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飛機(jī)無線電導(dǎo)航設(shè)備自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)
飛機(jī)無線電導(dǎo)航設(shè)備自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)
摘 要： 采用最新虛擬儀器及自動(dòng)測(cè)試技術(shù)，基于PXI模塊和GPIB儀器設(shè)計(jì)了一套可對(duì)無線電高度表、測(cè)距儀、防撞與告警系統(tǒng)、無線電羅盤及多模接收機(jī)進(jìn)行綜合測(cè)試的飛機(jī)無線電自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，給出了軟硬件設(shè)計(jì)方法及接口適配、設(shè)備激勵(lì)、ICD管理等關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)思路。
關(guān)鍵字： 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng); 無線電導(dǎo)航設(shè)備; 虛擬儀器; GPIB儀器
0 概 述
機(jī)載設(shè)備裝機(jī)前為保證可靠性必須對(duì)各設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，這不僅需要操作大量精密昂貴的儀器儀表及通信板卡，而且測(cè)試過程相當(dāng)復(fù)雜繁瑣，測(cè)試數(shù)據(jù)需要整理記錄，花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，測(cè)試任務(wù)重，測(cè)試人員要求素質(zhì)高，這對(duì)進(jìn)行大量機(jī)載設(shè)備測(cè)試帶來了極大的挑戰(zhàn)。
而在這些機(jī)載設(shè)備測(cè)試中，無線電導(dǎo)航設(shè)備的測(cè)試最為復(fù)雜，應(yīng)某機(jī)型生產(chǎn)的需要，專門設(shè)計(jì)一套無線導(dǎo)航設(shè)備自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)無線電導(dǎo)航設(shè)備的功能和性能進(jìn)行評(píng)估和測(cè)試;同時(shí)提供一個(gè)地面交聯(lián)環(huán)境，模擬裝機(jī)后各設(shè)備間的通信數(shù)據(jù)，技術(shù)人員可以對(duì)各無線電設(shè)備之間的匹配性、一致性、兼容性等進(jìn)行驗(yàn)證。
1 系統(tǒng)組成及工作原理
無線導(dǎo)航設(shè)備自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)功能如下：
(1)ADF、MMR、RA、TCAS和DME總線輸出數(shù)據(jù)的采集、處理和存儲(chǔ);
(2)仿真ADF、MMR、RA、TCAS和DME的總線數(shù)據(jù);
(3)設(shè)備的激勵(lì)信號(hào)控制和產(chǎn)生;
(4)設(shè)備輸出離散信號(hào)和音頻信號(hào)的采集;
(5)被測(cè)航電設(shè)備控制盒仿真。
為完成上述功能，無線導(dǎo)航設(shè)備自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為圖1所示的系統(tǒng)[1]，由圖1可知該系統(tǒng)由專用激勵(lì)源、PXI測(cè)試機(jī)箱、GPIB通信模塊、429通信模塊、數(shù)字I/O模塊、音頻采集卡、矩陣開關(guān)模塊、接口適配箱、測(cè)控計(jì)算機(jī)組成。
測(cè)試系統(tǒng)所測(cè)航電設(shè)備包括組合接收設(shè)備(MMR)、無線電羅盤(ADF)、交通告警和防撞系統(tǒng)(TCAS)、無線電高度表(RA)及測(cè)距儀(DME)等五類被測(cè)航電設(shè)備。
測(cè)控計(jì)算機(jī)完成被測(cè)航電設(shè)備測(cè)試中的組織管理，測(cè)試任務(wù)的調(diào)度，測(cè)試中ARINC 429總線數(shù)據(jù)的仿真，測(cè)試結(jié)果的判讀;激勵(lì)單元負(fù)責(zé)提供所有被測(cè)航電設(shè)備運(yùn)行所需的激勵(lì)信號(hào);PXI系統(tǒng)負(fù)責(zé)與所有被測(cè)航電設(shè)備進(jìn)行1553B、ARINC 429、RS 232及HDLC總線通信，音頻信號(hào)的采集，離散量的采集;適配單元負(fù)責(zé)接口適配與信號(hào)調(diào)理。
在測(cè)試中測(cè)控計(jì)算機(jī)控制激勵(lì)單元給相關(guān)的設(shè)備加載激勵(lì)(或輸入)信號(hào)，并由控制盒或仿真控制盒設(shè)置無線電導(dǎo)航設(shè)備處于相應(yīng)的工作狀態(tài)，PXI平臺(tái)通過信號(hào)采集與數(shù)據(jù)通信獲得被測(cè)航電設(shè)備的工作狀態(tài)和相應(yīng)的工作數(shù)據(jù)，達(dá)到對(duì)被測(cè)航電設(shè)備測(cè)試的目的[2?3]。
另外測(cè)試系統(tǒng)還可以進(jìn)行手動(dòng)測(cè)試，主要用于系統(tǒng)聯(lián)試出現(xiàn)異常時(shí)，可以在手動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行故障注入調(diào)試;包括通過開關(guān)切換系統(tǒng)對(duì)物理線路開斷構(gòu)造開路故障、通過調(diào)試接口接地構(gòu)造短路故障、通過軟件通信設(shè)置進(jìn)行奇偶校驗(yàn)、碼率、編碼，標(biāo)號(hào)位的設(shè)置構(gòu)造相關(guān)通信故障。
2 適配單元設(shè)計(jì)
接口適配單元是保證被測(cè)航電設(shè)備接入到測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行正確測(cè)試的重要部件;接口適配單元主要完成信號(hào)轉(zhuǎn)接分配、信號(hào)調(diào)理、被測(cè)航電設(shè)備多型號(hào)接口適配及信號(hào)檢測(cè)和指示等功能[4]，測(cè)試平臺(tái)接口適配單元工作原理如圖2所示。
由圖2可知，每個(gè)適配單元中包含多塊接口適配板、信號(hào)切換模塊、設(shè)備信號(hào)檢測(cè)孔、型號(hào)指示燈、機(jī)載設(shè)備插座和測(cè)試系統(tǒng)連接器，安裝于一個(gè)適配箱內(nèi)。
其中接口適配板的功能是對(duì)被測(cè)設(shè)備的輸入和輸出離散信號(hào)進(jìn)行調(diào)理(放大、衰減、調(diào)整);信號(hào)切換模塊主要有4個(gè)功能：將測(cè)試儀表切換連接到被測(cè)試信號(hào)線上;將激勵(lì)源輸出的仿真信號(hào)切換并連接到被測(cè)設(shè)備的輸入端口上;完成自動(dòng)和手動(dòng)測(cè)試功能的切換;完成電源加電控制和監(jiān)測(cè)切換。
信號(hào)檢測(cè)孔安裝在適配箱面板上，用于測(cè)試過程中對(duì)關(guān)鍵信號(hào)的監(jiān)測(cè);型號(hào)指示燈用于顯示被測(cè)設(shè)備的不同型號(hào);機(jī)載設(shè)備連接器和測(cè)試系統(tǒng)連接器分別用于被測(cè)航電設(shè)備與測(cè)試系統(tǒng)的連接。
接口適配箱的另一個(gè)重要功能是適應(yīng)同類多型被測(cè)航電設(shè)備的匹配，包括已知的和未知的設(shè)備型號(hào)變化導(dǎo)致的連接器型號(hào)及插針定義的變化。
本文在接口適配箱的設(shè)計(jì)中，采取以下措施解決上述問題：當(dāng)接口定義發(fā)生變化時(shí)，可以在測(cè)試軟件接口配置界面中修改接口定義配置表改變接口定義， 然后測(cè)試軟件選擇不同型號(hào)設(shè)備的接口適配板完成測(cè)試連接，保證接口定義的正確性;采用加裝備用航空連接器，解決被測(cè)航電設(shè)備連接器型號(hào)變化的問題。
3 激勵(lì)單元設(shè)計(jì)
激勵(lì)單元要為被測(cè)航電設(shè)備提供工作所需的激勵(lì)信號(hào)，模擬裝機(jī)工作時(shí)天線和傳感器信號(hào);測(cè)控計(jì)算機(jī)也可以通過GPIB通信接口與激勵(lì)源通信，完成對(duì)激勵(lì)源的設(shè)置和輸出控制，激勵(lì)源配置圖如圖3所示。
本測(cè)試分系統(tǒng)對(duì)ADF、MMR、TACAN、DME、RA和TCAS將按激勵(lì)信號(hào)特性采用通用或?qū)Ｓ玫哪M源進(jìn)行激勵(lì)，在綜合考慮國(guó)內(nèi)外設(shè)備情況后，有如下的激勵(lì)源的配置方案：
(1)33522B是一款任意波形發(fā)生器，在ADF天線模仿儀配合下，可給ADF接收機(jī)提供激勵(lì)信號(hào)，完成ADF各種測(cè)試。
(2)WLM?9天線模仿儀與任意波形發(fā)生器33522B配合給ADF提供ADF方向性的激勵(lì)信號(hào)，用于測(cè)試ADF接收機(jī)性能指標(biāo)。
(3)ATB?7300測(cè)試多模接收機(jī)(VOR、LOC、GS、MKR)接收機(jī)提供激勵(lì)，完成性能指標(biāo)測(cè)試。
(4)MLS?800微波著陸系統(tǒng)/地面站模擬器，測(cè)試MLS接收機(jī)性能指標(biāo)。
(5)IFR6000，用于TCAS功能測(cè)試。
(6)ALT?8000高度表測(cè)試儀，可編程的多航段仿真爬升及下降曲線。
(7)采用ATC?1400A可為DME主要功能和性能指標(biāo)測(cè)試提供激勵(lì)源。
(8)ATC?1400A+S?1403DL可為TCAS系統(tǒng)中S模式指標(biāo)測(cè)試提高激勵(lì)源。
4 軟件設(shè)計(jì)
充分考慮軟件的可擴(kuò)展性、可裁剪性、可實(shí)現(xiàn)性，采用層次化和模塊化架構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，軟件功能模塊構(gòu)成圖如圖4所示。
(1)測(cè)試操作界面：測(cè)試項(xiàng)目的管理，測(cè)試流程的組織，測(cè)試功能任務(wù)的分發(fā)，測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)管理;
(2)TPS執(zhí)行管理模塊：接收測(cè)試執(zhí)行任務(wù)的下發(fā)，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試過程的管理和控制;
(3)激勵(lì)源控制模塊：通過儀表總線實(shí)現(xiàn)對(duì)激勵(lì)源的控制，給被測(cè)輸出所需的激勵(lì)信號(hào);
(4)離散數(shù)據(jù)采集模塊：主要通過數(shù)字I/O和A/D采集設(shè)備驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)設(shè)備輸出的離散數(shù)據(jù)的采集和處理任務(wù);
(5)設(shè)備仿真模塊：在交聯(lián)測(cè)試時(shí)，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)不在位的交聯(lián)機(jī)載設(shè)備的數(shù)據(jù)及信號(hào)的輸出仿真;
(6)總線采集模塊：主要實(shí)現(xiàn)對(duì)429交聯(lián)總線的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)控任務(wù);
(7)設(shè)備控制模塊：主要實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)設(shè)備和測(cè)試設(shè)備的控制和管理;
(8)系統(tǒng)自檢：對(duì)系統(tǒng)中的部分或者全部測(cè)試設(shè)備和模塊進(jìn)行自檢，也可以讓測(cè)試員選擇自檢的測(cè)試設(shè)備和儀器模塊;
(9)ICD管理模塊：主要實(shí)現(xiàn)對(duì)ICD文件的增加，修改和保存;
(10)數(shù)據(jù)分析模塊：主要實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試數(shù)據(jù)分析處理，形成測(cè)試結(jié)論。
5 結(jié) 論
本文所設(shè)計(jì)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)已經(jīng)在飛機(jī)生產(chǎn)中成功應(yīng)用，試驗(yàn)效果良好，原先困擾飛機(jī)生產(chǎn)的無線電設(shè)備測(cè)試的瓶頸，現(xiàn)在只需兩名技術(shù)工人就能輕松完成，切實(shí)解決了生產(chǎn)中的問題。
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