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航空炸弹检测设备研制.pdf

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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 摘 要 航空炸弹检测设备是航空炸弹综合保障设备的 重要组成部分,利用检测设备可以完成航空炸弹的功能和性能测试。本课题研制了支持两个系列 6 种型号航空炸弹的检测设备,该设备支持两枚炸 弹同时测试,通过扩展可支持对后续型号的测试。 1本文对被测对象进行了分析,在此基础上,提出了系统的总体设计方案。 2介绍了硬件设计。在硬件方面,采用了面向测试资源的设计思想,选择了测试仪器资源和一体化键盘显 示器。设计了测试单元适配器、 GPS 信号测量装置、程控电源、炸弹模拟器。 3介绍了软件设计。在哈尔滨工业大学自动化测试与控制研究所的通用测试软件框架下,通过合理的安排测试流 程使两枚炸弹共同执行等待过程节省双弹同测时的测试时间,增加了流程单步 执行功能与函数单步执行功能,为测试流程的调试提供了支持,并针对被测的 6 种型号炸弹扩充了一些测试函数。根据研制任务书,设计了6种型号炸弹的测试流程与设备的自检流程。 4采用多线程技术,开发了支持两枚炸弹同时测试的系统测试软件。利用两个线程完成双弹同测流程的解析、测试命令的执行与测试结果的显示。 5介绍了设备现场测试和软件评测方 面的工作,并给出了一些测试用例。用户试用结果表明,本设备设计合理,满足合同规定的要求。 关键词 检测设备;通用性;双弹同测 - I - 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 Abstract Air Bomb Testing equipment is an importment part of Air Bomb Comprehensive protection equipment. The testing equipment can be used to test functionality and perance of Air Bomb. The detection device supports simultaneous testing of two bombs and the testing of subsequent models if extended. The issue introduces the analysis of air bomb which is tested. On this basis, the system’s overall design is proposed. Secondly, hardware design is introduced. Hardware design applies the testing resource oriented design ideas, selects the keyboard testing instrument display and integration of resources, and designs the test-unit adapter, GPS signal measurement devices, programmable power source. Then the software design is introduced. The project made references from the general testing framework of ATCI, HIT and idea of isolation between testing flow and testing command. It applied the idea of multi-threading technology, designed the test software framework of simultaneous testing of two bombs, designed the test scheduling module, completed the analytical testing process of two bombs, test cution and the results display by two threads, analyzed the usual problems in Multi-threading and proposed solutions, designed the step cution modules of function and flow, supported the testing process of writing and debugging, and designed background monitoring module for real-time detection of the load current of a bomb connected to the interface of the G1188A . So the software security was improved. According to the protocol provided by the suppliers, testing flow for bombs of six models and device self-test flow were designed. Debugging together with the bomb realized the testing of the bomb. The uation of flow part of the software was passed. This article described part of the test cases of the flow, analyzed and modified the problems identified. Finally, the article introduced work on measurement on the spot and software uation, described part of the test cases. Feedbacks from customers showed that the design was reasonable and the equipment met the contract requirements. Keywords testing equipment, versatility,simultaneous testing of two bombs - II - 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 目录 摘 要 ...........................................................................................................................I Abstract ....................................................................................................................... II 第 1 章 绪论 ................................................................................................................ 1 1.1 课题背景 ........................................................................................................... 1 1.2 课题的来源及目的意义 ................................................................................... 1 1.3 相关领域的研究进展及成果 ........................................................................... 1 1.4 本课题主要研究的内容 ................................................................................... 3 1.5 本文结构 ........................................................................................................... 3 第 2 章 总体方案 ........................................................................................................ 5 2.1 需求分析 ........................................................................................................... 5 2.1.1 被测对象的分析 ........................................................................................ 5 2.1.2 炸弹功能及性能测试原理 ........................................................................ 5 2.1.3 检测设备的功能及性能指标 .................................................................... 6 2.2 研制原则 ........................................................................................................... 7 2.3 硬件方案 ........................................................................................................... 7 2.4 软件方案 ........................................................................................................... 9 2.5 本章小结 ......................................................................................................... 12 第 3 章 硬件设计 ...................................................................................................... 13 3.1 VXI总线仪器的选择 ....................................................................................... 13 3.1.1 主控计算机的选择 .................................................................................. 13 3.1.2 1553B模块的选择 .................................................................................... 14 3.1.3 通讯模块的选择 ...................................................................................... 14 3.1.4 多用表模块的选择 .................................................................................. 14 3.1.5 64 路控制继电器模块的选择 .................................................................. 15 3.1.6 64 路扫描继电器模块的选择 .................................................................. 15 3.1.7 模拟IO 模块的选择 .................................................................................. 16 3.1.8 通用计数器模块的选择 .......................................................................... 16 3.1.9 开关量测试模块的选择 .......................................................................... 16 - III - 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 3.2 测试单元适配器设计 ..................................................................................... 17 3.2.1 结构设计 .................................................................................................. 17 3.2.2 TUA内信号调理电路设计 ....................................................................... 18 3.2.3 电流测量电路设计 .................................................................................. 19 3.3 GPS信号测量装置设计 .................................................................................. 19 3.3.1 接收机主要技术指标 .............................................................................. 20 3.3.2 转发器主要技术指标 .............................................................................. 20 3.3.3 GPS数据格式 ........................................................................................... 20 3.4 电源设计 ......................................................................................................... 21 3.4.1 主要技术指标 .......................................................................................... 22 3.4.2 结构设计 .................................................................................................. 22 3.5 测试电缆设计 ................................................................................................. 24 3.6 检测设备自检设计 ......................................................................................... 24 3.7 系统结构设计 ................................................................................................. 25 3.8 本章小结 ......................................................................................................... 26 第 4 章 软件设计 ...................................................................................................... 27 4.1 软件总体结构 ................................................................................................. 27 4.2 测试函数扩充 ................................................................................................. 28 4.2.1 类型转换函数设计 .................................................................................. 28 4.2.2 GPS数据解析函数 ................................................................................... 29 4.2.3 1553B通讯结果读取函数 ........................................................................ 31 4.3 双弹同测实现 ................................................................................................. 31 4.4 函数单步执行 ................................................................................................. 34 4.5 流程单步执行 ................................................................................................. 36 4.6 后台监控模块 ................................................................................................. 38 4.7 多线程方式实现双弹同测 ............................................................................. 38 4.7.1 线程间数据保护 ...................................................................................... 41 4.7.2 避免线程间冲突 ...................................................................................... 42 4.8 数据库设计 ..................................................................................................... 43 4.8.1 测试流程索引库 ...................................................................................... 43 4.8.2 测试流程库 .............................................................................................. 43 - IV - 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - V - 4.8.3 命令映射库 .............................................................................................. 44 4.9 本章小结 ......................................................................................................... 44 第 5 章 系统测试 ...................................................................................................... 45 5.1 测试环境 ......................................................................................................... 45 5.2 测试用例设计及测试结果 ............................................................................. 45 5.2.1 自检测试流程测试 .................................................................................. 45 5.2.2 测试调度模块测试用例设计 .................................................................. 47 5.2.3 函数单步执行模块测试用例设计 .......................................................... 50 5.2.4 流程单步执行模块测试用例设计 .......................................................... 51 5.3 本章小结 ......................................................................................................... 53 结 论 .......................................................................................................................... 1 参考文献 ...................................................................................................................... 2 哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明 .............................................................. 5 哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书 .............................................................. 5 哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理 .................................................................. 5 致谢 .............................................................................................................................. 6 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 1 - 第 1章 绪论 1.1 课题背景 航空炸弹是我国军事领域中的一种重要的武器设备,由于其具有较高的效费比,近些年来得到了大力的发展。航空炸弹也从过去的单一弹种,逐步发展壮大为品种繁多,功能齐全的大家族[1]。航空炸弹检测设备是炸弹技术准备中的重要设备,检测设备的发展水平直接影响到炸弹的测试精度和准备时间,因此航空炸弹检测设备与航空炸弹同步发展非常重要。早期检测设备只支持单一的炸弹型号,随着炸弹型号的不断增多,为每种型号的炸弹研制不同的检测设备使开发与维护费用高昂。近期出现的通用型检测设备可支持多种型号炸弹的测试,设备的设计复杂,虽然设备的通用性增强,但是可靠性变差。 炸弹测试时被测炸弹的数量较多,在库房中往往有十几枚几十枚甚至上百枚炸弹等待测试,总的测试时间很长。减少总的测试时间可以降低测试的总成本。在炸弹的测试过程中,检测设备有很长时间是在等待炸弹达到某种状态,这些等待时间占总的测试时间的50 以上。检测设备在这段时间处于空闲状态,所以有很大的空间来提高检测设备的使用效率。 为克服以上提出的检测设备的两点不足,本文设计了可测试多种型号航空炸弹的检测设备,并且检测设备支持两枚炸弹同时测试。 1.2 课题的来源及目的意义 本课题来源于哈尔滨工业大学自动化测试与控制研究所的横向课题。 航空炸弹检测设备是航空炸弹综合保障设备的重要组成部分。本课题就是要研制支持多种型号炸弹且支持两枚炸弹同时测试的检测设备,实现对炸弹的功能及性能测试。该设备对于提高炸弹的综合保障水平具有重要的意义。 1.3 相关领域的研究进展及成果 自动测试系统的发展过程可分为三个阶段,第 一阶段的自动测试系统是针对哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 2 - 具体的测试任务研制的,主要用于一些测试过 程复杂,重复量大或测试速度要求较高的场合,接口标准化程度较低;第二阶段 的自动测试系统是将台式仪器通过标准的接口总线搭建起来,系统的更改和增减较为灵活,测试资源的复用性较高;第三阶段的自动测试系统由模块化的仪器集成,基于 VXI、PXI 等总线,这类自动测试系统数据传输速度快、结构紧凑、系统组建灵活、易于扩展等优点[2]。 国防、军事领域是自动测试系统应用最多,发 展最迅速的领域,武器装备研发、使用、维护过程中对自动测试系统的众多 需求是推动自动测试系统和自动测试设备技术发展的强大动力[3]。一些西方国家自 20 世纪 80 年代起投入了可观的人力、物力,成功的推出了不少系统。美国军方 在推出通用自动测试系统研制方面起了关键作用,他们采用军方提出要求,各公 司投标竞争研制的方式,已有多种通用自动测试系统投入使用[2]。 美国海军陆战队 1998 年投入使用的 TETS 系统,该系统对战场前沿的电子系统进行测试,该系统由美国 Man-Tec 公司研制。TETS 系统是一种便携式的通用测试系统,包括四个便携式加固箱,两个 VXI 总线检测/ 激励模块机箱,一个可编程模块电源机箱和一个固定式模块电源机箱;操作系统采用 Windows NT,测试软件在 Visual Basic 下开发,测试软件可实时检测系统温度、功率,可对系统进行自测试诊断,且具有故障历史数据记录功能[4]。 20 世纪 90 年代中期,法国宇航公司生产了 ATEC6 系列的通用自动测试系统,该系统用于波音、空客等民用飞机和幻影 -2000 军用飞机测试和维修。该系统硬件包括 SUN 工作站, VXI 总线检测模块,GPIB 总线可编程电源。其接口标准为 ARINC608A。该系统软件配置方面,采用 SUN SOLARIS 操作系统和 SMART软件系统[5]。 国内自动测试系统的发展也较为迅速,随着我 国国防和军事的发展,各种武器型号的相继推出,加大了对测试设备的需求 ,这也促进了我国自动测试系统的发展。20 世纪 90 年代哈工大自动化测试研究所研 制了激光制导炸弹自动检测系统,该系统采用 VXI 总线技术和面向测试流程通用的测试软件平台,具有较强的哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 3 - 实用性、较好的安全性和维护性[6]。 美国为了克服现有通用自动测试系统存在的研 发和维护费用仍然较高,通用性局限于同一军种范围内,设备缺乏对不同被测对象提出的复杂测试需求的支持,设备故障诊断能力不强等缺点,已着手研 究下一代通用自动测试系统[7]。目前国内自动测试系统正处于从专用自动测试系统 向通用自动测试系统的转变中。国内某研究所研制的大通用型检测设备,该设备 集成了覆盖多种武器型号的测试资源,可对多种型号的武器设备进行测试。通用化使自动测试系统的设计难度加大,结构复杂,可靠性变差。在检测设备通用 化的进程中,外国自动测试系统的发展过程是对我国自动测试系统领域发展的一个很好的借鉴[8]。 1.4 本课题主要研究的内容 根据对方任务书的要求,本课题研制的航空炸弹检测设备应能支持六种型号航空炸弹的测试,并能够支持两枚炸弹同时测试 。在硬件方面本课题对该检测设备的硬件集成技术进行了研究。在软件方面,在 通用测试软件框架下,通过合理安排一些测试流程和一些测试函数的设计实现双 弹同测;采用多线程技术,设计并开发了支持两枚炸弹同时测试的通用测试软件平台。 论文主要研究内容如下 1)对被测对象进行分析,提出总体方案; 2)确定被测信号的测试方法和需要的仪器资源; 3)研究双弹同测技术; 4)在原软件框架下实现双弹同测; 5)开发基于多线程的支持双弹同测的测试软件; 6)完成设备调试; 7)完成软件第三方测评; 1.5 本文结构 本文共分 5 章。 第 1 章介绍了课题背景、课题的来源及目的 意义,介绍了自动测试系统的发哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 4 - 展及近年来国内外的主要成果,说明了本文的主要研究内容。 第 2 章对被测对象进行了分析,介绍了炸弹 的功能及性能测试原理,提出了航空炸弹检测设备的功能及性能指标。根据系 统的研制原则,提出了系统的硬件方案及软件方案。 第 3 章介绍了系统的硬件设计,对组成设备的各部分部件设计作了介绍。 第 4 章介绍了系统的软件设计,说明了软件 的设计思想,并对软件平台各部分进行了详细介绍。 第 5 章根据系统研制过程中经历的软件评测,对本系统软件的测试作了介绍。哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 5 - 第 2章 总体方案 2.1 需求分析 2.1.1 被测对象的分析 依据合同和研制任务书要求,本文 研制的航空炸弹检测设备应满足 6 种型号航空炸弹的测试需求。这 6 种型号的炸弹各有 13 个外部电气接口,其中 A 型航空炸弹具有 3 个电气接口,B 型航空炸弹只有 1 个接口, C 型航空炸弹具有 3 个电气接口,D 、 E 和 F 型航空炸弹具有 2 个电气接口。各型号炸弹对外的电气接口并不完全相同,其中只有 1 个接口的信号定义和插座类型是相同的。 通过对 6 种型号炸弹外接口中的电信号进行 分析,并考虑双弹同测的要求,可以确定两个炸弹同时测试时,需要被测信号 的类型、测试方法及最大数量主要如下 1)直流电压测量 30 路; 2)直流电流测量 2 路; 3)时间间隔测量 6 路; 4)时序 IO 测量 48 路; 5)模拟信号激励通道 8 路; 6)RS422 通讯 2 路; 7)RS232 通讯 4 路; 8)1553B 通讯 2路; 另外,检测设备还需要一个 GPS 信号检测装置,为被测对象转发 GPS 信号并与之进行比对;需要一个炸弹模拟器以模拟被测 UUT 的电气信号。 2.1.2 炸弹功能及性能测试原理 将炸弹安放在测试弹架上,检测设备模拟载机 接口,通过测试电缆与炸弹相连,采用专用的测试流程对炸弹的功能及性能指标进行测试。测试原理如图 2-1 所
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