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密别非密标记导引头综合测试系统方案设计ZCP101000C1.1FS共 82 页北 京 航 空 航 天 大 学 2013年 11 月 导引头综合测试系统方案设计ZCP101000C1.1FS 编 写 校 对 审 核 标 检 批 准 会 签： 目 次1 任务来源12 技术要求12.1 测试设备的组成12.2 各部分主要功能22.2.1 测控单元22.2.2 三轴转台32.2.3 供气单元32.2.4 目标干扰模拟器32.2.5 装夹装置32.3 技术指标32.3.1 测试项目及指标32.3.2 机电接口及特性42.3.3 测试设备技术指标63 测试系统总体结构设计113.1.1 测试设备的机柜结构设计123.2 测控计算机系统选型设计143.2.1 工控机的选型设计143.2.2 仿真器选型设计163.2.3 多功能卡的选型设计183.2.4 图像采集卡的选型设计193.2.5 通信卡的选型设计213.2.6 双口RAM422转换卡设计233.3 接口适配单元设计243.3.1 图像调理电路的设计253.3.2 SPI烧写电路的设计263.4 供电系统选型设计273.4.1 技术要求273.4.2 选型设计273.4.3 供电电源监测电路的设计293.4.4 二次电源监测电路的设计303.4.5 手动加电的实现303.4.6 报警电路的设计313.4.7 电磁阀控制电路的设计323.5 万用表的选型设计323.6 开关矩阵电路设计333.6.1 测试原理333.6.2 继电器控制方式333.6.3 触点连接方式343.6.4 测试端子板设计353.6.5 设备硬件连接图353.7 三轴转台设计363.7.1 技术要求363.7.2 结构设计363.7.3 主要元器件选择373.7.4 控制系统方案403.7.5 安全性设计413.7.6 结论423.8 目标/干扰模拟器设计433.8.1 技术要求433.8.2 设备组成及工作原理433.8.3 设备接口443.9 供气单元设计453.9.1 气源净化装置要求453.9.2 气源净化装置设计463.9.3 关键元件选型设计483.10 网络信息化的通信接口493.11 测控单元自检设计493.11.2 数据库693.11.3 测控单元自检设计693.11.4 测试设备校准设计704 可靠性、安全性、适应性等设计714.1 测试系统可靠性设计714.1.1 可靠性设计原则714.1.2 可靠性保证措施724.1.3 可靠性指标要求724.1.4 系统可靠性设计724.1.5 元器件的选择与控制724.1.6 降额设计724.1.7 散热设计734.1.8 电子电路的可靠性设计734.1.9 可靠性保证措施734.1.10 可维护性设计744.1.11 电磁兼容性设计744.1.12 安全性设计754.1.13 抗震性设计754.2 难点问题及解决方案764.2.1 干扰问题764.2.2 图像采集与处理764.2.3 数据存储与回放的同步764.2.4 SPI烧电路的时序及长线传输774.2.5 双口RAM422的调试问题77ZCP101000C1.1FS1 任务来源根据与中国空空导弹研究院在2012年6月签订的导引头综合测试系统合同而研制。导引头综合测试系统用于在常温状态下对导引头的主要功能进行定量检测。主要包括控制系统标定参数，控制系统参数测试 和导引头性能测试 。2 技术要求2.1 测试设备的组成该系统由测控单元、红外目标/干扰模拟器、三轴转台、供气单元、装夹装置等部分组成，详细组成框图如图1所示。测控单元测控软件PXI主控计算机数字万用表数据采集与控制电路导引头接口适配电路直流电源供气单元目标/干扰模拟器PL10导引头装夹装置三轴转台三轴转台图1 导引头综合测试系统组成框图2.2 各部分主要功能2.2.1 测控单元测控单元由PXI主控计算机、数据采集和控制电路、导引头接口适配电路、直流电源、数字万用表等组成。2.2.1.1 PXI主控计算机主要完成以下功能：a) 产品图像采集系统完成对红外图像的采集，包括并口和串口传输图像的采集、实时解压缩和显示；b) 产品测试控制及数据处理系统则完成导引头供电、测试流程和时序的控制和调度；c) 数据采集显示和记录；对测试数据进行后期处理与分析，给出产品性能评价，并完成对测试数据库的管理等功能，并生成规范的报表，能够对数据进行连续记录并进行曲线显示；d) 能够与转台进行通信，按照测试流程进行转台控制，并回读转台信息；e) 能够与目标与干扰模拟器进行通信与控制。2.2.1.2 导引头接口适配电路导引头接口适配电路对导引头输入/输出的电信号进行调理、匹配。2.2.1.3 数据采集与控制电路数据采集与控制电路由A/D采样、422通讯接口、I/O数字接口、图像采集接口组成。主要功能：a) PXI主控计算机通过A/D采样和422通讯接口和图像采集接口对直流供电设备和导引头输出的各种信号进行采集；b) PXI主控计算机通过422通讯接口给导引头下发控制指令；c) 通过I/O数字接口实现对供气单元的控制；d) 通过I/O数字接口实现电阻测量控制。2.2.1.4 直流电源直流电源用于给测试产品供电。2.2.1.5 数字万用表对被测产品的对地电阻进行测量。2.2.1.6 测控软件软件包含：调试软件、性能测试软件。2.2.1.7 调试软件按照测试要求给出导引头需要的控制指令、转台转速和位置，自动保存导引头输出图像数据和控制数据，并具备数据的分析、处理功能，自动完成参数的结算和测试结果的输出，并将标定数据烧写到位标器flash中。2.2.1.8 性能测试软件按照测试要求给出导引头的控制指令，控制转台转速和位置，完成导引头性能测试。能够实时保存导引头输出的图像信息和控制信息，具备数据分析、处理功能，自动完成测试结果的输出。2.2.2 三轴转台由速率台、方位台和横滚转台及控制系统组成，主要功能：a) 速率台在测量导引头的跟踪能力时提供角速度；b) 方位台给导引头提供离轴角以测量导引头有离轴角情况下的各种性能参数的变化；c) 横滚台在导引头导引信号测试时提供弹体姿态的转换；d) 控制系统用于控制主转台、方位台和横滚转台的各种运动，可独立控制各转台的运动，也可以程序控制各转台的联动，以实现自动测试的功能。2.2.3 供气单元用于给产品提供符合要求的氮气。2.2.4 目标干扰模拟器a) 为导引头提供各种不同能量，不同大小的目标和不同压制系数的干扰源，以考核导引头的性能和抗干扰能力；b) 同时提供动态快门，以考核导引头在弹目接近过程中各种性能参数的变化情况；c) 模拟干扰弹的运动轨迹，实现干扰穿越视场、中心脱离等干扰模式。2.2.5 装夹装置用于在转台上装夹导引头，保证导引头装夹到位。2.3 技术指标2.3.1 测试项目及指标2.3.1.1 控制系统标定参数a) 陀螺零位标定；b) 旋变零位、粗精级相位差标定；c) 电位计零位标定；d) 电位计比例尺标定；e) 陀螺比例尺标定；f) 陀螺信号非正交耦合补偿系数标定；g) 内环稳定回路的增益系数。2.3.1.2 控制系统参数测试a) 陀螺零位误差和锁定噪声测试；b) 电位计零位测试；c) 电位计比例尺测试；d) 陀螺比例尺测试；e) 旋变零位测试；f) 陀螺非正交解耦测试；g) 位置回路测试；h) 稳定回路测试；i) 跟踪回路测试；j) 动态锁定品质测试；k) 扫描场测试；l) 随动精度测试；m) 跟踪场测试；n) 随动时间测试；o) 跟踪能力测试。2.3.1.3 导引头性能测试a) 对外接口对地电阻测试；b) 电源电压、消耗电流测试；c) 电锁精度测试；d) 电锁品质测试；e) 导引精度测试；f) 导引对称性测试；g) 导引耦合系数测试；h) 视场测试；i) 捕获场测试；j) 跟踪场测试；k) 制冷时间测试；l) 蓄冷时间测试；m) 制冷维持流量测试；n) 随动性能测试；o) 跟踪回路超调量测试；p) 抗人工干扰测试；q) 成像质量测试；r) 盲元特性测试。2.3.2 机电接口及特性2.3.2.1 电气接口脐带线缆插座ZXS1的电气接口如表1所示。表1 脐带线缆插座ZXS1的电气接口序号名 称芯号1电气分离ES92直流+20V173直流20V304直流20V地105直流+27V116直流+27V地87直流+27V148直流+27V地26检测插槽ZXS3（CY47P102BJ01）用于导弹检测，电气接口如表2所示表 2 检测插槽ZXS3（CY47P102BJ01）的电气接口序号名称芯号信号特征32ID+40LVDS数据+LVDS数据33ID4134IDCLOCK+42LVDS位同步时钟+LVDS位同步时钟35IDCLOCK4336IDF+44LVDS字同步+LVDS字同步37IDF4538SCAN信号5039SCAN信号地5140DYRS422A46TXDATA+41DYRS422B47TXDATA42DYRS422Y48RXDATA+43DYRS422Z49RXDATA续表2 检测插槽ZXS3（CY47P102BJ01）的电气接口序号名称芯号信号特征44GSE073地面支持使能045GSE174地面支持使能1463.3V76使能控制电平47GND75地线48电源+27V7749电源+27V地7850电源+20V7951电源20V8052电源20V地8153电源+12V8254电源12V8355电源+12V地8456电源+5V8557电源5V地862.3.2.2 导引头与飞控通讯接口总线接口部件插槽（CY47P102BJ01），导引头与飞行控制组件之间的信息通过双口RAM传输。按要求模拟飞控组件，完成导引头与飞控组件的通讯。由于双口RAM信号不能长线传输，采用转换板将双口RAM信号转换为422信号。2.3.2.3 产品机械接口产品外型结构尺寸160mm约600mm。2.3.3 测试设备技术指标2.3.3.1 PXI主控计算机a) 能够连续采集2小时以上的数据，并保存。b) 采用NI公司标准的8槽及以上机箱，内置控制器：CPU 1.73G，i7820QM，内存4G；c) 高速硬盘10TB以上，可以采用外置磁盘阵列，计算机内置硬盘1TB。2.3.3.2 AD适配通道a) 通道数：10；b) 调理范围：20V +27V；c) 调理精度：2%；d) 能够支持8m的长线传输。2.3.3.3 串行422通信适配电路a) 调理范围：010V；b) 调理精度：2%；c) 能够支持8m的长线传输。2.3.3.4 图像采集通道适配电路a) 按照LVDS标准进行调理；b) 能够支持8m的长线传输；c) 通道数：8。2.3.3.5 数据采集与控制电路a) A/D采集卡1) PXI总线板卡；2) 采样位数：14位；3) 通道数：10路；4) 采用NI公司的板卡。b) 图像采集接口：1) PXI总线接口板；2) 8路数据通道；3) 符合LVDS传输协议要求；4) 具有自检功能；5) 数据传送带宽40Mb/s。c) 422通讯接口1) PXI总线接口板；2) 独立的两路发送和接收功能，发送、接收是全双工方式；3) 满足RS422总线协议数据格式；4) 发送、接收波特率为010Mbps可选；5) 具有自检功能。d) I/O数字卡1) 通道数：大于10路。2) 采用NI公司板卡2.3.3.6 直流电源a) 1路独立27V直流电源，调整范围大于2432V，精度1%，电流010A（瞬时允许20A），纹波20mV；b) 1路20V直流电源，调整范围大于1624V，精度1%，电流03A，纹波20mV；c) 1路20V直流电源，调整范围大于1624V，精度1%，电流03A，纹波20mV；d) 具有电源保护功能；e) 采用工业级以上电源。2.3.3.7 数字万用表a) 测量精度：6位半以上；b) 万用表采用Aglient公司的相关产品。2.3.3.8 三轴转台a) 方位台 1）有效负载60KG； 2）方位台转动范围：110； 3）方位台达位精度： 0.1； 4）回转精度： 2； 5）速率角速度范围：0.01200/S； 6）角速度精度：大于10/S：0.1/S； 大于1/S：1%； 小于1/S：0.01/S。 7）最大加速度：1000/S2； 8）3，2HZ情况下满足双十指标； 9）外形尺寸：根据夹具和产品尺寸确定； 10）回转半径：800MM； 11）运动模式：达位、正反向达位、正弦、三角波、速率。b) 速率台 1）速率台：110110旋转； 2）速率台角速度范围：0.01 200/S； 3）角速度精度：大于10/S：0.1/S 大于1/S：1%； 小于1/S：0.01/S。 4）速率台最大角加速度：1000/S2； 5）速率台达位精度： 0.1； 6）离轴500MM台面的跳动量：0.02MM； 7）回转精度：2； 8）3，2HZ情况下满足双十指标； 9）速度分辨率：0.01/S； 10）回转半径：800MM； 11）有效负载：150KG； 12）底座必须具备调整台面水平的调整螺钉； 13）运动模式：达位、正反向达位、正弦、三角波、速率。c) 横滚转台 1）横滚转台转角范围：100 旋转； 2）角速度： 10/S： 1%； 3）角速度达位精度： 0.1； 4）固定在横滚台的模拟校准件在产品回转中心处跳动量：0.1mm。d) 方位台与速率台同轴度： 2；1) 横滚台与方位台、速率台的轴线垂直度：2；2) 产品安装基面与横滚轴轴线的垂直度：2。e) 速率台与方位导电滑环应预留大于30路用户环1) 动态电阻：3A。f) 转台安全性要求1) 转台的安全性设计应符合GJB900的规定；2) 转台三轴应有超速、失速保护装置；3) 转台三轴应有机械零位标示，设备上电后可直接操作运动到零位；4) 转台方位台、横滚台应有硬限位、电子限位、软件限位等保护装置；5) 应具备紧急应急开关。g) 电磁兼容性要求应符合GJB1728速率转台通用规范的相关规定。h) 装夹装置装夹装置用于装夹导引头。1) 装夹装置采用非磁材料，可拆卸；2) 装夹装置上有弹轴方向与横滚方向定位刻线基准，便于产品快速装夹和初始对准；3) 要求装夹装置：u 装夹装置中心轴与弹轴一致，中心轴线与平行光管零视场光轴同轴度20”；u 横滚轴在方位台上径向可调整，调整范围不小于100mm，调整精度优于0.1mm，带锁定装置。4) 产品的装夹装置应操作简便，有防滑、防松设计，并提供安装时必要的安全防护工装、工具。2.3.3.9 目标/干扰模拟器目标/干扰模拟器包括一个目标源和两个干扰源，用于目标模拟和干扰投放，由目标辐射源、视场运动模拟装置等部分构成。黑体要求：a) 辐射源数：3个；b) 光谱范围：35m；c) 目标黑体温度50700内可调；d) 干扰源黑体温度501000；e) 温度分辨率：0.1；f) 温度控制精度：1；g) 独立的黑体散热装置，并有延时关闭功能；h) 黑体安装及拆卸方便，易于搬动，并能够灵活移动，实现在水平方向上的调整i) 同时具有紧固装置以保证目标光轴与产品纵轴重合。平行光管要求：a) 出光口径：120mm；b) 平行光管平行度：0.1mrad；c) 焦距：650mm；d) 干扰俯仰运动范围： 6；e) 干扰偏航运动范围： 6；f) 角度达位精度：1；g) 干扰运动速度：0.1 25/S，速度可调；速率精度：0.1/S；h) 干扰弹运动轨迹：两发干扰任意方向视场穿越和中心脱离；i) 目标固定光栏孔径：0.1mm，0.2mm，0.36mm，0.64mm，0.9mm，2.01mm，光栏孔电动切换；j) 干扰固定光缆孔径：应包含0.64mm，0.9mm，2.01mm，2.85mm，4.93mm，6mm；k) 安装快门：安装于黑体与光栏之间；l) 能量比：1倍以上，可调；m) 与转台的安装接口：黑体及温控器、光学系统一体化设计，放置到转台上，并有防震设计；n) 提供配套的测试电缆和供电缆线2套。2.3.3.10 气源单元用于产品制冷探测系统供气，主要技术指标为：a) 过滤精度：2；b) 调压阀：1) 输入气体压力范围：042MPa；2) 输出气体调节压力范围：030MPa（连续可调）；c) 压力表：1) 050MPa，精度：1.5%F.S；2) 035MPa，精度：0.4%F.S；3) 防爆型。d) 质量流量计：1) 0.550L/min，精度：1%F.S，压力：030MPa；2) 带数显表头，带计算机通讯接口。e) 电磁阀：1) 压力：030MPa；2) 流量：20L/min3) 泄漏量：20MPa下不泄露；4) 控制电压：30VDC；5) 具备泄压功能。f) 其他：1) 提供装置与墙上气源的管路和接口；2) 气源系统具有手动和自动控制功能；3) 方便维修和移动；4) 系统应有校准用气路连接口；5) 系统与产品的联接采用供气插头，与弹体固定；6) 气源系统应安全性、可靠性设计，保证人员或产品安全。3 测试系统总体结构设计总体结构图如图1所示。测控计算机直流电源通信接口目标模拟器目标/干扰控制柜高压氮气三轴转台控制柜气源净化柜图2 测试系统总体结构示意图3.1.1 测试设备的机柜结构设计为了便于测试设备的移动，选用卓航的单联机柜，布局如图3 、图4所示。供电 图像 气源 转台后门（上）后门（下）转台急停 220V输出 220V输入Fuse 接地柱422SPI目标电源开关 24V开关 转台急停 电源急停导引头综合测试系统19”方屏显示器固伟电源27V固伟电源20V排插排插万用表操作台报警图3 测试设备机柜正面图背面图PXI工控机万用表开关航插侧视图航插标牌固伟电源27V固伟电源20V电源调理排插磁盘阵列图4 测试设备机柜侧视图3.2 测控计算机系统选型设计3.2.1 工控机的选型设计a) PXI机箱的选型考虑到测控计算机的实际测试任务以及今后的系统扩展，选用NI公司PXI总线的3U 8槽静音型机箱PXI1042Q，除去嵌入式控制器、多功能采集卡、图像采集卡、422通讯卡外，还剩下4个插槽可供将来硬件扩展。机箱示意图如图5所示。图5 3U 8槽PXI机箱PXI1042Q2)b) 嵌入式控制器的选型嵌入式控制器选用美国NI公司的PXI8119，能够满足系统测试任务的要求。如图6所示。图6 PXI8119控制器PXI8119控制器的主要技术指标：1) 2.3 GHz四核Intel Core i7-3610QE处理器 (单核Turbo Boost模式下最大 3.3 GHz)2) 标准配置为4 GB (1 x 4 GB DIMM) 单通道1,600 MHz DDR3 RAM, 最大为8 GB3) 6个高速USB端口、2个千兆以太网端口、GPIB、串口和其他外设4) In-ROM内存和硬盘诊断5) 已安装Windows OS和驱动; 基于硬盘的修复a) 磁盘阵列磁盘阵列选用DELL公司的产品PowerVault MD1200，如图7所示。其主要技术指标如下：1） 最大存储容量：24TB ；2) 平均传输率：6Gb/s ；3) 硬盘转速：7200rpm ；4) RAID支持：RAID级别0、1、5、6、10、50和60 ；5) 单机磁盘数量：最多12个； 6) 内置硬盘接口：SAS ；7) 其它参数：1个EMM模块，只能连接一台服务器 ；8) 与工控机接口：USB、LAN ；9) 产品电源：AC 100-240V，50/60Hz，两个完全冗余电源，600W ；10) 长度：481.5mm； 11) 宽度：446mm； 12) 高度：87mm； 13) 工作综合：10-35； 14) 工作湿度：8%-85。图7 磁盘阵列示意图3.2.2 仿真器选型设计DSP仿真器用于产品的DSP调试，选用北京合众达公司的产品，型号为XDS560PLUS，其主要技术指标为：图8 下载器产品特点：a) USB线缆供电，无需外接电源，功耗更低b) 电缆与仿真盒一体化设计、携带更方便（137mm80mm）c) 软、硬件全面升级，性能稳定可靠d) 更强的DSP协处理能力e) 全新的设计理念f) 更高的仿真、调试性能g) 更强的性价比优势产品性能：SEEDXDS560PLUS实时调试平台性能指标：a) 高速的RTDX数据交换能力，达每秒2M字节1) 目标DSP运行时，可以对变量进行实时的观测2) 可以实时数据交换，和多种的数据格式兼容。如：Excel,Matlab,LAB View等3) 只占用很少的DSP资源4) 实现的条件：具有高速JTAG的DSP XDS560 CCS3.3b) 实时事件触发，支持实时断点1) 设置硬件断点和观察点2) 事件和时序管理3) 精确地测量调试的时序c) 快速的代码下载速度，达每秒0.5M字节d) 仿真速度自适应内带锁相环，可以根据需要调节仿真时钟，范围为500K35Me) 兼容XDS510的全部功能SEEDXDS560PLUS实时调试平台特点：a) USB2.0标准接口b) 低功耗设计，无需外接电源c) 高速抗干扰仿真电缆，具有极强的抗干扰能力d) JTAG仿真电缆与仿真盒一体化设计，稳定可靠e) 支持TI LF24XX/F28XX/C5000/C6000/C64XX/DM64X/f) DM270/DM320/OMAP/Davinci等系列DSP仿真g) 支持多CPU的调试h) 适用于2000/XP/Vista操作系统i) 自适应仿真电压，0.5V5V3.2.3 多功能卡的选型设计AD采集与IO控制单元包括：AD通道用于对产品供电电源的电压及消耗电流监测（6路）、对二次电源的6路电压进行监测（6路）；IO量用于产品供电电源的通断控制（1路）、气源净化柜的电磁阀控制（2路）、报警控制（1路）。可以选用北航自主研发的PXI总线AD采集卡PXI7040。PXI7040的主要技术指标如下：a) 32位PXI总线接口；b) 16路单端或8路差分模拟量输入，单端/差分模式可选；c) AD分辨率为14位，最高采样速率为116 KHz；d) 3dB带宽为3 MHz；e) 输入采用直流耦合方式，单极性/双极性输入可选；f) 输入共模电压范围：11V；g) 过压保护：20V；h) 输入阻抗/容抗为1G欧/5pF；i) 软件设定AD采样次数；j) A/D FIFO大小为2K，四种FIFO中断级别； k) 16路数字量输出口。多功能采集卡PXI7040主要分为五部分：PXI总线接口芯片PCI 9054、FPGA、数字量输出调理电路、AD采集电路和输入/输出连接器。其原理框图如图9所示。图9 PXI7040板卡原理框图FPGA主要用来对上位机指令进行译码，并且配合上位机读写时序，将数字量下发给底层硬件或者将AD采集结果传送给上位机。AD采集部分主要由多路选择器电路、差分/单端选择电路、量程设置电路和AD芯片转换电路组成，AD转换的结果先缓存到FPGA内部开辟的FIFO中，根据中断触发条件触发上位机中断，让上位机读走AD转换的数据。其板卡实物图如图10所示。图10 PXI7040板卡实物图3.2.4 图像采集卡的选型设计图像采集卡的主要任务是完成对红外图像的采集。根据测试设备的技术要求，可以选用北航自主研发的PXI总线图像采集卡。主要技术指标如下：a) PXI总线接口； b) 满足LVDS通信协议要求；c) 8路数据通道；d) 数据传输带宽40Mb/s； e) 缓存大小为512K16bit； f) 具有自检功能；图像采集卡主要分为五部分：PXI总线接口芯片PCI 9054、FPGA、缓存SRAM、单端变差分模块和输入/输出连接器。其中FPGA和SRAM为主要部分，由其来完成LVDS数据的发送、接收和缓存。图像采集卡原理框图如图11所示。图11 图像采集卡原理框图图12 图像采集卡实物图FPGA主要用来对上位机指令进行译码，并且配合上位机读写时序，使上位机将数据发送到单端变差分模块转换成LVDS差分信号，或者从单端变差分模块中获取接收的数据，缓存到SRAM中，并根据设计触发上位机中断，让上位机读走采集的图像信息。另外，FPGA根据上位机下发的自检指令控制继电器在测试板卡内形成闭环自检。TTL转LVDS和LVDS转TTL的芯片分别选用国家半导体公司的DS90LV047ATM和DS90LV048ATM，用以实现LVDS信号的数据收发。其工作电压3.3V，最高转换速度可达400Mbps，完全符合技术要求。3.2.5 通信卡的选型设计RS422卡的主要任务是对产品进行命令的下达，接收其返回的状态或数据，可以选用北航自主研发的双通道PXI总线的RS422通信卡。主要技术指标如下：a) PXI总线接口； b) 满足RS422/RS232总线协议数据格式；c) 独立的两路或者四路发送和接收功能，发送和接收是全双工的；d) 发送和接收FIFO：发送和接收各256字节的FIFO；e) 数据位长度：5、6、7、8；f) 停止位长度：1、1.5、2；g) 校验方式：Even、Old、No parity or Force parity；h) 发送、接收波特率10Mbps以内可选； i) 具有自检功能。RS422主要分为五部分：PCI总线接口芯片PCI 9054、FPGA、DUART模块（Dual Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）、单端变差分模块和输入/输出连接器。其中FPGA和DUART模块为主要部分，由其来完成发送和接收RS422数据。RS422总线接口卡原理框图如图13所示。图13 RS422总线接口卡原理框图图14 RS422接口卡实物图FPGA主要用来对上位机指令进行译码，并且配合上位机和DUART芯片的读写时序，使上位机将数据发送到DUART、从DUART模块读取数据，并根据设计触发上位机中断。同时，FPGA利用DUART模块的I/O口配合完成工作。另外，FPGA根据上位机下发的自检指令控制继电器在测试板卡内形成闭环自检。DUART模块选用PHILIPS公司的SC28L202芯片，该芯片功能强大，通过配置其内部寄存器来进行发送和接收参数设定。单个芯片内部有两个发送和两个接收通道，接收和发送FIFO可设定为256个字节。RS422差分驱动/接收芯片选用的是美信公司的MAX3077E，用以实现DUART协议芯片单端信号与RS422差分信号之间的转换。其工作电压3.3V，最高转换速度可达16Mbps，完全符合技术要求。3.2.6 双口RAM422转换卡设计由于导引头与飞行控制组件之间的信息通过双口RAM传输，而双口RAM信号不能长线传输，需要转换板将双口RAM信号转换成RS422信号。可以选用北航自主研制的双口RAM转422调理板卡，满足系统设计要求。主要技术指标如下：a) 422收发通道各1路，且实现电气隔离； b) 满足RS422/RS232总线协议数据格式；c) 发送和接收FIFO：发送和接收各256字节的FIFO；d) 发送、接收波特率2Mbps以内可选；e) 双口RAM端数据线8位，地址线8位，且实现电气隔离； f) 具有自检功能。双口RAM转422板卡原理图如图15所示。图15 双口RAM转422板卡原理图a) RS422接口部分 主要围绕RS422隔离接口芯片ADM2490E和RS422协议芯片SC28L202构成。其中，ADM2490E传输波特率高达16Mbps。b) FPGA部分 围绕Altera公司的高性能、高性价比的Cyclone系列FPGAEP1C3T144为核心构成。c) 双口RAM读写部分双口RAM读写所提供的接口信号不仅需要在允许的范围内配合双口RAM的读写时序，更重要的还在于严格模拟与双口RAM的通讯行为，同时对隔离以及驱动电路提出了双向数据通讯的要求。图16 双口RAM转422板卡实物图对双口RAM读写一个字节的时间不大于200ns（5MB/s），也不小于100ns（10MB/s）,其中低速限制是为了满足实时快速与双口RAM通讯，高速限制是考虑了双口RAM的速率极限以及驱动隔离器件的延时。具体的时序逻辑控制采用高速FPGA，利用Verilog语言编程来具体实现。FPGA的输入/输出需要经过隔离与驱动电路后，才能与被测产品互连。设计采用高性能隔离芯片ADuM1402进行双向隔离后，再利用驱动芯片74ABT245进行双向驱动，实现与被测产品的互连。同时，该模块上附加了一片双口RAM芯片CY7C131，作为双口RAM模块的自检测试对象。d) 电源部分 为整个双口RAM模块提供所需直流电源和隔离电源：1) 5V隔离电源 隔离接口芯片ADM2490E一侧所需隔离5V电源；2) 3.3V直流电源 隔离接口芯片ADM2490E二侧、RS422协议芯片SC28L202、EP1C3T144、ADuM1402一侧等工作电压；3) 1.5V直流电源 EP1C3T144核电压。3.3 接口适配单元设计产品接口适配单元主要用来对产品输入/输出的电信号进行调理，模拟探测器的放大后的输出信号，适配电路采用定标、放大、隔离、线性化、滤波、衰减、激励、共模抑制等方法将现场信号质量改善并达到电压适配、电流适配、阻抗适配。产品接口适配单元为专用部件，有模拟通道、数字通道、控制通道等。该单元通过采用与之对应的匹配接口分别连接测控电缆和采样与控制单元。与产品连接的测控电缆长度不小于3米，与之相应的接口适配电路应保证测控电缆长线传输的能力。产品接口适配单元包括LVDS图像信号的调理、A/D适配电路、DI/DO适配电路（主要是串行422通信）、AI/AO适配电路。3.3.1 图像调理电路的设计a) 图像接收调理电路的设计导引头所产生的LVDS图像数据信号是一种低摆幅的差分信号，为合理降低供电电压和逻辑电压摆幅提供了一种有效的解决方案。LVDS制式能够实现信号在差分PCB线对或平衡电缆上以几百Mbps的速率传输，其低压幅值和低电流驱动输出实现了低噪声和低功耗。该传输模式通过合理降低供电电压有效减少了高密度集成电路的功率消耗，同时减少了芯片内部的功耗散热，有助于进一步提高电路系统集成度。由产品发出的图像信号，经过10米左右的长线传输后幅值会变小，信号质量也变得很差，有时甚至不能正确分辨。为此必须采用驱动电路，以保证信号的质量。同时，驱动电路可以把产品的输出信号与图像处理的FPGA芯片隔离开来，保证了FPGA芯片的安全性。图17 LVDS信号驱动电路结构图b) 图像信号发生电路的设计测试设备的自检包括图像通道的自检，这就需要有能够模拟产品的LVDS图像信号的电路，而不能用产品作为设备调试的信号源。因此研制一块LVDS图像信号发生电路板是非常必要的。1） 图像信号发生电路的作用替代导引头产品，给出仿真的满足LVDS标准协议的串行图像信号，加快测试设备的开发，不受导引头产品研发进度的限制；实现测试设备图像采集通道的自检。2） 图像信号发生电路的实现图像信号发生电路将待发送数据进行并/串转换及协议实现后，以特定的速率经LVDS 差分端口发送出去，数据发送的频率由板卡上的晶振决定。FPGA芯片采用ALTERA公司的Cyclone系列芯片EP1C3T144C6，所有的时序逻辑均在FPGA内部实现。FPGA 逻辑设计是本电路的核心控制部分，需要实现整个电路的逻辑控制、接口和数据传输。图18 FPGA内部逻辑框图3.3.2 SPI烧写电路的设计SPI烧写电路主要针对产品中SST25LF080A型Flash设计，向用户提供完善的Flash读写功能。主要完成对存储器板的供电（3.3V），由PXI系统产生所需要的读写时序信号，通过接口板实现光电隔离，然后与存储器板通信，实现数据的烧写和回读。读写过程中，Flash存储器的起始地址和欲读/写的数据块的大小完全可以由用户通过上位机来确定，并在上位机上显示操作的结果。为便于用户修改擦除Flash中存储数据，该烧写电路提供4K、16K以及全片等多种擦除方式。其中前两者可从用户指定地址开始擦除。该烧写电路还提供了多种Flash写保护功能，保证了存储数据的安全。鉴于设备与产品距离较远，该烧写电路采用标准LVDS协议传输信号，减轻线路对信号的干扰，满足恶劣电磁环境下对Flash的读写。SPI烧写电路原理框图如图19所示。图19 SPI烧写电路原理框图3.4 供电系统选型设计3.4.1 技术要求供电单元用于给测试产品供电，指标如下：a) 一路独立035VDC可调线性电源，精度1%，纹波10mV；b) 两路030V VDC可调线性电源，精度1%，电流03A，纹波10mV；c) 具有电源保护及电磁屏蔽功能。3.4.2 选型设计根据技术附件要求，为了保证产品供电电源的品质、可靠性和操控的方便性，可以选用台湾公司生产的可编程直流线性稳压电源PSM6003和PPE-3323，分述如下：a) 固纬电源PSM6003PSM6003是单路输出双范围120W或200W的可编程线性直流电源供应器。过电压、过电流、过综合保护以及On/Off控制可避免PSM电源及负载意外损伤，具有1mV/1mA的高解析度、0.01%的低变动率以及小于350Vrms的涟波和噪声。LCD面板可显示输出和设定参数让操作更方便，储存及呼叫功能和连续测量时的自动步阶都简单清楚地显示在面板上。同时，其内建的自我检测以及校正软件可以减少维修费用，而且通过RS-232C或选购的GPIB界面的SCPI指令和LabVIEW驱动可提供选程控制与ATE开发兼容。PSM系列电源是QA验证和研发这些高精度、高稳定度设备的最佳选择。PSM-6003的主要特点是：1） 单组输出双范围, 最大功率200W；2） 1mV/1mA 解析度；3） 稳定&纯净的电源: 0.01% Load/Line 调整率, 350uVrms涟波；4） 内建100组记忆体, 可任意设定时间及顺序；5） OVP, OCP & OTP ; 输出ON/OFF控制, 提供更安全的设计；6） 内建自我检测以及校正软件；7） 提供前/后输出端子；8） 标准接口：RS-232 ；9） 选购：GPIB (IEEE 488.2)。图20 固纬电源图示PSM-6003具体指标如下：1） 直流输出：0 +30V / 6A、0 +60V / 3.3A；2） 变动率+(输出的%+偏移)：负载变动率 0.01% + 2mV；3） 电源变动率： 0.01% + 2mV；4） 涟波 & 噪声：550uVrms/3mVpp；5） 变动率+(输出的%+ 偏移)：负载变动率 0.01% + 250uA；6） 电源变动率： 0.01% + 250uA；7） 涟波 & 噪声： 2mArms；8） 电压上升时间： 100mS；9） 电压下降时间： 100mS。b) 电源PPE3323PPE-3323是三路输出、207W可编程线性直流电源,过电压和过电流保护可使PPE电源和负载免受意外损坏,符合UL,CSA,IEC安全规范更加提高了安全性能。同时，此机种还拥有高的分辨率10mV/1mA,及RS-232计算机联机的接口。功能丰富的PPE系列是要求高分辨率、多路输出和外部安全保护的高端应用的最佳选择。图21 PPE-3323图示1） 输出电压：0 +32V, 0 -32V, 3.3V/5V 固定；2） 输出电流：0 +3A, 0 -3A, 3A 固定；3） 过电压保护：0 +33V, 0 -33V, OLP；4） 负载调节率电压： 6mV；电流： 3mA；5） 电源调节率 电压： 3mV；电流： 36V )；电流：1mA ( 2mA 额定电流 3.5A )；7） 过电压保护：10mV ( 20mV 额定电压 36V )；8） 设定准确度(25 + 5C) 电压： 36V )；电流： 0.2% + 10mA过电压保护 2% + 0.6V；3.4.3 供电电源监测电路的设计电源调理电路包括电源的通断控制和电源的电压、电流测量。电源电压、电流的测量见原理图。电源通断通过继电器由多功能卡上的IO线控