慣性儀器通用測試技術(shù)應(yīng)用研究
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慣性儀器是陀螺儀、加速度表等慣性儀表和陀螺穩(wěn)定平臺以及捷聯(lián)慣性測量組合等慣性測量裝置的總稱，是導(dǎo)彈、運載火箭等航天飛行器制導(dǎo)與控制系統(tǒng)中的核心部件。其作用是為飛行器建立方位和姿態(tài)基準(zhǔn)，同時測量飛行器相對慣性空間運動的角度、角速度、速度和加速度。慣性儀器的性能和精度直接影響飛行器飛行彈道，通過測試，可以判定慣性儀器是否符合技術(shù)條件所要求的性能和質(zhì)量指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)其故障與誤差來源及其規(guī)律，為改進(jìn)總裝技術(shù)和進(jìn)行系統(tǒng)補償提供依據(jù)。因此，對慣性儀器的性能測試無論部隊還是總裝廠都十分重視。在以往的測試中，由于慣性儀器的種類較多，各自的用途和工作原理也不盡相同，因此一直沒有制訂統(tǒng)一的測試規(guī)范。這里從慣性儀器在飛行器上的應(yīng)用方式分類 ，以捷聯(lián)方式和陀螺穩(wěn)定平臺方式為主要研究對象，針對慣性平臺、速率陀螺、橫法向儀、捷聯(lián)慣測組合等單元儀器的共性與特性進(jìn)行研究，對這四種被測對象的測試需求和測試方法進(jìn)行總結(jié)和歸納，找到一種滿足大多數(shù)慣性儀器測試需求的測試方法，設(shè)計一套通用化的慣性儀器測試系統(tǒng)。
2、設(shè)計思想
慣性儀器本身就是高精度、高靈敏度的測量裝置，選擇和采用的測試方法必須和慣性儀器的工作原理緊密相聯(lián)，因此，我們對常用的、典型的慣性儀器測試設(shè)備進(jìn)行了深入分析、歸納，總結(jié)出典型的測試方法和手段。同時，由于慣性儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，品種和接口數(shù)量繁多，對測試信號的數(shù)量、復(fù)雜性以及精度要求等因素變化較大，這就要求測試系統(tǒng)的硬件和軟結(jié)構(gòu)均具有較強的適應(yīng)性，達(dá)到“以不變應(yīng)萬變” 的設(shè)計要求。
通常情況下，測試系統(tǒng)應(yīng)具有三大基本功能，即：信號的測量與控制、數(shù)據(jù)的分析與處理，測試結(jié)果的計算與輸出。其中：信號的測量與控制是測試系統(tǒng)硬件要解決的主要問題，為解決接口繁多、標(biāo)準(zhǔn)不一的問題，考慮到測試的靈活性和適應(yīng)性，在系統(tǒng)硬件設(shè)計中，我們采用了“ VXI總線標(biāo)準(zhǔn)儀器模塊+通用信號轉(zhuǎn)接+適配器”的分層轉(zhuǎn)接模式；對系統(tǒng)硬件的調(diào)度指揮、數(shù)據(jù)的分析與處理以及測試結(jié)果的計算與輸出則是系統(tǒng)軟件解決的主要問題。在系統(tǒng)軟件設(shè)計中，我們在虛擬儀器軟件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，采用通用化的框架式軟件設(shè)計，構(gòu)建通用的可剪裁的軟件公共平臺，軟件開發(fā)人員可根據(jù)通用ATE/ATS系統(tǒng)對軟件功能的要求，在軟件框架的基礎(chǔ)上進(jìn)行功能增減及參數(shù)的選配，實行動態(tài)配置，達(dá)到測試軟件通用化的目的。
VXI總線是一種開放式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，總線接口不僅結(jié)構(gòu)緊湊、標(biāo)準(zhǔn)開放、數(shù)據(jù)吞吐能力強、模塊可重復(fù)使用，而且建立在虛擬儀器軟件結(jié)構(gòu)（VISA）基礎(chǔ)上的通用軟件框架解決了系統(tǒng)中所使用的各種VXI總線儀器與測試應(yīng)用軟件開發(fā)的通用化問題，因此，VXI總線儀器所具有的系列化、組合化特點、為組建通用測試系統(tǒng)提供了良好的技術(shù)支撐。
信號調(diào)理與轉(zhuǎn)接是組建通用測試系統(tǒng)不可缺少的環(huán)節(jié)，也是通用測試系統(tǒng)設(shè)計工作中相對較為復(fù)雜的部分。信號調(diào)理與轉(zhuǎn)接的主要作用是連接被測對象與VXI測試儀器，測試過程中的所有被測信號和控制信號均在這里進(jìn)行集中。被測信號的指標(biāo)超出VXI模塊輸入指標(biāo)的，需經(jīng)過調(diào)理變換，如阻抗變換、放大、衰減，隔離等措施；被測信號的指標(biāo)在VXI模塊測量范圍的，在這里經(jīng)過轉(zhuǎn)接，送入各個VXI測試采集通道的信號輸入端；指令或控制信號由計算機通過這里分配、調(diào)理、轉(zhuǎn)接發(fā)往被測對象。為此我們設(shè)計了插卡式的通用信號轉(zhuǎn)接箱，為不同被測提供了靈活多變的信號轉(zhuǎn)接模式。被測信號由調(diào)理模塊的前面板輸入，通過調(diào)理板的調(diào)理變換電路后，經(jīng)通用信號轉(zhuǎn)接箱的背板及機箱后面板轉(zhuǎn)接，通過外部電纜送給VXI測控組合中的測試儀器，完成測量。測試信號也可以采用由機箱后面板輸入、前面板輸出的“逆向”轉(zhuǎn)接調(diào)理模式，以縮短轉(zhuǎn)接電纜的長度。 這里的調(diào)理板對用戶而言可以選用標(biāo)準(zhǔn)配置的，也可以根據(jù)需要由用戶自行設(shè)計調(diào)理電路。
適配器作為通用信號轉(zhuǎn)接箱在處理大功率信號能力的補充，主要用于布放2A 以上的大功率器件的供電與控制電路，在被測對象供電功率和被測信號小于2A的測試系統(tǒng)中，適配器機箱可以省去，被測信號直接分配至通用信號轉(zhuǎn)接箱的輸入端。
3、通用測試硬件研究
3.1 測試需求分析
針對慣性儀器的測試特點，其測試內(nèi)容主要包括擴功能測試、調(diào)整測試、工藝測試、精度測試四個部分。其中，調(diào)整測試和工藝測試是生產(chǎn)過程和總裝測試的主要內(nèi)容；功能測試和精度測試是儀器出廠和部隊測試的主要內(nèi)容，也是通用測試的研究重點，其測試項目主要包括以下內(nèi)容：
1）電源電壓測試、電流測試、頻率測試；
2）陀螺及回路參數(shù)檢查；
3）回路前放測試；
4）力矩馬達(dá)電流測試；
5）陀螺慣性時間測試；
6）加速度表啟動電流測試；
7）加速度表工作電流測試；
8）加速度表回路前放測試；
9）程序功能檢查；
10）程序機構(gòu)精度檢查；
11）平臺姿態(tài)角比例系數(shù)和姿態(tài)安全角的測試；
12）動態(tài)漂移精度測試；
13）調(diào)平精度測試；
14）直流電阻檢查；
15）馬達(dá)交流電壓和電流、傳感器激磁電源交流電壓和電流的測試；
16）正、負(fù)指令信號輸出檢查；
17）零位輸出電壓測試；
18）靈敏度檢查；
19）輸出特性檢查；
20）極限輸出檢查。
21）捷聯(lián)慣性測量組合位置標(biāo)定；
22）捷聯(lián)慣性組合速率標(biāo)定；
23）溫控系統(tǒng)和溫度狀態(tài)監(jiān)測。
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