中北大学计算机与控制工程学院 杨鸥宁 岳凤英内蒙古蒙东能源鄂温克电厂 岳 妮 麻少轩



基于LabVIEW的距离波门测试系统设计

中北大学计算机与控制工程学院 杨鸥宁 岳凤英
内蒙古蒙东能源鄂温克电厂 岳 妮 麻少轩

【摘要】为测试某激光半主动导引头距离波门策略可靠性以及距离波门保持时间，设计了一种基于LabVIEW的导引头距离波门测试系统。该系统由主控计算机、控制器、模拟光源和程控电源四部分组成。以LabVIEW应用程序为核心的主控计算机，提供操作平台，可以创建不同的测试流程进行相应的测试试验；而以FPGA为核心的控制器实现主控计算机与三路被测设备的通讯以及发送精准的同步信号及延迟同步信号的功能。经验证，该系统性能稳定，能够实现多路被控设备的实时控制，完成距离波门策略可靠性以及距离波门保持时间的测试，同步信号时差小于1us，虚拟目标位置误差不超过0.1km，并得到完整的测试数据。

【关键词】LabVIEW；JKI；FPGA；距离波门测试；同步时间

引言

激光半主动制导技术是20世纪60年代伴随着激光技术的产生与发展而形成的一种精确制导技术。由于其具备其他制导技术所不具备的高精度制导，较强抗干扰能力以及通用性，激光半主动制导武器已经成为现代战场的主战武器之一，并得到广泛的开发和研究[1-7]。对于激光半主动制导武器而言，很多的性能指标都需要测量[8]，而其距离波门策略可靠性与距离波门保持时间，则最直接的反映激光半主动制导武器装备的可靠性，直接决定了其是否符合相关技术要求。导引头距离波门测试设备的主要功能就是测试某激光半主动导引头距离波门策略可靠性以及距离波门保持时间，产生同步脉冲信号以及与激光导引头距离波门设置相匹配的延迟脉冲信号，可与任务计算机通讯进行距离波门设置及测试（整弹状态测试），与导引头单独通讯进行距离波门设置及测试（导引头单元测试）。

1 系统组成

系统由主控计算机、控制器、模拟光源和程控电源四部分组成。以LabVIEW应用程序为核心的主控计算机，提供操作平台[9][10]，可以创建不同的测试流程进行相应的测试试验，实时显示采集到的实验数据，并生成相应的测试报表、保存数据；以FPGA为核心的控制器实现主控计算机与三路被测设备的通讯以及发送精准的同步信号及延迟同步信号的功能；模拟光源输出标准模拟光脉冲信号、精确频率编码光脉冲信号、激光照射同步电脉冲信号及目标模拟光信号，为整弹测试及导引头单元测试提供目标的模拟反射信号源；程控电源把交流输入AC 220V转换为直流输出DC 28V，10A/6A，为整弹及导引头提供电源。系统结构框图如图1所示。

2 测试系统整体设计

用户根据需求创建测试流程，通过RS422通讯将测试指令发送给被测设备，然后将被测设备反馈回来的数据显示、保存生成报表、原始数据文件。

图1　系统结构框图

程序整体上是通过将LabVIEW的生产者-消费者模型加以扩充[11][12][13]，通过LabVIEW的自动多线程技术，即有四个线程在同时进行处理，线程之间的运行相互独立，但是线程之间的控制又相互关联，程序总体设计框架如图2所示。

图2　程序总体设计框架图

主程序除去初始化界面，共包含四个模块：事件处理模块、消息处理模块、通讯模块、数据解析模块。事件处理模块通过对前面板的事件监视，根据发生事件的不同，做出不同的响应。消息处理模块主要是处理与界面有关的事件，与通讯有关的事件由通讯模块相应。其中的“更新通讯录”分支能够将板卡发送和接收到的部分通讯帧记录下来并显示在列表中，为防止列表内容过多而影响性能，程序中将列表行数限定在500行以内，再有新的通讯帧进入，就删除最早的记录。通讯模块是一个循环结构，它包含初始化、写命令、读数据三部分。数据解析模块最终实现曲线显示、报表生成等功能。

3 功能实现

3.1 JKI状态机和生产者消费者结构结合

事件处理模块是一个循环事件结构，采用的是JKI状态机，作为生产者，向其消费者（消息处理模块、通讯模块、数据解析模块）发送信息，其他条件分支负责响应事件结构产生的事件。JKI状态机通过事件结构快速响应前面板用户事件，并且能够通过简单的命令出队列、入队列就可灵活地修改程序执行的状态，能够很好地解决本项目前面板大量操作的问题。

消息处理模块是一个循环条件结构，当它接收到其生产者（事件处理模块）发送到的消息时，根据消息的内容不同，做出响应。当通讯模块接收到其生产者（事件处理模块）发送的消息时，根据消息的不同做出响应，完成命令的发送、数据采集等操作，并根据需要向其消费者（数据解析模块）发送消息，如图3所示。数据解析模块是一个循环条件结构，当它接收到其生产者（通讯模块中的读数据VI）发送的消息时，根据消息的不同做出响应。

图3　生产者-消费者结构

图4　流程管理程序框图

3.2 自动测试流程

针对不同的测试项目创建相应的测试流程，可以将测试流程以文件的形式保存，方便用户灵活使用。流程管理界面以单独的VI完成，在主界面可以加载已经创建完成的测试流程，通过勾选的形式实现单步测试、组合测试和一键测试，实现此功能的关键在于树形结构的应用，通过检索项来区分单步、组合以及整个测试，也很巧妙地防止了标签中重名的问题，程序如图4所示。程序的前面板将所有用到的指令都列在参数选项卡中，包括整弹命令、导引头命令、电源、光源、其他（设置延时、设置虚拟目标位置）、读取状态、逻辑判断等，便于用户操作，用户只需要通过简单的选取、添加就可以完成复杂的测试流程文件编写。

图5　自动测试实时图像

4 结果分析

本测试系统主要通过自动测试流程，简单、高效地测试各项数据指标，实时显示测试数据，得到测试报告以及保存测试数据。如图5所示，系统在能量仿真测试过程中实时显示了随着光源衰减量的降低，视线角速度、框架角和能量输出的变化情况，与预期结果一致，与此同时，在测试进行的过程中，测试系统自动保存了任务计算机时间、视线角、框架角、能量、目标状态等一系列参数。当一个测试过程结束时，系统还会自动生成对应的报表，对关键监测参数进行汇总，便于用户查阅。而同步信号及延迟同步信号的精准度与同步信号时差和虚拟目标位置误差息息相关，精确的同步信号与延迟同步信号能够保证虚拟目标位置设置的精确度，保证导引头在距离波门误差允许的范围内捕获目标，这一参数直接影响了各个测试过程的正确性。通过示波器测试同步信号与延迟同步信号，误差不超过1us。

5 结束语

本文介绍了一种基于LabVIEW的导引头距离波门测试系统。该系统性能稳定，实用性强，实时性高，同步信号时差小于1us，虚拟目标位置误差不超过0.1km；结构设计合理，集成度高，具有很强的通用性，对其他的测试系统有一定的借鉴意义。

参考文献

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[11]姜涛,张云伟.基于流处理器的图像并行处理系统及其算法流化研究[J].电子器件,2010,33(6):757-759.

[12]冉景洪,赵玲,季辰,刘子强.基于LabVIEW 的颤振激励信号生成与测试系统研究[J].中国测试,2011,37(1):85-87.

[13]李宁,徐冠基,张志强,王腾,秦毅.列车车载蓄电池组参数在线监测系统研发[J].中国测试,2014,40(1):107-109.

杨鸥宁（1989—），女，硕士研究生，主要研究方向：动态测试与智能仪器。

岳凤英（1977—），女，副教授，硕士生导师，主要研究方向：特殊环境条件下的测试技术。

岳妮（1985—），女，工程师，主要研究方向：维护部热控。

麻少轩（1986—），男，工程师，主要研究方向：运行部集控运行。

The Design of Range Gate Test System Based on LabVIEW

Yang Ouning1 Yue Fengying1 Yue Ni2 Ma Shaoxuan2

（1.School of Computer Science and Control Engineering，North University of China Taiyuan，Shanxi Province，030051；2.Inner Mongolia Mengdong Energy Ewenke Power Plant Hulunbeier，Inner Mongolia，021000）

Abstract：A range gate test system which was designed to test the range gate reliability and retention time of semi-active laser seeker based on LabVIEW.The system consists of master computer，controller，photosource and programmable power supply.The LabVIEW was used as the core of master computer to achieve the following functions，the supply of operating platform，the test of different procedures.The FPGA was used as the control device to achieve the following functions，the communication between master computer and appliances，the sending of accurate synchronization signal and delay synchronization signal.The system has been proved to work stably with great anti-interference performance，achieve to control appliances at the same time，test the range gate reliability and retention time of semi-active laser seeker.The system can get the complete test data and reach the 1us accuracy of synchronization signal and the 0.1km accuracy of the position of vitual target.

Key words：LabVIEW；JKI；FPGA；range gate test；synchronization time

作者简介：

基金项目：山西省青年基金（2012021013-6）。