基于PXI技术的干扰弹测试系统研究

中国船舶重工集团公司第七一○研究所 侯 品

宜昌供电公司 罗昳昀

1.引言

随着未来战争的发展以及越来越多高新技术在武器装备中的应用，武器系统的测试技术发展迅速，传统的单一模拟信号采集将难以满足测试任务的需要，在这一方面，对于具有高精度制导功能的火箭干扰弹更是如此。

目前，多种高新技术已经应用于各型火箭干扰弹中，弹上的部件日益增多且复杂，待测信号种类繁多，而且干扰弹测试时间紧迫、环境复杂多变，并且各型干扰弹的研发、使用、维护等诸多因素对军用自动测试系统提出了更高要求，不仅要求干扰弹测试自动化、快速化，而且要求测试系统结构紧凑坚固，抗干扰能力强，具备在复杂环境下工作的能力。

我国进行干扰弹测试用的仪器设备仍以PCI、VXI总线系统居多，随着干扰弹整体性能的提高以及测试参数的增多，传统的PCI与VXI技术暴露出了越来越多的缺点，如PCI测控系统环境适应性差，可靠性低等；VXI系统功能强大，但是其成本较高，且测试设备相对较为笨重。

干扰弹控制系统的系统测试是干扰弹系统测试中最重要的环节，系统测试合格与否是干扰弹能否进行发射的基本依据。系统测试是在控制系统仪器经过单元测试并装弹后进行的系统综合性功能检查。相比传统测试仪器，基于虚拟仪器和PXI总线的测试系统具有灵活、廉价、通用性好、测试精度高、数据可实时分析处理等优点。利用不同功能的PXI模块化仪器，只需外加构建实验平台所需的传感器、辅助电路等，就可以轻松组建功能齐全、易于扩展的测试平台。

2.PXI技术简介

随着计算机技术与测试技术的发展，近年来基于PXI总线的测试系统越来越多的受到人们的亲睐。PXI总线是美国国家仪器公司（NI公司）发布的一种高性能低价位的开放性、模块化仪器总线，是一种专为工业数据采集与仪器仪表测量应用领域而设计的模块化仪器自动测试平台，具有先进、通用、可靠、易于扩展和高速等优点。

PXI（PCI eXtensions for Instrumentation，面向仪器系统的PCI扩展）是一种坚固测量和自动化平台。PXI结合了PCI的电气总线特性与Compaet PCI的坚固性、模块化及Euroeard机械封装的特性，并增加了专门的同步总线和主要软件特性。这使它成为该领域继GPIB（I EEE488）之后成长最快的标准化技术。相较于其他的工业规格，PXI具备较佳的效能与较低的成本优势。

PXI总线在信息传输能力强、兼容性、开放式构架、灵活性、尺寸和结构、技术成本低等方面都显示出了优势，迅速发展成为在各个领域被广泛应用的测试平台。基于总线技术组建导弹自动测试系统已成为干扰弹自动测试发展的主流。采用当前测试领域先进的PXI总线和虚拟仪器技术，且考虑到通用性是武器测试系统的发展方向，我们设计了基于PXI总线和虚拟仪器技术的通用干扰弹自动测试系统。

3.系统测试与实验系统的组成

系统测试原理导弹控制系统测试主要分为计算机输出测试、稳定系统测试、制导系统测试和电源配电系统测试几个部分。其中最主要的部分是：（1）计算机输出测试：将弹上计算机输出频率信号（TTL电平）经模拟多路开关转接后送入计数器进行测量；向弹上计算机发导引输出指令，由弹上计算机发出几个特征导引输出信号，地面测试系统采集导引放大器的输出电压，同标称指进行比较，即可判断导引放大器指标是否合格。（2）稳定系统测试：稳定系统测试是对变换放大器和伺服机构的联合测试，主要检查稳定系统的总体工作情况。测试过程中，由测试系统交直流信号源模拟敏感元件给出。

测试系统的总体方案和工作原理应该遵循“模块化、通用化、标准化”的思想，能够满足不同型号干扰弹的测试需要。测试系统的功能涵盖电源输入、对导弹加入激励信号、信号的采集与处理、数据的回放与分析，是判断干扰弹系统包括各部件是否工作正常、导弹系统工作流程是否合理、导弹部件接口是否匹配的主要依据。

本文简要叙述了如何利用National Instruments（NI）公司的虚拟仪器技术，设计构造一个基于PXI平台的多型干扰弹综合信号测试系统。该系统利用NI公司的PXI设备构建系统的硬件框架，同时使用NI的LabVIEW或其它可视化开发环境进行开发，从而为用户提供了一个易于控制、易于集成、高效率和可扩展的自动测试与控制平台。该系统采用同一套硬件，只需配以不同的接口和检测软件，就可对多型干扰弹控制系统进行检测。

干扰弹测试系统由PXI总线系统、电源模块和信号调理单元和信号接口单元组成。PXI总线系统计算机、多功能数据采集DAQ模块、信号发生器模块、数字万用表模块、串行口扩展模块、多路复用开关组成。

该系统具有64路模拟量输入，96路数字I/O，8路模拟输出，3路任意波形发生器，4路串口通讯模块，一个万用表模块，以及一个多路复用开关。另外，PXI控制器上具有嵌入式GPIB控制接口，可以控制可编程电源。系统同时还具备5个可以扩展的槽位，便于随时扩展系统的功能。

PXI总线模块化仪器是自动测试平台的核心。系统采用的PXI模块仪器有：PXI一1045，3U尺寸18槽PXI机箱；PXI一6031E，E系列多功能数据采集卡，最多64路模拟输入。PXI一6608通用计数器，最高80MHz通用计数器。

4.模拟信号采集

在测试系统中，需要实时检测多路电压信号，这一测试由多功能数据采集DAQ模块来完成，根据系统测试的需要，本系统选用两块PXI-6259，每块PXI-6259具有32路模拟输入、48路数字I/O和4路模拟输出，其板载可编程仪表级放大器具有在高扫描速率时建立时间快的特性，可在多通道高速采样时保证16位采样精度，适用于测试、控制及传感器测量等领域。利用其高采样速率，能够精确采集动态信号。同时，在控制应用方面，该模块还具备积分编码器输入、数字输入保护及数字滤波等功能。通过PXI触发总线可达到多卡同步。

5.目标信号模拟

在对系统进行仿真测试时，需要给系统外加激励信号，这些激动信号可能是正弦波，也可能是白噪声，同时根据系统检测的要求还需对模拟信号的幅度、相位进行控制。本系统选用NI公司生产的任意波形发生器PXI-5421来实现上述功能。

PXI-5421是单通道100MS/s任意波形发生器（AWG），支持多仪器之间的同步功能。它以波形模式或函数模式两种方式产生信号，可用作任意波形发生器、扫频仪或函数发生器。

任意波形发生器具备模拟与同步输出功能。利用16位数模转换器输出模拟电压，通过低通滤波器及放大/衰减器可扩大动态范围。输出阻抗可通过软件进行选择，通常选择50Ω，在视频测试中则选择75Ω。同步输出是由数模转换器产生正弦波的TTL电平，最大频率达16MHz。同步输出最大的用处在于可作为高频精度、可软件编程的时钟源。

在对系统进行仿真测试时，需要产生多路相位可控的同步相关信号。其基本实现方法是使用NI-TCLK技术，将多个5421同步起来（同步时钟飘移<10ps），将预先计算得到的多个相移信号下载到5421的板载内存中然后输出。所计算的信号根据需要可以是正弦波、方波、锯齿波或白噪音。

6.信号调理及接口单元

信号调理及接口单元的功能主要是完成信号转接、信号调理和信号隔离，其作用是将待测信号与检测设备相连。

为了提高可靠性，在对接口进行设计时，要考虑以下问题：一是防带电拔插，二是接插件盲插设计。

为了防止带电拔插接插件对检测设备和被测产品造成损坏，在被测信号的输出与检测设备的输入之间加隔离电阻网络，一是根据需要对待测信号进行调理，二是防止误操作对设备和产品造成不必要的损坏。对接插件盲插问题，设计时需选用不同的接插件。

7.软件系统

对以上硬件系统的开发，可以使用NI LabVIEW图形化开发环境。LabVIEW除了可以完成一般编程语言的基本功能以外，其特有的模块插件和工具包可以使用户很方便的完成对实时系统、FPGA设备、控制算法、系统仿真等应用的编程。作为虚拟仪器技术的软件核心，LabVIEW可以在最大程度上发挥硬件的功能和效率，用户可以根据自己不同的需求定制算法与功能加载在硬件上。从系统的角度来看，LabVIEW不但能够完成对单独设备的开发，同时可以方便的对复杂系统进行集成，而对开发者而言，只需要面对LabVIEW这一种开发语言，因此无论从开发成本和开发周期上来讲，还是从以后的维护难易度上来讲，LabVIEW都具有别的开发环境无法代替的优点。

信号测试功能分为数据集、信号源输出、控制信号输出、RS232通讯和错误查询等子模块。数据采集模块实现系统对模拟信号的采集；信号源输出则是根据需要产生模拟信号；控制信号输出模块发出相应的数字控制信号；RS232通讯则是从232端口接收或发送信号；错误查询模块根据信号测试过程中出现的错误定位出采错原因。

系统自检实现系统硬件的状态检测，保证设备处于正常就绪状态。综合考虑系统采用的虚拟仪器技术的编程特点，程序具有以下六个子模块：上层应用软件、系统自检模块、信号测试模块、数据处理功能模块、报告生成功能模块、在线帮助功能模块。

8.结束语

干扰弹控制系统是一个庞大且复杂的系统，是干扰弹系统的核心，其测试项目多，参数测试和数据处理精度及实时性要求很高。常规测试系统投资较大，直观性、灵活性、可靠性都难以满足要求。

技术进步是以不断创新的计算机技术的进步为代表，从各个层面上影响着各个领域的技术革新，同样包括干扰弹控制系统测试在内的测控领域。由于干扰弹控制系统测试的要求高、投资大，因此常规测控系统的直观性、灵活性、可靠性就难以满足要求。为进一步提高测控系统的直观性、灵活性、可靠性和自动化程度，将虚拟技术和网络技术用于测控系统设计并深入研究，有着重要的意义。将虚拟技术和测控技术结合组建新的控制系统的测试体系，可以使得测控更加灵活、可靠，系统组建成本大大降低，软件系统可复用性增强，而且二次开发容易、维护方便，更好地满足干扰弹控制系统的测试要求。

[1]Measurement and automation Catalog 2005,美国NI公司.

[2]庄嘉明.PXI——用于制造测试的工业标准平台[Z].致茂电子,2003.

[3]马莉,刘成,程志.基于虚拟仪器技术的水雷引信测试系统[J].水雷战与舰船防护,2007(2).