摘要：結合航天測量船特點，為了提高設備的維護保養(yǎng)和故障診斷效率，提升應急處置能力。在此采用基于虛擬儀器技術的方法，提出了測試平臺的總體設計思想以及軟硬件設計。針對種類繁多的測控設備，測試系統(tǒng)具有高度智能化和廣泛通用性的特點，可完全應用于全測控網(wǎng)設備，夯實了測量船執(zhí)行任務的基礎。測試系統(tǒng)提供了友好的人機交互界面，使整個測試過程操作方便，獲得較好的實際應用效果，拓展了任務準備的可操作性。
關鍵詞：航天測量船；測控設備；虛擬儀器；測試平臺

O 引言
    航天測量船的各種測控設備是影響其綜合測量精度的主要因素，其工作的穩(wěn)定性和可靠性至關重要。但由于測控設備種類繁多、各類保養(yǎng)維護手段多種不一、周期長短不同，為設備的維護保養(yǎng)和故障診斷帶來了很大的困難，也嚴重制約了設備的應急處置能力。
    針對以上問題，設計開發(fā)了基于虛擬儀器技術的航天測量船通用測試平臺，該平臺智能化測試可以靈活便捷地實現(xiàn)各類設備在脫機條件下進行維護保養(yǎng)、故障診斷以及備件檢測等多項功能；同時，該平臺還可以通過升級接口適配器和測試數(shù)據(jù)庫來實現(xiàn)全測控系統(tǒng)的測試兼容性。

1 總體設計
    測試平臺以虛擬儀器技術為核心，所有的外部待檢板都掛在總線上，計算機通過總線發(fā)出各種控制信息給邏輯控制線路，用協(xié)議中規(guī)定好的命令來啟用檢測、改變工作方式等。整個測試平臺由接口適配器、矩陣掃描卡、DAQ板、信號源、工控機、虛擬測量設備、顯示器以及打印機組成，完成對慣性導航設備48種線路板的測試，測試平臺結構如圖1所示。


    待檢線路板包括3類測試內容：通過插座傳輸?shù)臄?shù)字信息，板上模擬信號測試，RS 232／422／485遠程通信信號。
    以航天測量船上的某型慣性導航系統(tǒng)的穩(wěn)定回路板為例，該線路板主要完成對陀螺儀敏感輸出信號的解調、濾波、校正后輸出。該板的輸入信號主要是f=12 kHz、幅值相對變動的的交流電壓信號。輸出信號為f=2．5 kHz，U=48 V方波和f=2．5 kHz，U=48 V三角波。
    當待檢線路板通過接口適配器接入測試平臺，選擇對應任務測試模塊。測試程序發(fā)出程控信號控制信號源及矩陣掃描卡提供給待檢板輸入信號，并對返回信號進行采樣，將采樣值與標準返回信號進行比對分析，判斷電路是否工作正常以及狀態(tài)，測試流程如圖2所示。



2 測試平臺硬件設計
2．1 接口適配器
    接口適配器通過專用接口來實現(xiàn)不同種類的板卡識別和通信。接口適配器分為上行設備接口和下行接口2部分。上行設備接口分別對應不同待檢線路板的專用接口。下行接口負責將上行設備接口的全部信號送入矩陣掃描卡，并返回矩陣掃描卡需傳送至上行設備接口的信號。
    對上行設備所有接口的信號進行分析、整理，將所有信號分為復用信號和專用信號2類，各待檢線路板所共用的信號按各自的功能劃分，連接主配線板相應的復用信號通道，其專用信號則分別連接主配線板的專用信號通道。通過對信號的分類管理，待檢設備接口適配器有效地解決了設備接口的兼容問題，良好地拓展了測試平臺的應用范圍。
2．2 矩陣掃描卡
    由于慣性導航設備需要測試的線路板種類多，在測試過程中需要不斷地切換測試通道來為待檢線路板輸入對應的檢測信號，提供正常的工作環(huán)境，從而實現(xiàn)信號測試。測試通道切換的快速準確直接影響測試能否正常進行。因此，本測試平臺設計矩陣掃描卡來實現(xiàn)多路信號的選通和切換工作。
    矩陣掃描卡主要由繼電器組成，配有單片機、地址總線接口、數(shù)據(jù)信號輸入／輸出通道接口、控制總線接口、通用GPIB／RS 232接口、虛擬測量端接口以及電源接口。內部電路通過地址譯碼控制相應的繼電器吸合，完成信號選通／切換，矩陣掃描卡信號流程如圖3所示。


    在測試系統(tǒng)中，只需將所有檢測信號依次接到矩陣掃描卡的信號輸入通道，通過向地址端寫入相應的地址來改變測量通道，便可完成測試工作。類似的，從待檢板返回測量信號同樣經(jīng)過矩陣掃描卡邏輯選通后進入虛擬測量設備，使用虛擬測試工具對返回信號進行分析、評判，判讀相應的指標是否符合要求。
2．3 DAQ板
    通過DAQ(date acquisition)數(shù)據(jù)采集板卡對矩陣掃描卡返回信號進行采集，NI提供的數(shù)據(jù)采集卡支持多種總線類型，DAQ卡包括模擬輸入、模擬輸出、數(shù)字 I／O、觸發(fā)采集和定時I／O功能，實現(xiàn)對返回信號全方位采集，經(jīng)過采集后信號輸出給測試軟件分析處理完成測試結果。本測試平臺選用PCI- 6221NI-DAQmx設備。
2．4 信號源
    信號源為測試平臺提供合適的工作環(huán)境，針對不同的線路板提供相應的信號源及時序信號。測試平臺選用多功能信號源，通過虛擬儀器RS 232／422／GP2B端口對信號源進行程控，根據(jù)不同待檢板控制信號源輸出不同信號。

3 軟件設計
    虛擬儀器測試系統(tǒng)中，硬件解決了信號的輸入和輸出，而軟件實現(xiàn)對返回信號進行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、結果輸出以及人機交互等功能。
    通過對待檢線路板信號走向的分析整理，應用Labview對每一待檢板進行測試程序的編寫，在實際使用時可以做到對應某塊線路板調用相應測試程序即可完成測試功能。測試平臺軟件整體設計結構如圖4(a)所示。


    測試平臺系統(tǒng)軟件部分分為檢測系統(tǒng)和查詢系統(tǒng)。檢測系統(tǒng)對慣性導航設備的各線路板進行檢測，產(chǎn)生被測線路板信息和測試結果，還可以對測試結果進行打印和保存。查詢系統(tǒng)可以查詢已測線路板測試的結果，并對測試結果進行打印。軟件的數(shù)據(jù)流程圖如圖4(b)所示。
    軟件實現(xiàn)的3個主要模塊分別功能如下：
    模塊1：模擬通道，實現(xiàn)采樣模擬數(shù)據(jù)的顯示、分析、存儲功能。
    模塊2：存盤數(shù)據(jù)讀取，實現(xiàn)測試項目指標參數(shù)讀取功能。
    模塊3：數(shù)字I／O，實現(xiàn)輸出、采集數(shù)字信號功能。

4 結語
    在此闡述了航天測量船通用測試平臺的設計和實現(xiàn)方法，并對系統(tǒng)的硬件設計原理、軟件設計框圖進行了詳細的介紹。系統(tǒng)利用虛擬儀器技術，配合待檢設備接口適配器、矩陣掃描卡等硬件電路的使用，可完成對全測控系統(tǒng)備件的測試工作。系統(tǒng)具有可靠性高、配置靈活、綜合化程度高的特點，利用LabVIEW開發(fā)的人機界面使得操作人員的使用極為方便。