便携式维修检测组合（PMA-PIP）系统的设计
引 言
随着现代科学技术的飞速发展，大量高新技术成果已应用到武器装备系统。为了保障武器装备系统的可靠性、维修性和战术技术性能，发挥其应有的战斗力，传统人工的、单一的原位检测维护手段已经无法实现故障定位准确，系统单元部件的错误更换势必增加备件数量，加大保障设备的系统成本。在PMA控制下增加传统的测试仪器可满足我们需要的信息，但是传统VXI模块产品大多是单一功能模块，完成测试需要许多VXI模块，导致仪器封装体积庞大笨重，不适合在原位现场检测使用。
进行便携式的原位维修检测组合PMA-PIP系统开发，是为了解决武器装备现场级维修测试诊断的手段问题。消除现场被测系统部件单元的错误更换，减少武器装备系统的后勤保
障负担，优化外部诊断设备数量，降低系统成本。因此，为满足装备测试诊断需求，必须开发具有最小化仪器配置的测试系统，能及时快速准确地检测武器装备存在的故障隐患，提高维修检测效率。
1 PMA-PIP系统总体设计
便携式维修检测组合由PMA-PIP系统硬件平台和软件平台组成，组成框图如图1所示。
PMA-PIP具有如下功能：
(1)具有与BITE的数据分析与交互功能；
(2)支持IETM软件运行；
(3)支持TPS调用和运行；
(4)对BIT信号的手工或自动采集功能；
(5)支持IETM完成故障诊断分析；
(6)具有诊断日志和结果保存功能；
(7)诊断结果输出。
1.1 PMA-PIP硬件平台设计原则
PMA-PIP系统硬件平台主要由PMA、PIP、组合测试系统与武器装备进行信息传输的测试总线、标准总线以及系统传输电缆等部分组成。在设计过程中，除需要充分考虑其体积、重量和系统结构的限制之外，硬件平台重点考虑以下5个方面的内容：
(1)硬件平台测试资源组成和性能指标满足武器装备的测试需求；
(2)对检测装备的测试需求进行优化整理，以数量最少的仪器解决测试需求；
(3)系统具有完备的对外接口，如标准串口、USB、以太网口、音频、视频、键盘、鼠标接口等；
(4)主控计算机的配置满足操作系统、TPS、IETM等软件的最低配置需求；
(5)充分运用大规模集成电路技术、CPLD/FGPA技术、表贴技术、高密度多层布线技术、合成仪器技术，将数字表、示波器、信号源、A/D、D/A、数字IO、频率计等功能进行优化设计和功能组合，既能减少设备体积和重量，又能满足被测装备的参数测试；
(6)系统资源接口的标准化、通用化、扩展性设计。采用标准总线，便于测量模块的升级换代、便于测量功能模块的扩展和更换。
1.2 PMA-PIP软件平台设计原则
PMA-PIP系统的软件平台分为五个部分：操作系统、控制软件、管理软件、系统自检和校准软件、电子交互式技术手册IETM运行软件，具体软件设计原则如下：
(1)PMA-PIP系统能运行IETM，提供运行IETM软件所需的软硬件条件，并支持IETM调用测试执行程序或故障诊断分析软件；
(2)测试执行程序应满足被测对象测试的全部功能要求，如加载TP/TPS、执行测量、结果显示和结果保存等；
(3)系统具有自检和自校准功能。运行系统自检程序进行系统自检，预留校准接口进行系统校准；
(4)系统具有测试数据保存、查询和导出功能。
整体来说，PMA-PIP系统硬件平台在内装操作系统软件、控制软件、管理软件、自检与校准软件、软件IETM和故障诊断分析软件的配合下实现电子文档的交互式查询、故障部件隔离、维修监控、备件管理、维修信息分析、故障预测以及数据的上传与下载功能，实现了小型化便携式维修检测组合系统的设计。
2 硬件平台设计
PMA、PIP分体设计，既可以独立分开使用，又可以通过总线接口、网口互联组合使用，增加了PMA-PIP系统应用的灵活性。
PMA是便携式功能简单的测试仪器，采用嵌入式计算机控制器结构体系，体积小巧紧凑，侧重于对武器装备串行总线信号和波形信号的测试，具备对被测装备初步测试诊断的能力，具有体积小、重量轻、携带方便等优点，适用于现场空间狭小、初步快速测试诊断的场合。
PIP是便携式功能综合的测试系统，采用3U PXI标准总线结构，集成多种功能集成仪器模块，具有信号激励和响应测试功能，具备对被测装备深度测试诊断的能力，具有系统体积较小、重量较轻、功能强等优点，适用于对武器装备的故障部件、单元的综合测试诊断和故障定位，现场具备测试条件，进行深度测试诊断的场合。
总之，PMA具有对被测设备基本测试诊断的能力，PIP具有对被测设备深度测试诊断的能力。
2.1 PMA设计
PMA采用一体化便携式肩背结构，由PC104总线的嵌入式计算机和测量仪器模块以及电池等附件组成，PMA硬件平台如图2所示。
嵌入式计算机模块采用PC104总线标准，采用栈接式结构，便于功能模块更换、扩展和升级。采用PC104架构的PMA系统具有体积小、重量轻、结构紧凑、功耗低、性能稳定等优点，同时在CPU运行速度、扩展能力等方面不逊于通用PC机，该模块具有标准的计算机对外接口，便于现场BIT信息的获取，方便现场维修操作人员与PIP、技术保障基地进行人机交互、远程通讯和技术支持。
测量仪器功能模块采用基于PC104总线标准结构的高速AD模块、429/1553B总线接口模块，目的是减小PMA系统和功能模块的功耗和体积，便于现场携带、方便操作人员使用，实现装备波形信号和装备总线信号的采集。
2.2 PIP设计
PIP设计为肩背式便携式仪器，是基于PXI总线的便携式综合测试诊断系统，由便携式加固机箱、PXI总线母板、嵌入式控制器、PXI综合测量/激励仪器模块、总线模块、开关模块、电源模块、测试适配接口、测试电缆及其它附件组成，组成框图如图3所示。
PIP中PXI功能模块的设计，采用虚拟仪器和合成仪器的设计思想，并结合数字信号处理器DSP、现场可编程逻辑器件FPGA/CPLD、软件技术，构成了一个可重构的系统架构，便于PXI功能模块扩展和升级，具有良好通用性，将各种通用PXI模块仪器的功能综合集成，实现丰富灵活的测试手段，满足使用现场的测试需求。
典型的功能模块是多功能测量模块，该模块采用PXI总线技术、现场可编程逻辑阵列电路FPGA/CPLD技术、数字信号处理器DSP技术、系统设计技术、合成仪器技术进行综合测量模块的功能集成，舍弃了传统的PLX9052/9054+MCU+FPGA方案，转而采用高性能FPGA芯片，并由软核实现PXI接口功能。减少了数字电路设计的复杂程度，用3U PXI单槽实现32通道单端/16通道差分扫描AD功能、4路高速DA功能、32路I/O功能和2路32位计数器功能。
3 软件平台设计
便携式维修检测组合PMA-PIP软件主要由5部分组成：操作系统软件、控制软件、管理软件、系统自检与校准软件、IETM开发运行平台，功能框图如图4所示，其中操作系统软件选用windows 2000/XP，包括资源管理器、VISA库，提供整个系统的操作平台。控制软件由初始化程序、人机界面、实用程序、运行时系统、仪器软件封装接口5部分组成。管理软件包括用户管理、IETM安装/删除/版本管理、运行日志管理、测试项目管理、综合信息查询等，控制软件和管理软件实现对整个系统的初始化、调用IETM、TPS平台、数据结果保存、运行日志管理等功能。
IETM开发运行平台软件是航天测控公司自主开发的交互式电子技术手册软件平台，突破了IETM关联数据结构技术、多数据源的数据集成技术、基于XML的IETM标准数据描述和转换技术、诊断策略和专家知识解析技术。主要完成以下功能：
IETM开发平台：
(1)实现符合标准数据格式诊断策略数据导入功能；
(2)实现符合标准数据格式的IETM导入、输出功能；
(3)实现IETM开发平台文本、图形、任务、测试流程、仪器配置，引导TPS开发程序、综合故障诊断框架知识编辑功能。
IETM运行平台：
(1)实现调用、接收TPS返回结果进行故障诊断功能；
(2)实现历史测试诊断数据的导入、导出功能
(3)实现日志功能；
(4)实现引导TPS运行程序、综合故障诊断框架推理机功能。
4 现场级测试诊断策略
现场级测试诊断过程分为现场级测试策略制定、现场级故障诊断分析和现场级故障诊断验证三个阶段，确保现场级维修诊断的可靠性和准确性，PMA-PIP测试诊断控制策略闭环控制流程框图如图5所示。
在IETM运行平台上，输入装备维修技术资料、故障诊断专家知识、根据装备测试需求，制定装备测试流程，编辑运行被测装备的测试流程，采集被测装备的BIT状态信息、模拟量信息、波形信息、总线信息，并将测试结果与被测装备的合格判据进行比较，测量结果合格，说明被测装备正常，完成装备测试；如果测量结果不合格，说明装备异常，调用现场级测试诊断策略，运行故障诊断程序，进行被测装备现场可更换单元LRU故障树分支的条件判断，如果合格，说明被诊断的LRU单元设备正常，完成被测LRU单元的诊断；否则，说明被诊断的LRU单元设备异常，故障诊断定位到故障单元LRU，更换正常的LRU备件，进行更换LRU后的系统故障诊断验证，重新进行测试，如果验证合格，说明更换的LRU单元故障诊断正确，完成装备测试诊断。如果验证结果仍不合格，需要修正装备测试诊断策略，运行故障诊断程序，进入装备故障树分支程序进行其它LRU单元的测试诊断，依次进行下一个循环的测试诊断和故障定位，直到诊断定位到有故障的LRU单元，更换故障LRU单元后，系统验证结果合格为止。
PMA-PIP对被测装备的测试、诊断、验证构成一个闭环控制体系，通过运行装备测试流程-信号采集-测试-结果处理-测试策略制定-诊断-验证的闭环控制流程，实现了现场装备测试和故障诊断的准确定位，以期在最短的时间内准确地将故障隔离到LRU，提高现场测试效率和效能。
5 结束语
以PMA-PIP技术为核心的便携式原位维修检测装置综合集成仪器模块功能，在IETM运行平台上加载运行装备测试流程-信号采集-测试-结果处理-测试策略制定-诊断-验证的闭环控制流程，实现了现场装备测试和故障诊断的准确定位，消除被测系统部件单元的错误更换，优化外部诊断设备数量，降低系统成本，缩小在该领域与国外先进技术的差距，提高武器装备维修保障的整体水平。
航天测控通过此项研究，在交互式电子技术手册开发、PMA-PIP系统体系研究等方面积累了一定经验，其中PMA、PIP、IETM技术已经进行成果转化，用于部队某型综合测试诊断工程项目。
