1 引言
導(dǎo)彈測(cè)試是導(dǎo)彈研制的重要環(huán)節(jié)，能夠全面檢測(cè)彈上部件和導(dǎo)彈整體的電氣性能及參數(shù)性能，判定導(dǎo)彈性能質(zhì)量是否合格。因此提供真實(shí)可靠的導(dǎo)彈測(cè)試及試驗(yàn)參數(shù)已成為研制新型導(dǎo)彈的迫切需求。
導(dǎo)彈發(fā)射前的模擬飛行試驗(yàn)是導(dǎo)彈測(cè)試的必要環(huán)節(jié)。試驗(yàn)過(guò)程中的暫態(tài)數(shù)據(jù)具有大量有用信息，可為故障診斷、失效分析等提供理論依據(jù)；連續(xù)的大容量數(shù)據(jù)對(duì)系統(tǒng)預(yù)測(cè)、參數(shù)估計(jì)辨別具有重要意義。與傳統(tǒng)彈載記錄器相比，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模式記錄器能夠在地面全方位采集彈上暫態(tài)和連續(xù)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行存儲(chǔ)，從而大大提高設(shè)備測(cè)試效率，縮短研制周期。
2 導(dǎo)彈測(cè)量參數(shù)采集存儲(chǔ)系統(tǒng)
圖1給出導(dǎo)彈測(cè)量參數(shù)采集存儲(chǔ)系統(tǒng)原理框圖，它主要由測(cè)試平臺(tái)、記錄器和用戶終端軟件3部分構(gòu)成。其中測(cè)試平臺(tái)完成彈上信號(hào)源模擬、發(fā)送測(cè)試命令、接收記錄器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和讀取固態(tài)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)等，該測(cè)試平臺(tái)通過(guò)USB接口實(shí)現(xiàn)用戶終端通信；記錄器將采集調(diào)理電路處理的彈上數(shù)據(jù)傳輸至FPGA中心邏輯控制單元進(jìn)行解碼、編碼和緩沖處理，并按照不同格式和采樣率分別存入RAM和固態(tài)Flash存儲(chǔ)器中，最后將RAM中的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)串行傳輸?shù)綔y(cè)試平臺(tái)。用戶終端通過(guò)USB接口遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)讀取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)到指定磁盤，通過(guò)軟件實(shí)時(shí)解包，顯示相關(guān)參數(shù)。采集結(jié)束后，深入分析Flash存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)。為了更直觀監(jiān)測(cè)彈上記錄器工作狀態(tài)，地面測(cè)試平臺(tái)設(shè)有等待記錄、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、正在記錄等工作狀態(tài)指示燈。
從圖l看出，記錄器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊將整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)完整的閉環(huán)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。它能夠?qū)崿F(xiàn)閉環(huán)考核，雙重檢測(cè)彈上數(shù)據(jù)，這樣有助于整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的故障實(shí)時(shí)定位、診斷和排除。
3 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
記錄器中心控制器采用Spanan—II系列的FPGA，該系列FPGA具有大量接口和較強(qiáng)的負(fù)載能力，并且編程方式靈活，集成度高，能夠提高信號(hào)的完整性和抗干擾能力。利用FPGA內(nèi)部的UART IP核和外圍硬件接口電路能夠?qū)崿F(xiàn)集成度較高的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊。
3．1 硬件電路設(shè)計(jì)
該系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的RS一422接口差分傳輸?shù)孛鏈y(cè)試平臺(tái)與彈載記錄器之間的監(jiān)測(cè)命令和數(shù)據(jù)，從而增大傳輸距離和增強(qiáng)抗干擾能力。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)外圍接口電路如圖2所示，JCRXD、JCTXD分別為記錄器經(jīng)RS一422接口接收的測(cè)試啟動(dòng)監(jiān)測(cè)命令和發(fā)送的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；測(cè)試平臺(tái)接收數(shù)據(jù)后，通過(guò)緩沖，將接口轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)通過(guò)USB接口傳輸至測(cè)試終端；CON為測(cè)試平臺(tái)和記錄器間的握手信號(hào)，為同定頻率脈沖信號(hào)，實(shí)現(xiàn)這兩者的同步，記錄器只有接收到CON信號(hào)后才開始等待測(cè)試平臺(tái)的啟動(dòng)監(jiān)測(cè)命令：Sl、S2、S3為記錄器發(fā)送的狀態(tài)指示信號(hào)，測(cè)試平臺(tái)接收到信號(hào)后直接與面板指示燈相連，以避免傳輸指示信號(hào)時(shí)受到干擾，導(dǎo)致出現(xiàn)誤指示。
監(jiān)控命令和握手信號(hào)接口使用HCPL一2631光耦隔離，能夠準(zhǔn)確接收和發(fā)送差分信號(hào)，抑制干擾噪聲通過(guò)光耦前后級(jí)互相影響，避免產(chǎn)生共阻抗耦合干擾信號(hào)；而且光耦具有良好的安全保障作用。信號(hào)進(jìn)入光電耦合器前，對(duì)其整形濾波和阻抗匹配，以消除線路終端反射和高頻干擾信號(hào)。此外，在光耦輸入端加5 V穩(wěn)壓二極管實(shí)現(xiàn)過(guò)壓保護(hù)，光耦的輸出端接帶有施密特觸發(fā)器的非門74HCl4可濾除毛刺。
3．2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)時(shí)，測(cè)試平臺(tái)和記錄器遵循相關(guān)協(xié)議進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。為保證實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)操作的可靠性，重復(fù)發(fā)送監(jiān)測(cè)發(fā)送命令。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)要求數(shù)據(jù)緩存容量，采用SOC和IP核技術(shù)，將UART、FIFO等分立元件集成到FPGA內(nèi)部即可實(shí)現(xiàn)。FPGA內(nèi)部FIFO的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊如圖3所示，整個(gè)UART設(shè)計(jì)由時(shí)鐘控制和采集數(shù)據(jù)輸入模塊gclock，異步串行數(shù)據(jù)發(fā)送模塊txm、內(nèi)部存儲(chǔ)模塊ram及邏輯控制模塊fifocon構(gòu)成。
圖3中g(shù)clk為全局主時(shí)鐘，rst為全局復(fù)位信號(hào)。empty和half為RAM存空間狀態(tài)標(biāo)志。為了抑制外部干擾引起的誤觸發(fā)，關(guān)鍵信號(hào)采用消抖技術(shù)。程序設(shè)計(jì)流程如圖4所示。實(shí)時(shí)讀信號(hào)txrd和寫信號(hào)fifo_wr，通過(guò)判別RAM存儲(chǔ)空間狀態(tài)標(biāo)志empty和half，采用可調(diào)頻率實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的讀寫。txm模塊將數(shù)據(jù)并串轉(zhuǎn)換，按照設(shè)計(jì)要求發(fā)送波特率，并以固定幀格式編碼發(fā)送至RS一422接口。
4 仿真及測(cè)試結(jié)果
圖5給出實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)軟件仿真結(jié)果。將Ox00~0xFF的十六進(jìn)制遞增數(shù)字量數(shù)據(jù)sh_datain[7：0]和數(shù)據(jù)標(biāo)志0xAA，按照360 kHz的fifo_wr寫信號(hào)寫入內(nèi)部RAM，512 kHz的txrd讀信號(hào)從RAM中抽樣讀入txm模塊，再按照異步串行格式發(fā)送。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采集精度在一定范圍內(nèi)則是通過(guò)改變程序代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
圖6給出模擬量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)終端軟件讀取并顯示實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模擬量和數(shù)字量數(shù)據(jù)。模擬量根據(jù)不同參數(shù)分類顯示，可直觀監(jiān)測(cè)采集信號(hào)工作狀態(tài)。圖7給出數(shù)字量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)界面顯示，經(jīng)記錄器實(shí)時(shí)完全采樣，加標(biāo)志0xAA實(shí)時(shí)顯示結(jié)果，圖7中左側(cè)為軟件對(duì)數(shù)字量的統(tǒng)計(jì)。
5 結(jié)語(yǔ)
詳細(xì)給出導(dǎo)彈測(cè)量參數(shù)采集存儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模式出發(fā)，闡述了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軟硬件設(shè)計(jì)方案。通過(guò)軟件仿真和實(shí)際測(cè)試全面驗(yàn)證了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊的功能，并證實(shí)該實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模式可為系統(tǒng)測(cè)量提供有效的實(shí)時(shí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。目前該設(shè)計(jì)方案已成功應(yīng)用于某型號(hào)導(dǎo)彈研制和測(cè)試。