军用检测技术的现状及发展趋势

　　1 前 言

　　随着我军武器装备的现代化水平的不断提高，大量的高科技武器装备不断的装备到部队，使我军武器装备日益复杂，为了保障我军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，大力提高武器装备系统的状态监控、性能检测和故障诊断水平，已成为技术保障中的一个急需解决的重要问题。

　　同时，由于微电子技术、计算机技术和传感器技术的飞速发展，给自动检测技术的发展提供了十分有利的条件，应运而生的自动检测设备也广泛地应用于我军武器装备系统的研制、生产、储供和维修的各环节之中。自动检测技术在武器装备系统中的应用，已构成武器装备维修工程的重要内容之一，自动检测的手段和水平，已成为衡量维修现代化水平的一个重要标志。适用于武器装备维修使用的诊断测试设备简称为 ATE (Automatic Test Equipment)或 ATS(Automatic Test System)。它是由多种测试仪器、设备或系统综合而成的有机整体，并能够在最少依赖于操作人员干预的情况下，通过计算机的控制自动完成对被测对象的功能行为或特征参数的分析、评估其性能状态、并对导致其工作异常的故障进行隔离等综合性的诊断测试过程。由于自动检测设备在技术上的不断发展，目前正在形成模块化、系列化和通用化、自动化和智能化、标准化的发展方向。

　　2 我军自动检测技术的现状

　　世界各国军方对自动检测技术都极为重视，花费了大量人力和财力发展军用自动检测设备。美军从 50 年代中期，就开始研制军用检测设备， 6 0年代中期研制以计算机为核心的自动检测设备，到 70 年代已陆续研制成功并投入使用。随着陆军武器装备、维修工程理论和应用以及自动检测技术的发展，我军从 70 年代中期开始，经过 2 0多年的探索和实践，已经陆续研制和装备部队一大批陆军自动检测设备，如火炮性能综合检测设备、雷达性能综合检测修理车和陆军战术导弹性能综合检测系统等等。这些自动检测设备的研制和装备部队，提高了我军检测手段现代化水平，有效地保障了武器装备的完好状态，推动了我军维修工作的发展。但就自动检测设备的发展和技术水平而言，陆军武器装备系统的自动检测设备还是比较落后，尚未形成模块化设计思想;缺乏总体规划，使得研制出的自动检测设备品种繁多，功能单一，未能形成功能上的系列化和通用化;检测原理和技术落后，未能形成测控技术上的自动化和智能化;研制中技术上的随意性和盲目性，导致自动检测设备的总体方案、系统的硬件和软件五花八门，未能形成技术的标准化。从整体上看，国产检测设备在技术性能、外观造型、制造工艺方面比国外仪器落后 1 0 年左右，这些差距主要表现在 :

　　(1)自动测试系统技术落后，绝大多数领域所需的自动测试系统和模块的测试系统尚属空白，或依赖于国外进口;

　　(2)通用测量仪器的品种少，配套能力差，更新换代慢，且主要性能指标比较低，技术性能差;

　　(3)数字化、智能化、自动化程度低, 功能差;

　　(4)新产品设计手段和工艺落后，质量差，可靠性不高;

　　3 发展军用检测技术的意义

　　现代武器装备的技术先进性有力地促进了军用领域 ATE 的不断发展，而信息处理技术、微电子技术和计算机等现代科学技术的不断进步，则成为推动军用领域 ATE 结构和测试技术不断进步的强大动力。新一代军用领域的 ATE 已成为测试技术与信息处理、性能检测与故障诊断、系统辨识和参数估计、控制与决策以及人工智能等多种技术紧密结合、综合发展的产物，在提高现代武器装备的综合作战效能方面发挥了巨大的作用。例如，在海湾战争中，美国海军舰艇共计发射了 170 多枚“战斧”巡航导弹，几乎未出现任何技术故障。因此，新一代军用领域的 ATE 已成为提高武器装备战斗力的“倍增器”，越来越受到各国军方的高度重视。

　　军用电子测量仪器 ATE是直接或间接地为军事目的服务的，是各种电子系统和武器系统研究、开发、调试、监测、维护的重要工具，其技术性能、质量、可靠性将直接关系到军事电子装备和武器系统的能力与安全。它是军用电子设备、电子系统、武器系统、现代化指挥系统安全运行和准确操作所必需的重要支撑技术。现代化的作战指挥系统、通信系统和武器系统技术的进步，对电子测量设备与测试技术的需求越来越高。不仅要求测试系统的功能强、精度高、体积小、重量轻、通用性强、机动性高、可靠性高，而且要求能适应现代化战争的恶劣环境，具有抗电磁干扰、抗辐射、抗毁坏的生存能力。军用电子测试技术发展很快，代表着仪器行业的最高水平，其中军用 ATE 技术始终处在军用测试技术的发展前沿。

　　ATE 是从整体上解决电子装备维修测试的有效途径，是尽快恢复、持久保持武器装备战斗力的有力手段 ATE 能够在最少依赖于操作人员干预的情况下，自动完成对被测电子系统、电路板/模块的功能行为或特征参数的分析、性能状态评估以及元器件参数调整，并实现故障检测与定位的诊断测试。

　　在我国电子测量仪器行业落后的形势下，军用电子系统、武器系统所需的配套测试系统缺乏，高档测试仪器长期依赖进口。为了避免陆军武器装备自动检测设备现状给今后工作带来的不良影响，必须总结陆军自动检测设备发展的经验教训，吸取外军发展自动检测设备的长处和技术，明确陆军自动检测设备的发展方向，才能有效地提高陆军自动检测设备的水平。

　　当前，军委提出打赢一场在高技术条件下的局部战争的新时期战略方针，必然要大力发展以电子战为核心的现代作战设备，而这些装备的研制、试验、使用、维护都离不开检测仪器，新的作战装备测试系统只能靠我们自己研制解决，VXI 技术、虚拟仪器技术代表着国际自动测试技术的最高水平，开展这方面的军事应用研究迫在眉睫。

　　4 我军自动检测技术的发展方向

　　4.1 ISA 与 PCI 总线技术

　　工业标准结构总线 (ISA)是一种 8 位或 1 6 位非同步数据总线，工作频率为 8MHz，数据传输率在 8 位时为 1 MB/ s，1 6 位时为 2 MB/ s。ISA 总线在测试领域已应用了 1 6 年，在以 PC 为基础的数据采集市场中，ISA 总线一直占据着主导地位，但随着计算机技术的发展，计算能力和通信能力的差异日益悬殊。对于相对较慢的处理速度，基于 ISA 的数据采集卡是有效的，这种卡和其他外围设备等待处理时间，然后发出中断，等待响应。在一个 ISA 总线 I/ O 周期，1 2 MHz 时只有几个等待状态，而在新的 Pentium 处理器的2 0 0MHz 时则需要 1 0 0 至 2 0 0 个等待状态，这在处理速度上大大降低了整个系统的性能。

　　在当今多任务的操作环境下，为单一应用程序消耗如此多的 PC 机资源，显然是不合适的，ISA 总线已成为瓶颈。六年前，外围设备接口总线 (PCI)由 Intel 公司提出后，立即受到重视并很快得到认可，成为 PC 行业新的事实上的标准。PCI 总线的出现，很好地解决了 ISA总线的瓶颈问题。PCI 总线是一种同步的独立于 CPU 的 3 2 位或 6 4 位局部总线，最高工作频率为 3 3 MHz，数据传输率为 1 3 2 MB/ s。PCI 总线支持无限读写突发方式，PCI 总线上的外围设备可与 CPU 并发工作，从而提高了整体性能。PCI 总线还为 PC 机平台带来了真正的即插即用功能，并对 DMA 有更强大的支持。以 PCI 总线为基础的数据采集系统大大提高了数据采集率。

　　部队机动作战、户外测试及机内测试需要有体积小、便携式的测试仪器。自从微处理器应用于测试测量仪器后，部队中的许多体积大而功能单一的测试仪器在智能化的同时也逐步趋于小型化。PC1 0 4作为一种嵌入式计算机系统的模块标准，内有 ISA 与 PCI 总线，与PC/AT总线完全兼容。PC1 0 4系列模块具有标准化、体积小(90mm× 96mm)、功耗低、温度性能好、可靠性高、抗震动与冲击能力强等优点，因此广泛应用于军用电子设备、航空导航、测试及智能仪器仪表和测量设备中。

　　4.2 VXI 与 PXI 总线技术

　　VXIbus是 VMEbus 在仪器领域的扩展(VMEbus eXtensions for Instrumentation)，是计算机操纵的模块化自动仪器系统。经过十年的发展，它依靠有效的标准化，采用模块化的方式，实现了系列化、通用化以及 VXIbus 仪器的互换性和互操作性。其开放的体系结构和P&P 方式完全符合信息产品的要求。今天，VXIbus 仪器和系统已为世人普遍接受，并成为仪器系统发展的主流。

　　VXIbus 已成为公认的 21世纪仪器总线系统和自动测试系统的优秀平台。美国 VXI 市场的总销售额仍以每年 30% - 40% 的强劲势头迅猛增长。军事部门不仅把 VXI 用于基地设备的修理与维护，而且也用于作战系统。目前，许多政府机构和军事机构正在把 VXI看作测试标准，美国军方开始由定做逐步转向使用现成的商用 VXI 系统。今天的 VXI 系统已很容易集成和使用，这主要得益于 NI、TEK 等五家公司 1993 年发起成立的 VXIplug&play SystemsAlliance(以下简称 VPP 系统联盟)制订了详细的 VPP 标准。从理论上讲，由于 VXI 系统中没有传统的自动测试系统各仪器内必然存在的电源、显示面板和数据处理单元等重复组件，使得 VXI 这种虚拟仪器体系结构更有利于降低系统成本。加之 VXI 厂商采用各种先进技术努力降低成本，使 VXI 的系统成本不断降低，应用范围不断扩大。

　　目前，VXI 总线系统由于其能很好地解决电磁兼容、抗干扰等问题,且具有通用性强、便于组建和扩展功能等特点，在军事测试领域内已取代了 70～ 80 年代应用广泛的 CAMAC总线技术，以 VXI 为基础组成的各种多仪器、多功能、集成化大型测试系统正在成为军用大型综合测试系统的主流。PXI 与 VXI 相比,其传输速度快、性价比高、机箱体积小，只是其扩展能力有限。在军队中一些机动性要求高但功能不需太强的测试系统中，小型而便携的PXI 是实用而经济的。今后，PXI 在军内一定也会得到广泛的应用。

　　4.3 虚拟仪器技术

　　虚拟仪器是充分利用计算机技术，并可由用户自己设计、自己定义的仪器。它通常由计算机、仪器模块和软件三部分组成。仪器模块中的数据采集卡、GPIB卡、VXI模块等仅用于信号的输入输出，仪器的功能主要靠软件实现。通过编程，用户可将它设计成波形发生器、示波器或数字万用表等不同仪器。如波形发生器发生的波形、频率、占空比、幅值、偏置等，示波器的测量通道、标尺比例、时基、极性、触发信号等都可用鼠标或按键进行设置，如同常规仪器一样使用。不过，虚拟仪器具有更强的分析处理能力。随着计算机技术和虚拟仪器技术的发展，用户只能使用制造商提供的仪器功能的传统观念正在改变，而用户自己设计、定义的范围进一步扩大;同一台虚拟仪器可在更多场合使用。比如 :既可在电量测量、温度测量中应用，又可在振动、运动和图像等测量中应用，甚至在网络测控中应用。“软件就是仪器”。软件技术是虚拟仪器的核心技术。虚拟仪器技术应用于军用测试领域，确保了武器装备的卓越性能，又考虑了经济承受能力，实现了“少花钱多办事”的目的，即具有军事效益也具有经济效益。

　　5 结 论

　　就我国军用测试技术与仪器的现状来讲，尽管有的还在沿用以前的技术与仪器，或利用新的元件与设备，更新改进原来的测试仪器，新的测试技术与测试仪器都一直在影响着军用测试领域并在逐步取代原来的测试技术与测试仪器，智能化技术、虚拟仪器技术、VXI、PXI、PC1 0 4 等已在军用测试领域内采用，并正在引起新的变革，并朝着通用、多功能、抗干扰、小型化和模块化的目标发展。随着军事科技和军队现代化的发展，军用测试领域也需要将多种测试仪器组合起来，构成高度智能化的、具有网络测试功能的、大型的集成化网络测试系统，来提高测试效率和测试水平。要实现部队的现代化，必须实现武器装备的现代化。武器装备的现代化体现在武器装备的高性能、高精确度、高杀伤力、高生存能力等各个方面，而这些又必须有先进的测试技术与测试仪器来保障。测试技术与测试仪器的发展给军用测试领域带来一次次变革，促进了军用测试技术的不断发展，从而提高部队的作战能力。