韩小文，赵明，孙进，冀祥

(北京电子工程总体研究所，北京 100854)

0 引言

发控系统是地面武器系统发射车重要的组成部分，它主要负责完成导弹状态检测和发射控制，负责完成与上级控制系统信息交互，负责完成与发射车内部控制系统信息交互，负责完成与监测系统信息交互。发控系统性能测试对于发射车起着至关重要的作用。

目前发控系统外围接口涉及内部控制系统、上级控制系统、监测系统及导弹系统，主要信号特征为开关数字量信号及通信信号，发控系统绝大部分性能指标必须借助外围实装系统或若干模拟器完成测试验证；其次，调试系统过于庞大，不便于外场测试；另外，随着项目增多，发控系统功能性能的多样性，要求实现多种测试系统满足测试不同发控系统需求。传统的测试模式已经无法满足不同发控系统及其日益频繁试验测试需求。因此研制了一套便携式通用发控系统性能测试装置尤为必要，该装置可用于多型发控系统试验过程性能指标测试验证，该装置的应用极大的降低研制多种模拟器的成本，实现多项目发控系统测试共用，提高系统性能指标测试效率，同时可减少人力资源投入成本[1-6]。

1 方案总体设计

发控系统测试设备框图如图1所示。

梳理多型发控系统对外接口关系，配置资源最大化，便携式通用发控系统性能测试装置需具备如下功能：

(1) 具备模拟上级控制系统与发控系统电气接口及信息接口功能；

(2) 具备模拟内部控制系统与发控系统电气接口及信息接口功能；

(3) 具备模拟监测系统与发控系统电气接口及信息接口功能；

(4) 具备发控系统数据获取、数据分析处理功能；

(5) 具备模拟导弹故障功能。

发控系统对外接口信号特征如表1所示。根据测试装置功能及发控系统对外接口信号特征分析，便携式测试装置包括便携式工控机、故障模拟盒以及测试电缆3部分。便携式工控机硬件包括便携式计算机、CPU模块、2块数字量IO模块、2块RS422通讯模块(一块为同步卡，一块为异步卡)、CAN通讯模块，以太网接口；软件包括上级控制模拟软件、内部控制模拟软件、监测软件及数据分析软件等。用于模拟上级控制系统、内部控制系统、监测系统，提供发控系统数据分析，提供人机交互操作。故障模拟盒用于导弹信号测试转接及故障模拟。测试电缆用于发控系统与便携式测试装置之间互联以及发控系统故障隔离定位。便携式测试装置原理框图如图2所示。

2 系统硬件设计

整个测试装置的设计采用标准化、通用化的设计理念。将测试装置分成若干相互独立的功能模块，采用标准化部件从而最大程度地降低研制成本缩短研制周期，通用化的设计将实现测试装置在多型号发控系统测试的应用。

2.1 便携式工控机

便携式工控机采用便携式嵌入式计算机，提供人机交互、标准PCI接口插槽以及网口等外围接口。RS422通讯模块、CAN通讯模块与数字量IO模块插于PCI插槽。便携式工控机提供系统软件运行的硬件平台。便携式工控机主要参数如下：

(1) 便携式机箱：采用标准的工业级便携式机箱,15″液晶显示。

(2) 电源模块：输入为交流220 V，50 Hz。

(3) CPU板：主处理器主频大于2.0 GHz；提供两路以太网接口；提供通用外围设备接口。

(4) 底板:底板总线为PCI总线；PCI插槽数量6个。

2.2 PCI总线功能模块设计

PCI总线功能模块设计如下：

(1) 数字量I/O模块设计

数字量I/O模块包括8路继电器输出和8路隔离数字量输入。数字I/O模块原理框图如图3所示，输入模块对信号进行限流，然后经光电耦合器隔离后进行整形，进入FPGA控制和处理电路，FPGA对输入信号进行处理、转换并存储，然后通过数据线和地址线送到PCI接口电路，控制计算机通过PCI接口来读取输入的数字信号。输出模块工作时,数字信号经PCI接口电路处理，进入FPGA控制和处理电路，经锁存器送至光继电器输出[5-8]。

序号互联系统接口类型备注1上级控制系统以太网2路RS422(同步)2路CAN总线2路2内部控制系统数字量输入/输出大于4路RS422(异步)4路CAN总线4路3监测系统数字量输入/输出大于4路RS422(异步)2路4导弹数字量输入、输出若干

(2) RS422通信接口板工作原理

RS422总线通讯模块由PCI总线芯片、FPGA、光耦、DC-DC、驱动电路等主要部分组成。功能接口部分采用光电耦合器HCPL2631实现通讯接口与计算机之间的隔离，驱动电路采用MAXIN公司的MAX490E实现TLL电平与422电平转换，通讯过程中并串转换、串并转换及HDLC协议的实现均是

在FPGA内部实现。RS422同步通讯模块(原理如图4所示)FPGA中控制程序为同步串行通讯协议HDLC；RS422异步通讯模块(原理如图5所示)

FPGA中控制程序为异步串行通讯协议UART[5-9]。

(3) CAN通信接口板工作原理

CAN总线通讯模块由PCI总线芯片、CAN通信控制器SJA1000、光电隔离器、高性能CAN总线收发器82C250等主要部分组成。原理框图如图6所示。

2.3 故障模拟盒

故障模拟盒(如图7所示)串接于发控系统的发射通道内，用于模拟导弹故障信号，用于辅助发控系统特定信号检测，同时可用于发控系统故障检测、定位及隔离。故障模拟盒满足如下要求：

(1) 双态拨动开关：实现发控系统与导弹系统接口的所有线路的通断控制。

(2) 检测孔：用于电压、电流及电阻参数的测量，还可以模拟线路短接情况。

(3) 线路线径、线路屏蔽满足发控系统性能测试要求，测试过程不影响发控系统性能。

(4) 小型化：体积小，质量轻，便于外场携带。

(5) 实现发控系统与导弹模拟器之间直连互通，便于隔离外部故障。

3 系统软件设计

为了实现测试装置通用化、灵活性及可扩展性，软件按照结构化、层次化、模块化进行功能划分。软件总体框架包括系统测试软件、编程语言环境、PCI模块即插即用驱动程序及PCI模块支持的DLL库函数部分，如图8所示。针对不同发控系统，只需开发应用层系统测试软件，底层驱动均采用通用接口。系统测试软件是测试装置的核心。本文针对某型发控系统测试需求对系统测试软件设计开发进行举例说明，系统测试软件分为上级控制模拟软件、内部控制模拟软件、监测软件及数据分析软件四部分。系统测试软件均在WindowsXP操作系统下基于Microsoft Visual Studio平台采用C/C++语言编写[10-15]。

3.1 上级控制模拟软件设计

3.1.1 软件功能

上级控制模拟软件的主要功能有：

(1) 模拟上级控制命令处理功能：主要包括系统接入、加电/断电、参数装订、发射、系统退出等命令。

(2) 实时交互信息显示功能：实现发控系统与上级控制系统实时交互数据按照约定协议文件进行解析、显示。

(3) 模拟上级控制故障功能：主要包括模拟上级控制系统通信链路故障以及其他无效命令等。

3.1.2 软件结构

根据软件功能需求，软件结构划分为通信数据处理模块(RS422通信处理模块、TCP/IP通信模块及CAN通信模块)、数据记录模块、命令处理模块、故障信息模拟模块及实时监测信息处理模块等。

通信模块用于将来自网口或RS422同步通讯口、CAN通讯接口的数据进行接收和拆包，同时用于上级控制端模拟数据打包和发送至网口、RS422同步通讯口或CAN通讯接口。数据记录模块用于将接收及发送的原始数据写入数据记录文件。命令处理模块用于将接收到的报文进行解析处理以及形成上级控制命令报文。

3.2 内部控制模拟软件设计

3.2.1 软件功能

内部控制模拟软件的主要功能有：

(1) 模拟内部控制命令处理功能：主要包括子系统接入、设备测试、参数装订、调转测试、子系统断开等命令。

(2) 实时交互信息显示功能：实现内部控制系统与发控系统实时交互数据按照约定协议文件进行解析、显示。

(3) 模拟内部控制故障功能：主要包括模拟内部控制系统故障以及其他无效命令等。

3.2.2 软件结构

根据软件功能需求，软件结构划分为RS422通信数据处理模块、CAN通信模块、数据记录模块、命令处理模块、故障信息模拟模块及实时监测信息处理模块等。

通信数据处理模块用于处理RS422异步通讯口、CAN通讯接口的数据接收和拆包以及数据打包和发送。数据记录模块用于将接收及发送的原始数据写入数据记录文件。命令处理模块用于将接收到的报文进行解析处理以及形成内部控制命令报文。故障信息模拟模块用于模拟设置内部控制系统正常、故障状态信息。

3.3 监测软件设计

3.3.1 软件功能

监测软件的主要功能有：

(1) 控制命令处理功能：主要包括系统接入、监测控制、远程加电/断电、远程数据获取功能及参数报表生成等命令。

(2) 实时交互信息显示功能：实现发射车内部控制系统、发控系统及导弹状态信息监测显示。

3.3.2 软件结构

根据软件功能需求，软件结构划分为RS422通信数据处理模块、数据记录模块、命令处理模块、激活曲线生成模块、参数报表生成模块及实时监测信息处理模块等。

通信数据处理模块用于处理RS422异步通讯口的数据接收和拆包以及数据打包和发送。数据记录模块用于将接收及发送的原始数据写入数据记录文件。命令处理模块实现将接收到的报文进行解析处理以及形成控制命令报文。激活曲线生产模块实现发射过程激活时序曲线的绘制。参数报表生成模块实现关键参数解析及结果报告生成。实时监测信息处理模块实现发射车内部控制系统、发控系统状态信息、导弹状态信息等实时显示。

3.4 数据分析软件设计

3.4.1 软件功能

数据处理软件的主要功能有：

(1) 数据文件上传下载。数据文件上传下载用于用于获取发控系统所记录存放的数据文件。本软件通过UDP通信方式与发控系统进行通信，实现数据文件上传下载。

(2) 数据文件解析。数据文件解析即将获取的数据文件(与上级通信数据、内部通信数据、导弹通信数据、操作记录数据以及发射相关数据等)进行加载、读取，然后按照约定协议文件进行解析。

(3) 解析信息显示。解析信息显示功能即将(2)中解析得到的信息显示在界面信息对话框中。

(4) 关键参数生成报告，主要用于将试验关键参数利用Word自动生成试验报告。

(5) 绘制发射时序曲线，主要绘制导弹发射过程时序曲线。

3.4.2 软件结构

根据软件功能需求，软件结构划分为FTP模块、文件操作模块、数据解析组包模块、界面管理模块、参数生成报告模块、绘图模块以及记录数据解析模块。

4 测试验证

便携式通用发控系统性能测试装置实现如图9所示。便携式通用发控系统性能测试装置性能指标验证主要通过与发控系统对接测试，按照测试规程来进行测试验证。

便携式通用发控系统性能测试装置与发控系统按照测试互联图进行线缆连接，加电测试。测试结果如下：

(1) 电气、机械接口

测试装置与发控系统的电气接口(供电信号、开关量输入输出信号、通信信号)满足发控系统对外电气接口要求。测试装置与发控系统互联机械接口匹配。

(2) 信息接口

测试装置与发控系统通信正常， 通信协议满足发控系统对外信息协议要求。测试装置与发控系统信息接口匹配。

(3) 功能验证

上级控制模拟器：具备模拟上级控制命令发送功能，具备解析发控系统回报信息解析显示功能；命令执行过程以及信息显示正确。

内部控制模拟器：具备模拟内部控制命令发送功能，具备解析发控系统回报信息解析显示功能；命令执行过程以及信息显示正确。

监测软件：命令执行过程及信息显示与发控系统状态信息一致。

测试结果信息通过数据处理软件进行解析查看，与实际相吻合。结果如图10所示。

(4) 故障模拟测试

软件故障模拟：分别在上级控制模拟器及内部控制模拟器软件故障设置选项中设置相应的故障，测试装置与发控系统互联加电，查看发控系统显示信息中的故障提示信息，与预设置的故障信息一致。

硬件故障模拟：将故障模拟盒串接于发控系统任意一发射通道中，将所需测试故障点对应的模拟开关拨至“断”状态，进行相应测试流程，上级控制模拟器及发控系统显示相应的故障信息，与预设故障信息一致。

5 结束语

本文设计的便携式通用发控系统性能测试装置经过硬件、软件调试以及与多型发控系统对接联调测试，最终应用于多型发控系统各项试验性能测试中。经测试结果分析表明，该装置满足多型发控系统性能测试需求，同时满足测试便携式的要求，便于测试人员携带，方便于试验室环境及外场环境测试。该装置的应用极大地提高了发控系统各项试验测试效率，降低了人力成本。