CN111426444A - 一种舰船靶标的毁伤效应评估测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种舰船靶标的毁伤效应评估测试装置，该测试装置将无线数据传输技术与黑匣子测试技术相结合，构建上下位机无线通信网络；上位机通过无线远程遥控下位机进行数据采集、存储与传输，并汇集下位机测试黑匣子的数据与毁伤效应评估软件进行无缝接口；下位机测试黑匣子可在爆炸试验结束至舰船沉没前的有限时间内将测试数据无线传输至上位机，并可在船体沉没后通过回收定位装置将黑匣子打捞回收后进行数据二次回读；该装置采用无线传输与二次存储双数据备份方案，既可实现数据在试验后立即显示功能，也可保证极端环境下的数据可靠获取；该装置及涉及的技术特别适合于海态、湖态以及常规恶劣环境下的武器系统动态与瞬态试验测试。

Description

一种舰船靶标的毁伤效应评估测试装置

技术领域

本发明属于动态/瞬态靶场测试技术领域，具体涉及一种舰船靶标的毁伤效应评估测试装置。

背景技术

舰船靶标的毁伤效应试验日益成为当前海上武器性能评估研究的热点方向。通过测试舰船靶标在炸药爆炸冲击、高速碰撞撞击环境下的结构动态与瞬态加速度、应变、冲击波超压、温度等响应信号，向舰船靶标的毁伤效应评估系统提供实测参数，为毁伤效应评估模型的检验与修正完善提供数据支撑，进而提高武器战场性能评估的准确性，具有重大意义。

目前，舰船的海态试验测试方式主要有两种：

第一种：将各型传感器布置在舰船各部位，通过长线传输将其信号从测试部位引至数公里外的地面测控间或远程指挥船上的集中式测试系统中进行数据采集与存储分析处理，这种技术测试比较直观，测试数据可以在试验同时同步显示，但也具有一定缺陷：由于测试传感器与测试系统的距离较远，测试信号的抗干扰能力较差，信号不可避免存在长线衰减问题，同时多路信号的测试布线困难，测试线缆要求防水集束处理等，导致测试工作效率较低。

第二种：将测试系统布置在舰船上，通过设计防护装置进行抗高冲击防护处理，传感器与测试系统采用近距离有线连接，测试系统多为总线式数据采集系统，可显著提高测试信号的精度。但也有一定缺陷：总线式测试系统体积大，防护结构设计困难；另外，不同种类信号的采集一般对应采用不同的测试系统，导致试验时使用的测试系统种类繁多，测试数据的格式多样，多套测试系统的采集同步等比较困难，而且总线类测试仪器价格昂贵，一旦试验中损坏，损失较大。

另外，舰船靶标的毁伤效应试验测试的信号类型为舰船靶标各部位的冲击加速度信号、冲击应变信号以及温度响应信号等三类，这几类响应信号作为舰船毁伤效应评估软件系统所需的输入信号，必须准确可靠获取。考虑到舰船靶标的毁伤效应试验是在海上特定环境下进行，测试存在一定风险，主要在于：第一爆炸冲击环境下测试人员无法近距离实时操作舰船上的测试系统进行测试，存在人员安全风险；第二爆炸试验结束后，舰船目标可能沉没于海水中，导致测试装置损坏，测试数据无法可靠获取；第三，在测点数异常繁多情况下，在舰船上通过长线传输将传感器信号传输至数公里外的测控间进行有线测试的技术方案实施相当困难。

因此急需研发出一种舰船靶标的毁伤效应评估测试装置来解决以上问题。

发明内容

为解决上述背景技术中提出的问题。本发明提供了一种舰船靶标的毁伤效应评估测试装置。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种舰船靶标的毁伤效应评估测试装置，包括：

地面无线数据汇集装置；地面无线数据汇集装置安装在地面测控间或远程指挥船上；

船上无线测试同步装置；炸药点火引爆信号、炸点靶网通断信号以及炸点冲击加速度响应信号作为测试的时基输入信号输入船上无线测试同步装置，船上无线测试同步装置的信号输出端分别与船上无线加速度测试黑匣子的信号输入端、船上无线应变测试黑匣子的信号输入端、船上无线温度测试黑匣子的信号输入端连接，并用于同步触发船上无线加速度测试黑匣子、船上无线应变测试黑匣子、船上无线温度测试黑匣子的采集信号；

船上无线加速度测试黑匣子；

船上无线应变测试黑匣子；

船上无线温度测试黑匣子；

用于船上无线加速度测试黑匣子、船上无线应变测试黑匣子、船上无线温度测试黑匣子的回收定位装置；回收定位装置内部安装有船上无线加速度测试黑匣子、船上无线应变测试黑匣子、船上无线温度测试黑匣子；

电磁脱插控制装置；电磁脱插控制装置用于让电磁脱落插头断开，将回收定位装置与测试舰船脱离；

船上无线测试同步装置、船上无线加速度测试黑匣子、船上无线应变测试黑匣子、船上无线温度测试黑匣子、回收定位装置、电磁脱插控制装置均置于测试船上；地面无线数据汇集装置分别与船上无线测试同步装置、船上无线加速度测试黑匣子、船上无线应变测试黑匣子、船上无线温度测试黑匣子、回收定位装置、电磁脱插控制装置无线通讯连接。

具体地，地面无线数据汇集装置包括：

加速度黑匣子射频收发单元；

应变黑匣子射频收发单元；

温度黑匣子射频收发单元；

遥控指令射频收发单元；

用于数据转存的多片FRAM铁电存储器阵列；多片FRAM铁电存储器阵列均与FPGA中心控制器模块电性连接；

USB接口控制器；

FPGA配置芯片；FPGA配置芯片与FPGA中心控制器模块电性连接；

AC/DC电源模块；AC/DC电源模块用于接收船上的220VAC电源，生成28V的直流电压，AC/DC电源模块与AC/DC、DC/DC电源转换控制模块电性连接；

AC/DC、DC/DC电源转换控制模块；AC/DC、DC/DC电源转换控制模块分别与加速度黑匣子射频收发单元、应变黑匣子射频收发单元、温度黑匣子射频收发单元、遥控指令射频收发单元、FPGA配置芯片、FPGA中心控制器模块电性连接；

FPGA中心控制器模块；FPGA中心控制器模块分别与加速度黑匣子射频收发单元、应变黑匣子射频收发单元、温度黑匣子射频收发单元、遥控指令射频收发单元通信连接；

计算机；计算机通过USB接口控制器与FPGA中心控制器模块通信连接。

具体地，船上无线测试同步装置包括：

充电锂电池；

DC/DC与LDO电源转换模块；充电锂电池与DC/DC与LDO电源转换模块电性连接；DC/DC与LDO电源转换模块与FPGA中心控制模块电性连接；

脉冲滤波整形调理模块；炸药点火引爆信号、炸点靶网通断信号输入脉冲滤波整形调理模块；脉冲滤波整形调理模块与FPGA中心控制模块电性连接；

无线收发模块；FPGA中心控制模块通过无线收发模块与地面无线数据汇集装置通信连接；

冲击加速度传感器；炸点冲击加速度信号输入冲击加速度传感器；冲击加速度传感器与信号调理与A/D采集检测模块电性连接；信号调理与A/D采集检测模块与FPGA中心控制模块电性连接；

信号调理与A/D采集检测模块；

FPGA中心控制模块；

FPGA配置芯片；

同步触发信号放大模块；

远程控制指令输出单元；FPGA中心控制模块分别与同步触发信号放大模块、远程控制指令输出单元、FPGA配置芯片电性连接。

具体地，船上无线加速度测试黑匣子包括：

FPGA中心控制模块；

用于接收船上无线测试同步装置发送的同步触发脉冲信号的触发接收模块；触发接收模块与FPGA中心控制模块电性连接；

大容量FLASH存储器；大容量FLASH存储器与FPGA中心控制模块电性连接；

FRAM铁电存储器阵列；

FPGA配置芯片；

USB数据回读模块；

勤务模块；FPGA中心控制模块分别与USB数据回读模块、勤务模块、FRAM铁电存储器阵列、FPGA配置芯片、大容量FLASH存储器电性连接；

无线收发模块；FPGA中心控制模块通过无线收发模块与地面无线数据汇集装置通信连接；

加速度传感器；

加速度信号调理模块；加速度传感器与加速度信号调理模块电性连接；

A/D采集模块；加速度信号调理模块与A/D采集模块电性连接；A/D采集模块与FPGA中心控制模块电性连接；

充电锂电池；

DC/DC与LDO电源转换模块；充电锂电池与DC/DC与LDO电源转换模块电性连接，DC/DC与LDO电源转换模块与FPGA中心控制模块电性连接。

具体地，船上无线应变测试黑匣子包括：

FPGA中心控制模块；

触发接收模块；

大容量FLASH存储器；

FRAM铁电存储器阵列；

FPGA配置芯片；

USB数据回读模块；

勤务模块；FPGA中心控制模块分别与FPGA中心控制模块、触发接收模块、大容量FLASH存储器、FRAM铁电存储器阵列、FPGA配置芯片、USB数据回读模块、勤务模块电性连接；

无线收发模块；FPGA中心控制模块通过无线收发模块与地面无线数据汇集装置通信连接；

应变计；

电桥差分放大信号调理模块；应变计与电桥差分放大信号调理模块电性连接；

A/D采集模块；电桥差分放大信号调理模块与A/D采集模块电性连接；A/D采集模块与FPGA中心控制模块电性连接；

充电锂电池；

DC/DC与LDO电源转换模块；充电锂电池与DC/DC与LDO电源转换模块电性连接，DC/DC与LDO电源转换模块与FPGA中心控制模块电性连接。

具体地，船上无线温度测试黑匣子包括：

FPGA中心控制模块；

触发接收模块；

大容量FLASH存储器；

FRAM铁电存储器阵列；

FPGA配置芯片；

USB数据回读模块；

勤务模块；FPGA中心控制模块分别与FPGA中心控制模块、触发接收模块、大容量FLASH存储器、FRAM铁电存储器阵列、FPGA配置芯片、USB数据回读模块、勤务模块电性连接；

无线收发模块；FPGA中心控制模块通过无线收发模块与地面无线数据汇集装置通信连接；

热电偶；

差分放大与温度补偿信号调理模块；热电偶与差分放大与温度补偿信号调理模块电性连接；

A/D采集模块；差分放大与温度补偿信号调理模块与A/D采集模块电性连接；A/D采集模块与FPGA中心控制模块电性连接；

充电锂电池；

DC/DC与LDO电源转换模块；充电锂电池与DC/DC与LDO电源转换模块电性连接，DC/DC与LDO电源转换模块与FPGA中心控制模块电性连接。

具体地，回收定位装置包括：

用于向远端定时发送经度、纬度以及高度信息的北斗系统；

北斗上电控制模块；

北斗电池；北斗电池与北斗上电控制模块电性连接，北斗上电控制模块与北斗系统电性连接；

多路脱落插头电驱动模块；多路脱落插头电驱动模块分别与多个电磁脱落插头电性连接；

外壳体；船上无线加速度测试黑匣子、船上无线应变测试黑匣子、船上无线温度测试黑匣子、北斗系统、北斗上电控制模块、北斗电池、多路脱落插头电驱模块均置于外壳体内部；船上无线加速度测试黑匣子、船上无线应变测试黑匣子、船上无线温度测试黑匣子的天线均外露在外壳体外部；与黑匣子相连的传感器信号线通过多个电磁脱落插头分别与船上无线加速度测试黑匣子的信号输入端、船上无线应变测试黑匣子的信号输入端、船上无线温度测试黑匣子的信号输入端相连；

用于将回收定位装置漂浮于水面上的浮置机构；浮置机构与外壳体连接。

具体地，电磁脱插控制装置包括：

FPGA控制器模块；FPGA控制器模块分别与充电锂电池模块、无线射频芯片、两个脉冲隔离放大模块电性连接；

充电锂电池模块；

无线射频芯片；无线射频芯片与一天线连接；

两个脉冲隔离放大模块；

充电锂电池模块；

多个黑匣子脱插控制输出接口；两个脉冲隔离放大模块分别与多个黑匣子脱插控制输出接口电性连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明采用数据双从备份的采集存储策略，并通过多频点的无线信号传输与数据集成技术，完成舰船靶标各类动态与瞬态响应信号的采集、存储、无线传输与数据实时汇集与分析功能。该装置既可实现现场测试数据的无线实时传输与在线显示分析功能，也同时具备舰船沉没后准确定位打捞出测试装置进行二次测试数据的回读功能，实现了试验测试数据的双重备份，可显著提高海上试验测试数据的采集可靠性，并且测试所需铺设的电缆少，减少了现场测试的复杂性，提高了海上测试工作效率。该装置适合于舰船靶标的海态高速撞击毁伤试验、炸药爆炸冲击毁伤试验、湖态动态环境试验测试等。该装置涉及的技术属于动态/瞬态靶场测试技术领域，还可应用于常规陆地靶场的武器系统动态与瞬态响应信号测试。

附图说明

图1为本申请中舰船靶标的毁伤效应评估测试装置的组成结构框图；

图2为本申请中地面无线数据汇集装置的组成结构框图；

图3为本申请中船上无线测试同步装置的组成结构框图；

图4为本申请中船上无线加速度测试黑匣子的组成结构框图；

图5为本申请中船上无线应变测试黑匣子的组成结构框图；

图6为本申请中船上无线温度测试黑匣子的组成结构框图；

图7为本申请中回收定位装置的组成结构框图；

图8为本申请中电磁脱插控制装置的组成结构框图；

图9为本申请中计算机内功能结构示意图；

其中，1、地面无线数据汇集装置；2、船上无线测试同步装置；3、船上无线加速度测试黑匣子；4、船上无线应变测试黑匣子；5、船上无线温度测试黑匣子；6、回收定位装置；7、电磁脱插控制装置。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供以下技术方案：

如图1所示，一种舰船靶标的毁伤效应评估测试装置，包括：

地面无线数据汇集装置1；地面无线数据汇集装置1安装在地面测控间或远程指挥船上；

船上无线测试同步装置2；炸药点火引爆信号、炸点靶网通断信号以及炸点冲击加速度响应信号作为测试的时基输入信号输入船上无线测试同步装置2，船上无线测试同步装置2的信号输出端分别与船上无线加速度测试黑匣子3的信号输入端、船上无线应变测试黑匣子4的信号输入端、船上无线温度测试黑匣子5的信号输入端连接，并用于同步触发船上无线加速度测试黑匣子3、船上无线应变测试黑匣子4、船上无线温度测试黑匣子5的采集信号；

用于船体各部位的爆炸冲击结构加速度响应信号测试的船上无线加速度测试黑匣子3；

用于船体各部位的爆炸冲击结构应变响应信号测试的船上无线应变测试黑匣子4；

用于船体各部位在爆炸冲击过程中以及过程后的结构温度响应测试的船上无线温度测试黑匣子5；

用于船上无线加速度测试黑匣子3、船上无线应变测试黑匣子4、船上无线温度测试黑匣子5的回收定位装置6；回收定位装置6内部安装有船上无线加速度测试黑匣子3、船上无线应变测试黑匣子4、船上无线温度测试黑匣子5；

电磁脱插控制装置7；电磁脱插控制装置7用于让电磁脱落插头断开，将回收定位装置6与测试舰船脱离；

船上无线测试同步装置2、船上无线加速度测试黑匣子3、船上无线应变测试黑匣子4、船上无线温度测试黑匣子5、回收定位装置6、电磁脱插控制装置7均置于测试船上；地面无线数据汇集装置1分别与船上无线测试同步装置2、船上无线加速度测试黑匣子3、船上无线应变测试黑匣子4、船上无线温度测试黑匣子5、回收定位装置6、电磁脱插控制装置7无线通讯连接。

在本实施例中，地面无线数据汇集装置1安装在距离舰船靶标数公里外的地面测控间或远程指挥船上。地面无线数据汇集装置1的作用是：通过内部安装的测控软件，采用多个无线频点和不同的数据传输波特率向船上的无线加速度测试黑匣子、无线应变测试黑匣子、无线温度黑匣子、地面无线测试同步装置、回收定位装置6以及电磁脱插控制装置7发送无线遥控命令，控制船上各类测试黑匣子的定时上电、低功耗关电、存储器擦除、电路状态复位、无线测试同步装置触发状态复位并接收无线测试同步装置的状态远程反馈等；负责试验后向各类船上测试黑匣子发送试验数据回传指令，按照无线高波特率将所有试验爆炸冲击瞬态的数百ms的数据高速回传并存储在地面无线数据汇集装置1的FRAM铁电存储器阵列中，数据接收完成后，再由计算机通过USB接口统一上传至计算机中进行信号分析与处理；负责试验后向船上电磁脱插控制装置7发送无线命令，控制电磁脱插装置动作剪断回收定位装置6的线缆等功能。

图1中，无线加速度测试黑匣子完成测试船体各部位的爆炸冲击结构加速度响应信号测试；无线应变测试黑匣子完成船体各部位的爆炸冲击结构应变响应信号测试；无线温度测试黑匣子完成船体各部位在爆炸冲击过程中以及过程后的结构温度响应测试。这几类黑匣子的共同特点是，同时采用FRAM铁电存储器阵列以及大容量FLASH存储器存储测试数据，其中，FRAM铁电存储器阵列主要负责存储爆炸冲击过程的数百ms瞬态加速度测试信号以及应变测试信号或数秒的温度响应信号，并在试验后将FRAM铁电存储器阵列的测试数据通过点对点的无线射频发送方式将数据发送至地面无线数据汇集装置1的FRAM存储器阵列中保存并实现实时显示。而大容量FLASH存储器存储的测试数据是试验前预先启动连续采集的长时测试数据，该数据包括试验前、试验中以及试验后的数据，含有大量冗余数据，数据量大不通过无线射频传输，而是在试验结束后通过回收定位装置6分解出内部测试黑匣子进行二次数据回读。这种同时使用FRAM铁电存储器阵列存储小量数据与大容量FLASH存储器存储长时数据的测试方式，有效实现了信号的测试备份，兼顾了试验后的地面实时显示需求以及爆炸冲击异常环境下的数据准确可靠获取功能。

图1中，船上无线测试同步装置2，主要完成对测试船上所有测试黑匣子的同步数据采集控制，提供统一时基。该装置可接收炸药点火引爆信号、炸点靶网通断信号以及炸点冲击加速度响应信号等三类信号作为测试的时基输入信号，并通过系列转化电路输出至各测试黑匣子中作为触发采集同步信号。三类输入信号任意一种有效，则无线同步装置输出多路12V的同步采集触发脉冲。船上无线测试同步装置2接收地面无线数据汇集装置1发送的无线命令，实现同步装置的状态复位以及状态反馈应答等功能。

图1中，回收定位装置6，内部封装一定个数的船上测试黑匣子，集成北斗系统以及电磁脱落插头及其驱动模块等，其主要用于试验后在海上准确定位回收船上测试黑匣子。试验后，通过接收电磁脱插控制装置7输出的电磁脱插断开指令，使回收定位装置6上的所有电磁脱落插头断开，回收定位装置6成为与周围目标无任何牵连的独立体，同时启动北斗定位系统上电，并按照设定的时间定时向地面测控间或远程指挥船上的北斗收发系统发送当前回收定位装置6的经度、纬度与高度信息，便于试验人员准确定位试验后的测试黑匣子在海面上的精确位置，便于回收黑匣子。

图1中，电磁脱插控制装置7，主要根据地面无线数据汇集装置1发送的脱插断开无线遥控指令，产生电磁脱落插头的通断驱动信号，从而实现回收定位装置6上所有电磁脱落插头断开。

如图2所示，地面无线数据汇集装置1包括：

加速度黑匣子射频收发单元；

应变黑匣子射频收发单元；

温度黑匣子射频收发单元；

遥控指令射频收发单元；

用于数据转存的多片FRAM铁电存储器阵列；多片FRAM铁电存储器阵列均与FPGA中心控制器模块电性连接；

USB接口控制器；

FPGA配置芯片；FPGA配置芯片与FPGA中心控制器模块电性连接；

AC/DC电源模块；AC/DC电源模块用于接收船上的220VAC电源，生成28V的直流电压，AC/DC电源模块与AC/DC、DC/DC电源转换控制模块电性连接；

AC/DC、DC/DC电源转换控制模块；AC/DC、DC/DC电源转换控制模块分别与加速度黑匣子射频收发单元、应变黑匣子射频收发单元、温度黑匣子射频收发单元、遥控指令射频收发单元、FPGA配置芯片、FPGA中心控制器模块电性连接；

FPGA中心控制器模块；FPGA中心控制器模块分别与加速度黑匣子射频收发单元、应变黑匣子射频收发单元、温度黑匣子射频收发单元、遥控指令射频收发单元通信连接；

计算机；计算机通过USB接口控制器与FPGA中心控制器模块通信连接。

地面无线数据汇集装置1，其构成框图如图2所示；

图2中，本实施例中的多路射频收发单元，采用软件无线电跳频设计技术，将400MHz～930MHz或2.5GHz附近的数百MHz无线通信频带根据点对点通信和测试需求分隔为多个独立信道传输频带，各频带间信道互不干扰，各频带与船上黑匣子测试系统的无线传输频带一一对应，实现点对点的测试数据无线传输；其中用于船上无线加速度测试黑匣子3的无线通信信道为n个(加速度黑匣子射频收发单元)，用于船上无线应变测试黑匣子4的无线通信信道为m个(应变黑匣子射频收发单元)，用于船上无线温度测试黑匣子5的无线信道为p个(温度黑匣子射频收发单元)，其余q的信道用于船上的无线测试同步装置、电磁脱插控制装置7的远程遥控指令信道(遥控指令射频收发单元)。FPGA中心控制器模块采用200kbps速率(或其它速率)与船上的测试黑匣子数据通信传输，对于遥控指令，采用1200bps速率(或其他速率)进行通信。FRAM铁电存储器阵列主要用于存储从船上测试黑匣子FRAM铁电存储器阵列无线发送来的数据转存。该装置的FRAM铁电存储器阵列的容量大于或等于船上测试黑匣子上的FRAM铁电存储器阵列容量。

图2中，FPGA中心控制器模块实现所有无线通信模块以及USB接口控制器的时序逻辑控制。

图2中，计算机内的功能组成如图9所示。主要实现通过USB接口下发采集参数与遥控指令，通过USB接口回读FRAM铁电存储器阵列数据以及各船上测试黑匣子的大容量FLASH内部测试数据、信号时域分析、信号频域分析以及与毁伤效应评估的无缝接口等功能。其中USB接口下发采集参数与遥控指令包括了定时上电时间、瞬态采集负延迟存储长度、同步触发采集阈值、电磁脱插通断控制；USB接口上传采集的测试数据包括USB数据回读(FRAM铁电存储器阵列数据)、USB数据回读(大容量FLASH存储器数据)；信号时域分析模块包括的功能为信号去直偏、信号积分分析、信号格式转换；信号频域分析模块包括的功能为信号FFT谱分析、信号低通滤波分析。

本实施例中的铁电存储器阵列，包括多个存储单元，合计存储容量达数MB，满足船上多个测试黑匣子的数百ms爆炸冲击瞬态测试数据的存储。

本实施例中的USB接口控制器，采用通用USB接口芯片完成，实现通过计算机测控软件向地面无线数据汇集装置1发送各种测控命令功能，并回读铁电存储器单元的数据至计算机分析。

本实施例中的AC/DC、DC/DC电源转换控制模块，由通用AC/DC与DC/DC构成，匹配无线射频收发模块的供电功率以及FPGA中心控制模块的供电功率。

本实施例中的FPGA中心控制模块，采用常规的FPGA芯片构成。FPGA中心控制模块主要完成USB传输接口、无线多路射频收发单元以及FRAM铁电存储器阵列的时序逻辑协同控制。

本实施例中的FPGA配置芯片，为与所选的FPGA指定的可用于配制的任意配置芯片。

本实施例的地面无线数据汇集装置1，负责试验前在地面采用无线低波特率向船上无线测试同步装置2发送各种控制命令，控制船上各类测试黑匣子的定时上电、低功耗关电、存储器擦除、电路状态复位、无线测试同步装置触发状态复位并接收无线测试同步装置的状态远程反馈等；负责试验后向各类船上测试黑匣子发送试验数据回传指令，按照无线高波特率将所有试验爆炸冲击瞬态的数百ms的数据高速回传并存储在数据汇集装置的FRAM铁电存储器阵列中，数据接收完成后，再通过USB接口统一上传至计算机中进行信号分析与处理；负责试验后向船上电磁脱插控制装置7发送无线命令控制电磁脱插装置动作剪断黑匣子回收定位装置6的线缆。本申请中只需一套地面无线数据汇集装置1负责所有船上数百通道信号的统一无线上传功能。

如图3所示，船上无线测试同步装置2包括：

充电锂电池；

DC/DC与LDO电源转换模块；充电锂电池与DC/DC与LDO电源转换模块电性连接；DC/DC与LDO电源转换模块与FPGA中心控制模块电性连接；

脉冲滤波整形调理模块；炸药点火引爆信号、炸点靶网通断信号输入脉冲滤波整形调理模块；脉冲滤波整形调理模块与FPGA中心控制模块电性连接；

无线收发模块；FPGA中心控制模块通过无线收发模块与地面无线数据汇集装置1通信连接；

冲击加速度传感器；炸点冲击加速度信号输入冲击加速度传感器；冲击加速度传感器与信号调理与A/D采集检测模块电性连接；信号调理与A/D采集检测模块与FPGA中心控制模块电性连接；

信号调理与A/D采集检测模块；

FPGA中心控制模块；

FPGA配置芯片；

同步触发信号放大模块；

远程控制指令输出单元；FPGA中心控制模块分别与同步触发信号放大模块、远程控制指令输出单元、FPGA配置芯片电性连接。

可作为船上黑匣子的同步采集的触发信号有三类，炸药点火引爆信号、炸点靶网通断信号、炸点冲击加速度信号三类。其中，前两类信号为脉冲信号，第三种为模拟信号。前两类信号通过脉冲滤波整形调理模块处理后，调理为3.3V的匹配FPGA IO电平脉冲。冲击加速度信号通过信号调理与A/D采集检测模块处理后，与预先设定的同步触发采集阈值比较，当满足大于阈值条件后产生同步采集触发脉冲。三种同步触发方式地位相同，实际使用时，可根据实际试验情况选择其中任意一种或者多种冗余备份使用，确保同步采集触发脉冲产生的可靠性。FPGA中心控制模块负责控制无线收发模块按照一定波特率与地面无线数据汇集装置1通信，实现该装置的状态复位与状态反馈，同时根据三类脉冲的输入情况进行判别决策后通过同步触发信号放大模块将多路3.3V的脉冲信号放大为≥12V的多路脉冲信号后通过远程控制指令输出单元输出至多个黑匣子的采集同步触发输入端。

本实施例中的充电锂电池，为满足同步装置电路功率的通用充电锂电池。

本实施例中的DC/DC与LDO电源转换模块，为满足FPGA中心控制模块、同步触发信号放大模块的电源需求的任意电源芯片。

本实施例中的脉冲滤波整形调理模块，由电平比较器、光电隔离器以及电平转换器三部分组成。适应两类数字信号的脉冲整型放大：炸药的点火引爆信号以及炸点靶网通断信号脉冲。这两类脉冲信号均可作为试验测试的同步启动信号。其中，对于点火引爆信号，根据实际的引爆电压设置门限电平，炸药点火电压脉冲峰值通常为5V～28V；靶网通断信号，采用在舰船炸点位置处布置绝缘漆包线，为增强信号的抗干扰特性，靶网通断脉冲峰值通常设计为12V，故电平比较器的门限电平通常设为5V。电平转换器将电平比较器的输出信号转换为3.3V的适合FPGA接收的信号电平。光电隔离器由高速光偶器件构成，实现电平比较器输出电平与电平转换器输入电平之间的光电隔离，增加系统的功能可靠性。

本实施例中的无线收发模块，与地面无线数据汇集装置1中的控制船上无线测试同步装置2的无线单元频带相同即可，可根据现场测试需要任意设置。无线传输速率也可根据实际需求进行任意设定。

本实施例中的冲击加速度传感器为常规的压电型或电压型冲击加速度传感器，实际应用时选择量程≥10000g的冲击加速度传感器，该加速度传感器布置在炸点附近，负责检测爆炸冲击信号是否出现，一旦爆炸冲击信号出现，船上无线测试同步装置2将通过远程控制指令输出单元输出多路同步触发脉冲触发所有测试黑匣子进行瞬态数据采集与存储。

本实施例中的同步触发信号放大模块，由高速光偶器件和DC/DC构成。其中，DC/DC负责生成12VDC电压，高速光偶的输入信号为FPGA中心控制模块产生的3.3V同步触发控制信号，光偶输出为放大为12V的同步触发控制信号。

本实施例中的信号调理与A/D采集检测模块，负责对冲击加速度传感器的信号进行放大滤波调理并持续进行A/D数据采集检测，并比较判别实时采集的数据与预设的冲击加速度信号阈值，一旦冲击加速度信号达到门限阈值，信号调理与A/D采集检测模块通过FPGA中心控制模块向远程控制指令输出单元输出多路同步触发脉冲触发所有测试黑匣子进行瞬态数据采集与存储。

船上无线测试同步装置2的功能特征是：接收点火起爆信号、靶网通断信号以及冲击加速度信号等三种信号作为输入信号，通过对三种信号的脉冲进行整型放大处理后，其中任意一类信号满足条件，则从远程控制指令输出单元输出12V的同步触发控制信号给船上各测试黑匣子，以启动各黑匣子按照同一时间基点进行同步数据采集。

如图4所示，船上无线加速度测试黑匣子3包括：

FPGA中心控制模块；

用于接收船上无线测试同步装置2发送的同步触发脉冲信号的触发接收模块；触发接收模块与FPGA中心控制模块电性连接；

大容量FLASH存储器；大容量FLASH存储器与FPGA中心控制模块电性连接；

FRAM铁电存储器阵列；

FPGA配置芯片；

USB数据回读模块；

勤务模块；FPGA中心控制模块分别与USB数据回读模块、勤务模块、FRAM铁电存储器阵列、FPGA配置芯片、大容量FLASH存储器电性连接；

无线收发模块；FPGA中心控制模块通过无线收发模块与地面无线数据汇集装置1通信连接；

加速度传感器；

加速度信号调理模块；加速度传感器与加速度信号调理模块电性连接；

A/D采集模块；加速度信号调理模块与A/D采集模块电性连接；A/D采集模块与FPGA中心控制模块电性连接；

充电锂电池；

DC/DC与LDO电源转换模块；充电锂电池与DC/DC与LDO电源转换模块电性连接，DC/DC与LDO电源转换模块与FPGA中心控制模块电性连接。

船上无线加速度测试黑匣子3的功能主要是完成多路加速度信号的采集、存储与无线传输。

图4中，多路加速度传感器的信号经多路加速度信号调理模块放大滤波处理后接入多路A/D采集模块进行采集，其中多路A/D采集模块分为两类，一类为瞬态数百ms的数据采集，这类采集需根据触发接收模块输入的同步触发信号启动A/D采集，并将采集的结果存储在FRAM铁电存储器阵列中，在试验结束后，将该类采集数据直接通过无线收发模块发送至地面无线数据汇集装置1的FRAM铁电存储器阵列中存储。一类为试验前定时启动的A/D持续采集，采集的数据包括试验前、试验中与试验后三部分数据，这类数据包括了爆炸冲击的数百ms有效冲击信号数据，也包含大量冗余无效测试数据，数据存储在大容量FLASH存储器中作为测试数据备份，在试验结束定位回收黑匣子后进行二次数据回读。这种设计方法，将瞬态的数百ms数据直接无线传输至测控间或远程测控船上实时显示，若出现无线数据传输链路损坏时，还可通过回读黑匣子中的大容量FLASH存储器中的数据得到测试结果，实现了数据的备份可靠测试。

图4中，船上无线加速度测试黑匣子3还包括了高冲击防护结构，高冲击防护结构采用合金钢结构和阻尼橡胶材料减振吸能，并将所有电路板固定在合金钢结构内部，应用环氧树脂灌封固定。确保黑匣子内部的电路单元在爆炸冲击测试过程中不损坏，电路工作正常。高冲击防护结构的防护要求达到50000g冲击下内部防护的电路板存活。

本实施例中的FPGA中心控制模块，选用容量满足大容量FLASH存储器、FRAM铁电存储器阵列、USB数据回读模块以及多路A/D采集模块时序逻辑协同控制的任意类型大容量FPGA芯片。

本实施例中的触发接收模块，由脉冲整形单元、光电隔离单元构成。负责接收船上无线测试同步装置2通过其远程控制指令输出单元发送的12V同步触发脉冲信号。

本实施例中的大容量FLASH存储器，选用满足长时数据采集存储需求的任意NAND型大容量FLASH存储器。

本实施例中的DC/DC与LDO电源转换模块，选择满足FPGA中心控制模块、大容量FLASH存储器、FRAM铁电存储器阵列、USB数据回读模块以及A/D采集模块的电源及功率需求的任意DC/DC和LDO电源芯片构成。

本实施例中的多路A/D采集模块，满足单通道采样频率≥50kHz，分辨率≥12位的任意A/D采集芯片，可以为单通道型与同步的多通道型ADC芯片、轮循多通道型ADC芯片三种。A/D采集模块主要负责完成多路加速度传感器信号的采集。

本实施例中的FRAM铁电存储器阵列，选择满足试验对瞬态信号测试时间需求的串型SPI/IIC或并型的任意FRAM铁电存储器。FRAM铁电存储器主要记录接收到同步触发脉冲后的数百ms有效爆炸冲击瞬态测试信号以及接收同步触发脉冲之前的预设定的数十ms负延迟冲击瞬态测试信号。该FRAM铁电存储器阵列的数据在试验后立即通过无线射频发送至地面数据汇集装置中进行分析。

本实施例中的USB数据回读模块，选择通用的USB接口芯片，主要实现对试验后回收的黑匣子中的大容量FLASH存储器内的数据回读至计算机中进行数据分析，实现黑匣子的二次备份数据回读功能。

本实施例中的加速度传感器，选择为通用的压电式、压阻式或电压式冲击加速度计。对于爆炸冲击，其量程通常≥10000g。

本实施例中的多路加速度信号调理模块，由电荷/电压的差分或单端放大器、信号滤波器和信号跟随阻抗变换器三部分构成。主要实现对冲击加速度信号的放大与滤波处理，以适应多路A/D采集模块的输入信号需求。

本实施例中的无线收发模块，采用软件无线电跳频设计技术，配置无线频带与地面无线数据汇集装置1的频带相对应，实现点对点的加速度黑匣子爆炸冲击瞬态测试信号的无线传输。

本实施例中的充电锂电池，采用满足无线测试黑匣子供电功率需求的任意充电型锂电池。

本实施例中的勤务模块，选择任意的短路插头及配套插座，插座的部分芯连接锂电池的正极，剩余芯连接黑匣子内部总电源的输入端。空闲状态下，短路插头不与插座相连，锂电池不对黑匣子内部电路供电，工作勤务状态时，将短路插头与配套插座相连，接通锂电池电源向黑匣子内部电路供电。实现了勤务供电与空闲断电的目的。

本实施例的船上无线加速度测试黑匣子3，其功能特征是：试验前，断开勤务插头，连接多路加速度传感器至黑匣子中。试验准备阶段，插上勤务插头，采用锂电池为加速度测试黑匣子内部电路供电，地面无线数据汇集装置1通过无线指令控制黑匣子擦除FRAM铁电存储器阵列、FLASH存储器阵列数据，设置黑匣子的FLASH存储器的定时数据存储启动时间。试验前，定时时间到达时，启动FLASH存储器进行持续的长时间连续数据采集与存储操作，属于连续数据采集模式。试验时，加速度测试黑匣子通过触发接收模块接收到同步触发脉冲信号，执行多路加速度信号的同步采集并同时存储在FRAM铁电存储器阵列中。试验结束后，通过地面无线数据汇集装置1向加速度测试黑匣子发送无线数据回传命令，加速度测试黑匣子收到命令后将FRAM铁电存储器阵列中存储的数百ms的爆炸冲击瞬态测试数据发送至地面无线数据汇集装置1中的FRAM铁电存储器阵列中进行存储，并可通过测控软件实现信号实时显示以及毁伤效应评估。

如图5所示，船上无线应变测试黑匣子4包括：

FPGA中心控制模块；

触发接收模块；

大容量FLASH存储器；

FRAM铁电存储器阵列；

FPGA配置芯片；

USB数据回读模块；

勤务模块；FPGA中心控制模块分别与FPGA中心控制模块、触发接收模块、大容量FLASH存储器、FRAM铁电存储器阵列、FPGA配置芯片、USB数据回读模块、勤务模块电性连接；

无线收发模块；FPGA中心控制模块通过无线收发模块与地面无线数据汇集装置1通信连接；

应变计；

电桥差分放大信号调理模块；应变计与电桥差分放大信号调理模块电性连接；

A/D采集模块；电桥差分放大信号调理模块与A/D采集模块电性连接；A/D采集模块与FPGA中心控制模块电性连接；

充电锂电池；

DC/DC与LDO电源转换模块；充电锂电池与DC/DC与LDO电源转换模块电性连接，DC/DC与LDO电源转换模块与FPGA中心控制模块电性连接。

船上无线应变测试黑匣子4的功能为主要完成多路应变信号的采集、存储与无线传输等。

图5中，多路应变计的信号经多路电桥差分放大信号调理模块放大滤波处理后接入多路A/D采集模块进行采集，其中多路A/D采集模块分为两类，一类为瞬态数百ms的数据采集，这类采集需根据触发接收模块输入的同步触发信号启动A/D采集，并将采集的结果存储在FRAM铁电存储器阵列中，在试验结束后，将该类采集数据直接通过无线收发模块发送至地面无线数据汇集装置1的FRAM铁电存储器阵列中存储。一类为试验前定时启动的A/D持续采集，采集的数据包括试验前、试验中与试验后三部分数据，这类数据包括了爆炸冲击的数百ms有效冲击信号数据，也包含大量冗余无效测试数据，数据存储在大容量FLASH存储器中作为测试数据备份，在试验结束回收黑匣子后进行二次数据回读。这种设计方法，将瞬态的数百ms数据直接无线传输至测控间或远程测控船上实时显示，若出现无线数据传输链路损坏时，还可通过回读大容量FLASH存储器中的数据得到测试结果，实现了数据的备份可靠测试。

船上无线应变测试黑匣子4还包括了高冲击防护结构，高冲击防护结构采用合金钢结构和阻尼橡胶材料减振吸能，并将所有电路板固定在合金钢结构内部，应用环氧树脂灌封固定。确保黑匣子内部的电路单元在爆炸冲击测试过程中不损坏，电路工作正常。高冲击防护结构的防护要求达到50000g冲击下内部防护的电路板存活。

本实施例中的FPGA中心控制模块，选用容量满足大容量FLASH存储器、FRAM铁电存储器阵列、USB数据回读模块以及多路A/D采集模块时序逻辑协同控制的任意类型大容量FPGA芯片。

本发实施例中的触发接收模块，由脉冲整形单元、光电隔离单元构成。负责接收船上无线测试同步装置2通过其远程控制指令输出单元发送的12V同步触发脉冲。

本实施例中的大容量FLASH存储器，选用满足长时数据采集存储需求的任意NAND型大容量FLASH存储器。

本实施例中的DC/DC与LDO电源转换模块，选择满足FPGA中心控制模块、大容量FLASH存储器、FRAM铁电存储器阵列、USB数据回读模块以及A/D采集模块、多路电桥差分放大调理模块的电源及功率需求的任意DC/DC和LDO电源芯片构成。

本实施例中的多路A/D采集模块，满足单通道采样频率≥50kHz，分辨率≥12位的任意A/D采集芯片，可以为单通道型与同步多通道型ADC、轮循多通道型ADC芯片三种。A/D采集模块主要负责完成多路应变信号的采集。

本实施例中的FRAM铁电存储器阵列，选择满足试验对瞬态信号测试时间需求的串型SPI/IIC或并型的任意FRAM铁电存储器。FRAM铁电存储器主要记录接收到同步触发脉冲后的数百ms有效爆炸冲击瞬态测试信号以及接收同步触发脉冲之前的预设定的数十ms负延迟冲击瞬态测试信号。该FRAM铁电存储器阵列的数据在试验后立即通过射频发送至地面数据汇集装置中进行分析。

本实施例中的USB数据回读模块，选择通用的USB芯片，主要实现对试验后回收的黑匣子中的大容量FLASH存储器内的数据进行回读至计算机中进行数据分析，实现黑匣子的二次备份数据回读功能。

本实施例中的应变计，选择为通用350Ω、120Ω、1000Ω几种类型。对于爆炸冲击应变测试，通常选择120Ω的应变计。

本实施例中的多路电桥差分放大信号调理模块，由仪用差分放大器、信号滤波器和信号跟随阻抗变换器三部分构成。主要实现对冲击应变信号的放大与滤波处理，以适应多路A/D采集模块的输入信号需求。应变电桥包括1/4桥、1/2桥以及全桥，爆炸冲击应变的黑匣子测试模式主要使用1/4桥。

本实施例中的无线收发模块，采用软件无线电跳频设计技术，配置无线频带与地面无线数据汇集装置1的频带对应，实现点对点的应变测试黑匣子爆炸冲击瞬态测试信号的无线传输。

本实施例中的充电锂电池，为满足无线测试黑匣子供电功率需求的任意充电型锂电池。

本实施例中的勤务模块，选择任意的短路插头及配套插座，插座的部分芯线连接锂电池的正极，剩余芯连接黑匣子内部总电源的输入端。空闲状态下，短路插头不与插座相连，锂电池不对黑匣子内部电路供电，工作勤务状态时，将短路插头与配套插座相连，接通锂电池电源向黑匣子内部电路供电。实现了勤务供电与空闲断电的目的。

本实施例的船上无线应变测试黑匣子4，其功能特征是：试验前，断开勤务插头，连接多路应变计至黑匣子中。试验准备阶段，插上勤务插头，采用锂电池为应变测试黑匣子内部电路供电，地面无线数据汇集装置1通过无线指令控制黑匣子擦除FRAM铁电存储器阵列、FLASH存储器阵列数据，设置黑匣子的FLASH存储器的定时数据存储启动时间。试验前，定时时间到达时，启动FLASH存储器进行持续的长时间连续数据采集与存储操作，属于连续数据采集模式。试验时，应变测试黑匣子通过触发接收模块接收到同步触发脉冲信号，执行多路应变信号的同步采集并同时存储在FRAM铁电存储器阵列中。试验结束后，通过地面无线数据汇集装置1向应变测试黑匣子发送无线数据回传命令，应变测试黑匣子收到命令后将FRAM铁电存储器阵列中存储的数百ms的爆炸冲击瞬态测试数据发送至地面无线数据汇集装置1中的FRAM铁电存储器阵列中进行存储，并可通过测控软件实现信号实时显示以及毁伤效应评估。

如图6所示，船上无线温度测试黑匣子5包括：

FPGA中心控制模块；

触发接收模块；

大容量FLASH存储器；

FRAM铁电存储器阵列；

FPGA配置芯片；

USB数据回读模块；

勤务模块；FPGA中心控制模块分别与FPGA中心控制模块、触发接收模块、大容量FLASH存储器、FRAM铁电存储器阵列、FPGA配置芯片、USB数据回读模块、勤务模块电性连接；

无线收发模块；FPGA中心控制模块通过无线收发模块与地面无线数据汇集装置1通信连接；

热电偶；

差分放大与温度补偿信号调理模块；热电偶与差分放大与温度补偿信号调理模块电性连接；

A/D采集模块；差分放大与温度补偿信号调理模块与A/D采集模块电性连接；A/D采集模块与FPGA中心控制模块电性连接；

充电锂电池；

DC/DC与LDO电源转换模块；充电锂电池与DC/DC与LDO电源转换模块电性连接，DC/DC与LDO电源转换模块与FPGA中心控制模块电性连接。

船上无线温度测试黑匣子5主要完成舰船不同部位在试验过程中及试验过程后一段时间的温度测量，并实现数据无线传输。

图6中，多路热电偶产生的微弱热电势信号通过差分放大与温度补偿信号调理器模块后，进入多路A/D采集模块进行采集，并一部分数据存储于FRAM铁电存储器阵列中，一部分存储于大容量FLASH存储器中，存储于FRAM铁电存储器阵列中的数据试验后通过无线收发模块发送至地面无线数据汇集装置1中进行实时显示，存储于FLASH存储器中的数据在黑匣子打捞回收后通过USB数据回读模块读入计算机进行数据二次分析处理。这里的热电偶差分放大与温度补偿徐波该调理器模块，主要实现热电偶冷端温度的测量，将冷端温度对应的热电势补偿在热电偶直接产生的热电势中，实现热电偶冷端相对参考温度为0℃，冷端补偿的温度范围为-40℃～150℃，显著提高测试数据精度。其它模块功能与船用无线加速度测量黑匣子中相关模块功能相同。热电偶种类不限，对于爆炸冲击测试，考虑到温度较高，通常采用K型或S型热电偶两类，测量温度可达1800℃。

船上无线温度测试黑匣子5还包括了高冲击防护结构，高冲击防护结构采用合金钢结构和阻尼橡胶材料减振吸能，并将所有电路板固定在合金钢结构内部，应用环氧树脂灌封固定。确保黑匣子内部的电路单元在爆炸冲击测试过程中不损坏，电路工作正常。高冲击防护结构的防护要求达到50000g冲击下内部防护的电路板存活。

本实施例中的FPGA中心控制模块，选用容量满足大容量FLASH存储器、FRAM铁电存储器阵列、USB数据回读模块以及多路A/D采集模块时序逻辑协同控制的任意类型大容量FPGA芯片。

本实施例中的触发接收模块，由脉冲整形单元、光电隔离单元构成。负责接收船上无线测试同步装置2通过其远程控制指令输出单元发送的12V同步触发脉冲。

本实施例中的大容量FLASH存储器，选用满足长时数据采集存储需求的任意NAND型大容量FLASH存储器或NOR型大容量FLASH存储器。

本实施例中的DC/DC与LDO电源转换模块，选择满足FPGA中心控制模块、大容量FLASH存储器、FRAM铁电存储器阵列、USB数据回读模块以及A/D采集模块、多路差分放大与温度补偿信号调理模块的电源及功率需求的任意DC/DC和LDO电源芯片构成。

本实施例中的多路A/D采集模块，满足单通道采样频率≥10Hz，分辨率≥12位的任意A/D采集芯片，可以为单通道型与同步多通道型ADC、轮循多通道型ADC芯片三种。A/D采集模块主要负责完成多路温度信号的采集。

本实施例中的FRAM铁电存储器阵列，选择满足试验对瞬态信号测试时间需求的串型SPI/IIC或并型的任意FRAM铁电存储器。FRAM铁电存储器主要记录接收到同步触发脉冲后的数百秒内的有效爆炸冲击前后的温度变化测试信号。该FRAM铁电存储器阵列的数据在试验后立即通过射频发送至地面数据汇集装置中进行分析。

本实施例中的USB数据回读模块，选择通用的USB芯片，主要实现对试验后回收的黑匣子中的大容量FLASH存储器内的数据进行回读至计算机中进行数据分析，实现黑匣子的二次备份数据回读功能。

本实施例中的热电偶，选择为通用K型、T型、S型以及J型几种类型。对于爆炸冲击高温温度测试，常选择K型与S型热电偶。

本实施例中的多路差分放大与温度补偿信号调理模块，由温度补偿芯片、仪用差分放大器、信号滤波器和信号跟随阻抗变换器四部分构成。主要实现对冲击温度信号的冷端补偿与信号放大滤波处理，以适应多路A/D采集模块的输入信号需求。温度补偿芯片可实现-40℃～150℃的冷端温度测试并实现补偿。

本实施例中的无线收发模块，采用软件无线电跳频设计技术，配置无线频带与地面无线数据汇集装置1的频带对应，实现点对点的温度测试黑匣子爆炸冲击瞬态测试信号的无线传输。

本实施例中的充电锂电池，满足无线测试黑匣子供电功率需求的任意充电型锂电池。

本实施例中的勤务模块，选择任意的短路插头及配套插座，插座的部分芯连接锂电池的正极，剩余芯连接黑匣子内部总电源的输入端。空闲状态下，短路插头不与插座相连，锂电池不对黑匣子内部电路供电，工作勤务状态时，将短路插头与配套插座相连，接通锂电池电源向黑匣子内部电路供电。实现了勤务供电与空闲断电的目的。

本实施例的船上无线温度测试黑匣子5，其功能特征是：试验前，断开勤务插头，连接多路热电偶至黑匣子中。试验准备阶段，插上勤务插头，采用锂电池为温度测试黑匣子内部电路供电，地面无线数据汇集装置1通过无线指令控制黑匣子擦除FRAM铁电存储器阵列、FLASH存储器阵列数据，设置黑匣子的FLASH存储器的定时数据存储启动时间。试验前，定时时间到达时，启动FLASH存储器进行持续的长时间连续数据采集与存储操作，属于连续数据采集模式。试验时，温度测试黑匣子通过触发接收模块接收到同步触发脉冲信号，执行多路温度信号的同步采集并同时存储在FRAM铁电存储器阵列中。试验结束后，通过地面无线数据汇集装置1向温度测试黑匣子发送无线数据回传命令，温度测试黑匣子收到命令后将FRAM铁电存储器阵列中存储的数百s的爆炸冲击瞬态测试数据发送至地面无线数据汇集装置1中的FRAM铁电存储器阵列中进行存储，并可通过测控软件实现信号实时显示以及毁伤效应评估。

如图7所示，回收定位装置6包括：

用于向远端定时发送经度、纬度以及高度信息的北斗系统；

北斗上电控制模块；

北斗电池；北斗电池与北斗上电控制模块电性连接，北斗上电控制模块与北斗系统电性连接；

多路脱落插头电驱动模块；多路脱落插头电驱动模块分别与多个电磁脱落插头电性连接；

外壳体；船上无线加速度测试黑匣子3、船上无线应变测试黑匣子4、船上无线温度测试黑匣子5、北斗系统、北斗上电控制模块、北斗电池、多路脱落插头电驱模块均置于外壳体内部；船上无线加速度测试黑匣子3、船上无线应变测试黑匣子4、船上无线温度测试黑匣子5的天线均外露在外壳体外部；与黑匣子相连的传感器信号线通过多个电磁脱落插头分别与船上无线加速度测试黑匣子3的信号输入端、船上无线应变测试黑匣子4的信号输入端、船上无线温度测试黑匣子5的信号输入端相连；

用于将回收定位装置6漂浮于水面上的浮置机构；浮置机构与外壳体连接。

回收定位装置6的功能主要完成试验后对船上测试黑匣子的准确定位回收。

图7中，回收定位装置6内部根据实测要求在其内腔体上安装多个船上测试黑匣子，黑匣子的天线外露在回收定位装置6外部，与黑匣子相连的传感器信号线通过电磁脱落插头与黑匣子的信号输入端相连。在北斗系统固定腔体上安装北斗系统，北斗系统的天线外露于回收定位装置6外部。多路脱落插头电驱动模块安装在北斗系统固定腔体上，负责发出28V/400ms的脉冲电平信号驱动电磁脱落插头通断动作。北斗系统采用充电锂电池(北斗电池)供电，电磁脱落插头的多路脱落插头电驱动模块采用船用220AC电源作为外部一次输入电源，通过模块内部的AC/DC模块和PMOS管开关电路产生28V/400ms的脉冲电压。电磁脱落插头驱动电路模块从脱插控制硬线接口接收电磁脱插控制装置7输出的多路12V/400ms的脱开指令，打开PMOS管开关产生多路28V/400ms的电磁脉冲驱动所有的电磁脱落插头断开。试验后，所有电磁脱落插头断开后，回收定位装置6通过浮置机构的浮力漂浮于海面上，浮置机构采用轮胎或其它密度较小的皮囊物质实现，直接套接在外腔体上，之后北斗系统开始上电，然后按照预先设置的定时时间向外部发送回收定位装置6在海上的经度、纬度和高度信息，供地面测控间或远程指挥船上试验人员获悉试验后黑匣子回收定位装置6当前位置，便于准确定位回收黑匣子。

本实施例中的外壳体，构成回收定位装置6的外层防护结构，具有抗冲击与水密封功能。

本实施例中的外壳体内部设置有内部黑匣子固定内腔体，内部黑匣子固定内腔体用于固定多个船上测试黑匣子，且内部具有阻尼橡胶减振元件，减少爆炸冲击过程中黑匣子所受冲击力，确保黑匣子存活。

本实施例中的外壳体内部设置有北斗系统固定腔体，北斗系统固定腔体用于固定北斗系统，北斗系统固定腔体内部增加阻尼橡胶减振元件，减少爆炸冲击过程中北斗系统所受冲击力，确保北斗系统在爆炸冲击环境下功能正常。

本实施例中的北斗电池采用充电型锂电池；北斗电池对北斗系统供电。

本实施例中的浮置机构，安装在外壳体上，具有增加浮力使回收定位装置6漂浮于水面上的作用，采用轮胎或浮囊器材构成。

本实施例中的电磁脱落插头，用于所有传感器传输线缆、黑匣子同步触发传输线缆以及其它信号传输电缆的信号连接器，采用直流脉冲电平驱动插头的闭合与断开，且具备水密封性。

本实施例中的电磁脱落插头驱动电路模块，由AC/DC模块、PMOS管驱动电路以及光电隔离电路三部分构成。其中，AC/DC模块接收船上的220VAC电源，生成28V的直流电压，PMOS管通过光电隔离电路接收外部输入12V/400ms的脱插通断控制指令控制28V直流电压通断以产生28V/400ms的脱插电磁线包驱动电压，从而实现电磁脱落插头的通断控制。

本实施例的回收定位装置6的功能特征是：内部封装多个船上测试黑匣子和北斗定位系统，所有信号传输电缆由电磁脱落插头连接。试验前，所有电磁脱插处于闭合状态，试验结束后，通过船上的电磁脱插控制装置7向回收定位装置6发送断开脱插指令，回收定位装置6上的所有电磁脱插断开，所有信号电缆与回收定位装置6分离，回收定位装置6独立，通过其上的浮置机构将回收定位装置6浮置于海面上。同时，回收定位装置6内的北斗系统上电并向地面测控间或远程指挥船上的北斗接收系统定时发送回收定位装置6所处的经度、纬度与高度信息，便于试验后对测试黑匣子的准确定位回收。

如图8所示，电磁脱插控制装置7包括：

FPGA控制器模块；FPGA控制器模块分别与充电锂电池模块、无线射频芯片、两个脉冲隔离放大模块电性连接；

充电锂电池模块；

无线射频芯片；无线射频芯片与一天线连接；

两个脉冲隔离放大模块；

充电锂电池模块；

多个黑匣子脱插控制输出接口；两个脉冲隔离放大模块分别与多个黑匣子脱插控制输出接口电性连接。

电磁脱插控制装置7结构的功能是根据地面无线数据汇集装置1发送的无线电磁脱落插头通断遥控指令，产生满足电磁脱落插头通断控制的指令输出。

图8中，FPGA控制器模块负责无线射频芯片按照一定的无线频带与通信速率(图中为1200bps)接收地面遥控指令(通过天线)，并对指令进行判别决策，判别为正确的遥控指令后，产生3.3V/400ms的脉冲，通过脉冲隔离放大模块的光偶器件隔离放大后调整脉冲幅度为12V/400ms的脉冲，通过黑匣子脱插控制输出接口输出给回收定位装置6的电磁脱落插头驱动电路模块。

本实施例中的FPGA控制器模块，满足无线射频收发模块的时序逻辑以及脉冲隔离放大模块的时序逻辑控制资源的任意FPGA器件。其作用是实现无线射频收发模块以及脉冲隔离放大模块的时序逻辑控制。

本实施例中的充电锂电池模块为满足电磁脱插控制装置7电路电源功率的任意充电型锂电池。

本实施例中的无线射频芯片，与地面无线数据汇集装置1中的无线单元频带相同即可，可根据现场测试需要任意设置。无线传输速率也可根据实际需求进行任意设定。

本实施例中的脉冲隔离放大模块，将FPGA输出的3.3V/400ms脉冲隔离通过光偶隔离整形放大为12V/400ms的脉冲，该脉冲用于驱动回收定位装置6中的电磁脱落插头动作。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种舰船靶标的毁伤效应评估测试装置，其特征在于，包括：

地面无线数据汇集装置；地面无线数据汇集装置安装在地面测控间或远程指挥船上；

船上无线测试同步装置；炸药点火引爆信号、炸点靶网通断信号以及炸点冲击加速度响应信号作为测试的时基输入信号输入船上无线测试同步装置，船上无线测试同步装置的信号输出端分别与船上无线加速度测试黑匣子的信号输入端、船上无线应变测试黑匣子的信号输入端、船上无线温度测试黑匣子的信号输入端连接，并用于同步触发船上无线加速度测试黑匣子、船上无线应变测试黑匣子、船上无线温度测试黑匣子的采集信号；

船上无线加速度测试黑匣子；

船上无线应变测试黑匣子；

船上无线温度测试黑匣子；

用于船上无线加速度测试黑匣子、船上无线应变测试黑匣子、船上无线温度测试黑匣子的回收定位装置；回收定位装置内部安装有船上无线加速度测试黑匣子、船上无线应变测试黑匣子、船上无线温度测试黑匣子；

电磁脱插控制装置；电磁脱插控制装置用于让电磁脱落插头断开，将回收定位装置与测试舰船脱离；

船上无线测试同步装置、船上无线加速度测试黑匣子、船上无线应变测试黑匣子、船上无线温度测试黑匣子、回收定位装置、电磁脱插控制装置均置于测试船上；地面无线数据汇集装置分别与船上无线测试同步装置、船上无线加速度测试黑匣子、船上无线应变测试黑匣子、船上无线温度测试黑匣子、回收定位装置、电磁脱插控制装置无线通讯连接。

2.根据权利要求1所述的一种舰船靶标的毁伤效应评估测试装置，其特征在于，地面无线数据汇集装置包括：

加速度黑匣子射频收发单元；

应变黑匣子射频收发单元；

温度黑匣子射频收发单元；

遥控指令射频收发单元；

用于数据转存的多片FRAM铁电存储器阵列；多片FRAM铁电存储器阵列均与FPGA中心控制器模块电性连接；

USB接口控制器；

FPGA配置芯片；FPGA配置芯片与FPGA中心控制器模块电性连接；

AC/DC电源模块；AC/DC电源模块用于接收船上的220VAC电源，生成28V的直流电压，AC/DC电源模块与AC/DC、DC/DC电源转换控制模块电性连接；

AC/DC、DC/DC电源转换控制模块；AC/DC、DC/DC电源转换控制模块分别与加速度黑匣子射频收发单元、应变黑匣子射频收发单元、温度黑匣子射频收发单元、遥控指令射频收发单元、FPGA配置芯片、FPGA中心控制器模块电性连接；

FPGA中心控制器模块；FPGA中心控制器模块分别与加速度黑匣子射频收发单元、应变黑匣子射频收发单元、温度黑匣子射频收发单元、遥控指令射频收发单元通信连接；

计算机；计算机通过USB接口控制器与FPGA中心控制器模块通信连接。

3.根据权利要求1所述的一种舰船靶标的毁伤效应评估测试装置，其特征在于，船上无线测试同步装置包括：

充电锂电池；

DC/DC与LDO电源转换模块；充电锂电池与DC/DC与LDO电源转换模块电性连接；DC/DC与LDO电源转换模块与FPGA中心控制模块电性连接；

脉冲滤波整形调理模块；炸药点火引爆信号、炸点靶网通断信号输入脉冲滤波整形调理模块；脉冲滤波整形调理模块与FPGA中心控制模块电性连接；

无线收发模块；FPGA中心控制模块通过无线收发模块与地面无线数据汇集装置通信连接；

冲击加速度传感器；炸点冲击加速度信号输入冲击加速度传感器；冲击加速度传感器与信号调理与A/D采集检测模块电性连接；信号调理与A/D采集检测模块与FPGA中心控制模块电性连接；

信号调理与A/D采集检测模块；

FPGA中心控制模块；

FPGA配置芯片；

同步触发信号放大模块；

远程控制指令输出单元；FPGA中心控制模块分别与同步触发信号放大模块、远程控制指令输出单元、FPGA配置芯片电性连接。

4.根据权利要求1所述的一种舰船靶标的毁伤效应评估测试装置，其特征在于，船上无线加速度测试黑匣子包括：

FPGA中心控制模块；

用于接收船上无线测试同步装置发送的同步触发脉冲信号的触发接收模块；触发接收模块与FPGA中心控制模块电性连接；

大容量FLASH存储器；大容量FLASH存储器与FPGA中心控制模块电性连接；

FRAM铁电存储器阵列；

FPGA配置芯片；

USB数据回读模块；

勤务模块；FPGA中心控制模块分别与USB数据回读模块、勤务模块、FRAM铁电存储器阵列、FPGA配置芯片、大容量FLASH存储器电性连接；

无线收发模块；FPGA中心控制模块通过无线收发模块与地面无线数据汇集装置通信连接；

加速度传感器；

加速度信号调理模块；加速度传感器与加速度信号调理模块电性连接；

A/D采集模块；加速度信号调理模块与A/D采集模块电性连接；A/D采集模块与FPGA中心控制模块电性连接；

充电锂电池；

DC/DC与LDO电源转换模块；充电锂电池与DC/DC与LDO电源转换模块电性连接，DC/DC与LDO电源转换模块与FPGA中心控制模块电性连接。

5.根据权利要求1所述的一种舰船靶标的毁伤效应评估测试装置，其特征在于，船上无线应变测试黑匣子包括：

FPGA中心控制模块；

触发接收模块；

大容量FLASH存储器；

FRAM铁电存储器阵列；

FPGA配置芯片；

USB数据回读模块；

勤务模块；FPGA中心控制模块分别与FPGA中心控制模块、触发接收模块、大容量FLASH存储器、FRAM铁电存储器阵列、FPGA配置芯片、USB数据回读模块、勤务模块电性连接；

无线收发模块；FPGA中心控制模块通过无线收发模块与地面无线数据汇集装置通信连接；

应变计；

电桥差分放大信号调理模块；应变计与电桥差分放大信号调理模块电性连接；

A/D采集模块；电桥差分放大信号调理模块与A/D采集模块电性连接；A/D采集模块与FPGA中心控制模块电性连接；

充电锂电池；

DC/DC与LDO电源转换模块；充电锂电池与DC/DC与LDO电源转换模块电性连接，DC/DC与LDO电源转换模块与FPGA中心控制模块电性连接。

6.根据权利要求1所述的一种舰船靶标的毁伤效应评估测试装置，其特征在于，船上无线温度测试黑匣子包括：

FPGA中心控制模块；

触发接收模块；

大容量FLASH存储器；

FRAM铁电存储器阵列；

FPGA配置芯片；

USB数据回读模块；

勤务模块；FPGA中心控制模块分别与FPGA中心控制模块、触发接收模块、大容量FLASH存储器、FRAM铁电存储器阵列、FPGA配置芯片、USB数据回读模块、勤务模块电性连接；

无线收发模块；FPGA中心控制模块通过无线收发模块与地面无线数据汇集装置通信连接；

热电偶；

差分放大与温度补偿信号调理模块；热电偶与差分放大与温度补偿信号调理模块电性连接；

A/D采集模块；差分放大与温度补偿信号调理模块与A/D采集模块电性连接；A/D采集模块与FPGA中心控制模块电性连接；

充电锂电池；

DC/DC与LDO电源转换模块；充电锂电池与DC/DC与LDO电源转换模块电性连接，DC/DC与LDO电源转换模块与FPGA中心控制模块电性连接。

7.根据权利要求1所述的一种舰船靶标的毁伤效应评估测试装置，其特征在于，回收定位装置包括：

用于向远端定时发送经度、纬度以及高度信息的北斗系统；

北斗上电控制模块；

北斗电池；北斗电池与北斗上电控制模块电性连接，北斗上电控制模块与北斗系统电性连接；

多路脱落插头电驱动模块；多路脱落插头电驱动模块分别与多个电磁脱落插头电性连接；

外壳体；船上无线加速度测试黑匣子、船上无线应变测试黑匣子、船上无线温度测试黑匣子、北斗系统、北斗上电控制模块、北斗电池、多路脱落插头电驱模块均置于外壳体内部；船上无线加速度测试黑匣子、船上无线应变测试黑匣子、船上无线温度测试黑匣子的天线均外露在外壳体外部；与黑匣子相连的传感器信号线通过多个电磁脱落插头分别与船上无线加速度测试黑匣子的信号输入端、船上无线应变测试黑匣子的信号输入端、船上无线温度测试黑匣子的信号输入端相连；

用于将回收定位装置漂浮于水面上的浮置机构；浮置机构与外壳体连接。

8.根据权利要求1所述的一种舰船靶标的毁伤效应评估测试装置，其特征在于，电磁脱插控制装置包括：

FPGA控制器模块；FPGA控制器模块分别与充电锂电池模块、无线射频芯片、两个脉冲隔离放大模块电性连接；

充电锂电池模块；

无线射频芯片；无线射频芯片与一天线连接；

两个脉冲隔离放大模块；

充电锂电池模块；

多个黑匣子脱插控制输出接口；两个脉冲隔离放大模块分别与多个黑匣子脱插控制输出接口电性连接。

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