飛機無線電導航設備自動測試系統設計

摘 要： 采用最新虛擬儀器及自動測試技術，基于PXI模塊和GPIB儀器設計了一套可對無線電高度表、測距儀、防撞與告警系統、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，給出了軟硬件設計方法及接口適配、設備激勵、ICD管理等關鍵技術的實現思路。

關鍵字： 自動測試系統； 無線電導航設備； 虛擬儀器； GPIB儀器

中圖分類號： TN965?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）19?0099?03

0 概 述

機載設備裝機前為保證可靠性必須對各設備進行測試，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雜繁瑣，測試數據需要整理記錄，花費時間長，測試任務重，測試人員要求素質高，這對進行大量機載設備測試帶來了極大的挑戰。而在這些機載設備測試中，無線電導航設備的測試最為復雜，應某機型生產的需要，專門設計一套無線導航設備自動測試系統對無線電導航設備的功能和性能進行評估和測試；同時提供一個地面交聯環境，模擬裝機后各設備間的通信數據，技術人員可以對各無線電設備之間的匹配性、一致性、兼容性等進行驗證。

1 系統組成及工作原理

無線導航設備自動測試系統功能如下：

（1）ADF、MMR、RA、TCAS和DME總線輸出數據的采集、處理和存儲；

（2）仿真ADF、MMR、RA、TCAS和DME的總線數據；

（3）設備的激勵信號控制和產生；

（4）設備輸出離散信號和音頻信號的采集；

（5）被測航電設備控制盒仿真。

為完成上述功能，無線導航設備自動測試系統被設計為圖1所示的系統[1]，由圖1可知該系統由專用激勵源、PXI測試機箱、GPIB通信模塊、429通信模塊、數字I/O模塊、音頻采集卡、矩陣開關模塊、接口適配箱、測控計算機組成。測試系統所測航電設備包括組合接收設備（MMR）、無線電羅盤（ADF）、交通告警和防撞系統（TCAS）、無線電高度表（RA）及測距儀（DME）等五類被測航電設備。

測控計算機完成被測航電設備測試中的組織管理，測試任務的調度，測試中ARINC 429總線數據的仿真，測試結果的判讀；激勵單元負責提供所有被測航電設備運行所需的激勵信號；PXI系統負責與所有被測航電設備進行1553B、ARINC 429、RS 232及HDLC總線通信，音頻信號的采集，離散量的采集；適配單元負責接口適配與信號調理。

在測試中測控計算機控制激勵單元給相關的設備加載激勵（或輸入）信號，并由控制盒或仿真控制盒設置無線電導航設備處于相應的工作狀態，PXI平臺通過信號采集與數據通信獲得被測航電設備的工作狀態和相應的工作數據，達到對被測航電設備測試的目的[2?3]。

另外測試系統還可以進行手動測試，主要用于系統聯試出現異常時，可以在手動狀態下進行故障注入調試；包括通過開關切換系統對物理線路開斷構造開路故障、通過調試接口接地構造短路故障、通過軟件通信設置進行奇偶校驗、碼率、編碼，標號位的設置構造相關通信故障。

2 適配單元設計

接口適配單元是保證被測航電設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接分配、信號調理、被測航電設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、設備信號檢測孔、型號指示燈、機載設備插座和測試系統連接器，安裝于一個適配箱內。其中接口適配板的功能是對被測設備的輸入和輸出離散信號進行調理（放大、衰減、調整）；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鍵信號的監測；型號指示燈用于顯示被測設備的不同型號；機載設備連接器和測試系統連接器分別用于被測航電設備與測試系統的連接。

接口適配箱的另一個重要功能是適應同類多型被測航電設備的匹配，包括已知的和未知的設備型號變化導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計中，采取以下措施解決上述問題：當接口定義發生變化時，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，解決被測航電設備連接器型號變化的問題。

3 激勵單元設計

激勵單元要為被測航電設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，完成對激勵源的設置和輸出控制，激勵源配置圖如圖3所示。

本測試分系統對ADF、MMR、TACAN、DME、RA和TCAS將按激勵信號特性采用通用或專用的模擬源進行激勵，在綜合考慮國內外設備情況后，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/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系統中S模式指標測試提高激勵源。

4 軟件設計

充分考慮軟件的可擴展性、可裁剪性、可實現性，采用層次化和模塊化架構設計實現，軟件功能模塊構成圖如圖4所示。

（1）測試操作界面：測試項目的管理，測試流程的組織，測試功能任務的分發，測試結果數據管理；

（2）TPS執行管理模塊：接收測試執行任務的下發，主要實現對測試過程的管理和控制；

（3）激勵源控制模塊：通過儀表總線實現對激勵源的控制，給被測輸出所需的激勵信號；

（4）離散數據采集模塊：主要通過數字I/O和A/D采集設備驅動，實現對被測設備輸出的離散數據的采集和處理任務；

（5）設備仿真模塊：在交聯測試時，主要實現對不在位的交聯機載設備的數據及信號的輸出仿真；

（6）總線采集模塊：主要實現對429交聯總線的實時數據的采集和監控任務；

（7）設備控制模塊：主要實現對被測設備和測試設備的控制和管理；

（8）系統自檢：對系統中的部分或者全部測試設備和模塊進行自檢，也可以讓測試員選擇自檢的測試設備和儀器模塊；

（9）ICD管理模塊：主要實現對ICD文件的增加，修改和保存；

（10）數據分析模塊：主要實現對測試系統的測試數據分析處理，形成測試結論。

5 結 論

本文所設計的自動測試系統已經在飛機生產中成功應用，試驗效果良好，原先困擾飛機生產的無線電設備測試的瓶頸，現在只需兩名技術工人就能輕松完成，切實解決了生產中的問題。

參考文獻

[1] 馬明建.數據采集與處理技術[M].西安：西安交通大學出版社，1998.

[2] 張紅梅，徐啟豐，徐貴水，等.虛擬儀器在航空儀器檢測中的應用[J].空軍工程大學學報：自然科學版，2003，4（2）：70?73.

[3] 肖明清，胡雷剛.自動測試概論[M].北京：國防工業出版社，2012.

[4] 劉金寧，孟晨，崔少輝，等.自動測試系統的通用測試接口設計與實現[J].儀表技術，2004（5）：29?31.

[5] 霍朝暉，覃楊森，祁春.飛行試驗機載關鍵參數快速處理系統設計[J].現代電子技術，2013，36（5）：121?124.

[6] 王詩斌，陳金強，蘇建.機載設備二次電源系統設計[J].現代電子技術，2012，35（20）：183?185.