某型末制導(dǎo)雷達(dá)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：介紹了基于GPIB總線和RS-422接口協(xié)議的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從硬件和軟件兩個(gè)方面詳細(xì)說(shuō)明了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，系統(tǒng)具有模塊化、層次化和開放式的特點(diǎn)，便于維護(hù)和升級(jí)。闡述了硬件部分的組成、設(shè)計(jì)方法和適配器。軟件部分采用面向?qū)ο蟆⒖梢暬O(shè)計(jì)的快速應(yīng)用開發(fā)軟件平臺(tái)Labwindos／cvi和VC++完成編輯、編譯、連接、調(diào)試等開發(fā)。該自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)大大提高了設(shè)備測(cè)試的效率和可靠性。
關(guān)鍵詞：自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)；末制導(dǎo)雷達(dá)；GPIB；RS-422接口協(xié)議

0 引言
    末制導(dǎo)雷達(dá)是反艦導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一，其性能的優(yōu)劣直接影響到導(dǎo)彈的戰(zhàn)術(shù)和技術(shù)指標(biāo)，其技術(shù)復(fù)雜、故障率最高、維修保障任務(wù)較繁重。目前導(dǎo)彈末制導(dǎo)雷達(dá)測(cè)試設(shè)備基本上是與各型號(hào)末制導(dǎo)雷達(dá)相對(duì)應(yīng)的專用配套設(shè)備，相互之間不通用，測(cè)試方法、手段不同，給軍方使用維護(hù)及修理帶來(lái)嚴(yán)重困難，降低了導(dǎo)彈的技術(shù)保障效率。針對(duì)通用化、自動(dòng)化末制導(dǎo)雷達(dá)測(cè)試設(shè)備的迫切需要和裝備發(fā)展的
“通用化、系列化、模塊化”要求，采用現(xiàn)代測(cè)控技術(shù)，研制末制導(dǎo)雷達(dá)通用檢測(cè)系統(tǒng)。測(cè)試軟件、適配器、目標(biāo)模擬器和被測(cè)試對(duì)象相對(duì)應(yīng)，在不動(dòng)通用設(shè)備資源的情況下可以最大化的發(fā)揮自動(dòng)測(cè)試設(shè)備的功效。實(shí)現(xiàn)末制導(dǎo)雷達(dá)通用化，節(jié)省經(jīng)費(fèi)投入，提高測(cè)控系統(tǒng)可靠性，從而提高軍方技術(shù)保障水平和保障效率，具有十分緊迫的現(xiàn)實(shí)意義和長(zhǎng)遠(yuǎn)的戰(zhàn)略意義。

1 接口總線
1．1 GPIB總線
    GPIB又稱為IEEE488或HP-IB，最早由HP公司提出。GPIB系統(tǒng)為了進(jìn)行有效的信息傳輸，要求三種不同的元素：聽者、講者和控者。其數(shù)據(jù)傳輸采用位并行，字節(jié)串行，雙向掛鉤和雙向異步的方式進(jìn)行。總線共24條，可分為三類：16條信號(hào)線、1條屏蔽線、7條地線。信號(hào)線分為三組：第一組是8位的數(shù)據(jù)總線，用于傳輸數(shù)據(jù)、命令或狀態(tài)字；第二組是接口管理總線，由5條信號(hào)線組成(ATN，IFC，REN，SRQ，EOI)，用于控制總線進(jìn)程，起總線指揮作用；第三組是三條掛鉤線(DAV，NRFD，NDAC)，用于數(shù)據(jù)的通信聯(lián)絡(luò)，保證異步傳送順利進(jìn)行。支持十種基本的接口功能，包括控者、講者、擴(kuò)大講者、聽者、擴(kuò)大聽者、源者掛鉤、受者掛鉤、服務(wù)請(qǐng)求、遠(yuǎn)地本地、并行查詢、器件觸發(fā)和器件清除功能。
1．2 RS-422接口協(xié)議
    RS-422標(biāo)準(zhǔn)全稱是“平衡電壓數(shù)字接口電路的電氣特性”。由于接收器采用高輸入阻抗和發(fā)送驅(qū)動(dòng)器比RS232更強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，故允許在相同傳輸線上連接多個(gè)接收節(jié)點(diǎn)，最多可接10個(gè)節(jié)點(diǎn)。即一個(gè)主設(shè)備(Master)，其余為從設(shè)備(salve)，從設(shè)備之間不能通信，所以RS-422支持點(diǎn)對(duì)多的雙向通信。接收器輸入阻抗為4 k，故發(fā)端最大負(fù)載能力是10×4 k+100 Ω(終接電阻)。RS-422的最大傳輸距離為4 000英尺(約1 219米)，最大傳輸速率為10 Mb／s。其平衡雙絞線的長(zhǎng)度與傳輸速率成反比，在100 kb／s速率以下，才可能達(dá)到最大傳輸距離。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長(zhǎng)的雙絞線上所能獲得的最大傳輸速率僅為1 Mb／s。

2 總體設(shè)計(jì)
2．1 系統(tǒng)組成
    末制導(dǎo)雷達(dá)通用檢測(cè)系統(tǒng)是一套綜合化、數(shù)字化、通用化的總線式自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，由硬件平臺(tái)、軟件平臺(tái)和測(cè)試程序集TPS(含測(cè)試程序TP、接口適配器TUA)等組成，如圖1所示。

    系統(tǒng)采用IEEE488總線方式，測(cè)控計(jì)算機(jī)是系統(tǒng)的控制中心，它通過(guò)IEEE488總線電纜把全部測(cè)試資源連成一體，通過(guò)測(cè)試軟件控制測(cè)試資源，實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)的自動(dòng)測(cè)試、自動(dòng)診斷過(guò)程。測(cè)試資源有二類：通用測(cè)試資源和專用測(cè)試資源。通用測(cè)試資源為通用貨架產(chǎn)品，如信號(hào)源、示波器等，一般選用IEEE488總線產(chǎn)品；專用資源為市場(chǎng)上無(wú)法買到的自研專用設(shè)備，如適配器、目標(biāo)模擬器及控制器、微波暗箱等。對(duì)程控設(shè)備盡量選用IEEFA88總線設(shè)備。

    系統(tǒng)主要有測(cè)控計(jì)算機(jī)、測(cè)試平臺(tái)、電源系統(tǒng)及目標(biāo)模擬器構(gòu)成。測(cè)控計(jì)算機(jī)由計(jì)算機(jī)主機(jī)及顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)器、打印機(jī)等外圍設(shè)備組成；電源系統(tǒng)采用～220 V，50 Hz供電輸出直流28．5 V；測(cè)試平臺(tái)包括，計(jì)算機(jī)主機(jī)內(nèi)含GPIB總線控制卡、422總線通信卡、適配器、數(shù)據(jù)采集卡、示波器、萬(wàn)用表和信號(hào)源；目標(biāo)傳感器包括十字架和目標(biāo)模擬器。
2．2 設(shè)計(jì)基本原則
    (1)達(dá)到“標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化”的要求，以適應(yīng)未來(lái)發(fā)展的需要；
    (2)測(cè)試流程滿足修理廠對(duì)兩型末制導(dǎo)雷達(dá)工廠維修的需求，不能照搬技術(shù)準(zhǔn)備陣地的測(cè)試流程；
    (3)最大限度地采用成熟技術(shù)和通用化設(shè)備，確保系統(tǒng)的可靠性和維修性；
    (4)系統(tǒng)設(shè)備的通用化和小型化相結(jié)合，力求小型化；
    (5)采用機(jī)動(dòng)化便攜箱結(jié)構(gòu)，滿足轉(zhuǎn)場(chǎng)使用的要求；
    (6)設(shè)備操作使用簡(jiǎn)便，人機(jī)界面良好，使用方便。

3 硬件設(shè)計(jì)
3．1 連接方式選擇
    適配器連接模式，對(duì)于測(cè)試資源種類較多，測(cè)試信號(hào)數(shù)量和種類較多的檢測(cè)系統(tǒng)，可以選擇通過(guò)測(cè)試適配器將測(cè)試資源與被測(cè)對(duì)象連接起來(lái)。測(cè)試適配器起到一個(gè)信號(hào)梳理、匯總和簡(jiǎn)單處理的作用。被測(cè)對(duì)象測(cè)試接口的信號(hào)在適配器內(nèi)部進(jìn)行匯總、分類和簡(jiǎn)單處理后，分別送到相應(yīng)的測(cè)試資源。與直接連接模式相比較，連接關(guān)系簡(jiǎn)單。測(cè)試適配器與測(cè)試資源之間的連接關(guān)系是固定的，使用時(shí)只需要根據(jù)被測(cè)對(duì)象，選擇測(cè)試適配器，并將測(cè)試適配器與被測(cè)對(duì)象連接，即可實(shí)現(xiàn)被測(cè)對(duì)象與測(cè)試資源的連接。對(duì)與中規(guī)模的檢測(cè)系統(tǒng)和被測(cè)對(duì)象較少的情況適合采用適配器連接模式。
3．2 硬件平臺(tái)
3．2．1 硬件平臺(tái)組成
    硬件平臺(tái)由測(cè)控計(jì)算機(jī)、供電控制系統(tǒng)、測(cè)試資源、測(cè)試適配器和一些輔助設(shè)備組成，如圖3所示。

3．2．2 系統(tǒng)數(shù)字總線
    檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)部采用GHB總線。GPIB總線符合IEEE488．2-1992要求，用于系統(tǒng)內(nèi)主控計(jì)算機(jī)與測(cè)試資源之間的總線控制。另有RS-422接口協(xié)議用于檢測(cè)系統(tǒng)與被測(cè)雷達(dá)之間的總線通信。測(cè)控計(jì)算機(jī)內(nèi)置高性能GIPB卡，引出GPIB總線口，直接控制GPIB測(cè)試資源。

3．2．3 測(cè)控計(jì)算機(jī)(TCC)
    測(cè)控計(jì)算機(jī)由計(jì)算機(jī)主機(jī)及顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)器、打印機(jī)等外圍設(shè)備組成。計(jì)算機(jī)主機(jī)內(nèi)含GPIB總線控制卡、422總線通信卡等。計(jì)算機(jī)主機(jī)內(nèi)置物理備份硬盤，該硬盤區(qū)別于一般邏輯硬盤。它預(yù)裝操作系統(tǒng)和測(cè)試軟件，當(dāng)系統(tǒng)盤出現(xiàn)問(wèn)題后，可將備份硬盤轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)盤。測(cè)控計(jì)算機(jī)是檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)試控制中心，主要承擔(dān)如下功能：
    (1)提供GPIB總線接口通訊；
    (2)計(jì)算機(jī)資源管理；
    (3)測(cè)試資源的管理；
    (4)測(cè)試程序(TPS)的調(diào)度管理；
    (5)測(cè)試數(shù)據(jù)記錄、存儲(chǔ)、打印輸出。
3．2．4 測(cè)試資源選型原則
    (1)程控接口應(yīng)為GPIB總線接口；
    (2)控制命令應(yīng)符合IEEE488．2標(biāo)準(zhǔn)；
    (3)測(cè)試精度滿足末制導(dǎo)雷達(dá)測(cè)試需求；
    (4)滿足導(dǎo)引頭測(cè)試需求，綜合權(quán)衡確定型號(hào)和數(shù)量。
3．2．5 測(cè)試設(shè)備
    測(cè)試資源主要由通用測(cè)試設(shè)備和專用測(cè)試設(shè)備兩類設(shè)備構(gòu)成。
    通用測(cè)試設(shè)備：指市場(chǎng)可選擇的貨架產(chǎn)品，主要選擇GPIB總線形式的產(chǎn)品。通用測(cè)試設(shè)備的結(jié)構(gòu)應(yīng)符合GJB100-86《機(jī)架、機(jī)柜的基本尺寸系列》標(biāo)準(zhǔn)，可靠性指標(biāo)應(yīng)滿足系統(tǒng)要求。
    專用測(cè)試設(shè)備：專用測(cè)試設(shè)備是指專門用于某些特定參數(shù)測(cè)量、模擬、控制的設(shè)備，是專業(yè)設(shè)備，是非貨架產(chǎn)品，必須配套研制。

    除上述總線式設(shè)備外，測(cè)試資源構(gòu)成中還包含微波暗箱、喇叭天線、目標(biāo)模擬器、微波電纜等非程控設(shè)備。

3．3 測(cè)試接口適配器(TUA)
    測(cè)試接口適配器的全稱是被測(cè)單元適配器Test Unit Adapter(TUA)。
3．3．1 適配器功能
    適配器是被測(cè)對(duì)象與測(cè)試資源之間提供電子、電氣和機(jī)械連接的裝置，可以包括測(cè)試資源中并不具備的適當(dāng)激勵(lì)和負(fù)載?？紤]成本因素，檢測(cè)系統(tǒng)不采用陣列接口形式，而是測(cè)試資源通過(guò)適配器直接與測(cè)試對(duì)象連接，測(cè)試適配器除提供連接通道以外，還完成如下功能：
    (1)檢測(cè)系統(tǒng)的TTL電平輸出信號(hào)直接驅(qū)動(dòng)適配器內(nèi)部的繼電器陣列，發(fā)出28．5 v／空、地／空、28．5 v／地等形式的控制指令；
    (2)被測(cè)末制導(dǎo)雷達(dá)發(fā)出的28．5 V／空、地／空等狀態(tài)指令在適配器內(nèi)部轉(zhuǎn)換為TTL電平形式，由檢測(cè)系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)字I／O檢測(cè)；
    (3)被測(cè)末制導(dǎo)雷達(dá)輸出的多路直流電源電壓信號(hào)、模擬量信號(hào)在適配器內(nèi)部通過(guò)開關(guān)陣列選通，送到數(shù)字電壓表進(jìn)行測(cè)量；
    (4)實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)末制導(dǎo)雷達(dá)的老練；
    (5)將被測(cè)信號(hào)進(jìn)行梳理、歸類，分別送到相應(yīng)測(cè)試資源；
    (6)將被測(cè)末制導(dǎo)雷達(dá)輸出的同步脈沖視頻信號(hào)進(jìn)行電平變換，將其變換為示波器和微波信號(hào)源脈沖觸發(fā)需要的電平形式。
3．3．2 適配器結(jié)構(gòu)
    適配器的前面板為雷達(dá)狀態(tài)顯示燈、關(guān)鍵信號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)、雷達(dá)老練控制等。后面板為與被測(cè)雷達(dá)和測(cè)試資源連接端口；考慮到線路損耗因素，測(cè)試信號(hào)和視頻信號(hào)通過(guò)適配器轉(zhuǎn)接，微波信號(hào)不通過(guò)適配器轉(zhuǎn)接，而是直接從雷達(dá)綜合測(cè)試儀射頻輸出口到目標(biāo)模擬器、從雷達(dá)直接到雷達(dá)綜合測(cè)試儀射頻輸入口連接。測(cè)試適配器采用高度4U的19寸標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱，后面板通過(guò)連接器接檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)試資源，前面板包括：關(guān)鍵信號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)：適配器前面板設(shè)計(jì)有關(guān)鍵信號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，直接與雷達(dá)檢測(cè)接口的信號(hào)相連，不通過(guò)任何處理和轉(zhuǎn)接，用于地面直接檢測(cè)雷達(dá)的工作狀態(tài)和控制狀態(tài)。

4 軟件設(shè)計(jì)
    該系統(tǒng)選擇WINXP作為操作系統(tǒng)；選擇Lab-Windows／CVI和VC++作為主控程序和檢測(cè)程序開發(fā)工具，完成對(duì)被測(cè)雷達(dá)性能指標(biāo)的測(cè)試。
    雷達(dá)控制臺(tái)軟面板：提供對(duì)雷達(dá)的手動(dòng)操作功能，對(duì)雷達(dá)一般參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和查詢，雷達(dá)狀態(tài)指示燈顯示雷達(dá)的當(dāng)前的工作狀態(tài)。
    儀器控制軟面板：對(duì)電壓表、信號(hào)源、示波器、目標(biāo)模擬器控制器等測(cè)試資源進(jìn)行控制的虛擬界面，并對(duì)相關(guān)儀器參數(shù)進(jìn)行控制。雷達(dá)控制臺(tái)軟面板和儀器控制臺(tái)對(duì)被測(cè)試對(duì)象和測(cè)試資源進(jìn)行手動(dòng)控制，完成所有手動(dòng)測(cè)試項(xiàng)目。
    自動(dòng)測(cè)試軟面板：按測(cè)試程序?qū)δ┲茖?dǎo)雷達(dá)進(jìn)行“全過(guò)程全項(xiàng)目自動(dòng)測(cè)”順序測(cè)試，測(cè)試人員在自動(dòng)測(cè)試前不但可以選擇自動(dòng)測(cè)試項(xiàng)目的數(shù)目和測(cè)試流程，還可以暫停和中止測(cè)試過(guò)程。因而提高了系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)試過(guò)程的靈活性，方便了用戶對(duì)意外事件的處理。
    數(shù)據(jù)管理軟件面板：完成對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的處理，分析，保存、查詢及打印等；
    系統(tǒng)幫助面板：完成對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的說(shuō)明，使用方法，測(cè)試步驟，軟件常見故障的排故障等。

5 結(jié)束語(yǔ)
    本通用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)完成4種不同體制末制導(dǎo)雷達(dá)自動(dòng)測(cè)試任務(wù)，具有體積小、結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化、測(cè)試準(zhǔn)確度高、速度快，提高了雷達(dá)系統(tǒng)的維修性和保障性，增加戰(zhàn)備完好率和任務(wù)成功率，降低系統(tǒng)的維修保障費(fèi)用。