光电瞄准设备虚拟计量技术研究

　　一、前　言

　　光电瞄准设备集精密光学、光电传感、精密机械、电子技术、计算机技术、自动控制技术于一体,是用于航天器发射初始定向的重要仪器。仪器操作的复杂性、读数结果的随机性往往制约着定向的最终精度和可靠性,必须定期对这些仪器进行计量检定或复查。传统的计量检定仪器手工或半自动测量方法存在着许多明显的缺点和结果的不确定性。紧跟现代计量与仪器科学技术的发展趋势,研制检测精度高、操作和溯源方便、人为干拢因素少、满足快速、多参量、一体化、通用性好等现代计量思想要求的计量检定平台,是十分必要也是十分紧迫的。虚拟计量和虚拟测试仪器作为虚拟计量测试的手段,是仪器信息化的重要成果,在计量测试领域具有广阔的应用前景。本文基于PXI总线技术构建了光电瞄准设备虚拟计量通用平台,并探讨了虚拟仪器的计量校准问题。

　　二、虚拟仪器及仪器总线技术的发展

　　计量测试仪器技术经历了模拟仪器、数字化仪器、智能仪器以及单台仪器、叠架式仪器、虚拟仪器两条发展主线。虚拟技术作为21世纪三大核心技术之一,在计量测试领域的应用具有巨大的潜在应用前景。1997年8月召开的亚太地区测量仪器研讨会和1999年10月召开的面向21世纪计量测试理论与仪器研讨会均将虚拟计量作为21世纪仪器技术发展的重要方向。

　　1.虚拟仪器技术

　　虚拟仪器是基于计算机的软硬件测试平台,充分利用计算机独有的运算、存储、回放、调用、显示及文件管理等自动化功能,同时把传统仪器的专业化功能和面板控件软件化,国际上把这类新型的仪器称为“虚拟式仪器”或“软件即仪器”[1]。

　　虚拟仪器的构成方案有很多种,其结构和传统仪器一样,基本上由输入单元、数据处理和输出单元几部分组成,见图1所示。数据输入单元主要进行信号调理并将输入的模拟信号或其它信号转换为数字信号和数字图象以便处理。数据处理单元按照测试要求对转换后的数字信号进行处理、分析和识别。输出单元将分析结果通过仪器软件面板的形式输出。

　　虚拟仪器与传统仪器相比,具有显著的特点,主要表现为:软件为核心,仪器的测量功能由软件决定;开放性强,仪器的扩展、升级及网络互联都十分方便;性价比高,仪器能达到一机通用的效果,节省了仪器的硬件开发及维护成本。

　　2.仪器总线技术的发展

　　总线是在模块与模块之间或者设备与设备之间传送信息的一组公用信号线,它的特点在于其公用性。按总线规模、功能及应用场合不同,一般分为三级:片总线(C-Bus)、内总线(I-Bus)和外总线(E-Bus)。仪器总线属于外总线,国际上现行的仪器总线标准有以下几种:CAMAC总线、IEEE488总线、VXI(VME bus eXtensions for Instrumentation)总线和PXI(PCI eXtension for Instrumentation)总线。其中,PXI总线是PCI/Compact PCI总线的仪器扩展,由美国NI(National Instruments)公司在1997年提出,它弥补了PC仪器存在的一些不足。例如,加强了PC扩展槽中对仪器供电和散热的支持,以及仪器抗电磁干扰的能力。PXI系统在外形上与VXI系统类似,其优势在于机箱和模块体积更小、数传速度更快,不仅发挥了PCI总线的全部优点,而且满足工业级标准,成本低,许多基于PCI的插卡、驱动程序、应用软件等都可用于PXI系统中,使PXI系统具有良好的兼容性和可扩展性,在自动测试系统中,将会有广泛的应用。