摘要：介紹了一種基于PXI總線的艦栽武器試驗動態(tài)參數(shù)綜合測試系統(tǒng)的硬件組成和軟件結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)硬件基于虛擬儀器技術(shù)和針對被測試信號形式采用模塊化設(shè)計；軟件基于數(shù)據(jù)庫技術(shù)進(jìn)行設(shè)計，提高了系統(tǒng)適應(yīng)性，滿足了多種型號武器系統(tǒng)試驗的需要；結(jié)構(gòu)上采用分布式設(shè)計，便于在艦船上與被測系統(tǒng)就近安裝。
關(guān)鍵詞：艦載；PXI；測試設(shè)備；硬件組成；軟件結(jié)構(gòu)

0 引言
    靶場承擔(dān)武器裝備研制、設(shè)計定型等試驗任務(wù)。長期以來受武器系統(tǒng)研制部門體制、技術(shù)、設(shè)計和使用目的等諸多因素限制和影響，測試設(shè)備一般針對被測試武器系統(tǒng)具體型號進(jìn)行設(shè)計，導(dǎo)致其通用性差，升級改造困難。
    系統(tǒng)硬件基于虛擬儀器技術(shù)和針對被測試信號形式采用模塊化設(shè)計，軟件基于數(shù)據(jù)庫技術(shù)進(jìn)行設(shè)計。在應(yīng)用時，針對被測試信號種類和規(guī)模等具體情況，通過對采集器軟硬件模塊進(jìn)行組合與配置，便可組成功能不同、規(guī)模不等的專用測試系統(tǒng)。當(dāng)其功能不能滿足試驗測試需求時，只需針對需求增加軟硬件模塊，而設(shè)備主體可以不變或僅作一定修改便可適應(yīng)其他型號武器系統(tǒng)試驗需要。

1 硬件組成與功能
    艦載武器試驗測試系統(tǒng)基于PXI總線模塊進(jìn)行設(shè)計，系統(tǒng)由主控器、采集器、信號拾?。{(diào)理設(shè)備和信號模擬器四部分組成，其組成如圖1所示。

    (1)主控器
    主控器由工控機(jī)系統(tǒng)配置PXI-PCI8335外接式控制器模塊(MXI-3)和GPS授時卡組成。工控機(jī)負(fù)責(zé)系統(tǒng)管理，采集器采集數(shù)據(jù)的匯總、存貯、處理。MXI-3模塊用于工控機(jī)對各采集器的控制。GPS授時卡采用PCI總線插卡結(jié)構(gòu)，可以接收GPS衛(wèi)星時間信息或靶場IRIG-B碼時間信息，實現(xiàn)系統(tǒng)與靶場測控網(wǎng)的同步。通過對GPS或IRIG-B時間信息的處理，在PCI總線上可以獲取1 PPS，20 PPS中斷信號及并行時、分、秒、毫秒時間信息，并可以輸出TTL電平的1 PPS和20 PPS同步信號。
    (2)采集器
    采集器由3個電信號采集器(1#、2#、3#采集器)和非電量測量分系統(tǒng)(4#采集器)組成。被測電信號主要包括直流電壓信號、發(fā)控指令信號、脈沖頻率信號和各種數(shù)字信號(串行、并行和網(wǎng)絡(luò)信息)。非電量參數(shù)主要包括溫度、角速度、振動、壓力和應(yīng)變等信號。
    3個電信號采集器由PXI-1006機(jī)箱和PXI總線模塊組成，由PXI-1006機(jī)箱的PXI-PXI橋?qū)崿F(xiàn)采集器間的連接。PXI總線模塊包括NI的PXI-6608計數(shù)／定時器模塊，PXI-6031E數(shù)據(jù)采集模塊，PXI-1411圖像信號采集模塊，PXI-6533數(shù)字I／O模塊，PXI-8422 RS 232接口模塊，PXI-8423 RS 422／485接口模塊，PXI-8210以太網(wǎng)接口模塊和PXI-8460CAN總線模塊。
    對于每個PXI采集器的具體配置可根據(jù)被測試信號種類、數(shù)量和被測系統(tǒng)的物理位置確定。在具體應(yīng)用時可根據(jù)測試對象的不同，靈活配置各采集器功能。
    非電量測量分系統(tǒng)由傳感器、信號調(diào)理模塊和4#采集器組成。傳感器包括溫度傳感器、壓力傳感器、應(yīng)變傳感器、振動和角速度傳感器。信號調(diào)理模塊采用SCXI-1102B和SCXI-1120D。采集器配置PXI-6071E數(shù)據(jù)采集模塊和PXI-6608計數(shù)／定時器模塊。PXI-6608計數(shù)／定時器模塊用于接收處理GPS衛(wèi)星時間信息或IRIG—B碼時間信息，用于實現(xiàn)與系統(tǒng)同步。
    (3)信號拾?。{(diào)理設(shè)備
    信號拾?。{(diào)理設(shè)備用于完成對被測信號的拾取和調(diào)理。為了方便與被測設(shè)備的聯(lián)接；需配置線纜轉(zhuǎn)接箱。
    (4)信號模擬器
    信號模擬器由工控計算機(jī)系統(tǒng)和多種被測信號模擬卡組成，用于被測信號的模擬／仿真。

2 軟件設(shè)計
2．1 設(shè)計思路
    對于現(xiàn)代計算機(jī)測試系統(tǒng)而言，軟件是系統(tǒng)的靈魂。對于簡單的測試系統(tǒng)因測試任務(wù)單一，硬件系統(tǒng)專用，有關(guān)配置在軟件設(shè)計時可統(tǒng)一完成。由于其測試結(jié)果數(shù)據(jù)量相對較小、數(shù)據(jù)處理和輸出簡單，將整個測試任務(wù)作為一個整體一次完成是最佳的選擇。
    對于綜合測試系統(tǒng)而言，因其規(guī)模較大且要求具有較好的靈活性，采用上述軟件設(shè)計方法顯然是不合適的。如果將系統(tǒng)以一個任務(wù)看待難以實現(xiàn)對眾多系統(tǒng)硬件模塊和大量試驗數(shù)據(jù)的科學(xué)管理。
    采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)可實現(xiàn)綜合測試系統(tǒng)中測試任務(wù)、測試儀器、系統(tǒng)配置、測試數(shù)據(jù)的有序管理。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫包括系統(tǒng)任務(wù)庫、系統(tǒng)儀器庫、通道配置及通道標(biāo)定數(shù)據(jù)庫和測試數(shù)據(jù)庫等。
    測試任務(wù)庫是為組織管理測試任務(wù)而設(shè)計的，它定義了任務(wù)名稱、任務(wù)代碼，同時包括對任務(wù)的描述以及相應(yīng)的幫助文件。任務(wù)代碼被設(shè)計為區(qū)分任務(wù)的惟一特征碼，并將其作為測試系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)的令牌。系統(tǒng)儀器庫中存儲測試系統(tǒng)所包括的全部儀器或硬件模塊，它是定義專用測試系統(tǒng)的基礎(chǔ)。系統(tǒng)通道庫包括系統(tǒng)通道配置庫和對應(yīng)每一個通道的標(biāo)定數(shù)據(jù)庫。通道配置庫負(fù)責(zé)管理所有測試任務(wù)的通道配置，它描述和定義每項測試任務(wù)所使用的通道。標(biāo)定數(shù)據(jù)庫用于保存對應(yīng)通道的標(biāo)定數(shù)據(jù)，使測試執(zhí)行中得到的數(shù)據(jù)與實際的物理量對應(yīng)起來。為了科學(xué)有序地管理測試數(shù)據(jù)和重現(xiàn)測試現(xiàn)場，與測試現(xiàn)場有關(guān)的測試信息、測試數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)編輯和數(shù)據(jù)輸出過程中產(chǎn)生的中間數(shù)據(jù)等都應(yīng)保存，為此系統(tǒng)軟件應(yīng)建立測試數(shù)據(jù)庫。
2．2 軟件開發(fā)環(huán)境
    系統(tǒng)采用Windows XP操作系統(tǒng)，采用LabVIEW 8語言編寫應(yīng)用程序。數(shù)據(jù)庫管理軟件采用Visual C++6．0語言編程，用于實現(xiàn)系統(tǒng)配置、試驗數(shù)據(jù)等信息的存儲、查詢、檢索和回放。
2. 3 軟件結(jié)構(gòu)與應(yīng)用軟件功能
2．3．1 軟件結(jié)構(gòu)
    測試系統(tǒng)軟件由儀器驅(qū)動層、I／O接口層、測試管理層和測試程序?qū)铀牟糠謽?gòu)成。
    儀器驅(qū)動軟件是對儀器硬件執(zhí)行通信與控制的軟件，其軟件是由儀器標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)商提供的用于對儀器硬件進(jìn)行底層操作的一組較抽象的操作函數(shù)集，包括初始化、配置、作用／狀態(tài)、數(shù)據(jù)、實用和關(guān)閉功能。
    I／O接口軟件是計算機(jī)與采集器儀器硬件或功能模塊間連接的低層通信協(xié)議。
    測試管理軟件是用于管理和執(zhí)行某一測試任務(wù)的軟件包。包括實現(xiàn)人機(jī)對話、采集器采集數(shù)據(jù)的匯總、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)交換、被測系統(tǒng)性能評估、被測信號和目標(biāo)指示信息模擬／仿真、數(shù)據(jù)庫管理等功能。
    測試程序用于各采集器特定測試功能的實現(xiàn)。測試程序直接面向具體測試任務(wù)，是根據(jù)測試任務(wù)的需求對采集器設(shè)備層組件重構(gòu)后生成的面向具體應(yīng)用的數(shù)據(jù)采集程序。
2．3．2 應(yīng)用軟件功能
    系統(tǒng)應(yīng)用軟件包括通道配置與標(biāo)定、GPS／IRIG-B碼時間信息采集、測試執(zhí)行(數(shù)據(jù)采集)、數(shù)據(jù)處理(包括被測系統(tǒng)性能評估)、數(shù)據(jù)交換、被測信號模擬／仿真等功能模塊。其中數(shù)據(jù)庫包括系統(tǒng)任務(wù)DB、系統(tǒng)儀器和硬件模塊DB、通道配置DB、通道標(biāo)定DB、通信接口參數(shù)DB和試驗數(shù)據(jù)DB。軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

    (1)通道配置與標(biāo)定模塊。針對每項具體測試任務(wù)的不同對所需硬件模塊進(jìn)行初始化，從而組成專用測試系統(tǒng)。在專用測試系統(tǒng)構(gòu)成后，對系統(tǒng)硬件模塊進(jìn)行標(biāo)定，同時對采集器通信接口參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。
    當(dāng)采集器機(jī)箱內(nèi)不具備任務(wù)所需硬件模塊時，首先用人工方式完成所需硬件模塊的配置工作。
    (2)GPS／IRIG—B碼時間信息采集模塊。該模塊用于實現(xiàn)衛(wèi)星時間或靶場時間信息的采集，從而實現(xiàn)系統(tǒng)與靶場測控網(wǎng)的同步。
    (3)數(shù)據(jù)采集模塊。完成當(dāng)前具體測試任務(wù)的數(shù)據(jù)采集，其執(zhí)行主體是系統(tǒng)配置與標(biāo)定時定義的專用測試系統(tǒng)。采集數(shù)據(jù)除原始試驗數(shù)據(jù)外，還包括系統(tǒng)配置與標(biāo)定、試驗日期與航次號等相關(guān)信息，以便分析試驗結(jié)果時使用。
    (4)數(shù)據(jù)處理模塊。完成測試數(shù)據(jù)的回放、編輯、量綱轉(zhuǎn)換。當(dāng)系統(tǒng)聯(lián)入靶場測控網(wǎng)后還可進(jìn)行試驗數(shù)據(jù)的實時處理。結(jié)合被試系統(tǒng)的戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)指標(biāo)等信息，可對試驗結(jié)果進(jìn)行分析評估。
    (5)數(shù)據(jù)交換模塊。完成測試數(shù)據(jù)的發(fā)送或接收靶場測控網(wǎng)數(shù)據(jù)。包括向靶場測控網(wǎng)發(fā)送艦載武器系統(tǒng)原始試驗數(shù)據(jù)(實時或事后)，接收靶場測控網(wǎng)提供的目標(biāo)真值數(shù)據(jù)，載艦姿態(tài)i航速和位置等其他參試設(shè)備試驗數(shù)據(jù)。
    (6)信號模擬／仿真模塊。模擬被測信號供系統(tǒng)調(diào)試或任務(wù)準(zhǔn)備使用。仿真空中或海上目標(biāo)信息向武器系統(tǒng)進(jìn)行回放，供武器系統(tǒng)調(diào)試和艦艇水兵訓(xùn)練使用。
    (7)數(shù)據(jù)庫管理模塊。獨立于系統(tǒng)應(yīng)用軟件，主要用于對系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的管理。

3 結(jié)論
    系統(tǒng)基于NI的多機(jī)箱方案構(gòu)成分布式測試系統(tǒng)。硬件基于虛擬儀器技術(shù)和針對被測試信號形式采用模塊化設(shè)計，軟件基于LabVlEW語言和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，這種設(shè)計為系統(tǒng)功能的進(jìn)一步擴(kuò)展提供了保證，達(dá)到了適應(yīng)不同試驗需求，提升系統(tǒng)性能和其通用性的目的。