基于PXI的舰载动态参数测试系统设计

摘要：介绍了一种基于PXI总线的舰栽武器试验动态参数综合测试系统的硬件组成和软件结构。系统硬件基于虚拟仪器技术和针对被测试信号形式采用模块化设计；软件基于数据库技术进行设计，提高了系统适应性，满足了多种型号武器系统试验的需要；结构上采用分布式设计，便于在舰船上与被测系统就近安装。
关键词：舰载；PXI；测试设备；硬件组成；软件结构

0 引言
    靶场承担武器装备研制、设计定型等试验任务。长期以来受武器系统研制部门体制、技术、设计和使用目的等诸多因素限制和影响，测试设备一般针对被测试武器系统具体型号进行设计，导致其通用性差，升级改造困难。
    系统硬件基于虚拟仪器技术和针对被测试信号形式采用模块化设计，软件基于数据库技术进行设计。在应用时，针对被测试信号种类和规模等具体情况，通过对采集器软硬件模块进行组合与配置，便可组成功能不同、规模不等的专用测试系统。当其功能不能满足试验测试需求时，只需针对需求增加软硬件模块，而设备主体可以不变或仅作一定修改便可适应其他型号武器系统试验需要。

1 硬件组成与功能
    舰载武器试验测试系统基于PXI总线模块进行设计，系统由主控器、采集器、信号拾取／调理设备和信号模拟器四部分组成，其组成如图1所示。

    (1)主控器
    主控器由工控机系统配置PXI-PCI8335外接式控制器模块(MXI-3)和GPS授时卡组成。工控机负责系统管理，采集器采集数据的汇总、存贮、处理。MXI-3模块用于工控机对各采集器的控制。GPS授时卡采用PCI总线插卡结构，可以接收GPS卫星时间信息或靶场IRIG-B码时间信息，实现系统与靶场测控网的同步。通过对GPS或IRIG-B时间信息的处理，在PCI总线上可以获取1 PPS，20 PPS中断信号及并行时、分、秒、毫秒时间信息，并可以输出TTL电平的1 PPS和20 PPS同步信号。
    (2)采集器
    采集器由3个电信号采集器(1#、2#、3#采集器)和非电量测量分系统(4#采集器)组成。被测电信号主要包括直流电压信号、发控指令信号、脉冲频率信号和各种数字信号(串行、并行和网络信息)。非电量参数主要包括温度、角速度、振动、压力和应变等信号。
    3个电信号采集器由PXI-1006机箱和PXI总线模块组成，由PXI-1006机箱的PXI-PXI桥实现采集器间的连接。PXI总线模块包括NI的PXI-6608计数／定时器模块，PXI-6031E数据采集模块，PXI-1411图像信号采集模块，PXI-6533数字I／O模块，PXI-8422 RS 232接口模块，PXI-8423 RS 422／485接口模块，PXI-8210以太网接口模块和PXI-8460CAN总线模块。
    对于每个PXI采集器的具体配置可根据被测试信号种类、数量和被测系统的物理位置确定。在具体应用时可根据测试对象的不同，灵活配置各采集器功能。
    非电量测量分系统由传感器、信号调理模块和4#采集器组成。传感器包括温度传感器、压力传感器、应变传感器、振动和角速度传感器。信号调理模块采用SCXI-1102B和SCXI-1120D。采集器配置PXI-6071E数据采集模块和PXI-6608计数／定时器模块。PXI-6608计数／定时器模块用于接收处理GPS卫星时间信息或IRIG—B码时间信息，用于实现与系统同步。
    (3)信号拾取／调理设备
    信号拾取／调理设备用于完成对被测信号的拾取和调理。为了方便与被测设备的联接；需配置线缆转接箱。
    (4)信号模拟器
    信号模拟器由工控计算机系统和多种被测信号模拟卡组成，用于被测信号的模拟／仿真。

2 软件设计
2．1 设计思路
    对于现代计算机测试系统而言，软件是系统的灵魂。对于简单的测试系统因测试任务单一，硬件系统专用，有关配置在软件设计时可统一完成。由于其测试结果数据量相对较小、数据处理和输出简单，将整个测试任务作为一个整体一次完成是最佳的选择。
    对于综合测试系统而言，因其规模较大且要求具有较好的灵活性，采用上述软件设计方法显然是不合适的。如果将系统以一个任务看待难以实现对众多系统硬件模块和大量试验数据的科学管理。
    采用数据库技术可实现综合测试系统中测试任务、测试仪器、系统配置、测试数据的有序管理。系统数据库包括系统任务库、系统仪器库、通道配置及通道标定数据库和测试数据库等。
    测试任务库是为组织管理测试任务而设计的，它定义了任务名称、任务代码，同时包括对任务的描述以及相应的帮助文件。任务代码被设计为区分任务的惟一特征码，并将其作为测试系统执行任务的令牌。系统仪器库中存储测试系统所包括的全部仪器或硬件模块，它是定义专用测试系统的基础。系统通道库包括系统通道配置库和对应每一个通道的标定数据库。通道配置库负责管理所有测试任务的通道配置，它描述和定义每项测试任务所使用的通道。标定数据库用于保存对应通道的标定数据，使测试执行中得到的数据与实际的物理量对应起来。为了科学有序地管理测试数据和重现测试现场，与测试现场有关的测试信息、测试数据以及数据编辑和数据输出过程中产生的中间数据等都应保存，为此系统软件应建立测试数据库。
2．2 软件开发环境
    系统采用Windows XP操作系统，采用LabVIEW 8语言编写应用程序。数据库管理软件采用Visual C++6．0语言编程，用于实现系统配置、试验数据等信息的存储、查询、检索和回放。
2. 3 软件结构与应用软件功能
2．3．1 软件结构
    测试系统软件由仪器驱动层、I／O接口层、测试管理层和测试程序层四部分构成。
    仪器驱动软件是对仪器硬件执行通信与控制的软件，其软件是由仪器标准件生产商提供的用于对仪器硬件进行底层操作的一组较抽象的操作函数集，包括初始化、配置、作用／状态、数据、实用和关闭功能。
    I／O接口软件是计算机与采集器仪器硬件或功能模块间连接的低层通信协议。
    测试管理软件是用于管理和执行某一测试任务的软件包。包括实现人机对话、采集器采集数据的汇总、数据处理、数据交换、被测系统性能评估、被测信号和目标指示信息模拟／仿真、数据库管理等功能。
    测试程序用于各采集器特定测试功能的实现。测试程序直接面向具体测试任务，是根据测试任务的需求对采集器设备层组件重构后生成的面向具体应用的数据采集程序。
2．3．2 应用软件功能
    系统应用软件包括通道配置与标定、GPS／IRIG-B码时间信息采集、测试执行(数据采集)、数据处理(包括被测系统性能评估)、数据交换、被测信号模拟／仿真等功能模块。其中数据库包括系统任务DB、系统仪器和硬件模块DB、通道配置DB、通道标定DB、通信接口参数DB和试验数据DB。软件结构如图2所示。

    (1)通道配置与标定模块。针对每项具体测试任务的不同对所需硬件模块进行初始化，从而组成专用测试系统。在专用测试系统构成后，对系统硬件模块进行标定，同时对采集器通信接口参数进行设定。
    当采集器机箱内不具备任务所需硬件模块时，首先用人工方式完成所需硬件模块的配置工作。
    (2)GPS／IRIG—B码时间信息采集模块。该模块用于实现卫星时间或靶场时间信息的采集，从而实现系统与靶场测控网的同步。
    (3)数据采集模块。完成当前具体测试任务的数据采集，其执行主体是系统配置与标定时定义的专用测试系统。采集数据除原始试验数据外，还包括系统配置与标定、试验日期与航次号等相关信息，以便分析试验结果时使用。
    (4)数据处理模块。完成测试数据的回放、编辑、量纲转换。当系统联入靶场测控网后还可进行试验数据的实时处理。结合被试系统的战术、技术指标等信息，可对试验结果进行分析评估。
    (5)数据交换模块。完成测试数据的发送或接收靶场测控网数据。包括向靶场测控网发送舰载武器系统原始试验数据(实时或事后)，接收靶场测控网提供的目标真值数据，载舰姿态i航速和位置等其他参试设备试验数据。
    (6)信号模拟／仿真模块。模拟被测信号供系统调试或任务准备使用。仿真空中或海上目标信息向武器系统进行回放，供武器系统调试和舰艇水兵训练使用。
    (7)数据库管理模块。独立于系统应用软件，主要用于对系统数据库的管理。

3 结论
    系统基于NI的多机箱方案构成分布式测试系统。硬件基于虚拟仪器技术和针对被测试信号形式采用模块化设计，软件基于LabVlEW语言和数据库技术，这种设计为系统功能的进一步扩展提供了保证，达到了适应不同试验需求，提升系统性能和其通用性的目的。