一种基于以太网的分布式惯性平台测试系统

摘要

一种基于以太网的分布式惯性平台测试系统，包括测试系统前端、以太网总线和测试系统后端。测试系统前端为服务器端，用于接收并处理用户操作指令、与测试系统后端进行消息交互、显示存储测试信息、完成实时诊断及决策处理、实现测试任务的智能调度；测试系统后端为客户端，后端与待测惯性平台直接连接，负责惯性平台测试信息交互、计算机硬盘状态监测、声光报警装置控制、电源控制及通讯管理、模拟外部惯性导航系统发送惯导数据、模拟外部光学瞄准系统发送光瞄准直信号；测试系统前端和后端通过以太网总线实现信息交互。本发明可组建网络化惯性平台测试系统，通过测试系统前端搭配多个分布式后端的方式，实现多套惯性平台系统的在线测试。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于以太网的分布式惯性平台测试系统，属于惯性平台测试系统领域。

背景技术

随着惯性技术的不断发展，惯性平台产品迭代更新速度日益加快，生产及用户使用现场经常出现多种谱型惯性平台同时进行测试的情况。由于不同型惯性平台对外测试接口及对测试系统硬件资源的要求各有差异；且随着惯性平台数字化水平的提高，对测试计算机快速通信能力、数据批量处理能力、流程智能控制及故障自诊断能力等均提出了较高的要求，这些功能占用的计算机资源越来越大。因此，目前广泛采用的基于单台惯性平台测试系统，远不能满足多型号惯性平台兼容测试及同时在线测试的需求。另一方面，惯性平台实际使用过程中需与外系统进行信息交互，在惯性平台测试阶段需要完成与该外部系统接口相关的全面测试工作，而实际惯性平台测试系统中外系统等效部分仍存在空白，惯性平台测试覆盖性存在一定的风险。目前，还没有将外系统等效功能、基于前端后端模式的分布式多型惯性平台兼容在线测试功能、总线智能管理、测试流程智能控制及故障自诊断等功能融合在一起的惯性平台测试系统及其实现方法。

目前，在惯性平台系统测试领域，还没有相关技术方法实现。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，本发明提出了一种基于以太网总线的分布式惯性平台测试系统。能够模拟外部惯导系统及光学瞄准系统与惯性平台系统进行信息交互，实时惯性平台对外接口的100％测试覆盖要求。另外惯性平台测试系统能够实现多套、多型惯性平台系统的分布式在线测试，大大提高了惯性平台的测试效率。

本发明的技术解决方案：

一种基于以太网的分布式惯性平台测试系统，包括：测试系统前端、以太网总线和多个测试系统后端，测试系统后端通过以太网与测试系统前端进行信息交互，且每个测试系统后端对应一个待测惯性平台；

测试系统前端为服务器端，用于接收并处理用户操作指令、与测试系统后端进行消息交互、显示和存储测试信息、完成测试信息的实时诊断及决策处理、实现测试任务调度；

测试系统后端为客户端，与待测惯性平台直接连接，用于惯性平台测试信息交互、计算机硬盘状态监测、声光报警装置控制、电源控制及通讯状态管理、模拟外部惯性导航系统发送惯导数据、模拟外部光学瞄准系统发送光瞄准直信号。

进一步的，所述的测试系统前端包括前端初始化模块、前端总线消息管理模块、人机界面操作模块、消息解析处理模块、任务智能调度模块、平台参数管理模块、界面显示模块、信息存储模块、实时诊断及决策处理模块；

前端初始化模块完成人机交互界面、TCP服务器端的初始化以及数据存储文件的创建，初始化完成后即可与测试系统后端建立连接；

前端总线消息管理模块完成发送消息队列和接收消息队列的管理，测试系统前端通过前端总线消息管理模块与后端通信，前端总线消息管理模块实时巡检发送消息队列，当检测有待发送消息时，则通过以太网将数据发送至测试系统后端，同时实时巡检消息接收队列，当检测到接收消息队列中有未处理消息时，将接收到的消息发送至消息解析处理模块；

人机界面操作模块实现接收用户操作指令或输入信息，并压入发送消息队列，通过前端总线消息管理模块控制测试系统后端完成相应的操作；

消息解析处理模块完成测试信息的解析处理，处理后的信息通过界面显示模块进行显示，通过信息存储模块进行存储，通过实时诊断及决策处理模块完成故障实时诊断，当检测到测试信息异常时，生成声光报警消息和决策处理消息，并压入发送消息队列；

任务智能调度模块采用有限状态机实现，通过消息解析处理模块获取待测惯性平台工作状态，根据待测惯性平台工作状态或任务执行时间完成任务状态转移，保证测试序列有序运行实现任务的智能调度；

平台参数管理模块实现待测惯性平台诸元参数的发送和接收，诸元参数发送通过将参数信息压入发送消息队列实现，接收完的诸元参数通过消息解析处理模块发送至平台参数管理模块。

进一步的，所述的测试系统后端包括后端初始化模块、后端总线消息管理模块、电源控制及通讯管理模块、声光报警模块、外部惯导系统等效模块、外部瞄准系统等效模块和测试信息交互模块；

后端初始化模块完成硬件驱动的初始化、TCP客户端的初始化，初始化完成后进行TCP连接至服务器端，即测试系统前端；

后端总线消息管理模块完成发送消息队列和接收消息队列的管理，测试系统后端通过总线消息管理模块与测试系统前端通信；

电源控制及通讯管理模块根据后端总线消息管理模块的消息通过SCPI控制指令完成直流稳压电源的程序控制及数据读取；

测试系统前端监测到测试信息异常时发送报警控制指令，后端总线消息管理模块接收到该报警控制指令后，发送声光报警指令至声光报警模块，实现故障报警提示；

外部惯导系统等效模块根据前端发送的指令发送速度及姿态测试数据至待测惯性平台；

外部瞄准系统等效模块根据前端发送的指令输出准直控制信号及准直好脉冲信号，实现待测惯性平台的光学瞄准接口测试；

测试信息交互模块用于采集待测惯性平台的输出信息，并发送至后端总线消息管理模块，通过后端消息管理模块将数据上报至测试系统前端，后端消息管理模块接收到测试系统前端的控制指令后，通过测试信息交互模块发送至惯性平台，控制惯性平台完成相应的操作。

进一步的，后端总线消息管理模块与电源控制及通讯管理模块之间通过以太网实现数据交互，后端总线消息管理模块作为客户端，电源控制及通讯管理模块作为服务器端，电源控制及通讯管理模块设置通讯链路自监测功能，当监测到通讯链路中断时自动尝试重新连接；所述通讯链路是指后端总线消息管理模块与电源控制及通讯管理模块之间的链路。

进一步的，测试系统前端根据测试系统后端网络地址及回读得到的待测惯性平台型号和编号信息完成客户端套接字的编码管理，测试系统前端通过不同的套接字实现与相应测试系统后端设备及待测惯性平台的信息交互，通过测试系统前端搭配多个分布式测试系统后端的方式，实现多套惯性平台系统的在线测试。

进一步的，实时诊断及决策处理模块进行故障实时诊断，具体为：

故障诊断及决策处理模块设置连续故障计数值，该计数值初始值为0，当实时诊断及决策处理模块接收到的测试数据帧校验不通过时，当前帧测试数据不参与后续的故障诊断，继续接收下一帧测试数据；当测试数据校验通过后，对该帧数据参数进行合格性判读，若数据均合格则继续接收下一帧测试数据，若数据存在不合格项，则需判断不合格项是否为关键参数，若关键参数不合格，则直接决策执行保护处理措施，若不合格项非关键参数，则需将连续故障计数值加1，然后判断连续故障计数值是否大于5，若连续计数值大于5，则发送声光报警指令至总线消息管理模块，若连续故障计数值小于5则继续接收下一帧数据；对于关键参数故障，直接发送控制指令至总线消息管理模块，实现控制回路和电源的断开操作。

进一步的，平台参数管理模块实现待测惯性平台诸元参数的发送和接收，具体为：

平台参数管理模块完成惯性平台诸元参数的发送和接收管理，平台诸元参数包括惯性仪表工具误差、仪表安装误差和仪表温度系数，平台参数管理模块包含手动参数烧写、自动参数烧写、参数下载管理三部分功能；

手动参数烧写实现流程为：读取本地参数文件、将参数文件中数据显示、完成数据的量纲转换、将上传数据和参数烧写指令发送至前端总线消息管理模块，测试系统后端接收到参数烧写消息后，通过惯性平台实现诸元参数的固化；

参数自动烧写实现流程为：将参数自动烧写指令发送至前端总线管理模块即可，测试系统后端接收到自动烧写指令后控制惯性平台实现平台诸元参数的自动更新固化，固化方式为惯性平台将平台内部数据Flash区内的数据读出，并进行统计运算，将统计结果固化到参数Flash区内；

参数下载管理包括诸元参数的回读、校验及合格性判读，自动实现平台参数的显示及保存，参数下载管理流程为：首先清空平台参数显示界面、通过测试系统前端发送参数回读消息、接收测试系统后端上传的平台诸元参数，对参数进行合格性判读、测试系统前端对参数进行解析量纲转换和平台参数界面显示、创建参数文件保存平台诸元参数。

进一步的，外部惯导系统等效模块根据前端发送的指令发送速度及姿态测试数据至待测惯性平台，具体为：

测试系统后端接收到前端发送的外部惯导控制指令后，控制外部惯导系统等效模块以在线生成或读取文本的方式将惯导数据发送至待测惯性平台，从而实现惯性平台外部惯导接口功能的测试。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明方法搭建的惯性平台测试系统能够实现惯性平台系统的分布式测试，完成多型、多套惯性平台系统的同时在线测试，实现了测试系统资源的统一，有效降低研制资源的投入。

(2)本测试系统能够完成与惯性平台系统有信息交互的外部系统等效功能，能通过一套测试系统完成惯性平台系统所有接口的测试，实现惯性平台系统对外接口的100％覆盖。

(3)惯性平台测试流程具有很强的通用性，能够自动实现平台测试流程的智能控制，并能够根据测试系统后端网络地址实现不同测试流程的分别控制，有效减少测试过程对人员数量的需求，大大提高了测试效率。

(4)本发明中测试系统全部外设均通过程序控制实现，并对通讯链路进行实时监测，通讯链路异常时能够自动进行重连，提升了测试系统通讯的强壮性。

(5)本发明中测试系统能够实现计算机硬盘状态的实时监测，测试数据文件以二进制源码方式保存，关键测试结果以文本文件的方式保存，有效节省数据存储空间，测试系统支持数据回放功能。

附图说明

图1为本发明的结构组成框图；

图2为本发明的测试系统前端组成图；

图3为本发明的测试系统后端组成图；

图4为本发明的实时诊断及决策处理流程图；

图5为本发明的平台参数管理实现流程图；

图6为本发明的前端软件界面及切换逻辑图；

图7为本发明的外部惯导等效模块实现流程图；

图8为本发明的光学瞄准系统等效模块实现图；

图9为本发明的测试系统工作流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提出的一种基于以太网的分布式惯性平台测试系统包括测试系统前端、以太网总线和多个测试系统后端，测试系统后端通过以太网与测试系统前端进行信息交互，且每个测试系统后端对应一个待测惯性平台。

测试系统前端为服务器端，用于接收并处理用户操作指令、与测试系统后端进行消息交互、显示和存储测试信息、完成测试信息的实时诊断及决策处理、实现测试任务调度；

测试系统后端为客户端，与待测惯性平台直接连接，用于惯性平台测试信息交互、计算机硬盘状态监测、声光报警装置控制、电源控制及通讯状态管理、模拟外部惯性导航系统发送惯导数据、模拟外部光学瞄准系统发送光瞄准直信号。

惯性平台系统测试过程中需要前、后端协调配合，前端将接收到的用户操作指令按照约定的格式通过以太网总线下发至后端，后端接收到数据后完成消息解析，根据消息类型控制相应的硬件模块完成指定操作，并将采集到的测试数据周期性上报至前端，前端接收到上报消息后，可完成消息的解析、识别和分发，通过相应数据处理模块完成数据的处理、显示、存储和故障诊断等操作。

如图2所示，所述的测试系统前端包括前端初始化模块、前端总线消息管理模块、人机界面操作模块、消息解析处理模块、任务智能调度模块、平台参数管理模块、界面显示模块、信息存储模块、实时诊断及决策处理模块；

前端初始化模块完成人机交互界面、TCP服务器端的初始化以及数据存储文件的创建，初始化完成后即可与测试系统后端建立连接；

前端总线消息管理模块完成发送消息队列和接收消息队列的管理，测试系统前端通过前端总线消息管理模块与后端通信，前端总线消息管理模块实时巡检发送消息队列，当检测有待发送消息时，则通过以太网将数据发送至测试系统后端，同时实时巡检消息接收队列，当检测到接收消息队列中有未处理消息时，将接收到的消息发送至消息解析处理模块；

人机界面操作模块实现接收用户操作指令或输入信息，并压入发送消息队列，通过前端总线消息管理模块控制测试系统后端完成相应的操作；

消息解析处理模块完成测试信息的校验和解析处理，处理后的信息通过界面显示模块进行显示，通过信息存储模块进行存储，通过实时诊断及决策处理模块完成故障实时诊断，当检测到测试信息异常时，生成声光报警消息和决策处理消息，并压入发送消息队列；

任务智能调度模块采用有限状态机实现，通过消息解析处理模块获取待测惯性平台工作状态，根据待测惯性平台工作状态或任务执行时间完成任务状态转移，保证测试序列有序运行实现任务的智能调度；

平台参数管理模块实现待测惯性平台诸元参数的发送和接收，诸元参数发送通过将参数信息压入发送消息队列实现，接收完的诸元参数通过消息解析处理模块发送至平台参数管理模块。

如图3所示，测试系统后端按包括后端初始化模块、后端总线消息管理模块、电源控制及通讯管理模块、声光报警模块、外部惯导系统等效模块、外部瞄准系统等效模块和测试信息交互模块。

后端初始化模块完成硬件驱动的初始化、TCP客户端的初始化，初始化完成后进行TCP连接至服务器端，即测试系统前端；

后端总线消息管理模块完成发送消息队列和接收消息队列的管理，测试系统后端通过总线消息管理模块与测试系统前端通信；

电源控制及通讯管理模块根据后端总线消息管理模块的消息通过SCPI控制指令完成直流稳压电源的程序控制及数据读取；

测试系统前端监测到测试信息异常时发送报警控制指令，后端总线消息管理模块接收到该报警控制指令后，发送声光报警指令至声光报警模块，实现故障报警提示；

外部惯导系统等效模块根据前端发送的指令发送速度及姿态测试数据至待测惯性平台；

外部瞄准系统等效模块根据前端发送的指令输出准直控制信号及准直好脉冲信号，实现待测惯性平台的光学瞄准接口测试；

测试信息交互模块用于采集待测惯性平台的输出信息，并发送至后端总线消息管理模块，通过后端消息管理模块将数据上报至测试系统前端。

后端总线消息管理模块与电源控制及通讯管理模块之间通过以太网实现数据交互，后端总线消息管理模块作为客户端，电源控制及通讯管理模块作为服务器端，电源控制及通讯管理模块设置通讯链路自监测功能，当监测到通讯链路中断时自动尝试重新连接；所述通讯链路是指后端总线消息管理模块与电源控制及通讯管理模块之间的链路。

测试系统前端根据测试系统后端网络地址及回读得到的待测惯性平台型号和编号信息完成客户端套接字的编码管理，测试系统前端通过不同的套接字实现与相应测试系统后端设备及待测惯性平台的信息交互，通过测试系统前端搭配多个分布式测试系统后端的方式，实现多套惯性平台系统的在线测试。

如图4所示，实时诊断及决策处理模块可接收测试系统前端消息解析处理模块处理后的数据。故障诊断及决策处理模块设置连续故障计数值，该计数值初始值为0，当接收到的测试数据帧校验不通过时，当前帧测试数据不参与后续的故障诊断，继续接收下一帧测试数据。当测试数据校验通过后，对该帧数据参数进行合格性判读，若数据均合格则继续接收下一帧测试数据，若数据存在不合格项，则需判断不合格项是否为关键参数，若关键参数不合格，则直接决策执行保护处理措施，若不合格项非关键参数，则需将连续故障计数值加1。然后判断连续故障计数值是否大于5，若连续计数值大于5，则发送声光报警指令至总线消息管理模块，若连续故障计数值小于5则继续接收下一帧数据。通过上述故障实时诊断和决策处理机制从一定程度上降低虚警率并保证了测试过程的安全。对于关键参数故障，测试系统前端直接发送控制指令至总线消息管理模块，实现控制回路和电源的断开操作从而降低故障对惯性平台、试验场所及测试人员的危害。

如图5所示，平台参数管理模块完成平台诸元参数的发送和接收管理，平台诸元参数包括惯性仪表工具误差、仪表安装误差和仪表温度系数，平台参数管理模块包含手动参数烧写、自动参数烧写、参数下载管理三部分功能。手动参数烧写实现流程为读取本地参数文件、将参数文件中数据显示到平台参数管理界面、完成数据的量纲转换、将上传数据和参数烧写指令发送至前端总线消息管理模块，测试系统后端接收到参数烧写消息后，通过惯性平台实现诸元参数的固化。参数自动烧写只需将参数自动烧写指令发送至前端总线管理模块即可，测试系统后端接收到自动烧写指令后可控制惯性平台实现平台诸元参数的自动更新固化，固化方式为惯性平台将平台内部数据Flash区内的数据读出，并进行统计运算，将统计结果固化到参数Flash区内，参数自动烧写过程简单，可避免测试人员操作失误造成诸元参数计算错误的现象。参数下载管理部分包括诸元参数的回读、校验及合格性判读，能够自动实现平台参数的显示及保存，参数下载流程为首先清空平台参数显示界面、通过测试系统前端发送参数回读消息、接收测试系统后端上传的平台诸元参数，对参数进行合格性判读、测试系统前端对参数进行解析量纲转换和平台参数界面显示、创建参数文件保存平台诸元参数。

如图6所示，测试系统前端具有丰富的人机交互界面，针对不同的测试人员，可以方便快捷的实现界面的切换及子窗口的调用操作。测试系统前端具有设计人员测试界面以及用户测试界面两种主操作界面。其中，设计人员测试界面能够显示较全的测试信息，软件功能丰富，用户测试界面精炼，操作简便，能够满足惯性平台测试需求。测试系统前端软件启动后默认为用户测试界面，软件预留快捷键能够实现软件界面的便捷切换。设计人员测试界面可实现较多的测试功能，子窗口通过点击按钮的方法触发调用。软件界面能够显示惯性平台当前状态、操作记录及关键测试结果，实时更新界面测试信息。

如图7所示，外部惯导系统等效功能由测试系统前端及后端配合实现，测试系统后端接收前端的外部惯性输出控制指令，通过外部惯导系统等效模块输出惯导数据至待测惯性平台。外部惯导等效系统子窗口需要通过设计人员测试主界面调用，在子窗口中可以选择快变信息、慢变信息及航向合成信息的输出模式，包含固定值输出模式、正弦交变输出模式及文本读取模式三种输出模式，快变信息为姿态信息，慢变信息为速度及位置信息。用户选择完输出模式后，通过人机交互界面将控制指令发送至前端总线消息管理模块，测试系统后端接收到控制指令后，控制外部惯导系统等效模块以在线生成或读取文本的方式将惯导数据发送至待测惯性平台，从而实现惯性平台外部惯导数据接口功能的测试，为验证惯性平台系统传递对准、动态转位控制功能等提供了一种便捷的途径。

如图8所示，光学瞄准系统等效功能由测试系统前端及后端配合实现，该模块对应的子窗口需要通过设计人员测试主界面调用，惯性瞄准系统等效模块包括发送准直好脉冲信号和发送准直控制电流两部分内容。其中，测试系统前端可设置准直好脉冲信号的发送间隔，准直电流输出模式可调，可配置参数包括输出模式选择、直流电压值、方波高电平、方波低电平、交流信号频率、信号占空比、正弦信号幅值。测试系统后端接收到前端发送的光学瞄准系统控制指令后，通过控制后端光学瞄准系统等效模块按照规定的设置发送准直好脉冲信号和准直控制电流至待测惯性平台，从而完成惯性平台与光学瞄准系统之间的电气及光学接口测试，能够协助完成惯性平台系统光学瞄准算法及光学瞄准测试流程的验证工作。

如图9所示，本发明中测试系统的工作流程如下：测试系统前端开始运行后自动完成各个模块的初始化，并启动网络监听，等待后端连接入测试网络，当前端监听到有后端接入时，发送控制指令获取后端对应惯性平台产品的型号及编号信息，测试系统前端根据上述信息管理网络套接字，实现套接字与对应平台的映射管理。开始测试后通过前端自动或手动发送周期性控制指令，实现惯性平台产品测试信息的巡检，测试系统后端完成指令解析，并控制硬件板卡实现测试信息的采集，测试数据以源码的形式周期性存储至本地存储介质。同时测试系统后端能够周期性将采集到的测试数据上传至前端，前端完成源码数据的解析、处理和显示操作。不同测试系统后端可分时接入测试系统前端，不同测试系统后端之间不产生牵连影响，测试系统后端可散布于不同测试工位。某个后端完成测试时可主动断开与前端的网络连接。不影响其他产品的测试工作。测试系统前端、后端分别运行，前端未运行时，后端无法建立网络连接，此时无法进行系统测试。

本发明方法搭建的惯性平台测试系统能够实现惯性平台系统的分布式测试，完成多型、多套惯性平台系统的同时在线测试，实现了测试系统资源的统一，有效降低研制资源的投入。

本发明未详细说明的部分属于本技术领域技术人员公知常识。