某型導(dǎo)彈飛控系統(tǒng)遙測信息接收裝置設(shè)計

摘要：根據(jù)某型導(dǎo)彈飛控系統(tǒng)遙測信息的測試要求，該遙測信息接收裝置設(shè)計采用全時段、全數(shù)據(jù)接收的原則。數(shù)字遙測信息接收單元以單片機為核心，提高了測試板對數(shù)據(jù)的自主處理能力；模擬遙測信息接收單元通過信號隔離，減少了設(shè)備對產(chǎn)品的影響，高速A／D采集保證了信號測試精度；大容量FIFO實現(xiàn)了數(shù)據(jù)全時段接收，圖譜分析使數(shù)據(jù)分析及故障甄別更簡易準(zhǔn)確。
關(guān)鍵詞：遙測信息；接收裝置；單片機；FIFO

    飛控組件是一個信息共享的計算機控制系統(tǒng)，可以完成導(dǎo)彈的自檢、導(dǎo)航、穩(wěn)定、目標(biāo)運動參數(shù)估計、導(dǎo)彈制導(dǎo)、引戰(zhàn)配合和全彈工作時序控制等諸多功能。整個工作過程飛控組件將自身工作狀態(tài)的信息發(fā)送遙測裝置，遙測信息包含數(shù)字信息和模擬信息。在地面測試及仿真試驗中通過遙測接收裝置全程接收、處理飛控組件遙測信息，可以判別飛控組件軟硬件工作狀態(tài)，接收到的信息存儲到存儲器中，PC機調(diào)用信息進(jìn)行判讀，并可對測量信息處理后形成圖譜，便于故障診斷。遙測信息接收裝置設(shè)計的原則要求有擴展性和高可靠性。

1 遙測信息協(xié)議
1．1 數(shù)字遙測信息協(xié)議
    數(shù)字遙測信號每個信息字24位，包括8位地址，低8位數(shù)據(jù)和高8位數(shù)據(jù)。在兩條伴隨信號C1、C2和寫遙測Svnc的作用下，對每個字分時按相應(yīng)的字節(jié)并行接收，32個字為1幀，交換周期48 ms，如圖1所示。整個發(fā)送過程是飛控系統(tǒng)在計算機控制下自動完成的。

1．2 模擬遙測信號協(xié)議
    模擬遙測信號共32路，信號頻率最大10 kHz，信號幅值±30 V。

2 接收裝置設(shè)計
2．1 數(shù)字信息接收單元
    數(shù)字遙測信息接收單元完成數(shù)據(jù)接收、格式轉(zhuǎn)換和與PC機間的數(shù)據(jù)交換等，并可將發(fā)送和接收構(gòu)成回路進(jìn)行自檢，由單片機、PCI接口邏輯、雙端口存儲器、FLASH、接收發(fā)送邏輯、接收隔離及發(fā)送驅(qū)動組成，如圖2所示。接收單元以單片機為核心，由單片機控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，同時將接收的大量數(shù)據(jù)保存在FLASH中，接收完畢再將數(shù)據(jù)從FLASH中取出傳給PC機，單片機和主控機的通訊采用雙口RAM實現(xiàn)。

2．1．1 PCI接口邏輯
    PCI接口邏輯用于實現(xiàn)接收器與系統(tǒng)CPU之間的通訊，它可讓系統(tǒng)CPU可直接訪問雙口存儲器，還可和ARM微處理器相互發(fā)送中斷請求信號，采用PCI接口芯片PCI9052實現(xiàn)。
2．1．2 雙口存儲器
    雙口存儲器用作數(shù)據(jù)緩存，實現(xiàn)微處理器和系統(tǒng)CPU間的數(shù)據(jù)交換?？梢赃x擇先入先入先出儲存器(FIFO)或雙口RAM，為了便于作復(fù)雜的收發(fā)控制，選用雙口RAM芯片8 k×16的CY7C025實現(xiàn)。
2．1．3 單片機
    ARM微控制器(MCU)做嵌入式計算，是擴展模塊的智能計算核心，用來控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收相應(yīng)的計算處理，并將結(jié)果存入數(shù)據(jù)存儲器中，通知系統(tǒng)CPU讀取，從而減少CPU的參與，使用LPC2214實現(xiàn)。
2．1．4 FLASH存儲器
    由于雙口存儲器的容量有限，必須采用大容量存儲器儲存所接收的大量遙測數(shù)據(jù)，選用K9F4G08U0A芯片提供2 Gbit的存儲空間，對數(shù)據(jù)的讀寫以頁為單位，速度遠(yuǎn)快于以位為單位讀寫的傳統(tǒng)硬盤。
2．1．5 接收和發(fā)送邏輯
    接收信息以中斷方式或軟件查詢的方式進(jìn)行，是在C1、C2和Sync信號到來時接收1個完整的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)中包含了地址、數(shù)據(jù)高位和數(shù)據(jù)低位。
    數(shù)據(jù)發(fā)送在一個時序狀態(tài)機的控制下完成，計算機將地址、數(shù)據(jù)高字節(jié)、數(shù)據(jù)低字節(jié)一次寫入接口板，接口板在內(nèi)部時序狀態(tài)機控制下按規(guī)定的時序完成數(shù)據(jù)的發(fā)送。發(fā)送過程不允許計算機寫入新數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，內(nèi)部控制邏輯改變發(fā)送接口的狀態(tài)，以供計算機查詢。發(fā)送邏輯涉及大量時序電路及需要存儲FIFO。發(fā)送和接收邏輯選用具有12萬門邏輯資源的新一代FPGA產(chǎn)品EP1C6Q240。
2．1．6 外圍電路
    發(fā)送驅(qū)動的作用是將發(fā)送邏輯提供的信號轉(zhuǎn)換為可經(jīng)長線驅(qū)動光隔的大電流信號，采用總線驅(qū)動器來驅(qū)動。接收隔離采用光電隔離器實現(xiàn)。
2．1．7 接收裝置的自檢
    通過外界專用連接電纜將字節(jié)多路通道數(shù)據(jù)的發(fā)送通道與字節(jié)多路通道數(shù)據(jù)的接收通道連接到一起，將接收到的數(shù)據(jù)與發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比來進(jìn)行字節(jié)多路通道的自檢。
2．1．8 工作流程
    數(shù)據(jù)被接收隔離后存儲在在FIFO中，并按照到達(dá)時間先后順序存放。ARM程序的數(shù)據(jù)接收分支將數(shù)據(jù)從FIFO中取出并解析其地址，然后將數(shù)據(jù)放置在RAM接收緩沖區(qū)的對應(yīng)地址處。同時此數(shù)據(jù)將被完整的存儲在Flash中，并保持與FIFO中的格式也即接收到的原始格式一致。已經(jīng)接收到的數(shù)據(jù)地址將被標(biāo)記，當(dāng)被標(biāo)記過的地址再次出現(xiàn)時，程序認(rèn)為已經(jīng)完成了一楨數(shù)據(jù)的接收，程序切換接收緩沖區(qū)，清除所有已接收地址的標(biāo)記，并置原緩沖的數(shù)據(jù)接收完成標(biāo)志，此時PC可以從RAM緩沖區(qū)中讀取按址存放的一楨完整數(shù)據(jù)。
2．2 模擬信息接收單元
    模擬信息接收單元采集飛控系統(tǒng)輸出的多路模擬信號，由信號調(diào)理單元和AD轉(zhuǎn)換單元組成，如圖3所示。信號調(diào)理單元對輸入信號進(jìn)行濾波、隔離及進(jìn)行輸入量程的調(diào)整，AD轉(zhuǎn)換單元實現(xiàn)模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，供PC機采集處理。

    跟隨器為1：1的運算放大器，作用是提高信號調(diào)理電路輸入阻抗，減少輸入信號失真，降低其他并行測試單元對模擬信號的影響。分壓的作用是將±30 V的輸入電壓轉(zhuǎn)換為后續(xù)模擬電路能夠處理的模擬電壓范圍，因為隔離電路無法處理±30 V電壓。隔離電路保證測試單元不能與被測產(chǎn)品共地，消除設(shè)備對產(chǎn)品信號的影響，采用1：1的隔離運放解決測試設(shè)備與被測產(chǎn)品的連接問題。低通濾波是采用運放及電阻電容，去除經(jīng)過隔離運放后的模擬信號中的紋波。由于隔離運放在使用時，兩端會有一定的偏置電壓誤差，所以用運放構(gòu)成加法器對這個偏執(zhí)進(jìn)行偏置調(diào)節(jié)。
    A／D轉(zhuǎn)換采集選用ADLINK公司的多功能DAQ卡PCI9223，具有16位、32通道、500 kS／s采樣率，輸入阻抗大于1 GΩ，有1 k采樣點輸入FIFO緩存，能滿足模擬信息的采集要求。

3 數(shù)據(jù)處理
    PC機通過PCI總線按幀讀取接收到的數(shù)字遙測信息和模擬遙測信息，將整個測試時段的信息組合成獨立的文件，并將信息全部存儲到PC機硬盤上。通過數(shù)據(jù)分析軟件解析數(shù)據(jù)，并圖譜顯示全時段信息，依據(jù)圖譜可快速準(zhǔn)備的判別產(chǎn)品的工作狀態(tài)及故障發(fā)生點。

4 結(jié)束語
    該遙測信息接收裝置設(shè)計采用全時段、全數(shù)據(jù)接收的思想，數(shù)字遙測信息接收單元以單片機為核心，提高了測試板對數(shù)據(jù)的自主處理能力；模擬遙測信息接收單元通過信號隔離，最大程度減少了設(shè)備對產(chǎn)品的影響，使用高速A／D采集保證了信號測試精度；全時段數(shù)據(jù)接收及圖譜分析使數(shù)據(jù)分析及故障甄別更簡易準(zhǔn)確。通過安裝調(diào)試及大量的實驗表面，該遙測信號接收裝置工作可靠滿足導(dǎo)彈飛控系統(tǒng)測試要求。