CN104374418B - 基于系统模拟的装备地面检测设备综合校准装置 - Google Patents

基于系统模拟的装备地面检测设备综合校准装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于系统模拟的装备地面检测设备综合校准装置，基于系统模拟法模拟装备的参数、测试接口、测试流程，实现了校准参数与地面检测设备测试参数的完全对应，通过校准能够判断地面检测设备的技术状态是否正常，参数指标是否合格，当地面检测设备测试装备时一旦出现异常数据时能给提供裁决标准，确认是装备还是设备引起的异常，为装备顺利研制生产提供可靠保证。该装置可以实现地面检测设备原测试工位、原工况条件下的校准，通过系统模拟的校准方式能全面真实校准地面检测设备的工作状态和技术状态，满足装备地面检测设备的综合参数及单物理量参数的校准。

Description

基于系统模拟的装备地面检测设备综合校准装置
技术领域
本发明涉及一种基于系统模拟的装备地面检测设备综合校准装置。
背景技术
装备地面检测设备均是按照各型装备的测试需求而专门研制的，对它的校准没有现成的校准规范可以参照执行，需要研究校准方法、研制校准装置，通过校准确认地面检测设备的技术状态是否满足装备的测试要求。
目前的校准装置及校准方法有较多的技术问题没有得到有效解决，直接影响着装备的测试质量评估，例如：(1)校准参数类型：目前针对装备地面检测设备主要校准的是单物理量参数，如电压量、电流量、频率量等，但对于使用地面检测设备测试装备的综合参数，如制导、操纵对称性等，由于校准方法和校准装置的缺失而无法开展，因此通过有限的校准结果只能反映设备的部分工作状态和技术状态，无法全面衡量评估地面检测设备的全部工作状态和技术状态，直接影响到装备测量结果的符合性判断；(2)校准参数范围：随着计算机及测控技术的快速发展，装备地面检测设备实现了高度集成、一机多型、自动控制、自动采集分析、自动生成测量结果、自动判断测量结果的符合性。但从计量保证的专业看，目前的设备校准仅能验证设备参数规定的范围，没有验证超出上下线边界条件的校准，因此无法确认检测设备不合格状态的判断识别能力；(3)设备校准软件：装备地面检测设备具备自检和校准功能，但设备内置的校准软件和装备测试软件是独立关系，这种设计关系造成设备校准结果与装备测量结果之间对应关系不明，无法通过校准结果反映设备的真实状态，因为通过校准软件很容易将校准结果修正到合格范围；(4)设备校准接口：装备地面检测设备设置有校准接口，但由于校准接口没有统一规定，校准接口的设置不统一，反映出来的主要问题一是校准接口的信号状态与装备测试接口的信号状态不一致，通过校准接口得到的校准结果不能等同于测试接口的校准结果；(5)测试电缆：地面检测设备测量装备离不开测试电缆，电缆是检测设备的重要组成部分，是设备和装备之间的传输纽带，其质量的优劣及配置的是否合理对装备测量结果影响很大，但在设备校准时只借助校准接口，而忽视了对测试电缆的验证，设备校准结果质量无法得到保证。
基于目前装备地面检测设备校准工作校准与设备测试装备环节的脱节，通过校准结果无法全面确认地面检测设备是否能满足装备测试要求的突出技术问题，本发明提出了一种基于系统模拟的装备地面检测设备综合校准装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于系统模拟的装备地面检测设备综合校准装置，以解决目前对于装备地面检测设备的校准仅能解决单一物理量参数的校准，无法实现综合参数的校准，不能全面判断装备地面检测设备的技术参数是否准确可靠的问题。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于系统模拟的装备地面检测设备综合校准装置，该装置包括校准适配器和通用校准测控平台：
校准适配器，用于将通用校准测控平台与装备地面检测设备进行对接，实现校准适配器与地面检测设备测试接口之间信号的兼容和匹配，该校准适配器用于基于平台校准接口的I/O信号进行编码，实现加载时序、信号时序、状态时序的控制，同时对对应信号进行处理；
通用校准测控平台包括：工控机，与PXI模块组、供电电源单元和微波测试单元通讯连接，根据被校装备地面检测设备的校准需要控制PXI模块组调用相应的模块产生对应的信号，并对通讯采集到的通用校准测控平台的数据资源进行组合、调配，经预处理后传输给测控单元；
PXI模块组，用于根据待测装备地面检测设备的校准需要通过工控机控制产生调用相应的模块产生对应的测控信号；
测控单元，其输出端设有平台校准接口，该测控单元将接收到的测控信号根据类别及特征进行归类处理后，传递到对应的平台校准接口中，再由校准适配器与被校装备地面检测设备连接。
校准适配器对对应信号进行的处理包括信号的放大和衰减、阻抗匹配、信号移相。
所述工控机通过GPIB与供电单元、微波测试单元通讯连接。
所述工控机通过基于光纤高速串行链路的NI PXI远程控制器与通用校准测控平台的PXI模块组通讯连接。
所述PXI模块组包括PXI-2527多路复用器模块、PXI-6541高速数字信号模块、PXI-M9120A矩阵模块、AMC4405函数发生器模块、PXI-4065数字表模块、PXI-6602计数器模块、PXI-5114数字化仪模块、PXI-2596微波开关模块、BMK指令性模块、429串口通讯模块中的一个或多个。
所述平台校准接口包括供电接口XS1、采集接口XS2、矩阵接口XS3和XS4、数字I/O接口XS5、低频信号接口XS6和XS7、通讯接口XS8、指令接口XS9、微波信号接口XS10和XS11。
本发明的校准装置基于系统模拟法模拟装备的参数、测试接口、测试流程，实现了校准参数与地面检测设备测试参数的完全对应，通过校准能够判断地面检测设备的技术状态是否正常，参数指标是否合格，当地面检测设备测试装备时一旦出现异常数据时能给提供裁决标准，确认是装备还是设备引起的异常，为装备顺利研制生产提供可靠保证。该装置可以实现地面检测设备原测试工位、原工况条件下的校准，通过系统模拟的校准方式能全面真实校准地面检测设备的工作状态和技术状态，既能满足装备地面检测设备综合参数的校准，又能覆盖单一物理量参数的校准，使用该校准装置能全面衡量评估地面检测设备的技术状态是否能满足装备的测试要求。
附图说明
图1为本发明校准装置组成结构原理图；
图2为制导参数校准电路原理框图。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。
本发明采用系统模拟法设计校准装置，系统模拟就是校准装置模拟装备的参数、测试接口、测试流程，实现地面检测设备原测试工位、原工况条件下的校准，通过系统模拟的校准方式能全面真实校准地面检测设备的工作状态和技术状态，通过校准能评估地面检测设备能否用于装备的测试。
该校准装置在设计时需要考虑以下方面：
溯源性：作为校准装置，其参数技术指标要优于地面检测设备，因此从溯源性角度设计校准装置的参数最大允许误差与地面检测设备的测量误差之比要小于1:3。对于地面检测设备的综合参数，利用数学模型分析计算校准装置的不确定度，确认综合参数满足溯源性要求。
校准范围：装备地面检测设备具备自动识别判定测量结果相符性能力，一旦测量结果落到允许范围之外，检测设备会自动给出装备异常或不合格结论。对应校准装置在设计校准范围时，校准范围大于装备测试的允许范围，本校准装置校准范围的上限/下限均按允许范围上限/下限值的110％设计。
校准点：校准流程按照装备的测试流程要求设计，在具体校准点设计上按对应参数的校准范围设置5个点，其中在装备测试范围可按高中低顺序选取3个校准点，在超出装备测试范围之外与校准范围之内的上限和下限各取一个校准点。因此对一套地面检测设备全面校准需执行5次校准流程。
校准接口：校准接口分为两部分，一部分是通用校准测控平台校准接口，另一部分是校准适配器校准接口。校准适配器的上校准接口与测控平台的校准接口一一对应，下校准接口模拟装备接口，能够匹配连接装备的测试电缆。
通讯及指令：通讯及指令是地面检测设备与装备之间互联互通的重要组成部分，本校准装置采用BMK指令模块和429通讯模块在校准装置和地面检测设备之间发送通讯信息和指令编码，实现主从控制系统间任务信息的实时发送、状态的实时检测和反馈。
如图1所示，本发明的校准装置采用了通用校准测控平台加各型校准适配器的组成方式。通用校准测控平台的控制核心为工控机，它通过基于光纤高速串行链路NI PXI远程控制器(PXI-PCI8366)直接控制PXI模块组，通过GPIB控制供电单元和微波测试单元。该工控机根据被校装备地面检测设备的校准需要控制PXI模块组调用相应的模块产生对应的信号，并通过执行校准软件对通讯采集到的通用校准测控平台的资源进行组合、调配，经预处理后传输到测控单元，测控单元输出端设有平台校准接口，该测控单元将接收到的测控信号根据类别及特征进行归类处理，对测控信号进行二次处理后传递到对应的平台校准接口。
本实施例的PXI模块组包括PXI-2527多路复用器模块、PXI-6541高速数字信号模块、PXI-M9120A矩阵模块、AMC4405函数发生器模块、PXI-4065数字表模块、PXI-6602计数器模块、PXI-5114数字化仪模块、PXI-2596微波开关模块、BMK指令性模块、429串口通讯模块中的一个或多个。
基于平台资源、信号特征、校准流程等多方面的因素考虑，测控平台共设计11个校准接口，即供电接口XS1、采集接口XS2、矩阵接口XS3和XS4、数字I/O接口XS5、低频信号接口XS6和XS7、通讯接口XS8、指令接口XS9、微波信号接口XS10和XS11。
校准测控平台的功能、参数种类、参数范围、参数技术指标以及11个平台校准接口能满足地面检测设备的功能检查、综合参数及单物理量参数的校准要求，校准测控平台下连各型校准适配器组合可以系统模拟各型装备测试流程，实现装备地面检测设备现场、原工位、原工况条件下的校准。
校准适配器是通用校准测控平台与装备地面检测设备之间的桥梁和纽带，主要功能设计有：一是时序控制，基于通用平台校准接口的I/O信号进行编码，实现加载时序、信号时序、状态时序的控制；二是信号调理，用于信号电平的放大和衰减、阻抗匹配、信号移相等功能；三是形成下校准接口，实现校准适配器与地面检测设备测试接口之间信号的兼容和匹配。
下面以制导参数的校准为例对该校准装置的使用过程和原理进行详细说明。
制导参数是装备的一项综合参数，是评价装备性能的一个重要指标，它包含时序MDIS、SD启动、解锁控制信号，同时又有随目标位置改变的sin、sinsin、sincos函数信号以及NU、ND、NL、NR指令信号。地面检测设备在测试装备制导参数时，会给出最终的制导参数测量结果，同时会给出是否符合装备指标的结论。因此在设计校准装置时，基于系统模拟装备的思路，校准装置需要模拟出制导参数的时序、位置函数以及位置指令信号，其电路原理框图如图2所示。
制导参数校准时首先由校准程序控制校准测控平台的I/O电路进行I/O信号编码，该编码信号通过校准平台的校准接口XS5传送到校准适配器的时序控制电路和同步触发电路，其中时序控制电路按装备制导参数测试流程要求产生对应的MDIS、SD启动、解锁控制信号，并分别连接到模拟装备对接接口的对应端子上。同步触发电路产生的同步触发输出信号连接到sin函数电路、sinsin函数电路、sincos函数电路、NU指令电路、ND指令电路、NL指令电路、NR指令电路的同步输入端，用于同步函数信号和指令信号，当函数电路和指令电路收到同步触发信号时，测控平台模拟装备在跟随不同位置(-30°～30°)目标时产生函数特征信号和指令特征信号，函数特征信号传递到校准接口XS6，指令特征信号传递到校准接口XS7，校准适配器的校准接口和测控平台的校准接口通过专用校准电缆实现对接。由于测控平台产生的函数特征信号和指令特征信号的幅度小(<3V),且驱动带载能力弱(<100mW),不能兼容匹配装备对接接口，因此在校准适配器中设计了sin函数、sinsin函数、sincos函数放大电路以及NU、ND、NL、NR指令电平变换电路，二次变换后的函数信号和指令信号按装备定义分别连接到模拟装备对接接口的对应端子上，模拟装备对接接口的定义与装备实际的对接接口定义完全相同。
下面针对制导参数的校准分别从溯源性、校准范围、校准点及校准接口方面的设计介绍如下：
(1)溯源性设计：地面检测设备的sin、sinsin、sincos函数指标项误差要求为±0.5％，NU、ND、NL、NR指令占空比误差指标要求为±2％。校准装置的设计指标为：sin、sinsin、sincos函数最大允许误差±0.1％，NU、ND、NL、NR指令占空比最大允许误差为±0.5％。校准装置的最大允许误差与地面检测设备的最大允许误差之比小于1:3，满足溯源性要求。
(2)校准范围设计：装备地面检测设备的测量范围和校准装置的校准范围如表1所示。
表1 制导参数测量范围和校准范围对照表
参数名称 测量范围 校准范围
sin函数 y1≤sin≤y2 0.9y1≤sin≤1.1y2
sinsin函数 y3≤sinsin≤y4 0.9y3≤sinsin≤1.1y4
sincos函数 y5≤sincos≤y6 0.9y5≤sincos≤1.1y6
NU ND NL NR指令占空比 a％≤占空比≤b％ 0.9a％≤占空比≤1.1b％
校准装置的校准范围均大于地面检测设备对应参数的测量范围，该校准范围设计不仅能验证地面检测设备在测量范围之内测量准确与否，还能验证超其测量范围对装备不合格状态的识别能力。
(3)校准点设计：制导参数校准点设计如表2所示。
表2 制导参数校准点
校准点覆盖对应参数的校准范围，并且具有较强的代表性，通过校准点上的校准结果能够确认装备地面检测设备的真实技术状态。
(4)校准接口设计：校准装置的校准接口分为两部分，一部分是测控平台通用校准接口，已在前文进行了介绍，另一部分是与装备地面检测设备相连的校准接口，为了实现地面检测设备原工位、原工况条件下的现场校准，基于系统模拟装备的设计思路，此校准接口设计为“模拟装备对接接口”，该校准接口的物理结构及端子定义完全兼容匹配装备的对接接口，地面检测设备的测试电缆能够直接连接到该校准接口上。
以上实施例仅用于帮助理解本发明的核心思想，不能以此限制本发明，对于本领域的技术人员，凡是依据本发明的思想，对本发明进行修改或者等同替换，在具体实施方式及应用范围上所做的任何改动，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于系统模拟的装备地面检测设备综合校准装置，其特征在于，该装置包括校准适配器和通用校准测控平台：
校准适配器，用于将通用校准测控平台与装备地面检测设备进行对接，实现校准适配器与地面检测设备测试接口之间信号的兼容和匹配，该校准适配器用于基于平台校准接口的I/O信号进行编码，实现加载时序、信号时序、状态时序的控制，同时对对应信号进行处理；
通用校准测控平台包括：工控机，与PXI模块组、供电电源单元和微波测试单元通讯连接，根据被校装备地面检测设备的校准需要控制PXI模块组调用相应的模块进而产生对应的信号，并对通讯采集到的通用校准测控平台的数据资源进行组合、调配，经预处理后传输给测控单元；
PXI模块组，用于根据被校装备地面检测设备的校准需要通过工控机控制产生调用相应的模块产生对应的测控信号；
测控单元，其输出端设有平台校准接口，该测控单元将接收到的测控信号根据类别及特征进行归类处理后，传递到对应的平台校准接口中，再由校准适配器与被校装备地面检测设备连接。
2.根据权利要求1所述的基于系统模拟的装备地面检测设备综合校准装置，其特征在于：校准适配器对对应信号进行的处理包括信号的放大和衰减、阻抗匹配、信号移相。
3.根据权利要求1所述的基于系统模拟的装备地面检测设备综合校准装置，其特征在于：所述工控机通过GPIB与供电电源单元、微波测试单元通讯连接。
4.根据权利要求1所述的基于系统模拟的装备地面检测设备综合校准装置，其特征在于：所述工控机通过基于光纤高速串行链路的NI PXI远程控制器与通用校准测控平台的PXI模块组通讯连接。
5.根据权利要求4所述的基于系统模拟的装备地面检测设备综合校准装置，其特征在于：所述PXI模块组包括PXI-2527多路复用器模块、PXI-6541高速数字信号模块、PXI-M9120A矩阵模块、AMC4405函数发生器模块、PXI-4065数字表模块、PXI-6602计数器模块、PXI-5114数字化仪模块、PXI-2596微波开关模块、BMK指令性模块、429串口通讯模块中的一个或多个。
6.根据权利要求1所述的基于系统模拟的装备地面检测设备综合校准装置，其特征在于：所述平台校准接口包括供电接口XS1、采集接口XS2、矩阵接口XS3和XS4、数字I/O接口XS5、低频信号接口XS6和XS7、通讯接口XS8、指令接口XS9、微波信号接口XS10和XS11。
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