惯性仪器通用测试技术应用研究

1、引言

惯性仪器是陀螺仪、加速度表等惯性仪表和陀螺稳定平台以及捷联惯性测量组合等惯性测量装置的总称，是导弹、运载火箭等航天飞行器制导与控制系统中的核心部件。其作用是为飞行器建立方位和姿态基准，同时测量飞行器相对惯性空间运动的角度、角速度、速度和加速度。惯性仪器的性能和精度直接影响飞行器飞行弹道，通过测试，可以判定惯性仪器是否符合技术条件所要求的性能和质量指标，发现其故障与误差来源及其规律，为改进总装技术和进行系统补偿提供依据。因此，对惯性仪器的性能测试无论部队还是总装厂都十分重视。在以往的测试中，由于惯性仪器的种类较多，各自的用途和工作原理也不尽相同，因此一直没有制订统一的测试规范。这里从惯性仪器在飞行器上的应用方式分类，以捷联方式和陀螺稳定平台方式为主要研究对象，针对惯性平台、速率陀螺、横法向仪、捷联惯测组合等单元仪器的共性与特性进行研究，对这四种被测对象的测试需求和测试方法进行总结和归纳，找到一种满足大多数惯性仪器测试需求的测试方法，设计一套通用化的惯性仪器测试系统。

2、设计思想

惯性仪器本身就是高精度、高灵敏度的测量装置，选择和采用的测试方法必须和惯性仪器的工作原理紧密相联，因此，我们对常用的、典型的惯性仪器测试设备进行了深入分析、归纳，总结出典型的测试方法和手段。同时，由于惯性仪器结构复杂，品种和接口数量繁多，对测试信号的数量、复杂性以及精度要求等因素变化较大，这就要求测试系统的硬件和软结构均具有较强的适应性，达到"以不变应万变"的设计要求。

通常情况下，测试系统应具有三大基本功能，即：信号的测量与控制、数据的分析与处理，测试结果的计算与输出。其中：信号的测量与控制是测试系统硬件要解决的主要问题，为解决接口繁多、标准不一的问题，考虑到测试的灵活性和适应性，在系统硬件设计中，我们采用了"VXI总线标准仪器模块+通用信号转接+适配器"的分层转接模式；对系统硬件的调度指挥、数据的分析与处理以及测试结果的计算与输出则是系统软件解决的主要问题。在系统软件设计中，我们在虚拟仪器软件结构的基础上，采用通用化的框架式软件设计，构建通用的可剪裁的软件公共平台，软件开发人员可根据通用ATE/ATS系统对软件功能的要求，在软件框架的基础上进行功能增减及参数的选配，实行动态配置，达到测试软件通用化的目的。

VXI总线是一种开放式的系统结构，总线接口不仅结构紧凑、标准开放、数据吞吐能力强、模块可重复使用，而且建立在虚拟仪器软件结构（VISA）基础上的通用软件框架解决了系统中所使用的各种VXI总线仪器与测试应用软件开发的通用化问题，因此，VXI总线仪器所具有的系列化、组合化特点、为组建通用测试系统提供了良好的技术支撑。

信号调理与转接是组建通用测试系统不可缺少的环节，也是通用测试系统设计工作中相对较为复杂的部分。信号调理与转接的主要作用是连接被测对象与VXI测试仪器，测试过程中的所有被测信号和控制信号均在这里进行集中。被测信号的指标超出VXI模块输入指标的，需经过调理变换，如阻抗变换、放大、衰减，隔离等措施；被测信号的指标在VXI模块测量范围的，在这里经过转接，送入各个VXI测试采集通道的信号输入端；指令或控制信号由计算机通过这里分配、调理、转接发往被测对象。为此我们设计了插卡式的通用信号转接箱，为不同被测提供了灵活多变的信号转接模式。被测信号由调理模块的前面板输入，通过调理板的调理变换电路后，经通用信号转接箱的背板及机箱后面板转接，通过外部电缆送给VXI测控组合中的测试仪器，完成测量。测试信号也可以采用由机箱后面板输入、前面板输出的"逆向"转接调理模式，以缩短转接电缆的长度。这里的调理板对用户而言可以选用标准配置的，也可以根据需要由用户自行设计调理电路。

适配器作为通用信号转接箱在处理大功率信号能力的补充，主要用于布放2A以上的大功率器件的供电与控制电路，在被测对象供电功率和被测信号小于2A的测试系统中，适配器机箱可以省去，被测信号直接分配至通用信号转接箱的输入端。

3、通用测试硬件研究

3.1测试需求分析

针对惯性仪器的测试特点，其测试内容主要包括扩功能测试、调整测试、工艺测试、精度测试四个部分。其中，调整测试和工艺测试是生产过程和总装测试的主要内容；功能测试和精度测试是仪器出厂和部队测试的主要内容，也是通用测试的研究重点，其测试项目主要包括以下内容：

1）电源电压测试、电流测试、频率测试；2）陀螺及回路参数检查；3）回路前放测试；4）力矩马达电流测试；5）陀螺惯性时间测试；6）加速度表启动电流测试；7）加速度表工作电流测试；8）加速度表回路前放测试；9）程序功能检查；10）程序机构精度检查；11）平台姿态角比例系数和姿态安全角的测试；12）动态漂移精度测试；13）调平精度测试；14）直流电阻检查；15）马达交流电压和电流、传感器激磁电源交流电压和电流的测试；16）正、负指令信号输出检查；17）零位输出电压测试；18）灵敏度检查；19）输出特性检查；20）极限输出检查。

21）捷联惯性测量组合位置标定；22）捷联惯性组合速率标定；23）温控系统和温度状态监测。

我们对以上测试项目进行了归类和总结：对测试系统而言，惯性仪器的电特性参数主要分为三种类型：被测信号，激励信号和控制信号。被测信号中，如电压、电流、电阻、温度、转速、加速度、等物理参数在输出时，大多以模拟量或数字量的形式输出，即：电压、电流、电阻、脉冲以及波形等信号；激励信号包括波形信号、电源和指令控制信号，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和开关量控制等，一般用于激励信号的控制和被测设备供电的控制以及测量回路的通道控制等。

3.2测试系统组成

图1惯性仪器通用测试系统组成原理图基于上述分析，我们构建了如图1所示的系统。其中：