作訓練需要，大大提高了導彈武器系統的測試訓練效率，并降低導彈武器系統的測試訓練成本，其性能穩定可靠，操作使用方便，信號顯示直觀(guān)，具有較大的軍事意義和顯著(zhù)的經(jīng)濟效益。

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本文來(lái)源于中國科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第4期第24頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。