王玉剛，王恆新，陳曄，董緒華，王莉
（海軍航空工學院青島校區航空軍械火控系，山東青島266041）
摘要：採用LabVIEW仿真技術，通過數據採集卡採集某型航箭發射器的脈衝信號，信號經過巴特沃斯濾波處理後，來實現模擬真實脈衝電流信號。通過採用不同的脈衝分配方案，實現了3種不同發射方案。該虛擬檢測儀具有參數調節方便，精確度較高，容易升級等特點，通過進一步改進可以推廣應用於各種設備的檢測。
關鍵詞 ：LabVIEW；脈衝信號；航箭發射器；檢測儀
中圖分類號：TN707?34 文獻標識碼：A 文章編號：1004?373X（2015）20?0081?03
Design of LabVIEW?based detector for aerial rocket launcherWANG Yugang，WANG Hengxin，CHEN Ye，DONG Xuhua，WANG Li
（Department of Aviation Armament Fire Control，Qingdao Branch of Naval Aeronautical Engineering Institute，Qingdao 266041，China）
Abstract：The pulse signal of a certain type aerial rocket launcher is collected by means of data acquisition card and Lab?VIEW simulation technology，which is processed by Butterworth filtering to simulate the real pulse current signal. Differentpulse allocation schemes are adopted to realize three different launch projects. This virtual detector has the characteristics of con?venient parameters adjustment，high precision and easy update. This detector can be widely applied to detecting various devicesafter further improvement.
Keywords：LabVIEW；pulse signal；aerial rocket launcher；detector
0 引言
LabVIEW 是一種業界領先的工業標準圖形化編程工具，主要用於開發測試、測量與控制系統。它是專門為工程師和科學家而設計的直觀圖形化程式語言，將軟體和各種不同的測量儀器硬體及計算機集成在一起，建立虛擬儀器系統，以形成用戶自定義的解決方案。
LabVIEW 是一種用圖標代替文本行創建應用程式的圖形化程式語言。它與Visual C++，Visual Basic，Lab?Windows/CVI 等程式語言不同，LabVIEW 用圖標、連線和框圖代替傳統的程序代碼，是一種面向科學家、工程師的程式語言。G語言是LabVIEW的核心，它最佳地實現了模塊化編程思想。用戶可以將一個複雜的應用程式分解為一系列簡單的子任務，為每一個子任務建立一個VI（Virtual Instruments），然後把這些VI 組合在一起完成最終的應用程式。每個子VI都可以單獨執行、調試，提高程序開發的效率，便於以後升級和維護。而且，它具備很強的信號處理能力，內嵌豐富的實用函數庫，設計人員可以根據信號處理的不同需要，方便靈活地選用各種函數庫來組建測試系統。本文擬通過運用虛擬儀器程式語言實現某型航箭發射檢測儀的設計。
1 某型航箭發射器簡介
航箭發射器是目前我國各型戰鬥機所裝備的主要作戰武器之一，它的性能直接影響到戰鬥機的戰鬥能力。火箭發射器是用來發射航空火箭彈的專業軍械裝置，在發射前需裝填好火箭彈，在發射時給予航空火箭彈一定的初始方向，使火箭彈完成擊發目標的任務。航箭一般由戰鬥部、引信、發動機和穩定裝置等部分組成，其中發動機是火箭彈飛行的動力裝置。航箭發射器是用來裝填和發射航箭的，並在發射時給予航箭一定的初始方向。航箭發射器電路是用來向航箭輸送脈衝電流的，對此航箭發射器有嚴格而具體的電流輸入要求，航箭發射器內設有電纜，其一端用插頭與懸掛梁連接，用來引入機上電流；另一端與後結合原盤的各插銷座相連，從而提供符合要求的輸入電流。航箭發射控制系統用來控制航箭按不同方案進行發射。它主要由電磁繼電器控制裝置、零位信號燈、航箭發射控制電路組成。電磁繼電器控制裝置用來產生脈衝電流，並且按一定時間間隔將脈衝電流分配給航箭點火器，使航箭按脈衝的程序依次發射。發射航箭時，必須使相鄰航箭出關口的時間有一定間隔，否則，由於尾翼同時張開，必將造成航箭尾翼相互碰撞，影響航箭的命中率。因此必須將飛機上的直流電變成脈衝電流，控制航箭的發射。
2 航箭發射檢測儀的設計
2.1 航箭發射方案
以某型航箭發射器為例，由18個發射管，內裝18枚火箭彈。各發射管有惟一的確定編號，以對應相應的火箭彈，圖1為航箭發射管編號。航箭發射控制系統用來控制航箭按不同方案進行發射。火箭發射器中的電磁繼電器控制裝置用來產生脈衝電流，並且按一定時間間隔將脈衝電流分配給航空火箭點火器，使火箭彈按脈衝的程序依次發射。
2.2 檢測儀設計方案
為了能實時採集飛機上的航箭發射器的各電信號，本檢測儀在設計過程中採用NI 公司生產的PCI? 6229數據採集卡，具有板卡自帶的硬體時鐘定時，在運行過程中不受計算機作業系統多任務運行時的影響，穩定性好。同時該採集卡共有48 路DIO 通道，時序脈衝輸出路數擴充方便；可實現多路時序脈衝信號發生器，其延時和脈寬調節精度可以穩定地達到微秒數量級。經數據採集卡採集到的航箭發射器信號，經過濾波處理後，通過脈衝分配電路對各脈衝進行分配，對於有18 個發射管的某型航箭發射器來說，脈衝的分配方案包括3種，分別是一次送2個脈衝、一次送4個脈衝和按自動分配脈衝的方法來實現。圖2 為航箭發射器檢測儀檢測設計流程圖。
3 航箭發射檢測儀的軟體實現
3.1 虛擬信號濾波處理
火箭發射器中的火箭發動機所產生的初始脈衝衝擊波和強噪聲往往對脈衝信號產生干擾，使得火箭發射脈衝信號在傳輸過程中混入噪聲，尤其是高頻噪聲，噪聲的能量甚至會超過信號能量，嚴重影響火箭彈接收到的脈衝信號的質量。因此接收端在收到信號後，通常首先要進行低通濾波，然後才能對信號做進一步處理。本文將虛擬脈衝信號疊加高斯白噪聲，作為真實世界中產生的脈衝信號。該信號經過濾波後作為真實世界的脈衝信號。本程序採用巴特沃斯濾波器，該濾波器擁有最平滑的頻率響應，在截斷頻率以外，頻率響應單調下降。在通帶中是理想的單位響應，在阻帶中響應為零，過渡帶的陡峭成度與濾波器的階數成正比，所以通過提高階數可以明顯地提高濾波效果。並且可以選擇低通濾波、高通濾波、帶通濾波或者帶阻濾波，用戶可以根據自己的濾波要求選擇合適的濾波模式。圖3為巴特沃斯濾波器濾波前後信號對比圖。
濾波設置：巴特沃斯低通濾波器的低截止頻率大於10 Hz，這裡選擇15 Hz。自選信號經過濾波器後的輸出信號如圖3所示，圖3給出了濾波前的虛擬脈衝信號疊加高斯白噪聲的信號，以及濾波後的虛擬脈衝信號，得到加噪聲之前的正弦信號，達到了預期的濾波效果。從圖中可看到，噪聲信號已經基本被濾除掉，濾波後的信號能滿足虛擬脈衝方波信號的要求。
3.2 脈衝分配的軟體實現
將濾波處理後脈衝按選擇的發射方案之一進行脈衝的判斷和分配，從而實現火箭發射方案的選擇。首先定義數組[1 2 14 3 15 4 16 5 17 6 18 7 8 910 11 12 13]來代表18枚火箭彈及相應的發射管。定義3種發射方案，第1種為FIR，表示1次送「2」個脈衝；第2種為AUT，表示「自動」；第3種為THR，表示1次送「4」個脈衝。圖4為脈衝分配的具體方案流程圖。
通過LabVIEW軟體進行編程，按定義的3種不同發射方案，將送來的脈衝依次送到相應的火箭發射器，從而完成火箭彈的擊發。
4 結語
基於LabVIEW 軟體可以方便地實現某型航箭發射檢測儀的設計，與傳統基於硬體設計的檢測儀相比，檢測儀具有介面友好、調節方便等優點。通過調整不同的發射方案、脈衝延時和脈寬，可模擬實現不同類型航箭發射器檢測儀的設計，選用不同功能的數據採集卡，還可以實現更複雜的控制場合。可推廣應用於教學和實驗，滿足實時仿真任務的需求。
圖5 脈衝分配方案程序框圖
參考文獻
[1] 楊樂平，李海濤，趙勇，等.LabVIEW高級程序設計[M].北京：清華大學出版社，2003.
[2] 雷振山.LabVIEW 高級編程與虛擬儀器工程應用[M].北京：中國鐵道出版社，2009.
[3] 李文斌，張建宇.LabVIEW和Matlab混合編程在齒輪箱故障診斷系統中的應用[J].機械設計與製造，2011（4）：71?74.
[4] 周兵，江加和.基於LabWindows?CVI的虛擬測試平台研究與開發[J].國外電子測量技術，2007，26（11）：30?32.
[5] 曾振華，張德軍，朱歡，等.某機載火箭武器模擬器的設計[J].機電產品開發與創新，2012（1）：11?13.
[6] 李仲偉，張德寶，袁東升，等.基於LabVIEW的軍械裝備傳輸電纜故障檢測系統設計與實現[J].移動電源與車輛，2010（4）：23?26.
[7] 謝冰，陳昌鑫，鄭賓.基於LabVIEW 的數據採集與信號處理系統設計[J].現代電子技術，2011，34（14）：173?175.
作者簡介：王玉剛（1978—），男，山東聊城人，講師，碩士。研究方向為虛擬技術檢測。
（海軍航空工學院青島校區航空軍械火控系，山東青島266041）
摘要：採用LabVIEW仿真技術，通過數據採集卡採集某型航箭發射器的脈衝信號，信號經過巴特沃斯濾波處理後，來實現模擬真實脈衝電流信號。通過採用不同的脈衝分配方案，實現了3種不同發射方案。該虛擬檢測儀具有參數調節方便，精確度較高，容易升級等特點，通過進一步改進可以推廣應用於各種設備的檢測。
關鍵詞 ：LabVIEW；脈衝信號；航箭發射器；檢測儀
中圖分類號：TN707?34 文獻標識碼：A 文章編號：1004?373X（2015）20?0081?03
Design of LabVIEW?based detector for aerial rocket launcherWANG Yugang，WANG Hengxin，CHEN Ye，DONG Xuhua，WANG Li
（Department of Aviation Armament Fire Control，Qingdao Branch of Naval Aeronautical Engineering Institute，Qingdao 266041，China）
Abstract：The pulse signal of a certain type aerial rocket launcher is collected by means of data acquisition card and Lab?VIEW simulation technology，which is processed by Butterworth filtering to simulate the real pulse current signal. Differentpulse allocation schemes are adopted to realize three different launch projects. This virtual detector has the characteristics of con?venient parameters adjustment，high precision and easy update. This detector can be widely applied to detecting various devicesafter further improvement.
Keywords：LabVIEW；pulse signal；aerial rocket launcher；detector
0 引言
LabVIEW 是一種業界領先的工業標準圖形化編程工具，主要用於開發測試、測量與控制系統。它是專門為工程師和科學家而設計的直觀圖形化程式語言，將軟體和各種不同的測量儀器硬體及計算機集成在一起，建立虛擬儀器系統，以形成用戶自定義的解決方案。
LabVIEW 是一種用圖標代替文本行創建應用程式的圖形化程式語言。它與Visual C++，Visual Basic，Lab?Windows/CVI 等程式語言不同，LabVIEW 用圖標、連線和框圖代替傳統的程序代碼，是一種面向科學家、工程師的程式語言。G語言是LabVIEW的核心，它最佳地實現了模塊化編程思想。用戶可以將一個複雜的應用程式分解為一系列簡單的子任務，為每一個子任務建立一個VI（Virtual Instruments），然後把這些VI 組合在一起完成最終的應用程式。每個子VI都可以單獨執行、調試，提高程序開發的效率，便於以後升級和維護。而且，它具備很強的信號處理能力，內嵌豐富的實用函數庫，設計人員可以根據信號處理的不同需要，方便靈活地選用各種函數庫來組建測試系統。本文擬通過運用虛擬儀器程式語言實現某型航箭發射檢測儀的設計。
1 某型航箭發射器簡介
航箭發射器是目前我國各型戰鬥機所裝備的主要作戰武器之一，它的性能直接影響到戰鬥機的戰鬥能力。火箭發射器是用來發射航空火箭彈的專業軍械裝置，在發射前需裝填好火箭彈，在發射時給予航空火箭彈一定的初始方向，使火箭彈完成擊發目標的任務。航箭一般由戰鬥部、引信、發動機和穩定裝置等部分組成，其中發動機是火箭彈飛行的動力裝置。航箭發射器是用來裝填和發射航箭的，並在發射時給予航箭一定的初始方向。航箭發射器電路是用來向航箭輸送脈衝電流的，對此航箭發射器有嚴格而具體的電流輸入要求，航箭發射器內設有電纜，其一端用插頭與懸掛梁連接，用來引入機上電流；另一端與後結合原盤的各插銷座相連，從而提供符合要求的輸入電流。航箭發射控制系統用來控制航箭按不同方案進行發射。它主要由電磁繼電器控制裝置、零位信號燈、航箭發射控制電路組成。電磁繼電器控制裝置用來產生脈衝電流，並且按一定時間間隔將脈衝電流分配給航箭點火器，使航箭按脈衝的程序依次發射。發射航箭時，必須使相鄰航箭出關口的時間有一定間隔，否則，由於尾翼同時張開，必將造成航箭尾翼相互碰撞，影響航箭的命中率。因此必須將飛機上的直流電變成脈衝電流，控制航箭的發射。
2 航箭發射檢測儀的設計
2.1 航箭發射方案
以某型航箭發射器為例，由18個發射管，內裝18枚火箭彈。各發射管有惟一的確定編號，以對應相應的火箭彈，圖1為航箭發射管編號。航箭發射控制系統用來控制航箭按不同方案進行發射。火箭發射器中的電磁繼電器控制裝置用來產生脈衝電流，並且按一定時間間隔將脈衝電流分配給航空火箭點火器，使火箭彈按脈衝的程序依次發射。
2.2 檢測儀設計方案
為了能實時採集飛機上的航箭發射器的各電信號，本檢測儀在設計過程中採用NI 公司生產的PCI? 6229數據採集卡，具有板卡自帶的硬體時鐘定時，在運行過程中不受計算機作業系統多任務運行時的影響，穩定性好。同時該採集卡共有48 路DIO 通道，時序脈衝輸出路數擴充方便；可實現多路時序脈衝信號發生器，其延時和脈寬調節精度可以穩定地達到微秒數量級。經數據採集卡採集到的航箭發射器信號，經過濾波處理後，通過脈衝分配電路對各脈衝進行分配，對於有18 個發射管的某型航箭發射器來說，脈衝的分配方案包括3種，分別是一次送2個脈衝、一次送4個脈衝和按自動分配脈衝的方法來實現。圖2 為航箭發射器檢測儀檢測設計流程圖。
3 航箭發射檢測儀的軟體實現
3.1 虛擬信號濾波處理
火箭發射器中的火箭發動機所產生的初始脈衝衝擊波和強噪聲往往對脈衝信號產生干擾，使得火箭發射脈衝信號在傳輸過程中混入噪聲，尤其是高頻噪聲，噪聲的能量甚至會超過信號能量，嚴重影響火箭彈接收到的脈衝信號的質量。因此接收端在收到信號後，通常首先要進行低通濾波，然後才能對信號做進一步處理。本文將虛擬脈衝信號疊加高斯白噪聲，作為真實世界中產生的脈衝信號。該信號經過濾波後作為真實世界的脈衝信號。本程序採用巴特沃斯濾波器，該濾波器擁有最平滑的頻率響應，在截斷頻率以外，頻率響應單調下降。在通帶中是理想的單位響應，在阻帶中響應為零，過渡帶的陡峭成度與濾波器的階數成正比，所以通過提高階數可以明顯地提高濾波效果。並且可以選擇低通濾波、高通濾波、帶通濾波或者帶阻濾波，用戶可以根據自己的濾波要求選擇合適的濾波模式。圖3為巴特沃斯濾波器濾波前後信號對比圖。
濾波設置：巴特沃斯低通濾波器的低截止頻率大於10 Hz，這裡選擇15 Hz。自選信號經過濾波器後的輸出信號如圖3所示，圖3給出了濾波前的虛擬脈衝信號疊加高斯白噪聲的信號，以及濾波後的虛擬脈衝信號，得到加噪聲之前的正弦信號，達到了預期的濾波效果。從圖中可看到，噪聲信號已經基本被濾除掉，濾波後的信號能滿足虛擬脈衝方波信號的要求。
3.2 脈衝分配的軟體實現
將濾波處理後脈衝按選擇的發射方案之一進行脈衝的判斷和分配，從而實現火箭發射方案的選擇。首先定義數組[1 2 14 3 15 4 16 5 17 6 18 7 8 910 11 12 13]來代表18枚火箭彈及相應的發射管。定義3種發射方案，第1種為FIR，表示1次送「2」個脈衝；第2種為AUT，表示「自動」；第3種為THR，表示1次送「4」個脈衝。圖4為脈衝分配的具體方案流程圖。
通過LabVIEW軟體進行編程，按定義的3種不同發射方案，將送來的脈衝依次送到相應的火箭發射器，從而完成火箭彈的擊發。
4 結語
基於LabVIEW 軟體可以方便地實現某型航箭發射檢測儀的設計，與傳統基於硬體設計的檢測儀相比，檢測儀具有介面友好、調節方便等優點。通過調整不同的發射方案、脈衝延時和脈寬，可模擬實現不同類型航箭發射器檢測儀的設計，選用不同功能的數據採集卡，還可以實現更複雜的控制場合。可推廣應用於教學和實驗，滿足實時仿真任務的需求。
圖5 脈衝分配方案程序框圖
參考文獻
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[7] 謝冰，陳昌鑫，鄭賓.基於LabVIEW 的數據採集與信號處理系統設計[J].現代電子技術，2011，34（14）：173?175.
作者簡介：王玉剛（1978—），男，山東聊城人，講師，碩士。研究方向為虛擬技術檢測。
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