某型导弹飞控系统遥测信息接收装置设计

摘要：根据某型导弹飞控系统遥测信息的测试要求，该遥测信息接收装置设计采用全时段、全数据接收的原则。数字遥测信息接收单元以单片机为核心，提高了测试板对数据的自主处理能力；模拟遥测信息接收单元通过信号隔离，减少了设备对产品的影响，高速A／D采集保证了信号测试精度；大容量FIFO实现了数据全时段接收，图谱分析使数据分析及故障甄别更简易准确。
关键词：遥测信息；接收装置；单片机；FIFO

    飞控组件是一个信息共享的计算机控制系统，可以完成导弹的自检、导航、稳定、目标运动参数估计、导弹制导、引战配合和全弹工作时序控制等诸多功能。整个工作过程飞控组件将自身工作状态的信息发送遥测装置，遥测信息包含数字信息和模拟信息。在地面测试及仿真试验中通过遥测接收装置全程接收、处理飞控组件遥测信息，可以判别飞控组件软硬件工作状态，接收到的信息存储到存储器中，PC机调用信息进行判读，并可对测量信息处理后形成图谱，便于故障诊断。遥测信息接收装置设计的原则要求有扩展性和高可靠性。

1 遥测信息协议
1．1 数字遥测信息协议
    数字遥测信号每个信息字24位，包括8位地址，低8位数据和高8位数据。在两条伴随信号C1、C2和写遥测Svnc的作用下，对每个字分时按相应的字节并行接收，32个字为1帧，交换周期48 ms，如图1所示。整个发送过程是飞控系统在计算机控制下自动完成的。

1．2 模拟遥测信号协议
    模拟遥测信号共32路，信号频率最大10 kHz，信号幅值±30 V。

2 接收装置设计
2．1 数字信息接收单元
    数字遥测信息接收单元完成数据接收、格式转换和与PC机间的数据交换等，并可将发送和接收构成回路进行自检，由单片机、PCI接口逻辑、双端口存储器、FLASH、接收发送逻辑、接收隔离及发送驱动组成，如图2所示。接收单元以单片机为核心，由单片机控制数据的发送和接收，同时将接收的大量数据保存在FLASH中，接收完毕再将数据从FLASH中取出传给PC机，单片机和主控机的通讯采用双口RAM实现。

2．1．1 PCI接口逻辑
    PCI接口逻辑用于实现接收器与系统CPU之间的通讯，它可让系统CPU可直接访问双口存储器，还可和ARM微处理器相互发送中断请求信号，采用PCI接口芯片PCI9052实现。
2．1．2 双口存储器
    双口存储器用作数据缓存，实现微处理器和系统CPU间的数据交换。可以选择先入先入先出储存器(FIFO)或双口RAM，为了便于作复杂的收发控制，选用双口RAM芯片8 k×16的CY7C025实现。
2．1．3 单片机
    ARM微控制器(MCU)做嵌入式计算，是扩展模块的智能计算核心，用来控制数据的发送和接收相应的计算处理，并将结果存入数据存储器中，通知系统CPU读取，从而减少CPU的参与，使用LPC2214实现。
2．1．4 FLASH存储器
    由于双口存储器的容量有限，必须采用大容量存储器储存所接收的大量遥测数据，选用K9F4G08U0A芯片提供2 Gbit的存储空间，对数据的读写以页为单位，速度远快于以位为单位读写的传统硬盘。
2．1．5 接收和发送逻辑
    接收信息以中断方式或软件查询的方式进行，是在C1、C2和Sync信号到来时接收1个完整的数据，数据中包含了地址、数据高位和数据低位。
    数据发送在一个时序状态机的控制下完成，计算机将地址、数据高字节、数据低字节一次写入接口板，接口板在内部时序状态机控制下按规定的时序完成数据的发送。发送过程不允许计算机写入新数据。数据发送完成后，内部控制逻辑改变发送接口的状态，以供计算机查询。发送逻辑涉及大量时序电路及需要存储FIFO。发送和接收逻辑选用具有12万门逻辑资源的新一代FPGA产品EP1C6Q240。
2．1．6 外围电路
    发送驱动的作用是将发送逻辑提供的信号转换为可经长线驱动光隔的大电流信号，采用总线驱动器来驱动。接收隔离采用光电隔离器实现。
2．1．7 接收装置的自检
    通过外界专用连接电缆将字节多路通道数据的发送通道与字节多路通道数据的接收通道连接到一起，将接收到的数据与发送的数据进行对比来进行字节多路通道的自检。
2．1．8 工作流程
    数据被接收隔离后存储在在FIFO中，并按照到达时间先后顺序存放。ARM程序的数据接收分支将数据从FIFO中取出并解析其地址，然后将数据放置在RAM接收缓冲区的对应地址处。同时此数据将被完整的存储在Flash中，并保持与FIFO中的格式也即接收到的原始格式一致。已经接收到的数据地址将被标记，当被标记过的地址再次出现时，程序认为已经完成了一桢数据的接收，程序切换接收缓冲区，清除所有已接收地址的标记，并置原缓冲的数据接收完成标志，此时PC可以从RAM缓冲区中读取按址存放的一桢完整数据。
2．2 模拟信息接收单元
    模拟信息接收单元采集飞控系统输出的多路模拟信号，由信号调理单元和AD转换单元组成，如图3所示。信号调理单元对输入信号进行滤波、隔离及进行输入量程的调整，AD转换单元实现模拟量到数字量的转换，供PC机采集处理。

    跟随器为1：1的运算放大器，作用是提高信号调理电路输入阻抗，减少输入信号失真，降低其他并行测试单元对模拟信号的影响。分压的作用是将±30 V的输入电压转换为后续模拟电路能够处理的模拟电压范围，因为隔离电路无法处理±30 V电压。隔离电路保证测试单元不能与被测产品共地，消除设备对产品信号的影响，采用1：1的隔离运放解决测试设备与被测产品的连接问题。低通滤波是采用运放及电阻电容，去除经过隔离运放后的模拟信号中的纹波。由于隔离运放在使用时，两端会有一定的偏置电压误差，所以用运放构成加法器对这个偏执进行偏置调节。
    A／D转换采集选用ADLINK公司的多功能DAQ卡PCI9223，具有16位、32通道、500 kS／s采样率，输入阻抗大于1 GΩ，有1 k采样点输入FIFO缓存，能满足模拟信息的采集要求。

3 数据处理
    PC机通过PCI总线按帧读取接收到的数字遥测信息和模拟遥测信息，将整个测试时段的信息组合成独立的文件，并将信息全部存储到PC机硬盘上。通过数据分析软件解析数据，并图谱显示全时段信息，依据图谱可快速准备的判别产品的工作状态及故障发生点。

4 结束语
    该遥测信息接收装置设计采用全时段、全数据接收的思想，数字遥测信息接收单元以单片机为核心，提高了测试板对数据的自主处理能力；模拟遥测信息接收单元通过信号隔离，最大程度减少了设备对产品的影响，使用高速A／D采集保证了信号测试精度；全时段数据接收及图谱分析使数据分析及故障甄别更简易准确。通过安装调试及大量的实验表面，该遥测信号接收装置工作可靠满足导弹飞控系统测试要求。