航天測量船通用測試平臺設(shè)計(jì)

摘要：結(jié)合航天測量船特點(diǎn)，為了提高設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)和故障診斷效率，提升應(yīng)急處置能力。在此采用基于虛擬儀器技術(shù)的方法，提出了測試平臺的總體設(shè)計(jì)思想以及軟硬件設(shè)計(jì)。針對種類繁多的測控設(shè)備，測試系統(tǒng)具有高度智能化和廣泛通用性的特點(diǎn)，可完全應(yīng)用于全測控網(wǎng)設(shè)備，夯實(shí)了測量船執(zhí)行任務(wù)的基礎(chǔ)。測試系統(tǒng)提供了友好的人機(jī)交互界面，使整個(gè)測試過程操作方便，獲得較好的實(shí)際應(yīng)用效果，拓展了任務(wù)準(zhǔn)備的可操作性。
關(guān)鍵詞：航天測量船；測控設(shè)備；虛擬儀器；測試平臺

O 引言
    航天測量船的各種測控設(shè)備是影響其綜合測量精度的主要因素，其工作的穩(wěn)定性和可靠性至關(guān)重要。但由于測控設(shè)備種類繁多、各類保養(yǎng)維護(hù)手段多種不一、周期長短不同，為設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)和故障診斷帶來了很大的困難，也嚴(yán)重制約了設(shè)備的應(yīng)急處置能力。
    針對以上問題，設(shè)計(jì)開發(fā)了基于虛擬儀器技術(shù)的航天測量船通用測試平臺，該平臺智能化測試可以靈活便捷地實(shí)現(xiàn)各類設(shè)備在脫機(jī)條件下進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)、故障診斷以及備件檢測等多項(xiàng)功能；同時(shí)，該平臺還可以通過升級接口適配器和測試數(shù)據(jù)庫來實(shí)現(xiàn)全測控系統(tǒng)的測試兼容性。

1 總體設(shè)計(jì)
    測試平臺以虛擬儀器技術(shù)為核心，所有的外部待檢板都掛在總線上，計(jì)算機(jī)通過總線發(fā)出各種控制信息給邏輯控制線路，用協(xié)議中規(guī)定好的命令來啟用檢測、改變工作方式等。整個(gè)測試平臺由接口適配器、矩陣掃描卡、DAQ板、信號源、工控機(jī)、虛擬測量設(shè)備、顯示器以及打印機(jī)組成，完成對慣性導(dǎo)航設(shè)備48種線路板的測試，測試平臺結(jié)構(gòu)如圖1所示。


    待檢線路板包括3類測試內(nèi)容：通過插座傳輸?shù)臄?shù)字信息，板上模擬信號測試，RS 232／422／485遠(yuǎn)程通信信號。
    以航天測量船上的某型慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的穩(wěn)定回路板為例，該線路板主要完成對陀螺儀敏感輸出信號的解調(diào)、濾波、校正后輸出。該板的輸入信號主要是f=12 kHz、幅值相對變動的的交流電壓信號。輸出信號為f=2．5 kHz，U=48 V方波和f=2．5 kHz，U=48 V三角波。
    當(dāng)待檢線路板通過接口適配器接入測試平臺，選擇對應(yīng)任務(wù)測試模塊。測試程序發(fā)出程控信號控制信號源及矩陣掃描卡提供給待檢板輸入信號，并對返回信號進(jìn)行采樣，將采樣值與標(biāo)準(zhǔn)返回信號進(jìn)行比對分析，判斷電路是否工作正常以及狀態(tài)，測試流程如圖2所示。



2 測試平臺硬件設(shè)計(jì)
2．1 接口適配器
    接口適配器通過專用接口來實(shí)現(xiàn)不同種類的板卡識別和通信。接口適配器分為上行設(shè)備接口和下行接口2部分。上行設(shè)備接口分別對應(yīng)不同待檢線路板的專用接口。下行接口負(fù)責(zé)將上行設(shè)備接口的全部信號送入矩陣掃描卡，并返回矩陣掃描卡需傳送至上行設(shè)備接口的信號。
    對上行設(shè)備所有接口的信號進(jìn)行分析、整理，將所有信號分為復(fù)用信號和專用信號2類，各待檢線路板所共用的信號按各自的功能劃分，連接主配線板相應(yīng)的復(fù)用信號通道，其專用信號則分別連接主配線板的專用信號通道。通過對信號的分類管理，待檢設(shè)備接口適配器有效地解決了設(shè)備接口的兼容問題，良好地拓展了測試平臺的應(yīng)用范圍。
2．2 矩陣掃描卡
    由于慣性導(dǎo)航設(shè)備需要測試的線路板種類多，在測試過程中需要不斷地切換測試通道來為待檢線路板輸入對應(yīng)的檢測信號，提供正常的工作環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)信號測試。測試通道切換的快速準(zhǔn)確直接影響測試能否正常進(jìn)行。因此，本測試平臺設(shè)計(jì)矩陣掃描卡來實(shí)現(xiàn)多路信號的選通和切換工作。
    矩陣掃描卡主要由繼電器組成，配有單片機(jī)、地址總線接口、數(shù)據(jù)信號輸入／輸出通道接口、控制總線接口、通用GPIB／RS 232接口、虛擬測量端接口以及電源接口。內(nèi)部電路通過地址譯碼控制相應(yīng)的繼電器吸合，完成信號選通／切換，矩陣掃描卡信號流程如圖3所示。


    在測試系統(tǒng)中，只需將所有檢測信號依次接到矩陣掃描卡的信號輸入通道，通過向地址端寫入相應(yīng)的地址來改變測量通道，便可完成測試工作。類似的，從待檢板返回測量信號同樣經(jīng)過矩陣掃描卡邏輯選通后進(jìn)入虛擬測量設(shè)備，使用虛擬測試工具對返回信號進(jìn)行分析、評判，判讀相應(yīng)的指標(biāo)是否符合要求。
2．3 DAQ板
    通過DAQ(date acquisition)數(shù)據(jù)采集板卡對矩陣掃描卡返回信號進(jìn)行采集，NI提供的數(shù)據(jù)采集卡支持多種總線類型，DAQ卡包括模擬輸入、模擬輸出、數(shù)字 I／O、觸發(fā)采集和定時(shí)I／O功能，實(shí)現(xiàn)對返回信號全方位采集，經(jīng)過采集后信號輸出給測試軟件分析處理完成測試結(jié)果。本測試平臺選用PCI- 6221NI-DAQmx設(shè)備。
2．4 信號源
    信號源為測試平臺提供合適的工作環(huán)境，針對不同的線路板提供相應(yīng)的信號源及時(shí)序信號。測試平臺選用多功能信號源，通過虛擬儀器RS 232／422／GP2B端口對信號源進(jìn)行程控，根據(jù)不同待檢板控制信號源輸出不同信號。

3 軟件設(shè)計(jì)
    虛擬儀器測試系統(tǒng)中，硬件解決了信號的輸入和輸出，而軟件實(shí)現(xiàn)對返回信號進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、結(jié)果輸出以及人機(jī)交互等功能。
    通過對待檢線路板信號走向的分析整理，應(yīng)用Labview對每一待檢板進(jìn)行測試程序的編寫，在實(shí)際使用時(shí)可以做到對應(yīng)某塊線路板調(diào)用相應(yīng)測試程序即可完成測試功能。測試平臺軟件整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖4(a)所示。


    測試平臺系統(tǒng)軟件部分分為檢測系統(tǒng)和查詢系統(tǒng)。檢測系統(tǒng)對慣性導(dǎo)航設(shè)備的各線路板進(jìn)行檢測，產(chǎn)生被測線路板信息和測試結(jié)果，還可以對測試結(jié)果進(jìn)行打印和保存。查詢系統(tǒng)可以查詢已測線路板測試的結(jié)果，并對測試結(jié)果進(jìn)行打印。軟件的數(shù)據(jù)流程圖如圖4(b)所示。
    軟件實(shí)現(xiàn)的3個(gè)主要模塊分別功能如下：
    模塊1：模擬通道，實(shí)現(xiàn)采樣模擬數(shù)據(jù)的顯示、分析、存儲功能。
    模塊2：存盤數(shù)據(jù)讀取，實(shí)現(xiàn)測試項(xiàng)目指標(biāo)參數(shù)讀取功能。
    模塊3：數(shù)字I／O，實(shí)現(xiàn)輸出、采集數(shù)字信號功能。

4 結(jié)語
    在此闡述了航天測量船通用測試平臺的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法，并對系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)原理、軟件設(shè)計(jì)框圖進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。系統(tǒng)利用虛擬儀器技術(shù)，配合待檢設(shè)備接口適配器、矩陣掃描卡等硬件電路的使用，可完成對全測控系統(tǒng)備件的測試工作。系統(tǒng)具有可靠性高、配置靈活、綜合化程度高的特點(diǎn)，利用LabVIEW開發(fā)的人機(jī)界面使得操作人員的使用極為方便。