某飛彈典型信號仿真與測試訓練系統

摘要：以某型飛彈測試過程中典型的信號流為研究對象，針對該飛彈控制系統連接關係複雜、測試信號難於提取的問題，在充分研究飛彈測試原理和操作規程的基礎上，構建了該飛彈典型信號模型。以ARM9嵌入式系統為核心，採用信號仿真與測試系統相結合的方式，搭建了系統硬體。著眼院校教學與部隊訓練的實際需求，引入教學和訓練管理分系統，結合系統硬體的設計，採用模塊化分層設計的方式，設計了系統軟體，實現了原理演示與訓練操作、講解示範與評估考核的有機結合。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201604/290271.htm

引言

　　針對某飛彈控制系統彈上、地面儀器設備的系統連接關係複雜，測試過程中測試信號的傳感、測量、數據採集、提取等難於實現的問題。為滿足部隊及院校實裝操作訓練需要，提高訓練對象的飛彈測試技術理論與實踐相結合的能力，完善輔助教學和考核評估手段，提出了某飛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)，討論了系統研製涉及的關鍵技術，並對彈上及地面典型信號的產生機理及測試方法進行物理仿真，使受訓人員充分地理解並感知飛彈的信號產生及測試流程，有針對性的掌握飛彈測試技術，實現院校和部隊相統一，加快學員崗位任職能力形成。該系統能較好地滿足該型武器系統教學和操作訓練需要，可提高飛彈武器系統的測試訓練效率，降低飛彈武器系統的測試訓練成本。

飛彈典型信號仿真模型

　　針對某飛彈的測試特點，可以對測試信號進行歸類和總結。對測試系統而言，該飛彈的電特性參數分為三種類型：被測信號、激勵信號和控制信號。被測信號包括模擬量、數字量和時序量三類信號。其中，模擬測量量包括電壓、電流、電阻、時間、脈衝以及波形等信號;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關量控制等。一般用於激勵信號的控制、被測設備供電的控制以及測量迴路的通道控制。

　　對於數字電路，測試其輸出端的響應代碼，與資料庫中的正確代碼比較，來判斷被測電路的邏輯功能是否正常，從而確定電路的好壞;對於模擬電路，測試其輸出端的電壓、電流與輸入端之間的函數關係，與相應的標準進行比較，根據它們是否一致來判斷模擬電路的功能是否正常。

系統硬體設計與實現

　　系統總體採用混合總線系統，系統硬體的總體結構如圖2所示。該飛彈典型信號仿真與測試訓練系統由信號發生系統、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. 信號發生系統

　　信號包括該飛彈彈上典型控制信號、激勵信號、反饋信號、邏輯時串信號等。主要分類有交/直流電壓/電流信號、波形信號、脈衝信號、時串信號等。信號發生裝置由交流電源、直流穩壓電源、自研電源變換裝置、信號發生器等組成。

　　2. 信號調理系統

　　信號調理系統包括信號採集、濾波、變換等。變換與調理的目的是便於信號的傳輸與處理。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，需要進一步放大，有的還要進行阻抗變換。有些傳感器輸出的電信號中混雜有幹擾噪聲，需要去掉噪聲，提高信噪比。某些場合，為便於信號的遠距離傳輸，需要對傳感器測量信號進行調製解調處理。濾波器是一種選頻裝置，可以使信號中特定頻率成分通過，而極大地衰減其他頻率成分。如圖4中預處理部分所示。

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

　　信號採集控制器採用基於ARM9核的控制器，嵌入式計算機對上通過TCP/IP總線連接仿真計算機，對下通過機箱總線與功能模塊相連。功能模塊有4種類型的對外接口，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，可以滿足對不同類型信號的需要。每個信號採集控制器機箱可以選配8個不同類型功能模塊，使硬體具有很強的通用性。

　　3. 信號測試系統

　　信號測試系統採用工控機+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，在測試訓練過程中運行模擬測試程序，同時生成各類測試數據。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，可以滿足測試儀模擬器對不同類型信號的需要。模擬測試程序由基於windows平臺的VC++進行開發，負責信號的採集、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用表。

系統軟體設計與實現

　　根據飛彈典型信號仿真與測試訓練系統所要實現的功能，結合系統硬體的設計，系統軟體採用模塊化分層設計，主要包括以下幾個功能模塊程序：系統自檢程序、測試開發程序、數據採集與處理程序、I/O總線控制程序和故障診斷程序。

　　系統自檢程序通過自激勵—自測試的方法檢測飛彈典型信號仿真與測試訓練系統是否正常工作;測試開發程序主要是根據飛彈系統的實際信號，設置典型信號的數據類型及量程;數據採集與處理程序用於採集信號源發出的激勵信號，並將所採集的信號轉換成系統所需要的電壓信號;I/O總線控制程序主要功能是根據測試流程，實現激勵信號的動態接入和輸出控制;故障診斷程序主要用於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. 測試軟體方案

　　測試軟體採用通用軟體測試架構，由設備驅動、硬體自檢、數據採集、數據歸算和數據顯示五部分組成，採用VC++進行編程，負責信號的採集、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。輸入模塊通過循環接受外部設備的各種狀態信號和操作信號，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裝邏輯關係資料庫，對入口參數進行循環運算和判斷，產生一組輸出結果;信號輸出模塊將邏輯運算模塊產生的輸出結果對外輸出，在外部設備上產生各種操作現象。測試軟體結構與外部接口如圖7所示。

　　2. 輔助教學軟體

　　採用多媒體技術、計算機網絡技術和虛擬實境技術，建立輔助教學系統，對操作號手可進行工作原理分析、測試方法等基礎技術理論培訓，對參訓人員可進行基礎理論和基本操作技能培訓。

　　飛彈典型信號仿真與訓練系統輔助教學系統功能主要有：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體系統，利用多媒體設備進行輔助理論教學。

結束語

　　本文所設計的某飛彈典型信號仿真與測試訓練系統，充分吸納了部隊、院校先進的訓練教學成果，把操作訓練、協同演練與講解示範、學習原理有機結合在一起，採用了信號仿真與測試系統相結合的方式進行軟、硬體結構設計，引入了教學和訓練管理分系統，配置相應硬體設備，構建了演、講、練、教與學的「一體化」訓練系統，實現了原理演示與訓練操作、講解示範與評估考核的有機結合，較好地解決了因飛彈控制系統連接關係複雜導致測試過程中測試信號的傳感、測量、數據採集、提取等難於實現的問題，具有開發周期短、造價低廉、實用性強、操作簡便等特點。

　　經學院和部隊的多次試驗，證明該系統能夠滿足部隊及院校實裝操作訓練需要，大大提高了飛彈武器系統的測試訓練效率，並降低飛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，具有較大的軍事意義和顯著的經濟效益。

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本文來源於中國科技期刊《電子產品世界》2016年第4期第24頁，歡迎您寫論文時引用，並註明出處。