某型飞机空舰导弹供电系统检测仪的软件设计

韩兆福  王超勇  杨明绪

（海军航空大学 青岛校区，青岛，266041）

摘要：为解决某型飞机空舰导弹供电系统在导弹发射启动阶段的满负载能力和纹波电压无法检测的难题，研制了空舰导弹供电系统检测仪；检测仪采用实时嵌入式控制器和实时操作系统（RTX）、变速率采样与缓冲式传输等技术，实现了纳秒级供电瞬间电压和电流波形还原与实时检测，提高了检测深度、缩小了故障定位范围，实现了供电系统综合检测；结果表明，该检测仪经部队使用，具有运行稳定可靠、检测准确度高、扩展性好等优点，能够有效提高部队空舰导弹供电系统维护保障能力，其软件稍作拓展可应用于其他主战机型空舰导弹供电系统的原位检测。

关键词：空舰导弹；供电系统；检测仪；软件设计

中图分类号:TP273    文献标识码: B

1引言

某型飞机空舰导弹供电系统作为YJ-××空舰导弹的大功率供电的专用电源，对空舰导弹系统的可靠性起着重要作用。自该型飞机列装以来，先后发生多起与供电系统相关的故障，空舰导弹供电系统发生故障的形式有两种，一种是单枚导弹发射故障、另一种是满负荷攻击导弹发射故障。由于该系统没有故障监控，地面维护检查时不能发现空舰导弹供电系统的故障。战备训练时，通常采用单枚导弹攻击为主，只有为完成战斗任务才采用的满负荷导弹攻击。故在空中，采用单枚导弹攻击故障可以发现，满负荷导弹攻击故障不能发现，因此，降低了飞机火控系统战时满挂出动的可靠性。为保证空舰导弹作战和训练任务的完成，研制了“空舰导弹供电系统检测仪”。该检测仪主要应用于原位检测该型飞机空舰导弹供电系统在空舰导弹启动阶段的满负载能力和纹波电压，判明供电系统的供电品质，消除安全隐患，以便空舰导弹作战和训练任务的可靠完成。

2软件开发总体思路

硬件系统主要包括Compact RIO平台和触摸屏式计算机TPC两部分，通过网线构成一个对等的局域网，两者分别包含各自的应用软件^[1]。根据检测仪研制的不同阶段，软件可分为开发模式阶段和运行模式阶段，具体形态如图1所示，两者的区别是开发模式依赖于开发机，而运行模式脱离于开发机。

开发模式是指在检测仪硬件尚未集成时所进行的软件开发或硬件集成后所进行的软件调试、修改维护。在检测仪硬件尚未集成时，提前进行软件框架设计^[2]，开展相关技术演练（人机界面、数据采集、输出控制、TCP/IP双机通信、数据模拟、客户端和服务器设置等）和技术难点（检测仪的状态控制等）的攻关；硬件集成后，针对调试中出现的错误进行相应的软件修改和技术改进。开发机分别模拟Compact RIO平台（触摸屏式计算机TPC）软件与触摸屏式计算机TPC（Compact RIO平台）进行通信。

运行模式是指检测仪研制最终的形态，嵌入式系统Compact RIO和触摸屏式计算机TPC采用网线对等连接，工作于双机协调模式^[3]。实际的检测仪包括嵌入式系统Compact RIO和触摸屏式计算机TPC，两者之间采用交叉网线连接进行TCP/IP通信，即前面板无需留有网线接口。开发时，开发机需要与这两者连接进行多次的修改完善。

图1  检测仪的开发模式和运行模式

检测仪操作模式采取Compact RIO + TPC协调工作操作模式，其信息关系如图2所示。所有的操作完全通过TPC的触摸屏进行操作，采集任务由Compact RIO平台完成，两者之间通过Ethernet进行通信，TPC向Compact RIO发送相应的控制命令，Compact RIO实时向TPC发送测量的数据^[4]。

图2  检测仪的操作模式与信息关系

3软件设计

3.1双机TCP自动连接及通信设计

TCP是基于连接的协议，这意味着各传输点必须在数据传输前创建连接。数据传输在客户端和服务器之间进行。服务器只能是一个，客户端可多个。由于检测仪只有cRIO平台和触摸屏式计算机TPC，两者可任意设置，现设cRIO系统为服务器，TPC为客户端^[5]。两者之间有严格的启动顺序，服务器启动之后才能进行TPC的启动。若TPC先启动、cRIO平台后启动，则肯定无法进行双机连接。为此，必须设计特定的流程，确保TCP连接与启动顺序无关。

3.1.1 cRIO平台服务器创建

cRIO服务器通过“创建TCP侦听器”函数创建，用于创建侦听器并等待位于指定端口的已接受TCP连接。“侦听器创建”的超时毫秒默认值为-1，表示无限等待，正确启动顺序定能确保TCP连接成功^[6]。一旦客户端先启动，侦听器将一直等待，这也是不希望出现的。为此，将“侦听器创建”的超时毫秒设置为相对较小的值，图3中为500毫秒，同时增加一个循环结构。一旦500毫秒没有侦听到连接，则循环继续，再次侦听，直至连接成功，跳出循环。

图3  cRIO服务器的创建

3.1.2 TPC客户端连接

TPC客户端通过“打开TCP连接”函数创建，用于打开由地址和远程端口或服务名称指定的TCP网络连接。“打开TCP连接”的超时毫秒默认值为60000毫秒，即1分钟。如果服务器根本就没有启动，则客户端要等待1分钟后才能作出后续处理，显然不太合理。为此，将“打开TCP连接”的超时毫秒设置为相对较小的值，图4中为900毫秒，同时增加

图4  TPC客户端连接

一个循环结构。一旦900毫秒没有连接成功，则循环继续，再次打开TCP连接，直至连接成功，跳出循环。

3.1.3 双机通信

双机通信主要是指嵌入式控制器cRIO与触摸屏式计算机TPC之间的双向数据交换，传输的数据主要有电压和电流测量数据，以及状态命令，其通信过程如图5所示。

图5 双机通信示意图

触摸屏式计算机TPC主要完成将其感知到的状态控制信号以命令的形式传送到嵌入式控制器cRIO，以便实现相应的状态控制，实时接收显示嵌入式控制器cRIO发送的测量数据。

嵌入式控制器cRIO主要完成将实时采集的电压和电流数据传送到触摸屏式计算机TPC，以便显示测量数据，同时接收触摸屏式计算机TPC发送的状态命令，并完成相应的状态转换^[7]。

3.2 TPC功能设计与实现

触摸屏式计算机主要用于显示和控制，其状态转换如图6所示。

单机状态：TPC启动，完成硬件和人机界面的初始化。选择“连接”菜单项，可实现双机连接；选择“读取”菜单项，可显示此前保存过的测量数据；

电压监控状态：TPC接收并显示cRIO发送的测量电压数据，供监视用。选择“开始”菜单项，转入电流测量状态；选择“停止”菜单项，转入双机连接状态；

电流测量状态：TPC接收并显示cRIO发送的测量电压、电流数据。选择“停止”菜单项，转入双机连接状态；

双机连接状态：cRIO不向TPC发送测量电压、电流数据，为此现有状态不变。此时，可选择“保存”菜单项，转入测量数据保存状态；

测量数据保存状态：将测量到的电压、电流数据保存，以供以后调用；

“连接”命令：实现TPC与cRIO之间的TCP连接。连接成功后，cRIO发送自动转入电压监控状态，此后再次选择“连接”菜单项，将无作用；

“开始”命令：双机连接时，选择“开始”菜单项，转入电压监控状态，再次选择“开始”菜单项，转入电压+电流显示状态；

“停止”命令：电压监控状态时，选择“停止”菜单项，转入双机连接状态；电压+电

流显示状态时，选择“停止”菜单项，转入停止状态；

图6  TPC端状态转换图

 “读取”命令：可读取此前保存过的测量数据，并显示测量数据；

“保存”命令：可将当前的测量数据保存，以便以后查阅。

为有效保证检测仪的正常工作，TPC上的菜单项应根据当前的状态自动设置有效或无效状态，避免不正确的使用。控制菜单的禁用项如表1所列。

表1  控制菜单禁用项一览表

3.3 cRIO功能设计与实现

cRIO嵌入式系统主要接收解析TPC发送的命令，控制模拟负载的接通状态，同时将测量电压、电流数据发送到TPC，其状态转换如图7所示。

图7  cRIO端状态转换图

单机状态：cRIO启动，完成硬件和软件的初始化，等待双机TCP连接；

双机状态：双机TCP连接成功，等待“开始”命令；

电压测量状态：一旦接收到“开始”命令，进入电压测量监控状态，同时将测量的电压数据发送到TPC显示；

电压+电流测量状态：再次接收到“开始”命令，接通所有模拟负载，同时测量电压和电流，并将测量的电压、电流数据发送到TPC显示；

3.4自检功能设计

通过依次接通一组继电器和大功率负载，采集上传相应的电压和电流，自动判断该组合的工作情况，并在触摸屏计算机上显示。

5结束语

该检测仪不仅适用外场使用，而且还便于机动转场保障，有效解决了某型飞机空舰导弹供电系统性能难以检测的难题，为空舰导弹供电系统的日常维护和故障排除提供了必要的检测条件和有效可行的检测手段，确保了该型飞机空舰导弹供电系统的完好率和高可靠性，提高了一线部队对空舰导弹供电系统维护保障能力。

参考文献

[1]熊华刚,王中华.先进航空电子综合技术[M].北京:国防工业出版社,2009.

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Software design of a testing instrument for air-to-ship missile power supply system of a certain type of aircraft

Han Zhaofu  Wang Chaoyong  Yang Mingxu

（Naval Aeronautical University Qingdao Branch，Qingdao，266041）

Abstract：In order to solve the problem of a certain type of aircraft power supply system of air-to-ship missile launch in the start-up phase of the full load capacity and ripple voltage can not detector the problem,the development of the power supply system of air-to-ship missile detector,detector using the real-time embedded controller and real-time operating system(RTX),variable rate sampling and buffer type transmission technology,realize nanosecond power instantaneous voltage and current waveform reduction and real-time detection,improve the detection depth,narrowing the scope of fault location,realize the power supply system integrated detection;results show that the detector used by troops,with stable and reliable operation,high detection accuracy and good expansibility,can effectively improve the maintenance capacity on the air-to-ship missile power supply system,the soft ware development can be used in the detection of other main battle aircraft in power supply system of air-to-ship missile.

Key words：air-to-ship missile;power supply system;detector;software design