機載火控設備ATS故障診斷通用性方法研究

歐陽寰，程江濤，王超勇，黎子芬

（海軍航空工程學院 青島校區，山東 青島 266041）

0 引言

隨著科學技術和微電子學的飛速發展，軍用作戰飛機的任務越來越繁重，導致航空機載火控設備復雜度不斷加劇，設備中集成電路板集成度越來越高，傳統的電路板維修方式已無法適應種類繁多的高集成電路板檢修，研制通用性高的自動測試系統[1]（Automatic Test System，ATS）成為新的發展趨勢。在各種航空機載火控設備中，主要存在數字電路板和模數混合電路板，單純的模擬電路板比較少，且接口不統一。為提高機載火控設備故障診斷和檢修的效率，減少測試檢查儀器和設備，關于ATS電路板故障診斷通用性方法研究就顯得十分必要。

1 影響ATS故障診斷方法通用性的因素

ATS是自動測試的軟、硬件集合體。它采用虛擬儀器系統平臺的思想，建立一個具有前向通道、后向通道、存貯及數據處理部件、人機接口及測試軟件的通用的綜合測試平臺。通過改變測試軟件，就可應用于不同的被測試對象（Unit Under Test，UUT）。ATS通常由以下3個部分組成：主控計算機，程控儀器設備，測試軟件，如圖1所示。

在不同的ATS上同一被測對象采用的故障診斷方法存在著很大的差異，嚴重地影響了診斷方法的互換通用性，而這些差異主要是由ATS儀器設備配置的不同、儀器設備與被測對象間連接的不同、各系統間測試軟件的不同所引起的。另外對于同型號的ATS，由于設備的升級、儀器損壞更換，也會使得同型號系統變成不同型號，使得原來的診斷方法的有效性受到較大的影響[2]。

1.1 ATS儀器設備配置上的不同

被測對象進行自動測試的一個硬件基礎就是測試儀器設備，但測試儀器設備的型號是千差萬別的，即使是同一類儀器也有生產廠商、性能參數、功能上的差別。以示波器為例，HP54615B是帶有GPIB接口的雙通道波形分析儀，TVS641是基于VXI總線的4通道波形分析儀，它們又具有一定的共性，都是采樣速率為1G/S的數字波形分析儀，可以完成250M以下模擬信號的精確測量分析。如果在兩套ATS中，分別配置了這兩種不同的波形分析儀，通道數如果超過兩個，HP54615B就不能夠勝任測試。儀器設備配置的關鍵在于不同ATS儀器設備是否能夠完成相同測試任務。只要不同ATS的儀器配置能夠完成該測試任務，系統與該測試任務無關的任何儀器配置是不會影響該被測對象的故障診斷方法。由于系統資源、經濟效益等限制，一套ATS系統是不可能配備功能齊全的儀器設備，設備根據測試任務要求不同，在儀器配置上會有一定的取舍[3]。

圖1 ATS組成示意圖Fig.1 ATS of schematic diagram

圖2 標準化測試連接結構示意圖Fig.2 Standardized test connection structure diagram

圖3 UUT與ATE的連接Fig.3 UUT connected with ATE

1.2 ATS儀器設備連接適配器的不同

ATS儀器連接適配器主要提供測試儀器到被測對象的信號轉接、測試信號的預處理，包括電平的提拉和轉換等，同時還可以為被測對象提供一定的固定與支撐。對于不同的ATS，由于其儀器配置、儀器輸入輸出接口、系統設計的差異都會造成ATS與被測對象連接適配器的不同，使得同一被測對象不能使用相同的連接適配器連接不同的ATS。

1.3 不同ATS間測試軟件接口不同

ATS測試軟件是完成系統測試任務所需要的各種應用軟件（包括測試環境軟件，測試開發軟件，驅動程序、I/O接口等等）。由于不同的測試系統使用了不同的測試軟件，這樣就使得同一被測對象對應不同的ATS有不同的測試程序。

測試軟件作為應用軟件可以在不同的ATS的主控計算機上安裝運行，也就是說在不同的ATS上開發的測試程序能夠在其他ATS上被調用。而儀器驅動程序、I/O接口維護卻是ATS固有的測試軟件，它取決于系統儀器、設備的配置以及儀器設備驅動的版本情況，它使得不同測試系統上開發的測試程序被調用時無法驅動指定儀器設備完成預定操作。那么，測試程序中驅動原開發ATS中的儀器、設備的軟件函數是否能夠同時驅動其他ATS的儀器、設備成了影響程序通用性的關鍵因素之一。

2 解決措施

針對上述影響故障診斷方法通用性的因素，主要的解決措施有：

2.1 設計標準化配置ATS

由于儀器設備配置不同帶來的問題，一方面采取對ATS儀器配置系列化、標準化，使得不同用途的ATS形成相對穩定的儀器、設備配置?；诋斍暗臓顩r及以后測試系統的可升級性、可擴展性考慮，面向測試對象的ATS應當向現有的ATS的配置靠攏，實現儀器配置的標準化。目前，標準化測試系統通用儀器配置包括四通道波形分析儀（采樣速率1G/S以上）、任意波形發生器（可產生函數波形和自定任意波形）、數字I/O接口（數據收發速率20M、192路以上）等等。通過對系統配置的調整，使同類ATS可以完成的測試任務趨于相同，以此來消除系統配置對被測對象故障診斷方法通用性的影響。

2.2 設計通用適配器

對于ATS儀器設備與被測對象間連接的不同，采取建立連接適配規范的方式，使輸入、輸出接口標準化。根據現有機載火控設備ATS，設計通用適配器，使被測對象與自動測試設備之間建立了一種通用的、標準的連接關系和測試連接結構，結構示意圖如圖2所示。開發人員只需根據被測單元的實際情況和測試方案，設計針對于被測單元的專用適配接口電路，就可準確無誤地按照測試方案將被測單元與采用標準適配接口ATS系統中的儀器相連接，如圖3所示：

2.3 使用IVI標準規范軟件接口

為了解決不同ATS之間軟件接口不同的問題，引入IVI標準是一個有效解決途徑。IVI標準使儀器使用從基本的互操作性（Interoperability）提升到可互換性（Interchangeability），使儀器驅動程序提升到了標準化水平。針對現有的機載火控設備ATS中已經成熟的儀器設備引入IVI標準，建立標準的軟件接口。通過為測試儀器制定一個統一的規范，使研發人員獲得更大的硬件獨立性，減少了軟件維護和支持費用、縮短了儀器編程時間、提高了運行性能。另外，對于尚未使用IVI標準的測試設備，建立“類IVI標準”，在小范圍內達成軟件接口一致，解決短期的通用性問題。通過調研，可引入IVI標準的測試設備有電源、波形分析儀、任意波形發生器、多用表、矩陣開關等等，建立類IVI標準的有數字I/O模塊[4]。

3 通用性研究的展望

3.1 利于故障電路板的互換測試

基于儀器設備、適配接口、軟件接口的標準化，使得針對同一電路板所開發測試程序集(TPS)具有更強的通用性，達到不作修改或稍作修改就能夠在其他ATS上正常運行的目的。這樣就避免了TPS的重復開發，實現了電路板的就近檢測和修理，縮短了維修時間，節約了維修成本。

3.2 利于新技術的吸納和系統功能的測試系統開發擴展

科學技術的發展、儀器設備的不斷更新為測試系統開發帶來了極大的方便和效益，推動了ATS的快速發展，然而測試系統高昂的軟硬件升級費用在一定程度上阻礙了測試系統的重新配置和新技術支持，為保護前期技術投入，繼續使用原有的儀器、技術，就不能獲得新設備、新技術帶來的效益；若要更換儀器設備或者進行系統功能擴展，先前開發的電路板TPS就面臨全部報廢或需要重新開發的困難。通過對電路板故障診斷方法進行研究，既保護了前期的技術投入，又保證了后來的新技術、新設備的及時升級使用，確保了測試系統與機載火控設備同步發展。

3.3 利于TPS使用壽命延長

電路板TPS有著一定的生命周期，它的生命周期取決于兩個方面：機載火控設備服役時間和TPS賴以生存的工作平臺ATS。通用性設計之前的ATS系統的每一次改型、升級和完善都會對先前開發的電路板TPS造成或多或少的影響，甚至提前終結TPS的使用。另外作為ATS一部分的儀器設備作為一種產品也有其固有生命期。在某種儀器設備生命期結束后，如果不能購置到同型號的儀器設備（儀器可能停產、斷線），更換的同型儀器設備不管性能如何優越，都可能造成事實上ATS改型，引起TPS生命期的提前終結。更為嚴重的是，這種事實上的改型會造成ATS配置上的混亂，使原本可移植性較低的境況更加嚴重。通過對ATS硬件接口、軟件接口的標準化、通用性設計，使得ATS的改型、升級、完善只是表現在ATS內部，對于先前開發的TPS均未產生影響，有效地保護了前期投入。

4 結束語

本文在理論上研究了機載火控設備ATS故障診斷方法通用性的問題，給測試系統研究開發提供了一條新途徑。所探討影響ATS故障診斷方法通用性的因素，對于ATS的儀器配置、連接適配器、各ATS間測試軟件接口設計具有一定的指導價值。針對這3個方面分別提出了相應的解決措施，對機載火控設備ATS的開發使用有較好的啟發和借鑒。

[1]張娟,黃開臣.綜合自動測試系統研究[J].測控技術,2011,30(10):30-35.

[2]劉江,左正軍.通用航空器故障診斷專家系統研究[J].科技市場經濟,2013,8:5-9.

[3]劉潔.機載計算機通用自動測試平臺設計[J].電子科技,2013,26(6):104-106.

[4]尉廣軍,馬駿.基于PXI總線的導彈裝備通用檢測系統設計[J].計算機與數字工程,2012,40(9):54-56.