航天测量船通用测试平台设计

摘要：结合航天测量船特点，为了提高设备的维护保养和故障诊断效率，提升应急处置能力。在此采用基于虚拟仪器技术的方法，提出了测试平台的总体设计思想以及软硬件设计。针对种类繁多的测控设备，测试系统具有高度智能化和广泛通用性的特点，可完全应用于全测控网设备，夯实了测量船执行任务的基础。测试系统提供了友好的人机交互界面，使整个测试过程操作方便，获得较好的实际应用效果，拓展了任务准备的可操作性。
关键词：航天测量船；测控设备；虚拟仪器；测试平台

O 引言
航天测量船的各种测控设备是影响其综合测量精度的主要因素，其工作的稳定性和可靠性至关重要。但由于测控设备种类繁多、各类保养维护手段多种不一、周期长短不同，为设备的维护保养和故障诊断带来了很大的困难，也严重制约了设备的应急处置能力。
针对以上问题，设计开发了基于虚拟仪器技术的航天测量船通用测试平台，该平台智能化测试可以灵活便捷地实现各类设备在脱机条件下进行维护保养、故障诊断以及备件检测等多项功能；同时，该平台还可以通过升级接口适配器和测试数据库来实现全测控系统的测试兼容性。

1 总体设计
测试平台以虚拟仪器技术为核心，所有的外部待检板都挂在总线上，计算机通过总线发出各种控制信息给逻辑控制线路，用协议中规定好的命令来启用检测、改变工作方式等。整个测试平台由接口适配器、矩阵扫描卡、DAQ板、信号源、工控机、虚拟测量设备、显示器以及打印机组成，完成对惯性导航设备48种线路板的测试，测试平台结构如图1所示。


待检线路板包括3类测试内容：通过插座传输的数字信息，板上模拟信号测试，RS 232／422／485远程通信信号。
以航天测量船上的某型惯性导航系统的稳定回路板为例，该线路板主要完成对陀螺仪敏感输出信号的解调、滤波、校正后输出。该板的输入信号主要是f=12 kHz、幅值相对变动的的交流电压信号。输出信号为f=2．5 kHz，U=48 V方波和f=2．5 kHz，U=48 V三角波。
当待检线路板通过接口适配器接入测试平台，选择对应任务测试模块。测试程序发出程控信号控制信号源及矩阵扫描卡提供给待检板输入信号，并对返回信号进行采样，将采样值与标准返回信号进行比对分析，判断电路是否工作正常以及状态，测试流程如图2所示。



2 测试平台硬件设计
2．1 接口适配器
接口适配器通过专用接口来实现不同种类的板卡识别和通信。接口适配器分为上行设备接口和下行接口2部分。上行设备接口分别对应不同待检线路板的专用接口。下行接口负责将上行设备接口的全部信号送入矩阵扫描卡，并返回矩阵扫描卡需传送至上行设备接口的信号。
对上行设备所有接口的信号进行分析、整理，将所有信号分为复用信号和专用信号2类，各待检线路板所共用的信号按各自的功能划分，连接主配线板相应的复用信号通道，其专用信号则分别连接主配线板的专用信号通道。通过对信号的分类管理，待检设备接口适配器有效地解决了设备接口的兼容问题，良好地拓展了测试平台的应用范围。
2．2 矩阵扫描卡
由于惯性导航设备需要测试的线路板种类多，在测试过程中需要不断地切换测试通道来为待检线路板输入对应的检测信号，提供正常的工作环境，从而实现信号测试。测试通道切换的快速准确直接影响测试能否正常进行。因此，本测试平台设计矩阵扫描卡来实现多路信号的选通和切换工作。
矩阵扫描卡主要由继电器组成，配有单片机、地址总线接口、数据信号输入／输出通道接口、控制总线接口、通用GPIB／RS 232接口、虚拟测量端接口以及电源接口。内部电路通过地址译码控制相应的继电器吸合，完成信号选通／切换，矩阵扫描卡信号流程如图3所示。


在测试系统中，只需将所有检测信号依次接到矩阵扫描卡的信号输入通道，通过向地址端写入相应的地址来改变测量通道，便可完成测试工作。类似的，从待检板返回测量信号同样经过矩阵扫描卡逻辑选通后进入虚拟测量设备，使用虚拟测试工具对返回信号进行分析、评判，判读相应的指标是否符合要求。
2．3 DAQ板
通过DAQ(date acquisition)数据采集板卡对矩阵扫描卡返回信号进行采集，NI提供的数据采集卡支持多种总线类型，DAQ卡包括模拟输入、模拟输出、数字 I／O、触发采集和定时I／O功能，实现对返回信号全方位采集，经过采集后信号输出给测试软件分析处理完成测试结果。本测试平台选用PCI- 6221NI-DAQmx设备。
2．4 信号源
信号源为测试平台提供合适的工作环境，针对不同的线路板提供相应的信号源及时序信号。测试平台选用多功能信号源，通过虚拟仪器RS 232／422／GP2B端口对信号源进行程控，根据不同待检板控制信号源输出不同信号。

3 软件设计
虚拟仪器测试系统中，硬件解决了信号的输入和输出，而软件实现对返回信号进行数据采集、数据分析、结果输出以及人机交互等功能。
通过对待检线路板信号走向的分析整理，应用Labview对每一待检板进行测试程序的编写，在实际使用时可以做到对应某块线路板调用相应测试程序即可完成测试功能。测试平台软件整体设计结构如图4(a)所示。


测试平台系统软件部分分为检测系统和查询系统。检测系统对惯性导航设备的各线路板进行检测，产生被测线路板信息和测试结果，还可以对测试结果进行打印和保存。查询系统可以查询已测线路板测试的结果，并对测试结果进行打印。软件的数据流程图如图4(b)所示。
软件实现的3个主要模块分别功能如下：
模块1：模拟通道，实现采样模拟数据的显示、分析、存储功能。
模块2：存盘数据读取，实现测试项目指标参数读取功能。
模块3：数字I／O，实现输出、采集数字信号功能。

4 结语
在此阐述了航天测量船通用测试平台的设计和实现方法，并对系统的硬件设计原理、软件设计框图进行了详细的介绍。系统利用虚拟仪器技术，配合待检设备接口适配器、矩阵扫描卡等硬件电路的使用，可完成对全测控系统备件的测试工作。系统具有可靠性高、配置灵活、综合化程度高的特点，利用LabVIEW开发的人机界面使得操作人员的使用极为方便。