摘 要:本文从使用角度出发，分析了火箭测控设备的现状及VXI总线系统的特点。重点论述了我们应用VXI总线系统研制火箭测控设备及其维修计量的技术方案
关键词:VXI总线 火箭测试 自动化测试系统
1 火箭测控设备的现状
火箭发射前要进行控制系统仪器的单元测试、分系统测试和全系统的综合测试与发射控制，只有全部测试合格、状态正常的火箭才允许发射。火箭测控设备的任务就是完成上述对火箭的各项测试和实施发射控制，测试设备技术水平的高低，直接影响火箭控制系统定量测试的准确性、快速性并关系火箭发射的成败，因此，测控设备是火箭系统的重要组成部分。
早期研制的火箭测控设备靠人工和半自动化操作，不仅技术落后，而且设备庞杂，即使同一型号各种测试设备，由于无共同的标准遵循，又由不同的厂家研制生产，因此，每台箭上控制系统仪器各自拥有一套不同的测试设备，由不同的人员进行操作。目前，这些设备还在继续使用，给操作、维护、人员培训和备件购置带来很大困难。特别是，设备中有些元件的生产线已经撤销，又没有相应的系列化产品替换，严重影响设备的完好率和正常训练，执行任务时只好从几套设备中挑选拼凑一套完整的测控设备；加上各种测试功能未实现模块化，很难通过更换模块的方法迅速排除故障，影响设备的反应速度。
八十年代以来研制的测控设备基本上都采用了微机卡马克系统，不仅提高了测试的自动化程度，而且使地面测控系统向通用化、系列化、模块化方面迈出了可喜的一步，相对早期的测控设备是一次很大的飞跃。目前，航天系统已设计研制了微机卡马克测控系统若干套，卡马克功能模块数百种，成功地应用于卫星、导弹及运载火箭等若干型号中，较好地完成了各项测控任务。但在使用中仍感觉有以下不足之处：
1.1 同一型号的综合测试系统中，各分系统均自成体系，系统中同一功能的卡马克模块由于是不同产家研制生产的也无法通用，使本来具有通用化、系列化、模块化特点的卡马克系统不能充分体现其优越性，在总体方案上存在明显不合理的地方，造成测试系统分散、庞杂。使用单位对此反应强烈，希望通过一体化设计提高系统通用化、系列化、模块化的程度，以利于设备使用、维护和备件的购置。
1.2 控制系统仪器单元测试设备中，平台、伺服机构分别采用了各自的微机卡马克测试系统，和综合测试系统一样，彼此也不能通用，其它仪器的单元测试设备虽采用了计算机控制，但计算机型号、接口总线标准和外部设备却各不相同。再加上监控、遥测、指挥控制、命令文书、图像信息处理、诸元计算等所用的各种不同型号的微机，使采用微机卡马克系统后本应精干的测试设备仍摆脱不了重复、庞杂的弊病，给使用带来了诸多不便。
1.3 卡马克总线系统是70年代产品，当时微电子技术和计算机技术不很发达，微型计算机和多种智能化测量仪器没有普遍应用，因此，卡马克系统所采用的24位数据总线与当今32位字长的微机匹配很不方便，总线功能的局限性较大；模块的智能化程度低，只能完全依靠于计算机和机箱控制器的管理；软件不丰富、层次低、功能不强、测试软件编程繁琐；而且，卡马克机箱电源的电磁兼容和抗振散热性能不理想，影响系统可靠性的提高和恶劣环境条件下自动测试系统的应用。
随着科学技术的发展，火箭系统日趋复杂，测试参数繁多，不仅对测试速度和测量精度的要求不断提高，对测控系统的可靠性、可维修性和抗电磁脉冲干扰的性能也提出了更高的要求，迫切要求火箭测控技术进一步提高与完善。为此，近几年来，我们开始跟踪国内外先进的自动测试技术，开展了VXI总线技术的应用研究，以期在老型号的改造和测控设备的维修计量中创造出良好的效益，有效地提高测控设备的技术水平和使用性能。
2 新一代火箭自动化测试系统
1995年，我们与哈工大协作，成功地研制了某型火箭VXI自动化测试系统，用以完成系统自检、等效器检查和对火箭控制系统检查等共800多项测试。
该系统经试用和运行1000多小时，模块已运行2000多小时无任何故障，基本系统的平均无故障时间(MTBF)可达6000小时。和原设备相比，连接器由原来的85个减少为16个，电路板由原来的59块减少为8块，设备大件由原来的三台减少为一台，操作号手由原来的4人减少为2人，测试自动化程度提高，测试时间缩短半小时，系统的人机界面非常友好，形象直观、操作维护简便。该系统的测试技术已达到国际先进水平，可推广应用到其它型号控制系统仪器的单元测试和全箭的综合测试与发射控制。
2.1 系统硬件组成
系统硬件主要包括：标准机柜一台，HP75000C系列E1401B主机箱一台，HP D1182VGA显示器一台，SCORPIUS90带轨迹球键盘一台，LQ150K 24针打印机一台。主机箱内插有以下六种共八块VXI模块：
a.EPC7 486嵌入式计算机模块，是系统的主控模块，通过鼠标或键盘完成系统的各项操作，由显示器显示系统的工作状态、测试数据、被测对象信息及各种提示，由打印机打印测试结果。
b.VXI总线C尺寸信号源模块，能输出可程控的直流电压、电流激励信号，500Hz调制的交流电压激励信号及交流低频电压激励信号，调幅电压激励信号等。主要技术指标为：
输出控制：
DCV：0～±2V，12bit分辨率；
DCA：0～±2mA，12bit分辨率；
+5V测温电阻电源：Imax≥100mA；
500Hz交流稳压：
输入40V±2V，
输出ΔV/V≤±0.5%
输出0～±12V，失真＜±0.3%；
输出低频正弦信号：
频率范围：0.1Hz～25.5Hz；
频率间隔：0.1Hz；
幅度：0～2.5V；幅度分辨率：8bit；
输出调制波：
U=Asin2πft×sin2πf0t；
f0=500Hz,A=0～18V，
f=0.1～25.5Hz。
c.VXI总线C尺寸64路光耦输入模块，输入信号为继电器接点电压(28±2V)、TTL电平或其它电压。本系统中当信号电平为+25V～31V时输出为逻辑“1”，≤+0.5V时输出为逻辑“0”，用于检测火箭的状态信号或时间串的测量。在时串测量时，利用读此模块中读寄存器的内容来监测各路的状态，当寄存器中逻辑值有变化时(“0”变“1”或“1”变“0”)，记录逻辑值表示时串信号的状态，并用windows软件中的测时功能，记下状态变化的时间，从而完成时间串的测量。
d.VXI总线C尺寸64路C型开关模块，系统中用于状态控制、激励信号的发送和信号的采集。模块中继电器触点允许通过30V 2A负载，最大开关电压：200VDC，250VAC；绝缘电阻：1000MΩ(500VDC)；动作时间≤4ms；使用寿命＞108次。为了驱动模块中的继电器，设置了4个16位VXI总线写寄存器。当向写寄存器某位写“1”时，驱动对应的继电器触点闭合，写“0”时断开。为了提高系统运行的可靠性，增加了模块的自检功能，每个继电器均有两组触点，其中一组用于输出，另一组用于自检，两组触点的动作是同步的。模块中还设置了4个16位回读自检寄存器，当向写寄存器写入控制码后，再回读自检寄存器的内容，如与所发代码一致，表示继电器工作正常，否则表示出错，并可立即知道出错的路数。
e.VXI总线HP E1332A四通道计数器模块，是消息基模块，进行16位数据传输，使用A16地址空间，具有中断和功能自检能力。系统中用于进行频率、周期、相移、时间间隔及时间串的测量。主要技术指标为：
测频范围：0.002Hz～4MHz；
测周期范围：250ns～429s；
测时间间隔范围：500ns～858s；
低通滤波器截止频率：4Hz、8Hz、16Hz、…131Hz；
时基：f=10MHz；
输入方式：非隔离方式；
隔离方式：VH≥4.2V，且Iin≥6.3mA，VL＜1V，IL＜250μA。
f.VXI总线HP E1411B五位半数字多用表模块，是消息基模块，进行16位数据传输，使用A16地址空间，具有中断、自动切换输入方式和量程、正负极性自动判别及功能自检能力。系统中用于对交、直流电压及电阻的测量。主要技术指标为：
测量功能：
DCV：0～300V；
ACV：0～300V，f：20Hz～10kHz；
Ω：0～1MΩ
DCV、ACV分五档：125mV,1V,8V，64V，300V。
A/D变换方式：积分式用于小信号高精度测量，变换速度约4次/秒；逐次比较式用于高速采样的动态测试。
采样时间：10μs，100μs，2.5ms，16.7ms，20ms，320ms；
输入阻抗：DC64V以下：＞100MΩ
DC64V以上：＞10MΩ
共模抑制比≥150dB
以上VXI总线模块除嵌入式计算机、四通道计数器、五位半多用表模块外，其余模块均为自行研制。VXI主机箱中模块配置如图1所示：
图1 VXI C尺寸主机箱模块配置图
2.2 系统应用软件组成
2.2.1 主控程序模块
主控程序模块提供测试系统的主菜单，由用户输入测试方式、测试参数及要求、输出方式、日期、操作者姓名和环境参数等。包括以下几个模块：
——系统自检模块 对VXI自动化测试系统进行检测，若出现故障，判断是那个模块的故障，并给出故障提示，帮助使用人员对测试系统进行维护。
——等效器检查模
