基于分布式架构的综合化航电系统测试平台设计

关键词：航电系统；集成测试；仿真；采集监控

传统的航电系统测试平台往往是依照飞机机载系统的交联关系和总线数据类型，结合机上电缆走向，通过点对点的方式实现各交联系统之间的物理连接。这类测试平台在使用过程中往往存在以下问题和缺陷。

①人工测试效率低；由于航电系统庞大的架构和测试量，测试过程中需要依靠试验人员人工操作和测试记录，费时费力。

②测试场景单一；测试平台受限于飞机航电系统原有的架构设计和接ｎ预留情况，仅能适配特定的测试构型，对于后期测试需求的变化，更改维护成本较高。

③测试流程不规范；由于测试条件、测试操作等没有程序规范化，人为因素可能会导致测试结果出现偏差。

④测试过程不明晰；人工测试时对于测试进程的体现不够清晰，客观上会出现漏测，无法保证测试覆盖率。

为解决传统航电系统测试平台的缺陷，本文结合飞机航电系统的发展趋势、特点和技术需求，提出一种基于分布式架构的综合化航电系统测试平台设计思路和方法，满足从设计开发验证到生产交付地面试验全过程的使用需求。

在国外，航空工业起步较早，包括空客和波音等多家航空企业在航电系统测试领域有着丰富的经验，已经逐渐形成一套完备的测试平台设计标准和方法；近些年，随着航电系统的不断发展和迭代，国内对于测试平台的需求也更加清晰，新技术、新方法的应用也丰富了测试平台的功能选择和实现方式，进一步缩小了与国外的差距。

一套完整的测试流程包括电源适配，测试用例生成、测试过程控制，控制指令接入，总线数据采集、分析、处理、传输和记录，仿真激励信号产生和注入，测试结果比对分析和数据显示、存储和回放等。测试过程的实现往往是基于多个硬件组件和软件共同作用。为满足多种试验构型的测试需求，增加试验平台使用的拓展性和灵活性，采用分布式架构的设计理念，将各功能进行模块化封装、分区管理，根据测试需求灵活调用，实现测试模型定制和测试过程解耦。

该研究将为后续飞机航电测试系统平台的框架设计、开发、建设和原有系统测试平台的迭代升级提供思路和方法，提高航电系统测试平台的功能和适用场景。

随着飞机航电系统的迭代更新，测试需求也在不断发生变化。为满足多种构型、测试场景的使用需求，充分发挥测试平台功能特点，在平台的设计之初需要嵌人先进的理念，使其具备通过各类仿真资源在地面模拟出飞机航电系统本身或与其他系统交互信号的能力，在功能和性能方面满足整机航电系统的设计研发论证、生产阶段集成测试和后期维护修理等全寿命周期的使用需求。所以，在设计、建设综合化航电系统测试平台时通常需要具备以下技术特点：

①测试平台硬件框架选用成熟的货架产品；可加快平台集成建设速度，增加选型空间，同时也便于后期的维护及扩展。

②测试平台网络构建采用中间件技术；将试验数据模型集中到一个所有功能软件可见的全局数据空间，在使用时各功能软件按需对数据模型进行调取和操作，实现软件解耦。

③强大的总线数据仿真能力；可根据测试构型、场景和需求，自主选择、调用仿真资源实现各类总线数据的模拟，即具备真实总线数据／仿真数据组合、切换的能力，满足个性化测试要求。

④测试平台采用开放式设计；对整个试验网络进行开放，可兼容、接入多种第三方测试软件，增加系统的拓展性。

综合化航电系统测试平台可满足信号级测试需求，实现对内、外部交联系统各类信号的采集测试、模拟仿真、测试逻辑控制、对外兼容扩展和测试过程全面监控等功能。测试平台的设计、搭建采用分布式架构，将不同功能模块进行分区管理，突破传统测试方法，实现对相关功能分区的自动化控制、配置。同时，该测试平台具备高灵活性和自由度，可根据使用场景和需求，个性化选择工作模式和测试任务。

测试平台功能划分主要包含总线信号模拟功能分区、测试控制功能分区、系统激励功能分区、数据采集监控功能分区和ＩＣＤ数据库管理功能分区等。总线信号模拟功能分区主要是通过激励控制软件驱动总线数据终端内部硬件板卡按照规定的信号类型和格式产生仿真数据，同时实物与仿真均接入交联接口单元，通过控制软件切换实物／非实物状态以满足不同试验构型的测试需求；测试控制功能分区主要由中央控制单元软件实现测试任务新建、工作模式选择、控制指令下发、各类资源调度、测试状态切换、测试过程跟踪、测试报告生成和存储等功能；系统激励功能分区可产生各类机载系统集成测试所需要的射频激励、总线数据激励、消息激励和外部离散激励等信号；数据采集监控功能分区可实现对系统内、外交联信号数据的实时采集监控和记录，并可关联ＩＣＤ数据库对源码数据进行解析评估；ＩＣＤ数据库管理功能分区采用树形结构，内部按照子系统、机载设备和总线类型等进行分层管理，数据库与飞机保持同步，方便后续进行新建、维护和更新等操作。实现的具体功能包括：

①提供支持下行各机载设备工作的电源分配管理功能；

②提供开放式测试任务管理，可满足分系统、子系统和机载设备接口的测试验证需求；

③提供信号采集解析功能，能够对照飞机的ＩＣＤ数据库对主要信号进行分类采集并可对采集到的原始数据进行监控、记录并解译为所需的工程值

④提供能够发送各类离散、总线数据和音频等債号的激励、仿真和控制功能；

⑤测试平台选用：的货架机箱和板卡均预留有备份插槽和通道，为系统提供硬件扩展密问；

⑥采用基于以太网的控制和数据传输网络，保证系统的实时性；

⑦提供测试完成后自动生成测试报专的功能，

综合化航电系统测试平台主要由测试控制系统、激励接口适配单元、航电功能激励系统、总线数据终端设备、总线数据分析设备、交联接口阜元和电源适配系统等组成，如图1所示。

测试控制系统去蒙用于实现飞机航电系统集成测试所需的测试任务编辑、生成、管理、过程控制及执行结果显示筹功能；同时为航电功能激励系统的参数设置行等提供远程控制指令。

激励接口适配单元主要用于为航电功能激励系统和测试控制系统之间提供接口适配和远程控制指令的传输。

航电功能激励系统由各类功能激励器和接口适配单元组成。各类激励器主要用于提供机载系统功能测试时所需的外部射频激励、消息激励、总线信号激励和离散儇号徼励等实现与机载系统的互通，从而验证机载系统的各项功能；接Ｈ适配单元主要用于为机载系统和功能激励器之间提供测试链路路由和适配。

总线数据终端设备由ＰＸＩ硬件平合和总线数据模拟软件组成。主要用于提供被测机载系统与飞机平台萁他交联系统之间的总线数据模拟，为被测机载系统功能验怔提供必要的ＡＲＩＮＣ４２９、ＲＳ４２２、ＡＦＤＸ等总线数据和离散信号模拟仿真，接收和显示机载系统各设备的工作状态及工作参数等。

总线数据分析设备由便携加固计算机和监控解析软件组成。主要用于完成机载系统内部織含僮息处理和控制显琦等核心功能模块与系统内／外其他机载设备之间及交联的ＡＲｆｌＣ４２９、ＲＳ４２２、ＡＦＤＸ等怠线接Ｄ数据监控，并可按解析规则将采集到的数据进行实１寸解析、保存并显示在弄：两上供测试人员随时调阅。

交联接口单元主要用于完成机载系统内各设备与测试平合各功能模块分区之间的低频信号交联转接。

电源适配系统主要用于为机载系统内各机载谖备的正常工作提供电源输出、状态监控、完成各机载设备的电源适面和通／断管理，以及过流保护等。

测试平台各功能分区之间采用百兆以太网连揍，实现与中央控制单元、航电模拟接口、激励接口适酝单元、接口适配单元和功能激励系统等之间的总线数元和功能激励系统等之间的总线数数据传输、 控制和状态信息显示 ， 其网络拓扑图如图２所示。

综合化航电系统测试平台工作流程分为准备、测试和结束３个阶段。具体工作流程如图3所示。

准备阶段主要是指测试前的各项预置工祚，目的是确保测试工作的顺利开展。主變包括待测机载系统的技术状态确认、测试电缆的连接和检查、电源适配系统供电输出检查、待测机载系统的加电检查、测试控制系统的加电检查、测试控制系统加电及运行状态检查、功能激励系统加电及运行状态检查。

测试阶段主要是指按测试流程和用例开展测试任务,记录测试结果并给出测试结论。主要包括按照测试需求自动或手动配置测试程序和相关参数;切换测试通道并调整相关参数;通过航电模拟系统完成总线数据的仿真、发送并读取回传结果:配置激励系统的工作模式和参数:测试控制系统下发测试任务和参数控制指令、采集测试结果并记录:比对测试结果和技术指标,给出测试结论。

结束阶段主要是指完成测试后的工作,确保测试平台回到初始状态。主要包括正确关闭功能激励系统、正确关闭地面测试控制系统、断开待测机载系统各设备的电源、正确关闭电源适配系统和停止供电输出。

测试平台具备两种工作模式和手动测试模式和自动测试模式。

①手动测试模式:建立人在环的手动测试模式,具体来说是以测试人员为主体,人为主导完成各功能项目的测试,具体包括:在总线终端设备航电模拟软件界面手动设置各项参数并下发:手动设置功能激励系统各激励器的工作参数产生相应的激励信号,通过接口适配单元将激励信号传输给机载系统完成测试;手动查看测试执行结果,判断测试结果是否满足要求等。手动测试模式工作原理图如图4所示。

②自动测试模式:由测试控制系统软件在自动测试过程中新建测试任务、控制和管理测试过程,按照测试任务下发测试控制指令调用航电模拟软件完成仿真总线数据的生成和下发,接收测试回传数据并进行进一步判断、分析和显示,同时下发激励控制指令驱动适配单元和航电功能激励系统完成相关的测试链路适配和激励信号的产生,最后在完成设置后下发状态查询指令,接收机载系统的状态回传数据,经比对分析给出当前测试任务的执行结果,存储并生成报告,从而完成机载系统设备功能的集成测试。自动测试模式工作原理图如图5所示。

航电系统作为飞机的“神经网络”与其他系统有着复杂的交联关系,在提升飞机性能、安全性和执行飞行作战任务等方面发挥着关键作用。随着航电系统朝着综合化、集成化和模块化的方向发展,对于机载系统的地面测试提出了更高的要求和挑战。航电系统测试平台在设计建设时需满足自动化测试、多种试验构型复用和测试模型多样化等功能特点。本文对航电系统的测试原理、测试需求和工作模式等展开分析。采用分布式架构、高带宽低延时的总线网络技术、自动化控制技术以及高效稳定的功能软件设计等实现各类总线信号的模拟仿真,数据的实时采集、记录和处理,同时可对测试过程进行远端控制管理、提高测试效率并完整地保存测试过程,兼容后续多种试验构型的设计研发试验验证和生产测试试验任务。