基于Labwindows的轻武器终点杀伤效应测试平台

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【摘要】评估杀伤元对目标的杀伤效应对指导轻武器系统设计有着重要的意义。为了实现对轻武器终点杀伤效应的测试和科学评估，设计了基于labwindows的一体化测试平台。该平台是轻武器终点杀伤效应的综合测试系统，系统结合了TestStand测试序列和Access技术，包括杀伤元射速、杀伤能力参数测量与分析、杀伤效应评估和测试误差评价等模块。实际应用情况表明，该测试系统满足轻武器杀伤效应测试需求，能够对轻武器杀伤效应进行科学的综合评估。

【关键词】杀伤效应;Labwindows;一体化测试平台

Abstract：Assessment of the target damage effect of the ammunition makes a great significance on light weapon system design.In order to achieve the scientific assessment of end of killing effect of light weapons，the integrated testing platform was designed based on Labwindows.The platform is a comprehensive test system，the system combines the TestStand test sequence and Access Technology.The testing system includes module for the measurement and analysis of firing rate of damaging units and damage ability parameters，and module for the assessment of the killing effect and testing error.The actual application shows that the testing system meets the testing requirements of the End Killing effect of the Light weapons.And，it can offer scientific assessment of the killing effect for the Light weapons.

Keywords：killing effect;Labwindow;integrated testing platform

引言

杀伤元的杀伤效应是影响轻武器系统的火力打击能力的主要因素，对杀伤效应的可靠评估是指导杀伤元设计和轻武器研制的重要依据[1]。目前，我国对轻武器终点杀伤效应的测试还停留在使用分散的测试仪器独立完成不同测试任务的阶段，不利于杀伤效应的科学评估。为了集中测试资源，提高测试能力，设计和研制了轻武器终点杀伤效应的一体化测试平台。该测试平台采用基于PXIe总线的硬件系统，同时利用TestStand测试序列和Access技术设计了基于Labwindows的软件系统。为了可靠的对轻武器杀伤效应进行科学的评估，设计了埋设有压力、力值、加速度等传感器的仿人体靶标，通过该仿人体靶标并借助一体化测试平台可以实现对轻武器杀伤效应进行可靠的分析和科学的评估。

1.测试系统总体结构

1.1 基本架构及组成

轻武器终点杀伤效应测试系统主要由弹丸与破片发射单元、仿人体靶标单元、测速单元与数据采集单元等四个子系统组成。测速单元接收到杀伤元通过进出测速靶的信号，通过计算两个信号上升沿之间时间差的方式得到杀伤元的入射速度。仿人体靶标单元用于杀伤元击中靶标时，产生压力、加速度、力值等的测试信号，这些测试信号通过电荷放大器传输到数据采集单元[2]。数据采集单元将经过放大后的测试信号采集存储在硬件系统中，由软件系统对采集到的测试信号进行分析和评估。完整轻武器终点杀伤效应测试系统框图如图1所示。

1.2 测试通道设定及传感器布局

在整个测试系统中，仿人体靶标是获取杀伤元终点杀伤效应的重要单元，为了可靠和科学的评估杀伤元对人体产生的杀伤效应，依据杀伤物理量在人体组织器官的分布特点，需要对各个传感器进行合理的布局。各类传感器数量和分布的确定以能够反映受弹部位杀伤物理量为原则，传感器量程和精度依据实验测试数据和文献资料确定。

在头颈部，防弹头盔对颅脑的撞击和挤压可造成颅骨骨折变形。撞击压力在脑组织中的传播，颅内物相对于颅骨运动的加速度可导致脑实质损伤，投射物撞击头盔的冲击力对颈椎产生牵扯[3]。因此，分别采用4个压力传感器测量脑组织中压力变化，采用加速度传感器测量颅骨加速度值，采用6轴颈椎传感器测量各方向的力值。在胸腹部，防弹衣对胸壁的撞击挤压可造成肌肉软组织挫伤、肋骨骨折，压力波在胸腔中的传播可导致心脏、肺脏、肝脏、胃等主要脏器出血破裂，胸壁快速变形、胸腔运动产生的加速度可造成胸骨、脊柱挫伤。因此，对于胸腹部杀伤物理量，采用6个大变形纤维感器，以密集的点阵感应受弹面局部的受力分布。采用压力传感器测量心脏、肺脏、肝脏、胃和胸骨下压力变化。采用加速度传感器测量胸骨、脊柱加速度值[4]。

图1 轻武器终点杀伤效应测试系统框图

2.测试系统的软件设计

在仿人体靶标上埋设有多个不同类型的传感器，每个传感器的数据都需要有一个采集通道相对应，因此，本测试系统驱动的数据采集通道数量较多，功能模块复杂。为了有效的配合硬件系统的工作，软件系统的设计原则应是标准化和模块化。软件系统的开发环境选用以ANSI C为核心的Labwindows/CVI 2013开发平台，将C语言的模块化优势与面向测试仪器的编程工具相结合，并支持ODBC数据源调用，加入多线程技术及测试序列管理软件TestStand。实际应用情况表明，软件系统能够有效的实现测试配置及数据采集和分析等功能，能够满足智能化测试的需求。

图2 软件系统模块框图

图3 软件系统的主界面

2.1 软件系统结构

软件系统依托C语言的模块化设计思路编写，每个功能由独立的软件模块实现。测试软件主要由用户界面、板卡驱动、数据库读写、数据显示与处理与波形回放5个部分组成，软件系统的功能结构图如图2所示。

图2中用户界面部分主要依靠UI界面引导用户设置或开始采集。INI配置文件与XML文档读写测试描述用来保存上一次采集配置，方便今后操作。数据库操作用来读写通道信息与背板配置并保存采集结果。软件系统的主界面由图3所示。

2.2 软件系统的关键技术

2.2.1 数据库技术

由于杀伤效应测试所需要的数据采集通道较多，且在后期试验工作中需要改变接线位置或者直接更换传感器，这就需要在软件中更改通道设置或传感器灵敏度系数。为了简化在实际应用中，对软件的操作流程，针对上述需求软件系统采用了SQL toolkit组件。其应用部分包括更改背板接线设置、测速靶型号、传感器参数设置、传感器类型选择以及查看测速结果与测试序号等。以所使用的Access数据库读写各类传感器列表为例，介绍其在软件系统中的作用方式。数据库对应表格信息如图4所示。

图4 数据库传感器列表

在软件系统的测试配置模块中，软件通过ODBC数据源能够自动读取相应的Access数据库中的内容并填充到软件系统的测试通道列表中。如图5所示在配置菜单中系统可以自动读取数据库中已有传感器条目，也可以在软件中更改传感器参数以保存到数据库对应项中。这样就可实现在不面向程序代码的情况下通过第三方数据库实现对测试配置的更改及保存，提高系统灵活性与安全性。

图5 测试通道配置界面

2.2.2 Teststand测试序列技术

NI公司的Teststand是一款可以立即执行的测试管理软件，其可依靠生成的测试序列文件，在应用中按着实际需要重新部署整个软件系统的各种测试参数[5]。而在传统的测试系统中，当程序被或者封装后并不能根据实际的需求进行更改。

依托TestStand测试管理软件，只需在代码中保留用户界面相关函数、TestStand引擎相关函数和测试序列文件读写函数。这种软件管理方式可以减小软件系统的代码体积及出错概率[6]。在完成对测试序列文件的编辑后，测试序列文件读写函数会自动按照文件设定的流程运行。当需要更改测试流程或按步进行测试调试时只需通过对软件系统中的SEQ文件进行修改即可实现。

3.测试系统的实际应用

轻武器终点杀伤效应测试系统已经应用于杀伤效应的测试和评估。在实际应用中，杀伤元通过弹道枪发射，杀伤元的入射速度由测速靶测量，杀伤效应由仿人体靶标测量和评估。软件系统对仿人体靶标输出的测量信号以2MHz的频率进行采集，总采样时间为0.5s。根据测速靶的入靶和出靶之间的距离0.937m和杀伤元通过两个测速靶之间的时间间隔计算杀伤元的入射速度。图6所示为测试系统采集得到的测速靶信号和仿人体靶标中的2个加速度传感器获得的测试信号。

图6 测试波形数据曲线

4.结论

为了实现对轻武器终点杀伤效应的测试和科学评估，设计了基于Labwindows的一体化测试平台。该平台是轻武器终点杀伤效应的综合测试系统，系统结合了TestStand测试序列和Access技术，包括杀伤元射速、杀伤能力参数测量与分析、杀伤效应评估和测试误差评价等模块。借助仿人体靶标中埋设的各种类型的传感器能够科学的获取杀伤元对人体组织的杀伤效应。为了实现对轻武器终点杀伤效应的测试系统的有效控制和管理，简化软件的操作步骤，软件系统中融入了数据库技术和Teststand测试序列技术，同时，也进一步的增强了软件的灵活性与安全性。轻武器终点杀伤效应测试系统已经应用于杀伤效应的测试和评估。实际应用情况表明，该测试系统满足轻武器杀伤效应测试需求，能够对轻武器杀伤效应进行科学的综合评估。

参考文献

[1]宋斌，方葛丰，刘毅.自动测试系统软件平台TestCenter体系结构设计与分析[J].测控技术，2013，08：115-118.

[2]俞思文.DAQmx自动化测试系统的改进与实现[D].复旦大学，2012.

[3]张波，陈岩申，张桂芝.外军电子自动测试系统及其相关技术的应用与发展情况研究[J].计算机自动测量与控制，2002，10（1）：1-4.

[4]窦颖艳.基于LabWindows/CVI和MATLAB的数据采集与控制系统[D].湖南工业大学，2009.

[5]刘金宁.自动测试系统软件模型与关键实现技术研究[D].石家庄：军械工程学院，2007.

[6]黄继祥，陈东用.两种智能诊断技术分析与比较[J].福建电脑，2007（4）：65-66.

资助项目：国防基础科研计划资助（项目编号：A1020120001）。

作者简介：刘乃强（1990―），男，硕士研究生，主要研究方向：装备试验测试与系统。