一種智能化吊艙地面檢測(cè)系統(tǒng)

某型光電跟蹤測(cè)量吊艙在飛行試驗(yàn)中起著重要的作用，將其掛裝到載機(jī)上，載機(jī)與目標(biāo)機(jī)伴隨飛行可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)機(jī)全飛行時(shí)段空中飛行的實(shí)時(shí)監(jiān)控測(cè)量。由于飛行試驗(yàn)本身花費(fèi)巨大，這就要求我們必須確保吊艙在掛裝飛機(jī)飛行前各個(gè)系統(tǒng)工作是正常的，確保每個(gè)飛行架次都是有效架次。不同于文獻(xiàn)對(duì)吊艙具體部分的設(shè)計(jì)以及文獻(xiàn)對(duì)一個(gè)大型系統(tǒng)特定單一功能部分定制檢測(cè)，本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種智能化吊艙地面檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用地面220 V交流電，能夠給吊艙供電，利用目標(biāo)模擬器作為輔助，共同完成吊艙掛機(jī)前的全部功能檢測(cè)，并能夠?qū)Φ跖摵蜋C(jī)上操控設(shè)備的故障采用類(lèi)似文獻(xiàn)中提出的技術(shù)進(jìn)行智能化診斷定位。

1 地面檢測(cè)系統(tǒng)需求分析

光電吊艙采用28 V直流電和115 V交流電供電，直流電給控制電路和各功能模塊供電，115 V交流電給伺服系統(tǒng)供電，因此地面檢測(cè)設(shè)備需要有提供28 V直流電和115 V交流電的功能。吊艙還具備高清、高速視頻跟蹤存儲(chǔ)功能，相應(yīng)的地面檢測(cè)設(shè)備需具有視頻讀取檢測(cè)和下載能力。同時(shí)吊艙還具有激光測(cè)距、遙控遙測(cè)系統(tǒng)、環(huán)控系統(tǒng)等，因此，地面檢測(cè)系統(tǒng)須有相應(yīng)的控制程序檢測(cè)對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的參數(shù)。不同于文獻(xiàn)采用PCI總線(xiàn)，本文通過(guò)RS422接口控制吊艙工作，通過(guò)地面控制計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)的各功能模塊軟件檢測(cè)吊艙全部功能。

2 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了便于系統(tǒng)的安裝、調(diào)試，地面檢測(cè)設(shè)備所有組件集成在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜內(nèi)，由帶剎車(chē)的四輪推車(chē)推動(dòng)，見(jiàn)圖1。

系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集與控制計(jì)算機(jī)、開(kāi)關(guān)/指示燈面、顯示器、鍵盤(pán)鼠標(biāo)、連接插座、電源。其中：

1)開(kāi)關(guān)/指示燈面板包括電源開(kāi)關(guān)、電源和狀態(tài)指示燈等，面板后為信號(hào)調(diào)理箱(包括連接線(xiàn)纜、信號(hào)調(diào)理板等);

2)控制計(jì)算機(jī)加上相關(guān)的數(shù)據(jù)采集模塊，配合測(cè)試軟件，完成測(cè)試工作，它是整個(gè)系統(tǒng)的核心;

3)28 V直流電源(DC)和115 V 400 Hz交流電源(AC)采用兩個(gè)獨(dú)立的電源，具備過(guò)流和過(guò)壓保護(hù)功能。

3 地面檢測(cè)系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)和電路設(shè)計(jì)

地面檢測(cè)設(shè)備給吊艙供電，然后對(duì)吊艙在啟動(dòng)和正常工作中的所有待測(cè)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)RS422操控吊艙全部功能，電氣接口如圖2所示。其中：

1)1號(hào)插座，完成所有Camera Link信號(hào)(圖像傳輸信號(hào))、1路PAL視頻信號(hào)的檢測(cè);

2)2號(hào)插座，完成吊艙A/D信號(hào)、I/O信號(hào)、電阻阻值和4路RS422信號(hào)的檢測(cè);

3)3號(hào)插座，完成機(jī)載操控設(shè)備的供電和RS422通訊檢測(cè)，繼電器1控制目標(biāo)模擬器和機(jī)載操控設(shè)備的供電;

4)4號(hào)插座，完成吊艙的1路RS422通訊檢測(cè)和2種電源供電控制，其中繼電器2負(fù)責(zé)吊艙的28 V直流電源的供電控制，繼電器3負(fù)責(zé)吊艙的115 V交流電源的供電控制;

5)5號(hào)插座，輸入220 V交流電源，輸出給檢測(cè)設(shè)備及吊艙供電。

1號(hào)插座圖像采集卡采集的PAL視頻信號(hào)來(lái)源于被信號(hào)調(diào)理板放大后所分兩路視頻信號(hào)中的第一路，另一路視頻信號(hào)被用于測(cè)試軟件對(duì)圖像質(zhì)量進(jìn)行分析。具體PAL視頻信號(hào)檢測(cè)原理圖如圖3所示，其中分離電路輸出的同步信號(hào)通過(guò)A/D采集卡采集，在軟件界面上以波形的形式顯示，可以根據(jù)波形判斷同步信號(hào)。

4 軟件設(shè)計(jì)

“吊艙地面檢測(cè)軟件”是運(yùn)行在測(cè)試設(shè)備上的專(zhuān)用軟件，其主要作用是幫助試驗(yàn)人員準(zhǔn)確、方便、快捷地完成測(cè)試任務(wù)。根據(jù)項(xiàng)目的需求，該軟件既可對(duì)吊艙測(cè)試及調(diào)試，同時(shí)還具備系統(tǒng)故障診斷功能，所以在軟件設(shè)計(jì)時(shí)著重考慮通用性的要求，軟件架構(gòu)如圖4所示。

基于上述架構(gòu)模式，該應(yīng)用軟件擬實(shí)現(xiàn)的主要功能如下：

a系統(tǒng)自檢測(cè);b電源控制;c健康管理;d吊艙控制、測(cè)試與顯示;e吊艙故障診斷;f地面操控設(shè)備通訊測(cè)試與顯示;g機(jī)上操控設(shè)備通訊測(cè)試與顯示。

該軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，管理軟件由用戶(hù)或系統(tǒng)管理人員調(diào)用，測(cè)試軟件由管理軟件調(diào)用，均可重入，如圖5所示。

基礎(chǔ)功能模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)串口、視頻、模擬量的采集等功能，它以API函數(shù)的形成提供給系統(tǒng)功能模塊調(diào)用，實(shí)現(xiàn)了軟件的分層架構(gòu)。

1)RS422收發(fā)模塊提供API函數(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)置通訊波特率、串口輸出緩沖;

2)區(qū)設(shè)置、串口輸入緩沖區(qū)設(shè)置、串口收發(fā)等功能;

3)電阻值測(cè)量模塊提供API函數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)任意通路的電阻測(cè)量、測(cè)量參數(shù)的配置;

4)電壓測(cè)量模塊提供API函數(shù)，完成對(duì)任意通路的電壓測(cè)量、測(cè)量參數(shù)的配置;

5)Camera link采集模塊提供API函數(shù)，完成對(duì)Camera link的參數(shù)配置，實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻信號(hào)的采集;

6)PAL視頻采集模塊提供API函數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)PAL視頻信號(hào)的采集;

7)離散量輸入/輸出測(cè)量模塊提供API函數(shù)，完成對(duì)參數(shù)配置和數(shù)據(jù)的采集;

8)電源控制模塊提供API函數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電源的控制。

軟件以圖形或表格化的形式表現(xiàn)出測(cè)試流程，允許用戶(hù)操作測(cè)試過(guò)程，實(shí)現(xiàn)測(cè)試過(guò)程的數(shù)據(jù)記錄、顯示，以及測(cè)試過(guò)程的啟動(dòng)、停止、暫停、單步的操作。

對(duì)信號(hào)源和接口通道進(jìn)行組合，按一定的時(shí)序關(guān)系配置，向被測(cè)件提供各種測(cè)試激勵(lì)，進(jìn)而完成系統(tǒng)測(cè)試。

根據(jù)吊艙的故障種類(lèi)分別建立故障檢測(cè)的測(cè)試流程，由軟件實(shí)現(xiàn)每種故障的檢測(cè)診斷流程如圖6所示，測(cè)試界面如圖7所示。

通過(guò)給吊艙輸出激勵(lì)采集其反饋信息的方法，檢測(cè)信號(hào)是否在規(guī)定的范圍內(nèi)，或者檢測(cè)是否實(shí)現(xiàn)期望的效果。

針對(duì)每種故障，設(shè)計(jì)一套測(cè)試流程和測(cè)試界面，并將故障信息記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)中。

將常見(jiàn)的故障現(xiàn)象存放在數(shù)據(jù)庫(kù)后，即可以通過(guò)關(guān)鍵詞進(jìn)行查找分析故障原因。在檢測(cè)過(guò)程中將新的故障現(xiàn)象存入數(shù)據(jù)庫(kù)中，豐富故障庫(kù)內(nèi)容。

圖8是與故障診斷相互匹配的設(shè)備健康管理軟件界面。

5 結(jié)論

本文針對(duì)某型光電吊艙掛裝載機(jī)前的檢測(cè)問(wèn)題設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一整套智能化地面檢測(cè)系統(tǒng)，該地面檢測(cè)系統(tǒng)能夠快速智能的檢測(cè)目標(biāo)吊艙的各項(xiàng)功能，對(duì)于檢測(cè)到的模塊故障能夠迅速給出故障原因及其解決方案。目前該系統(tǒng)已經(jīng)在實(shí)踐中得到了很好的應(yīng)用，有力地保障了科研試飛任務(wù)的進(jìn)行。