某导弹典型信号仿真与测试训练系统

摘要：以某型导弹测试过程中典型的信号流为研究对象，针对该导弹控制系统连接关系复杂、测试信号难于提取的问题，在充分研究导弹测试原理和操作规程的基础上，构建了该导弹典型信号模型。以ARM9嵌入式系统为核心，采用信号仿真与测试系统相结合的方式，搭建了系统硬件。着眼院校教学与部队训练的实际需求，引入教学和训练管理分系统，结合系统硬件的设计，采用模块化分层设计的方式，设计了系统软件，实现了原理演示与训练操作、讲解示范与评估考核的有机结合。

引言

　　针对某导弹控制系统弹上、地面仪器设备的系统连接关系复杂，测试过程中测试信号的传感、测量、数据采集、提取等难于实现的问题。为满足部队及院校实装操作训练需要，提高训练对象的导弹测试技术理论与实践相结合的能力，完善辅助教学和考核评估手段，提出了某导弹典型信号仿真与测试训练系统这一课题。

　　本文从应用体系、系统体系、技术体系三方面论述了系统的体系框架(如图1所示)，讨论了系统研制涉及的关键技术，并对弹上及地面典型信号的产生机理及测试方法进行物理仿真，使受训人员充分地理解并感知导弹的信号产生及测试流程，有针对性的掌握导弹测试技术，实现院校和部队相统一，加快学员岗位任职能力形成。该系统能较好地满足该型武器系统教学和操作训练需要，可提高导弹武器系统的测试训练效率，降低导弹武器系统的测试训练成本。

导弹典型信号仿真模型

　　针对某导弹的测试特点，可以对测试信号进行归类和总结。对测试系统而言，该导弹的电特性参数分为三种类型：被测信号、激励信号和控制信号。被测信号包括模拟量、数字量和时序量三类信号。其中，模拟测量量包括电压、电流、电阻、时间、脉冲以及波形等信号;激励信号包括波形信号、电源和指令信号。在测试过程中，一般由测试系统为被测对象提供;控制信号包括数字量控制信号和开关量控制等。一般用于激励信号的控制、被测设备供电的控制以及测量回路的通道控制。

　　对于数字电路，测试其输出端的响应代码，与数据库中的正确代码比较，来判断被测电路的逻辑功能是否正常，从而确定电路的好坏;对于模拟电路，测试其输出端的电压、电流与输入端之间的函数关系，与相应的标准进行比较，根据它们是否一致来判断模拟电路的功能是否正常。

系统硬件设计与实现

　　系统总体采用混合总线系统，系统硬件的总体结构如图2所示。该导弹典型信号仿真与测试训练系统由信号发生系统、信号处理系统和信号测试系统组成，其组成框图如图3所示。

　　1. 信号发生系统

　　信号包括该导弹弹上典型控制信号、激励信号、反馈信号、逻辑时串信号等。主要分类有交/直流电压/电流信号、波形信号、脉冲信号、时串信号等。信号发生装置由交流电源、直流稳压电源、自研电源变换装置、信号发生器等组成。

　　2. 信号调理系统

　　信号调理系统包括信号采集、滤波、变换等。变换与调理的目的是便于信号的传输与处理。传感器输出的电信号很微弱，大多数不能直接输送到显示、记录或分析仪器中去，需要进一步放大，有的还要进行阻抗变换。有些传感器输出的电信号中混杂有干扰噪声，需要去掉噪声，提高信噪比。某些场合，为便于信号的远距离传输，需要对传感器测量信号进行调制解调处理。滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定频率成分通过，而极大地衰减其他频率成分。如图4中预处理部分所示。

　　信号采集控制器是实现控制系统设备功能的核心部件，负责信号的采集、输出、前端处理和实时处理输出，减轻实时采集控制对仿真主机的依赖。采集控制器程序在仿真计算机的控制下，完成面板信号的采集与控制，从而模拟各种设备工作。

　　信号采集控制器采用基于ARM9核的控制器，嵌入式计算机对上通过TCP/IP总线连接仿真计算机，对下通过机箱总线与功能模块相连。功能模块有4种类型的对外接口，分别是DI(数字输入)、DO(数字输出)、A/D(模拟输入)和D/A(模拟输出)，配合信号调理电路，可以满足对不同类型信号的需要。每个信号采集控制器机箱可以选配8个不同类型功能模块，使硬件具有很强的通用性。

　　3. 信号测试系统

　　信号测试系统采用工控机+测试模块+智能仪表方案，如图5所示。

　　工控机模拟系统是测试系统的核心，在测试训练过程中运行模拟测试程序，同时生成各类测试数据。工控计算机系统由工控机和相应的PCI功能模块组成，配合信号调理板和电平匹配板，可以满足测试仪模拟器对不同类型信号的需要。模拟测试程序由基于windows平台的VC++进行开发，负责信号的采集、输出、设置和记录等功能。智能仪表主要包括示波器和数字万用表。

系统软件设计与实现

　　根据导弹典型信号仿真与测试训练系统所要实现的功能，结合系统硬件的设计，系统软件采用模块化分层设计，主要包括以下几个功能模块程序：系统自检程序、测试开发程序、数据采集与处理程序、I/O总线控制程序和故障诊断程序。

　　系统自检程序通过自激励—自测试的方法检测导弹典型信号仿真与测试训练系统是否正常工作;测试开发程序主要是根据导弹系统的实际信号，设置典型信号的数据类型及量程;数据采集与处理程序用于采集信号源发出的激励信号，并将所采集的信号转换成系统所需要的电压信号;I/O总线控制程序主要功能是根据测试流程，实现激励信号的动态接入和输出控制;故障诊断程序主要用于故障的设置与定位及故障的分析与排除训练。系统测试流程图如图6所示。

　　1. 测试软件方案

　　测试软件采用通用软件测试架构，由设备驱动、硬件自检、数据采集、数据归算和数据显示五部分组成，采用VC++进行编程，负责信号的采集、输出、设置和记录等功能。它由信号输入模块、逻辑运算模块和信号输出模块三大部分组成。输入模块通过循环接受外部设备的各种状态信号和操作信号，为逻辑运算模块提供入口参数;逻辑运算模块依据其内置的实装逻辑关系数据库，对入口参数进行循环运算和判断，产生一组输出结果;信号输出模块将逻辑运算模块产生的输出结果对外输出，在外部设备上产生各种操作现象。测试软件结构与外部接口如图7所示。

　　2. 辅助教学软件

　　采用多媒体技术、计算机网络技术和虚拟现实技术，建立辅助教学系统，对操作号手可进行工作原理分析、测试方法等基础技术理论培训，对参训人员可进行基础理论和基本操作技能培训。

　　导弹典型信号仿真与训练系统辅助教学系统功能主要有：操作规程演示、操作步骤提示、操作错误提示、故障设置、故障分析与排除训练。建立具有与仿真信号同步刷新功能的原理演示软件系统，利用多媒体设备进行辅助理论教学。

结束语

　　本文所设计的某导弹典型信号仿真与测试训练系统，充分吸纳了部队、院校先进的训练教学成果，把操作训练、协同演练与讲解示范、学习原理有机结合在一起，采用了信号仿真与测试系统相结合的方式进行软、硬件结构设计，引入了教学和训练管理分系统，配置相应硬件设备，构建了演、讲、练、教与学的“一体化”训练系统，实现了原理演示与训练操作、讲解示范与评估考核的有机结合，较好地解决了因导弹控制系统连接关系复杂导致测试过程中测试信号的传感、测量、数据采集、提取等难于实现的问题，具有开发周期短、造价低廉、实用性强、操作简便等特点。

　　经学院和部队的多次试验，证明该系统能够满足部队及院校实装操作训练需要，大大提高了导弹武器系统的测试训练效率，并降低导弹武器系统的测试训练成本，其性能稳定可靠，操作使用方便，信号显示直观，具有较大的军事意义和显著的经济效益。

参考文献：

　　[1]崔洪亮, 等.导弹测试设备故障诊断专家系统的设计与实现[J].电子产品世界，2009(5): 38-40

　　[2]施晓红, 等.雷达训练模拟设计中的信号仿真方法研究[J].系统仿真学报，2008(7): 1716-1719

　　[3]李旭.基于电路仿真原理的故障检测与诊断研究[D].大连理工大学硕士论文，2010，49-52

　　[4] 童雪娟, 等.基于单片机的航海雷达信号仿真[J].系统仿真技术，2015(1): 52-56

　　[5] 周延伦, 等.基于某型地空导弹制导站MM测试的信号仿真[J].仪表技术，2009(11): 48-50

　　[6] 卢建华, 等.某型飞机惯性导航系统模拟器软件设计[J].仪表技术，2009(11): 7-9

本文来源于中国科技期刊《电子产品世界》2016年第4期第24页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。