基于虚拟仪器技术的某导弹检测设备校准系统的设计与实现

1 引言

在军事装备保障中，计量测试是极其重要的技术基础，计量对军事装备特别是尖端技术的重要性尤为突出。标志军队测试水平的自动测试系统在现在军队武器装备测试方面得到了大量的应用，对这些检测设备都需要相应的计量保证其正常的工作。做好计量工作具有明显的技术保障作用，可以节约资金、争取时间、提高作战能力。本文讲述的在某型号导弹自动测试系统自动校准装置的研制工程项目基础上，运用虚拟仪器的方法，运用NI的数据采集卡进行数据采集和Labwindows语言进行软件编写。运用了一种面向实际运用的自动测试系统校准方法，满足了项目对校准装置的要求。

2 校准原理

计量校准是一个与更高精度标准相比较的工作过程，确保所校准的测试系统的测试精度和技术性能符合测试的要求。校准策略可分为离位 （off station） 校准和原位（on station） 校准两种工作方式。

离位校准（off-station calibration），是把自动测试系统看作多个独立测试仪器的组合，定期将仪器或者仪器模块从自动测试系统中卸出依据相应的规范分别来校准。离位校准的主要缺点包括：测试仪器或仪器模块的程控特性往往无法检验；缺乏考虑系统与被测对象之间的连接电缆、接插件、测试适配电路等对测试信号的影响，使校准结果缺乏完整性；测试仪器或仪器模块不在其正常工作的环境（温度、湿度和电磁环境），使校准工作缺乏真实性。

原位校准（on-station calibration），是把测试系统作为具有测试功能的整体单元，定义统一的计量校准流程和校准周期，在系统原有的工作位置上进行。原位校准的主要优点：被校准的参数特性是UUT测试需求，达到测试系统的最高的测量完整性；校准可在其实际工作环境中进行，实现了校准工作的真实性；可通过校准TPS控制完成，系统校准快速简便，自动化程度高，校准所需时间短。

基于虚拟仪器技术以PC机为核心是新一代自动测试系统的基本特征，显然，离位校准难以满足军用自动测试系统的计量需求，具有很大的局限性；原位校准可以满足军用ATS校准的需求，全面而准确地计量其使用功能和测试性能。

本课题研制的某导弹检测设备校准系统采用原位校准策略，与被校准对象的工作同时进行，保证了校准工作的完整性和真实性，可用于检测设备的现场校准保障服务。

该自动测试系统包括的内场检测设备和外场综合检测设备均有完善的自检功能，完全覆盖了其检测参数，自检测试精度也与检测精度相当，基于自检过程的计量校准思路完全是可行的。基于自检过程的校准系统设计基本原理如图1所示。这里，我们将自检电缆中的信号分为源信号和测试信号，其中，源信号是由检测设备提供的工作条件或模拟信号源，即为激励，使得装备或自检电路工作；而测试信号是被测装备或自检电路输出的信号，即为响应。

图1 校准系统设计基本原理图

3 校准系统设计的主要内容

根据检测设备特性和校准要求，校准系统主要由三大部分构成，分别为溯源子系统、内场检测设备校准子系统和外场检测设备校准子系统。系统采用PXI总线技术、虚拟仪器技术、数据库技术等前沿技术以保证校准系统的方便易用性。

3.1 基于PXI的硬件平台设计

检测设备的硬件平台由主控机和PXI模块系统、继电器阵列、多路复用继电器以及高精度运放构成。如图2为检测设备校准部分的硬件框图。

图2 检测设备校准部分硬件框图

3.2 基于虚拟仪器技术的软件系统设计

校准系统的软件是整个系统的核心，计量校准工作的顺利进行、校准功能的实现、参数计量精度的保证、虚拟面板显示、测试数据管理和输出报表打印等都在程序软件的控制协调下完成。检测设备校准过程采取监视比对的方式进行，校准系统通过监视检测设备的自检流程，并从自检过程中获取设备的信号特征，将其与检测设备自身的自检结果进行比对，从而判定自检设备的工作性能。

软件基本处理策略如图3所示，一般包括系统自检、检测设备测试和数据管理等，来自检测设备的自检参数由人工输入，与校准系统测试得到的参数相比较，计量出不确定度，给出计量校准表。

图3 软件基本处理策略

4 适配电路调理模块化设计

在系统的适配机箱内是与各个检测装备相对应的适配调理模块电路，是所要计量的测试信号与仪器模块所能处理的典型信号之间的适配与转换枢纽。根据各个独立计量的对象设计各自的适配调理电路，模块化设计，使得电路设计、制作、调试、修改和运行等更加合理与方便。各个调理模块又根据功能进一步细化，一般包括测试信号输入电路、模拟信号输出电路、标准信号控制电路、信号分配电路以及信号转换电路等，如图4所示。

图4 适配调理模块电路结构图

5 接口电路设计

采用ISP技术，应用ispLSI1032E芯片设计测控卡的接口电路，实现5输入控制32路输出，通过译码电路后实现互锁，保证任何情况下只有一路输出保证了继电器控制电路的安全性。它可让设计人员根据自己的要求构造逻辑结构的集成电路，也可在自己的工作环境中借助计算机等设备，运用专用的开发软件对其编程来实现所需的逻辑构造，简化系统设计，降低费用，避免投资风险。特别是在系统可编程技术的出现，提高了可编程器件的生命力。ISP 技术使用户无需从系统板上拆下芯片就可以改变芯片的逻辑内容。解决了校准系统设计过程中，信号数量多，种类复杂，而板卡接口相对缺乏的问题。

6 结论

该自动测试系统自动校准装置运用于某型号反坦克导弹测试系统的计量中，解决了反坦克导弹自动测试系统测试的信号种类繁多，特征复杂，难于计量标定的问题，成功完成了对自动测试系统进行计量校准的任务，受到该自动测试系统使用部队领导好评。虚拟仪器的使用，极大简化了硬件设计，并且有很高的测量精度。Labwindows语言在和数据采集卡的结合运用中，很方便即可实现数据的采集，滤波处理及存储。在自动测试系统的计量校准中，虚拟仪器的使用是必然的主流。

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