某型平視顯示器檢測儀的研制

張則源

摘要：分析了某型平視顯示器的功能和技術指標，給出了平視顯示器檢測儀的技術指標，提出了隨機掃描板、光機測試臺等關鍵技術的實現方法，給出了檢測儀的設計方案。

關鍵詞：平視顯示器;檢測儀;隨機掃描板;精度校準

1 研究內容

平視顯示器（簡稱平顯）是顯示與控制分系統的終端顯示裝置，通過光學組件將顯示控制處理機發送來的導航、進場、著陸和攻擊等圖像信息，以外界真實景物為背景顯示在飛行員的前方，供飛行員了解飛機狀態，操控飛機進行攻擊等操作。研制平視顯示器檢測儀能為平顯提供檢測修理和保障手段。

為保證攻擊精度，平顯對顯示畫面的位置精度有較高要求，需要對平顯光路和顯示精度進行校準，研究內容主要包括以下幾個方面：

1）研究隨機掃描法的實現方法，研制隨機掃描板，輸出滿天星畫面和方格畫面，提供精度調試的激勵信號，輸出導航畫面，方便觀察平顯畫面顯示質量。

2）研究光路測量方法，研制光機測試臺，為平顯提供光路調試的光學基準。

3）研究檢測儀軟件的實現方法，要求具有良好的人機操作界面，操作簡便。

2 設計方案

2.1 總體設計

平顯檢測儀由檢測儀和光機測試臺兩部分組成。檢測儀使用7U機箱，采用PC104計算機作為控制計算機，由隨機掃描板、繼電器模塊、液晶屏、觸摸屏和電源模塊組成，實現對平顯的供電、控制和激勵信號的輸出，其中隨機掃描板為檢測儀的核心模塊，圖1為檢測儀的原理框圖，圖2為檢測儀的內部結構圖。

光機測試臺由主導軌、橫向副導軌、縱向副導軌、經緯儀安裝板、平顯安裝支座、平行光管龍門架和平行光管組成，是平顯的光路、視差和顯示精度調校的光學基準。圖3為光機測試臺的結構圖。

2.2 設計技術指標

檢測儀應能輸出給平顯基準畫面信號，其電壓信號應穩定、可靠，電壓轉換為角度后的誤差小于30”，光機測試臺應能穩定地安裝平視顯示器，保證平顯的光軸與平行光管的光軸保持一致，主要技術指標如下。

1）輸出滿天星畫面、網格畫面和導航畫面的激勵信號，要求X和Y偏轉電壓精度誤差≤lOmV。

2）光機測試臺平行光管總視場為30°，格值為10′，視場角精度要求：0°～±5°范圍內≤1，±5°～±10°范圍內≤1.5，±10°～±15°范圍內≤2。

3）光機測試臺安裝架光軸應與平行光管的光軸保持一致，偏差≤30”。

2.3 檢測儀的設計

檢測儀以PC104工業控制計算機為控制主體，采用總線結構，將隨機掃描板、繼電器板等控制單元以模塊形式安裝在總線上，通過應用軟件，以觸摸的方式進行控制，其中隨機掃描板、光機測試臺均為自行研制。

1）隨機掃描板的研制

隨機掃描板用于產生滿天星畫面、導航畫面和網格畫面，為顯示畫面的精度調整提供基準，其畫面掃描方式為隨機掃描方式。隨機掃描板沒有通用模塊可用，需要自研，是檢測儀的核心板塊，主要輸出X、Y和Z三路信號，其中X、Y為偏轉信號（見圖4），是VP-P=±20V的差分模擬信號，為滿足誤差小于30”的要求，誤差應≤±lOmV。Z信號為輝亮信號。

隨機掃描板主要由FPGA、數模轉換芯片等構成，畫面的信息存儲在FPGA存儲芯片內，核心模塊采用Verilog硬件描述語言編寫，控制圖像數據的發送。圖5為滿天星畫面，用于顯示畫面中各位置點的精度調整，圖6為網格畫面，能方便觀察顯示畫面的正交性，圖7為常用的導航畫面，能直觀觀察平顯畫面的顯示質量。

2）光機測試臺

光機測試臺為平視顯示器顯示畫面的比例尺、正交性等提供基準，能對平顯顯示視場進行測定，對平顯視差進行測量，顯示字符的位置精度以便調試。檢測光機測試臺由主導軌、橫向副導軌、縱向副導軌、經緯儀安裝板、平顯安裝支座、平行光管龍門架和平行光管組成。

a.主導軌

主導軌基座材料為鑄鐵，尺寸為1500mm×300mm×90mm，配標尺。移動導軌為精密線性滑塊導軌，長1500mm，測量段內的平直度誤差≤±30”，主導軌有可鎖緊的調平手輪，用于調平，調平范圍為20mm，調平精度≤1，配裝水準儀，水泡格值為30”。

b.橫向副導軌和縱向副導軌

橫向副導軌為精密線性滑塊導軌，采用精密滾珠絲杠傳動，手輪驅動，剛性鎖緊，不銹鋼防塵罩，配標尺，行程>300mm，導軌直線度≤20μm。

c.平行光管龍門架

架體采用優質結構鋼材料，可通過螺栓對平行光管在上下、俯仰、方位和橫滾多個方位進行調節，上下調節范圍大于200mm，俯仰、方位角度調節范圍大于±5°，橫滾角度調節范圍大于±l°，調節精度為l。

d.平行光管

平行光管是光機測試臺的核心部件和基準，由高精度的透鏡組、分劃板、照明系統組成?？傄晥鰹?0°，出瞳位于該系統出射透鏡最后一個面上，有效口徑不小于ψlOOmm，顯示分劃圖案為正方形網格，格值為10，視場角精度要求：0°～±5°范圍內≤1，±5°～±10°范圍內≤1.5，±10°～±15°范圍內≤2。分劃線采用黑色，背景采用白光LED照明，亮度可調;平行光管在升降、方位、俯仰方向可調。

3）軟件的設計

應用軟件采用Microsoft Visual C++6.O編寫和編譯，實現對隨機掃描板和繼電器板的控制，控制隨機掃描板發送滿天星基準畫面或導航畫面，控制繼電器板實時顯示導線的通斷狀態。軟件能提示當前平視顯示器的工作狀態，盡可能地方便操作人員的操作，同時提供觸摸控制功能，具有操作簡單、人機界面友好的特點，操作界面見圖8。

3 關鍵技術

隨機掃描板的研制是檢測儀的關鍵技術，圖9為隨機掃描板的原理框圖。通過ISA總線接受上位機傳來的指令，控制核心模塊產生X、Y數字量偏轉信號，數模轉換模塊接受數字量偏轉信號后，將其轉換為差分模擬信號輸出。

核心模塊采用FPGA芯片（ALTERA公司的EP3C25F324），用verilog語言編寫，圖像信息存儲在FPGA存儲芯片（EPCS16）內。設計時，先用軟件反復進行仿真測試。數模轉換模塊采用AD768高速數模轉換器、AD780高精度基準電壓、AD811高性能視頻運放和AD826高速低功耗雙運放實現，該電路溫漂小，輸出誤差小于lOmV，轉換為角度后的誤差小于1，精度高。

3.1 核心模塊的實現

圖10為隨機掃描板核心模塊的結構圖，核心模塊由地址譯碼器、圖庫計數器、圖庫、圖庫譯碼器、字符庫計數器、符號庫、矢量發生器和偏轉計數器組成，用verilog語言設計。

核心模塊通過地址譯碼器對發送的信息進行譯碼操作，圖庫計數器負責循環發送圖庫中的畫面，圖庫中存儲著滿天星畫面等圖像，圖庫譯碼器對圖庫輸出的信息進行譯碼，輸出X、Y起始坐標到偏轉計數器，輸出字符調用信息到字符庫計數器，字符庫計數器再輸出字符地址到符號庫，符號庫輸出符號信息給矢量發生器，矢量發生器對符號數據進行處理，產生偏轉計數器的時鐘信號，使偏轉計數器輸出X、Y數字信號。

3.2 數模轉換模塊的實現

圖11為X數模轉換模塊的原理圖，核心模塊發出的X、Y數字量輸入AD768高速數模轉換器，經AD811高性能視頻運放，輸出±2.5V的模擬電壓，再經AD826高速低功耗雙運放后輸出±20V的差分模擬電壓，其精度誤差≤lOmV，轉換角度后的精度≤30”，信號精度高，輸出穩定，滿足使用需求。

4 總結

本文詳細闡述了某型平視顯示器檢測儀的系統方案及其關鍵技術實現方法，研究了隨機掃描方式顯示畫面的方法、光學基準的實現方法等技術，設計研制了隨機掃描板和光機測試臺等，檢測儀能按某型平視顯示器技術條件和修理工藝規程的要求檢測所有項目。

本檢測儀的研制成果和創新體現在以下幾個方面：

1）該檢測儀采用了工業控制計算機進行控制，模塊化設計，具有自動化程度高、可靠性高和維修方便的特點。

2）研究了隨機掃描方式顯示畫面的方法，設計研制了隨機掃描板，研制的隨機掃描具有畫面顯示穩定、顯示精度高的特點。

3）研究了平顯光路測量方法，研制光機測試臺，為平顯提供光路調試的光學基準。

4）采用了觸摸屏操作，人機交互性好，提高了美觀性，操作也非常簡便。

該檢測儀于2015年研制完成，交付使用后表現了良好的穩定性和可靠性，符合相關技術要求，保障了工廠修理任務的順利開展。

參考文獻

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