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摘 要: 以某引信信號(hào)處理電路測(cè)試儀的設(shè)計(jì)為背景,考慮到各種測(cè)試任務(wù)的共性與特點(diǎn),提出了軟硬件相結(jié)合的通用化、模塊化的設(shè)計(jì)方法;對(duì)該測(cè)試系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)、硬件配置、硬件原理、軟件模塊化設(shè)計(jì)、軟件流程進(jìn)行了詳細(xì)的描述;經(jīng)過(guò)后期的測(cè)試證明,該測(cè)試系統(tǒng)通用性能好,操作簡(jiǎn)單易懂,對(duì)其他測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與發(fā)展以及提高武器系統(tǒng)的可維護(hù)性和可靠性有重要的意義。
關(guān)鍵詞: 引信信號(hào)處理電路; 模塊化設(shè)計(jì); 通用化設(shè)計(jì); 測(cè)試系統(tǒng)
中圖分類(lèi)號(hào): TN952?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào): 1004?373X(2014)09?0023?03
0 引 言
現(xiàn)代武器裝備的戰(zhàn)斗力和效能,不僅依賴(lài)于武器裝備的高性能,還需通過(guò)高可靠性、維修性和保障性充分體現(xiàn)裝備的綜合效能。對(duì)于很多信號(hào)處理電路板,要進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)試,就需要一個(gè)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)需要包括具有計(jì)算、處理能力的計(jì)算機(jī),在測(cè)試過(guò)程中各種復(fù)雜的分析、統(tǒng)計(jì)、判斷、處理的結(jié)果可以通過(guò)多種方式輸出。自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)避免了人為因素的誤差,可獲得十分良好的測(cè)試性。
1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1.1 總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)
圖1是整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu),介紹系統(tǒng)在測(cè)試過(guò)程需要的主要部件。被測(cè)電路板通過(guò)DB25接口與測(cè)試儀相連接,工控機(jī)分別連接測(cè)試儀、打印機(jī)以及顯示器。工控機(jī)的作用是通過(guò)軟件進(jìn)行邏輯控制和狀態(tài)判讀,根據(jù)系統(tǒng)工作狀態(tài)產(chǎn)生各種邏輯控制信號(hào)以及測(cè)試報(bào)表等;測(cè)試儀用來(lái)測(cè)試信號(hào)處理目標(biāo)板的工作的正確性,測(cè)試系統(tǒng)模擬被測(cè)目標(biāo)板實(shí)際工作所需信號(hào),按要求向被測(cè)電路板提供所需各種電源及各種激勵(lì)信號(hào),并記錄分析被測(cè)電路板的響應(yīng),從而判斷被測(cè)對(duì)象工作的正確性。
圖1 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)
圖2是測(cè)試儀的組成原理圖,測(cè)試儀通過(guò)上位機(jī)進(jìn)行測(cè)試任務(wù)的設(shè)定、測(cè)試結(jié)果的顯示,測(cè)試儀的DSP控制任務(wù)的執(zhí)行和上位機(jī)之間的通信,測(cè)試儀還包括多普勒生成模塊、信號(hào)采集判決模塊、電壓電流采集模塊、電源模塊,這些模塊將在下文中重點(diǎn)介紹,存儲(chǔ)器完成測(cè)量的數(shù)據(jù)暫存。
1.2 硬件模塊設(shè)計(jì)
1.2.1 多普勒設(shè)計(jì)模塊
多普勒信號(hào)發(fā)生電路的作用是根據(jù)上位機(jī)的指令要求生成對(duì)應(yīng)的多普勒信號(hào),經(jīng)過(guò)信號(hào)處理后輸出給被測(cè)電路板,由對(duì)應(yīng)的狀態(tài)指示燈顯示控制信號(hào)工作狀態(tài)。多普勒信號(hào)生成原理如圖3所示,這里采取DSP對(duì)整個(gè)包絡(luò)周期進(jìn)行計(jì)算,將每個(gè)點(diǎn)的計(jì)算值下傳到RAM中,按照固定頻率逐個(gè)讀出RAM值,通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換完成輸出多普勒信號(hào)。
圖2 測(cè)試儀組成原理
圖3 多普勒信號(hào)生成原理圖
采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)是比較直接的將多普勒信號(hào)進(jìn)行輸出,以一個(gè)完整外包絡(luò)為周期輸出,RAM選用1M×16的存儲(chǔ)空間,外包絡(luò)單周期最大時(shí)間為500 ms,通過(guò)循環(huán)輸出完成連續(xù)的多普勒信號(hào)輸出。對(duì)外包絡(luò)可以進(jìn)行任意波形的定義,非常方便。與傳統(tǒng)采用先產(chǎn)生正弦波再進(jìn)行調(diào)制的方法不同,傳統(tǒng)的方法采用DDS生成正弦波,然后通過(guò)硬件對(duì)正弦波進(jìn)行調(diào)制,這里采用的方法實(shí)際上調(diào)制過(guò)程在DSP單片機(jī)已經(jīng)完成,只不過(guò)是數(shù)字化量,硬件負(fù)責(zé)組織完成D/A輸出,從這個(gè)角度講這種方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
1.2.2 信號(hào)采集判決模塊
信號(hào)處理板接收多普勒信號(hào)發(fā)生電路產(chǎn)生的激勵(lì)信號(hào),做出反應(yīng)的輸出信號(hào),送入信號(hào)判讀反饋電路進(jìn)行鎖存和分析,以獲得多路信號(hào)的時(shí)序關(guān)系和測(cè)量值,將測(cè)試結(jié)果反饋給工控機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步處理,并由對(duì)應(yīng)的狀態(tài)指示燈顯示控制信號(hào)工作狀態(tài)。
(1) 電源電壓及電流的測(cè)量電路如圖4所示。
根據(jù)被測(cè)電壓的大小和A/D的測(cè)量范圍(2.5 V),選用[R1=]500 kΩ,[R2=]100 kΩ。電壓為-12 V時(shí),需要通過(guò)反向放大電路來(lái)完成。電流的測(cè)量如果取[VRs=]100 mV,假設(shè)實(shí)際用電最大為150 mA,那么[Rs≈]500 mΩ。
圖4 電源電壓及電流測(cè)量原理圖
(2) 過(guò)門(mén)限信號(hào)nplg、近炸信號(hào)Upf的測(cè)量電路
通過(guò)前端整形電路,由DSP的A/D和定時(shí)器完成對(duì)幅度和寬度的測(cè)量。定時(shí)器使用10 MHz晶振,分辨率為0.1 μs,滿足系統(tǒng)精度要求。如圖5所示。
圖5 nplg,Upf的測(cè)量電路
(3) 幾種時(shí)間參數(shù)的測(cè)量
時(shí)間量的測(cè)試電路如圖6所示。
圖6 時(shí)間量的測(cè)量電路
其中的幾個(gè)需要測(cè)量的時(shí)間量說(shuō)明如下:
跳頻輸出門(mén)限參數(shù)[Ucm:]根據(jù)Utp1發(fā)生正跳變時(shí)記下此時(shí)對(duì)應(yīng)的[Uc]的峰?峰值;
計(jì)數(shù)器啟動(dòng)方波數(shù)[N0:]根據(jù)Ufd和Ujsc信號(hào)計(jì)算脈沖個(gè)數(shù);
系統(tǒng)啟動(dòng)延遲時(shí)間[τy:]以[Ub≥]0.4 V(峰?峰值±0.2 V)為起點(diǎn),nplg上升沿為終點(diǎn)的時(shí)間差;
多普勒整形門(mén)限參數(shù)[Ubm:]當(dāng)Ufd的第一個(gè)脈沖到來(lái)時(shí),其前沿對(duì)應(yīng)的[Ub]一個(gè)周期內(nèi)的峰?峰值。
1.2.3 供電模塊
供電模塊為主機(jī)箱各種指示燈和目標(biāo)板提供所需的多路直流電源,其中包括被測(cè)電路板的(5.0±0.2) V,(12±0.3) V,(-12±0.3) V。電源電路如圖7所示。
給目標(biāo)板需要+12 V,-12 V,+5.0 V,測(cè)試電路本身需要+5.0 V,-5 V,+3.3 V,這里選用NCP117系列電源管理芯片,該器件能夠提供最大1 A的電流,電壓精度高,具有溫度補(bǔ)償功能,熱關(guān)斷和電流限制保護(hù)功能。其中,5.0 V電壓通過(guò)下式調(diào)節(jié)兩個(gè)電阻大小得到:
[Vout=Vref1+R2R1+IadjR2]
1.3 軟件模塊設(shè)計(jì)
測(cè)試儀軟件設(shè)計(jì)分為上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)和DSP軟件設(shè)計(jì)兩部分。
上位機(jī)軟件采用LabWindows/CVI,運(yùn)行環(huán)境為Windows XP。它以ANSI C為核心,將功能強(qiáng)大、使用靈活的C語(yǔ)言平臺(tái)與數(shù)據(jù)采集、分析和表達(dá)的測(cè)控專(zhuān)業(yè)工具有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。它的集成化開(kāi)發(fā)平臺(tái),交互式編程方法,豐富的控件和庫(kù)函數(shù)大大增強(qiáng)了C語(yǔ)言的功能,為熟悉C語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)人員建立檢測(cè)系統(tǒng)、自動(dòng)測(cè)量環(huán)境、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)等提供了一個(gè)理想的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境。圖8為上位機(jī)軟件組成模塊。
圖8 軟件組成結(jié)構(gòu)
上位機(jī)軟件各個(gè)模塊的具體功能簡(jiǎn)單地介紹如下:
界面模塊:完成用戶(hù)的操作界面;
自檢模塊:檢查主要硬件電路的工作狀態(tài);
權(quán)限管理模塊:區(qū)分不同用戶(hù)對(duì)軟件的使用權(quán)限,分為普通用戶(hù)和管理員用戶(hù);
輸出打印模塊:可以將所有測(cè)試參數(shù)依照規(guī)定的格式輸出打印,打印格式由用戶(hù)定義,可以進(jìn)行打印預(yù)覽;
通信模塊:完成與測(cè)試電路的信息傳遞;
測(cè)試模塊:可以進(jìn)行單項(xiàng)和自動(dòng)全流程測(cè)試。
下位機(jī)DSP軟件采用C語(yǔ)言編寫(xiě)。DSP軟件主要模塊及功能簡(jiǎn)介如下:
通信模塊:完成對(duì)CPLD任務(wù)的裝訂和上行測(cè)試數(shù)據(jù)的回傳;
波形數(shù)據(jù)計(jì)算模塊:按照用戶(hù)的要求計(jì)算波形數(shù)據(jù);
測(cè)試流程模塊:控制自動(dòng)化流程測(cè)試的每一項(xiàng)工作;
采集模塊:利用DSP的計(jì)數(shù)器和A/D功能參與部分量的測(cè)量。
2 工作流程
測(cè)試儀測(cè)試流程如圖9所示。
圖9 測(cè)試工作流程
在系統(tǒng)自檢時(shí),程序會(huì)自動(dòng)讀入硬件資源,并添加所需測(cè)試的硬件。進(jìn)入程序界面后,用戶(hù)首先要選擇權(quán)限,管理員擁有修改測(cè)試參數(shù)、手動(dòng)設(shè)置測(cè)試流程、向互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送測(cè)試結(jié)果等權(quán)限,而操作員只能進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試項(xiàng)測(cè)試。上位機(jī)發(fā)送測(cè)試指令后,下位機(jī)通過(guò)DSP產(chǎn)生信號(hào)完成對(duì)電路板的測(cè)試,最后顯示結(jié)果并以Word形式填寫(xiě)測(cè)試結(jié)果報(bào)表,管理員權(quán)限還可以選擇上傳結(jié)果。
3 結(jié) 語(yǔ)
本文的引信信號(hào)處理測(cè)試系統(tǒng)采用了通用化、模塊化的設(shè)計(jì)思想和結(jié)構(gòu),使系統(tǒng)不僅具有自動(dòng)化程度高、工作穩(wěn)定可靠、用戶(hù)界面友好、操作簡(jiǎn)便、易于維護(hù)的特點(diǎn),而且系統(tǒng)具有很強(qiáng)的功能擴(kuò)展能力和適用性。在產(chǎn)品更新?lián)Q代時(shí),相比傳統(tǒng)的測(cè)控系統(tǒng)本系統(tǒng)能夠以很小的代價(jià)滿足新的測(cè)試需求,這在當(dāng)今武器系統(tǒng)飛速發(fā)展 裝備更新?lián)Q代速度快的情況下具有特別重要的意義。
參考文獻(xiàn)
[1] 孫麗明.TMS320F2812原理及其C語(yǔ)言程序開(kāi)發(fā)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2013.
[2] 陳紹煒,孫浩.基于某型投放裝置的通用性測(cè)試軟件設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)工程,2012(20):49?51.
[3] 張?jiān)顒?基于某型控制盒單板測(cè)試軟件的通用化設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制,2012(1):89?91.
[4] 雷毅.RNC整機(jī)測(cè)試平臺(tái)單板測(cè)試功能模塊的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)[D].武漢:武漢理工大學(xué),2009.
[5] 楊東凱,梁帆,凌桂龍.DSP嵌入式系統(tǒng)[M].北京:中國(guó)電力出版社,2009.
[6] 崔功,齊曉林,冀捐灶,等.航炮綜合控制設(shè)備自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].火炮發(fā)射與控制學(xué)報(bào),2001(3):125?128.
給目標(biāo)板需要+12 V,-12 V,+5.0 V,測(cè)試電路本身需要+5.0 V,-5 V,+3.3 V,這里選用NCP117系列電源管理芯片,該器件能夠提供最大1 A的電流,電壓精度高,具有溫度補(bǔ)償功能,熱關(guān)斷和電流限制保護(hù)功能。其中,5.0 V電壓通過(guò)下式調(diào)節(jié)兩個(gè)電阻大小得到:
[Vout=Vref1+R2R1+IadjR2]
1.3 軟件模塊設(shè)計(jì)
測(cè)試儀軟件設(shè)計(jì)分為上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)和DSP軟件設(shè)計(jì)兩部分。
上位機(jī)軟件采用LabWindows/CVI,運(yùn)行環(huán)境為Windows XP。它以ANSI C為核心,將功能強(qiáng)大、使用靈活的C語(yǔ)言平臺(tái)與數(shù)據(jù)采集、分析和表達(dá)的測(cè)控專(zhuān)業(yè)工具有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。它的集成化開(kāi)發(fā)平臺(tái),交互式編程方法,豐富的控件和庫(kù)函數(shù)大大增強(qiáng)了C語(yǔ)言的功能,為熟悉C語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)人員建立檢測(cè)系統(tǒng)、自動(dòng)測(cè)量環(huán)境、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)等提供了一個(gè)理想的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境。圖8為上位機(jī)軟件組成模塊。
圖8 軟件組成結(jié)構(gòu)
上位機(jī)軟件各個(gè)模塊的具體功能簡(jiǎn)單地介紹如下:
界面模塊:完成用戶(hù)的操作界面;
自檢模塊:檢查主要硬件電路的工作狀態(tài);
權(quán)限管理模塊:區(qū)分不同用戶(hù)對(duì)軟件的使用權(quán)限,分為普通用戶(hù)和管理員用戶(hù);
輸出打印模塊:可以將所有測(cè)試參數(shù)依照規(guī)定的格式輸出打印,打印格式由用戶(hù)定義,可以進(jìn)行打印預(yù)覽;
通信模塊:完成與測(cè)試電路的信息傳遞;
測(cè)試模塊:可以進(jìn)行單項(xiàng)和自動(dòng)全流程測(cè)試。
下位機(jī)DSP軟件采用C語(yǔ)言編寫(xiě)。DSP軟件主要模塊及功能簡(jiǎn)介如下:
通信模塊:完成對(duì)CPLD任務(wù)的裝訂和上行測(cè)試數(shù)據(jù)的回傳;
波形數(shù)據(jù)計(jì)算模塊:按照用戶(hù)的要求計(jì)算波形數(shù)據(jù);
測(cè)試流程模塊:控制自動(dòng)化流程測(cè)試的每一項(xiàng)工作;
采集模塊:利用DSP的計(jì)數(shù)器和A/D功能參與部分量的測(cè)量。
2 工作流程
測(cè)試儀測(cè)試流程如圖9所示。
圖9 測(cè)試工作流程
在系統(tǒng)自檢時(shí),程序會(huì)自動(dòng)讀入硬件資源,并添加所需測(cè)試的硬件。進(jìn)入程序界面后,用戶(hù)首先要選擇權(quán)限,管理員擁有修改測(cè)試參數(shù)、手動(dòng)設(shè)置測(cè)試流程、向互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送測(cè)試結(jié)果等權(quán)限,而操作員只能進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試項(xiàng)測(cè)試。上位機(jī)發(fā)送測(cè)試指令后,下位機(jī)通過(guò)DSP產(chǎn)生信號(hào)完成對(duì)電路板的測(cè)試,最后顯示結(jié)果并以Word形式填寫(xiě)測(cè)試結(jié)果報(bào)表,管理員權(quán)限還可以選擇上傳結(jié)果。
3 結(jié) 語(yǔ)
本文的引信信號(hào)處理測(cè)試系統(tǒng)采用了通用化、模塊化的設(shè)計(jì)思想和結(jié)構(gòu),使系統(tǒng)不僅具有自動(dòng)化程度高、工作穩(wěn)定可靠、用戶(hù)界面友好、操作簡(jiǎn)便、易于維護(hù)的特點(diǎn),而且系統(tǒng)具有很強(qiáng)的功能擴(kuò)展能力和適用性。在產(chǎn)品更新?lián)Q代時(shí),相比傳統(tǒng)的測(cè)控系統(tǒng)本系統(tǒng)能夠以很小的代價(jià)滿足新的測(cè)試需求,這在當(dāng)今武器系統(tǒng)飛速發(fā)展 裝備更新?lián)Q代速度快的情況下具有特別重要的意義。
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[4] 雷毅.RNC整機(jī)測(cè)試平臺(tái)單板測(cè)試功能模塊的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)[D].武漢:武漢理工大學(xué),2009.
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給目標(biāo)板需要+12 V,-12 V,+5.0 V,測(cè)試電路本身需要+5.0 V,-5 V,+3.3 V,這里選用NCP117系列電源管理芯片,該器件能夠提供最大1 A的電流,電壓精度高,具有溫度補(bǔ)償功能,熱關(guān)斷和電流限制保護(hù)功能。其中,5.0 V電壓通過(guò)下式調(diào)節(jié)兩個(gè)電阻大小得到:
[Vout=Vref1+R2R1+IadjR2]
1.3 軟件模塊設(shè)計(jì)
測(cè)試儀軟件設(shè)計(jì)分為上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)和DSP軟件設(shè)計(jì)兩部分。
上位機(jī)軟件采用LabWindows/CVI,運(yùn)行環(huán)境為Windows XP。它以ANSI C為核心,將功能強(qiáng)大、使用靈活的C語(yǔ)言平臺(tái)與數(shù)據(jù)采集、分析和表達(dá)的測(cè)控專(zhuān)業(yè)工具有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。它的集成化開(kāi)發(fā)平臺(tái),交互式編程方法,豐富的控件和庫(kù)函數(shù)大大增強(qiáng)了C語(yǔ)言的功能,為熟悉C語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)人員建立檢測(cè)系統(tǒng)、自動(dòng)測(cè)量環(huán)境、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)等提供了一個(gè)理想的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境。圖8為上位機(jī)軟件組成模塊。
圖8 軟件組成結(jié)構(gòu)
上位機(jī)軟件各個(gè)模塊的具體功能簡(jiǎn)單地介紹如下:
界面模塊:完成用戶(hù)的操作界面;
自檢模塊:檢查主要硬件電路的工作狀態(tài);
權(quán)限管理模塊:區(qū)分不同用戶(hù)對(duì)軟件的使用權(quán)限,分為普通用戶(hù)和管理員用戶(hù);
輸出打印模塊:可以將所有測(cè)試參數(shù)依照規(guī)定的格式輸出打印,打印格式由用戶(hù)定義,可以進(jìn)行打印預(yù)覽;
通信模塊:完成與測(cè)試電路的信息傳遞;
測(cè)試模塊:可以進(jìn)行單項(xiàng)和自動(dòng)全流程測(cè)試。
下位機(jī)DSP軟件采用C語(yǔ)言編寫(xiě)。DSP軟件主要模塊及功能簡(jiǎn)介如下:
通信模塊:完成對(duì)CPLD任務(wù)的裝訂和上行測(cè)試數(shù)據(jù)的回傳;
波形數(shù)據(jù)計(jì)算模塊:按照用戶(hù)的要求計(jì)算波形數(shù)據(jù);
測(cè)試流程模塊:控制自動(dòng)化流程測(cè)試的每一項(xiàng)工作;
采集模塊:利用DSP的計(jì)數(shù)器和A/D功能參與部分量的測(cè)量。
2 工作流程
測(cè)試儀測(cè)試流程如圖9所示。
圖9 測(cè)試工作流程
在系統(tǒng)自檢時(shí),程序會(huì)自動(dòng)讀入硬件資源,并添加所需測(cè)試的硬件。進(jìn)入程序界面后,用戶(hù)首先要選擇權(quán)限,管理員擁有修改測(cè)試參數(shù)、手動(dòng)設(shè)置測(cè)試流程、向互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送測(cè)試結(jié)果等權(quán)限,而操作員只能進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試項(xiàng)測(cè)試。上位機(jī)發(fā)送測(cè)試指令后,下位機(jī)通過(guò)DSP產(chǎn)生信號(hào)完成對(duì)電路板的測(cè)試,最后顯示結(jié)果并以Word形式填寫(xiě)測(cè)試結(jié)果報(bào)表,管理員權(quán)限還可以選擇上傳結(jié)果。
3 結(jié) 語(yǔ)
本文的引信信號(hào)處理測(cè)試系統(tǒng)采用了通用化、模塊化的設(shè)計(jì)思想和結(jié)構(gòu),使系統(tǒng)不僅具有自動(dòng)化程度高、工作穩(wěn)定可靠、用戶(hù)界面友好、操作簡(jiǎn)便、易于維護(hù)的特點(diǎn),而且系統(tǒng)具有很強(qiáng)的功能擴(kuò)展能力和適用性。在產(chǎn)品更新?lián)Q代時(shí),相比傳統(tǒng)的測(cè)控系統(tǒng)本系統(tǒng)能夠以很小的代價(jià)滿足新的測(cè)試需求,這在當(dāng)今武器系統(tǒng)飛速發(fā)展 裝備更新?lián)Q代速度快的情況下具有特別重要的意義。
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