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飛機無線電導(dǎo)航設(shè)備自動測試系統(tǒng)設(shè)計
飛機無線電導(dǎo)航設(shè)備自動測試系統(tǒng)設(shè)計
摘 要： 采用最新虛擬儀器及自動測試技術(shù)，基于PXI模塊和GPIB儀器設(shè)計了一套可對無線電高度表、測距儀、防撞與告警系統(tǒng)、無線電羅盤及多模接收機進行綜合測試的飛機無線電自動測試系統(tǒng)，給出了軟硬件設(shè)計方法及接口適配、設(shè)備激勵、ICD管理等關(guān)鍵技術(shù)的實現(xiàn)思路。
關(guān)鍵字： 自動測試系統(tǒng); 無線電導(dǎo)航設(shè)備; 虛擬儀器; GPIB儀器
0 概 述
機載設(shè)備裝機前為保證可靠性必須對各設(shè)備進行測試，這不僅需要操作大量精密昂貴的儀器儀表及通信板卡，而且測試過程相當復(fù)雜繁瑣，測試數(shù)據(jù)需要整理記錄，花費時間長，測試任務(wù)重，測試人員要求素質(zhì)高，這對進行大量機載設(shè)備測試帶來了極大的挑戰(zhàn)。
而在這些機載設(shè)備測試中，無線電導(dǎo)航設(shè)備的測試最為復(fù)雜，應(yīng)某機型生產(chǎn)的需要，專門設(shè)計一套無線導(dǎo)航設(shè)備自動測試系統(tǒng)對無線電導(dǎo)航設(shè)備的功能和性能進行評估和測試;同時提供一個地面交聯(lián)環(huán)境，模擬裝機后各設(shè)備間的通信數(shù)據(jù)，技術(shù)人員可以對各無線電設(shè)備之間的匹配性、一致性、兼容性等進行驗證。
1 系統(tǒng)組成及工作原理
無線導(dǎo)航設(shè)備自動測試系統(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;
(2)仿真ADF、MMR、RA、TCAS和DME的總線數(shù)據(jù);
(3)設(shè)備的激勵信號控制和產(chǎn)生;
(4)設(shè)備輸出離散信號和音頻信號的采集;
(5)被測航電設(shè)備控制盒仿真。
為完成上述功能，無線導(dǎo)航設(shè)備自動測試系統(tǒng)被設(shè)計為圖1所示的系統(tǒng)[1]，由圖1可知該系統(tǒng)由專用激勵源、PXI測試機箱、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、測控計算機組成。
測試系統(tǒng)所測航電設(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)及測距儀(DME)等五類被測航電設(shè)備。
測控計算機完成被測航電設(shè)備測試中的組織管理，測試任務(wù)的調(diào)度，測試中ARINC 429總線數(shù)據(jù)的仿真，測試結(jié)果的判讀;激勵單元負責(zé)提供所有被測航電設(shè)備運行所需的激勵信號;PXI系統(tǒng)負責(zé)與所有被測航電設(shè)備進行1553B、ARINC 429、RS 232及HDLC總線通信，音頻信號的采集，離散量的采集;適配單元負責(zé)接口適配與信號調(diào)理。
在測試中測控計算機控制激勵單元給相關(guān)的設(shè)備加載激勵(或輸入)信號，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平臺通過信號采集與數(shù)據(jù)通信獲得被測航電設(shè)備的工作狀態(tài)和相應(yīng)的工作數(shù)據(jù)，達到對被測航電設(shè)備測試的目的[2?3]。
另外測試系統(tǒng)還可以進行手動測試，主要用于系統(tǒng)聯(lián)試出現(xiàn)異常時，可以在手動狀態(tài)下進行故障注入調(diào)試;包括通過開關(guān)切換系統(tǒng)對物理線路開斷構(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)置進行奇偶校驗、碼率、編碼，標號位的設(shè)置構(gòu)造相關(guān)通信故障。
2 適配單元設(shè)計
接口適配單元是保證被測航電設(shè)備接入到測試平臺進行正確測試的重要部件;接口適配單元主要完成信號轉(zhuǎn)接分配、信號調(diào)理、被測航電設(shè)備多型號接口適配及信號檢測和指示等功能[4]，測試平臺接口適配單元工作原理如圖2所示。
由圖2可知，每個適配單元中包含多塊接口適配板、信號切換模塊、設(shè)備信號檢測孔、型號指示燈、機載設(shè)備插座和測試系統(tǒng)連接器，安裝于一個適配箱內(nèi)。
其中接口適配板的功能是對被測設(shè)備的輸入和輸出離散信號進行調(diào)理(放大、衰減、調(diào)整);信號切換模塊主要有4個功能：將測試儀表切換連接到被測試信號線上;將激勵源輸出的仿真信號切換并連接到被測設(shè)備的輸入端口上;完成自動和手動測試功能的切換;完成電源加電控制和監(jiān)測切換。
信號檢測孔安裝在適配箱面板上，用于測試過程中對關(guān)鍵信號的監(jiān)測;型號指示燈用于顯示被測設(shè)備的不同型號;機載設(shè)備連接器和測試系統(tǒng)連接器分別用于被測航電設(shè)備與測試系統(tǒng)的連接。
接口適配箱的另一個重要功能是適應(yīng)同類多型被測航電設(shè)備的匹配，包括已知的和未知的設(shè)備型號變化導(dǎo)致的連接器型號及插針定義的變化。
本文在接口適配箱的設(shè)計中，采取以下措施解決上述問題：當接口定義發(fā)生變化時，可以在測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， 然后測試軟件選擇不同型號設(shè)備的接口適配板完成測試連接，保證接口定義的正確性;采用加裝備用航空連接器，解決被測航電設(shè)備連接器型號變化的問題。
3 激勵單元設(shè)計
激勵單元要為被測航電設(shè)備提供工作所需的激勵信號，模擬裝機工作時天線和傳感器信號;測控計算機也可以通過GPIB通信接口與激勵源通信，完成對激勵源的設(shè)置和輸出控制，激勵源配置圖如圖3所示。
本測試分系統(tǒng)對ADF、MMR、TACAN、DME、RA和TCAS將按激勵信號特性采用通用或?qū)Ｓ玫哪M源進行激勵，在綜合考慮國內(nèi)外設(shè)備情況后，有如下的激勵源的配置方案：
(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接收機提供激勵信號，完成ADF各種測試。
(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方向性的激勵信號，用于測試ADF接收機性能指標。
(3)ATB?7300測試多模接收機(VOR、LOC、GS、MKR)接收機提供激勵，完成性能指標測試。
(4)MLS?800微波著陸系統(tǒng)/地面站模擬器，測試MLS接收機性能指標。
(5)IFR6000，用于TCAS功能測試。
(6)ALT?8000高度表測試儀，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測試提供激勵源。
(8)ATC?1400A+S?1403DL可為TCAS系統(tǒng)中S模式指標測試提高激勵源。
4 軟件設(shè)計
充分考慮軟件的可擴展性、可裁剪性、可實現(xiàn)性，采用層次化和模塊化架構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)，軟件功能模塊構(gòu)成圖如圖4所示。
(1)測試操作界面：測試項目的管理，測試流程的組織，測試功能任務(wù)的分發(fā)，測試結(jié)果數(shù)據(jù)管理;
(2)TPS執(zhí)行管理模塊：接收測試執(zhí)行任務(wù)的下發(fā)，主要實現(xiàn)對測試過程的管理和控制;
(3)激勵源控制模塊：通過儀表總線實現(xiàn)對激勵源的控制，給被測輸出所需的激勵信號;
(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，實現(xiàn)對被測設(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)測試時，主要實現(xiàn)對不在位的交聯(lián)機載設(shè)備的數(shù)據(jù)及信號的輸出仿真;
(6)總線采集模塊：主要實現(xiàn)對429交聯(lián)總線的實時數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)控任務(wù);
(7)設(shè)備控制模塊：主要實現(xiàn)對被測設(shè)備和測試設(shè)備的控制和管理;
(8)系統(tǒng)自檢：對系統(tǒng)中的部分或者全部測試設(shè)備和模塊進行自檢，也可以讓測試員選擇自檢的測試設(shè)備和儀器模塊;
(9)ICD管理模塊：主要實現(xiàn)對ICD文件的增加，修改和保存;
(10)數(shù)據(jù)分析模塊：主要實現(xiàn)對測試系統(tǒng)的測試數(shù)據(jù)分析處理，形成測試結(jié)論。
5 結(jié) 論
本文所設(shè)計的自動測試系統(tǒng)已經(jīng)在飛機生產(chǎn)中成功應(yīng)用，試驗效果良好，原先困擾飛機生產(chǎn)的無線電設(shè)備測試的瓶頸，現(xiàn)在只需兩名技術(shù)工人就能輕松完成，切實解決了生產(chǎn)中的問題。
參考文獻
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