基于虛擬儀器技術的某導彈檢測設備校準系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

1 引言

在軍事裝備保障中，計量測試是極其重要的技術基礎，計量對軍事裝備特別是尖端技術的重要性尤為突出。標志軍隊測試水平的自動測試系統(tǒng)在現(xiàn)在軍隊武器裝備測試方面得到了大量的應用，對這些檢測設備都需要相應的計量保證其正常的工作。做好計量工作具有明顯的技術保障作用，可以節(jié)約資金、爭取時間、提高作戰(zhàn)能力。本文講述的在某型號導彈自動測試系統(tǒng)自動校準裝置的研制工程項目基礎上，運用虛擬儀器的方法，運用NI的數(shù)據(jù)采集卡進行數(shù)據(jù)采集和Labwindows語言進行軟件編寫。運用了一種面向實際運用的自動測試系統(tǒng)校準方法，滿足了項目對校準裝置的要求。

2 校準原理

計量校準是一個與更高精度標準相比較的工作過程，確保所校準的測試系統(tǒng)的測試精度和技術性能符合測試的要求。校準策略可分為離位 （off station） 校準和原位（on station） 校準兩種工作方式。

離位校準（off-station calibration），是把自動測試系統(tǒng)看作多個獨立測試儀器的組合，定期將儀器或者儀器模塊從自動測試系統(tǒng)中卸出依據(jù)相應的規(guī)范分別來校準。離位校準的主要缺點包括：測試儀器或儀器模塊的程控特性往往無法檢驗；缺乏考慮系統(tǒng)與被測對象之間的連接電纜、接插件、測試適配電路等對測試信號的影響，使校準結果缺乏完整性；測試儀器或儀器模塊不在其正常工作的環(huán)境（溫度、濕度和電磁環(huán)境），使校準工作缺乏真實性。

原位校準（on-station calibration），是把測試系統(tǒng)作為具有測試功能的整體單元，定義統(tǒng)一的計量校準流程和校準周期，在系統(tǒng)原有的工作位置上進行。原位校準的主要優(yōu)點：被校準的參數(shù)特性是UUT測試需求，達到測試系統(tǒng)的最高的測量完整性；校準可在其實際工作環(huán)境中進行，實現(xiàn)了校準工作的真實性；可通過校準TPS控制完成，系統(tǒng)校準快速簡便，自動化程度高，校準所需時間短。

基于虛擬儀器技術以PC機為核心是新一代自動測試系統(tǒng)的基本特征，顯然，離位校準難以滿足軍用自動測試系統(tǒng)的計量需求，具有很大的局限性；原位校準可以滿足軍用ATS校準的需求，全面而準確地計量其使用功能和測試性能。

本課題研制的某導彈檢測設備校準系統(tǒng)采用原位校準策略，與被校準對象的工作同時進行，保證了校準工作的完整性和真實性，可用于檢測設備的現(xiàn)場校準保障服務。

該自動測試系統(tǒng)包括的內場檢測設備和外場綜合檢測設備均有完善的自檢功能，完全覆蓋了其檢測參數(shù)，自檢測試精度也與檢測精度相當，基于自檢過程的計量校準思路完全是可行的?；谧詸z過程的校準系統(tǒng)設計基本原理如圖1所示。這里，我們將自檢電纜中的信號分為源信號和測試信號，其中，源信號是由檢測設備提供的工作條件或模擬信號源，即為激勵，使得裝備或自檢電路工作；而測試信號是被測裝備或自檢電路輸出的信號，即為響應。

圖1 校準系統(tǒng)設計基本原理圖

3 校準系統(tǒng)設計的主要內容

根據(jù)檢測設備特性和校準要求，校準系統(tǒng)主要由三大部分構成，分別為溯源子系統(tǒng)、內場檢測設備校準子系統(tǒng)和外場檢測設備校準子系統(tǒng)。系統(tǒng)采用PXI總線技術、虛擬儀器技術、數(shù)據(jù)庫技術等前沿技術以保證校準系統(tǒng)的方便易用性。

3.1 基于PXI的硬件平臺設計

檢測設備的硬件平臺由主控機和PXI模塊系統(tǒng)、繼電器陣列、多路復用繼電器以及高精度運放構成。如圖2為檢測設備校準部分的硬件框圖。

圖2 檢測設備校準部分硬件框圖

3.2 基于虛擬儀器技術的軟件系統(tǒng)設計

校準系統(tǒng)的軟件是整個系統(tǒng)的核心，計量校準工作的順利進行、校準功能的實現(xiàn)、參數(shù)計量精度的保證、虛擬面板顯示、測試數(shù)據(jù)管理和輸出報表打印等都在程序軟件的控制協(xié)調下完成。檢測設備校準過程采取監(jiān)視比對的方式進行，校準系統(tǒng)通過監(jiān)視檢測設備的自檢流程，并從自檢過程中獲取設備的信號特征，將其與檢測設備自身的自檢結果進行比對，從而判定自檢設備的工作性能。

軟件基本處理策略如圖3所示，一般包括系統(tǒng)自檢、檢測設備測試和數(shù)據(jù)管理等，來自檢測設備的自檢參數(shù)由人工輸入，與校準系統(tǒng)測試得到的參數(shù)相比較，計量出不確定度，給出計量校準表。

圖3 軟件基本處理策略

4 適配電路調理模塊化設計

在系統(tǒng)的適配機箱內是與各個檢測裝備相對應的適配調理模塊電路，是所要計量的測試信號與儀器模塊所能處理的典型信號之間的適配與轉換樞紐。根據(jù)各個獨立計量的對象設計各自的適配調理電路，模塊化設計，使得電路設計、制作、調試、修改和運行等更加合理與方便。各個調理模塊又根據(jù)功能進一步細化，一般包括測試信號輸入電路、模擬信號輸出電路、標準信號控制電路、信號分配電路以及信號轉換電路等，如圖4所示。

圖4 適配調理模塊電路結構圖

5 接口電路設計

采用ISP技術，應用ispLSI1032E芯片設計測控卡的接口電路，實現(xiàn)5輸入控制32路輸出，通過譯碼電路后實現(xiàn)互鎖，保證任何情況下只有一路輸出保證了繼電器控制電路的安全性。它可讓設計人員根據(jù)自己的要求構造邏輯結構的集成電路，也可在自己的工作環(huán)境中借助計算機等設備，運用專用的開發(fā)軟件對其編程來實現(xiàn)所需的邏輯構造，簡化系統(tǒng)設計，降低費用，避免投資風險。特別是在系統(tǒng)可編程技術的出現(xiàn)，提高了可編程器件的生命力。ISP 技術使用戶無需從系統(tǒng)板上拆下芯片就可以改變芯片的邏輯內容。解決了校準系統(tǒng)設計過程中，信號數(shù)量多，種類復雜，而板卡接口相對缺乏的問題。

6 結論

該自動測試系統(tǒng)自動校準裝置運用于某型號反坦克導彈測試系統(tǒng)的計量中，解決了反坦克導彈自動測試系統(tǒng)測試的信號種類繁多，特征復雜，難于計量標定的問題，成功完成了對自動測試系統(tǒng)進行計量校準的任務，受到該自動測試系統(tǒng)使用部隊領導好評。虛擬儀器的使用，極大簡化了硬件設計，并且有很高的測量精度。Labwindows語言在和數(shù)據(jù)采集卡的結合運用中，很方便即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，濾波處理及存儲。在自動測試系統(tǒng)的計量校準中，虛擬儀器的使用是必然的主流。

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