美軍自動測試系統的現代化發展綜述

嚴　樂, 司　斌, 張從霞, 葉勇進

(中國空空導彈研究院，河南 洛陽　471009)

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美軍自動測試系統的現代化發展綜述

嚴樂, 司斌, 張從霞, 葉勇進

(中國空空導彈研究院，河南 洛陽471009)

摘要:研究了美軍的自動測試系統現代化升級改造歷程及成果，總結了美軍下一代自動測 試系統的框架結構和相關標準，闡明了下一代自動測試系統的發展方向，對于國內下一代軍用自 動測試系統的開發具有十分重要的意義。

關鍵詞:下一代自動測試系統; 綜合自動化保障系統; 綜合測試裝備族; 通用場站級自動測 試站; 洛馬之星

0引言

伴隨著作戰飛機及機載制導武器的結構從簡單到復雜，功能從單一到多樣的發展過程，國外自動測試系統(ATS)的發展也經歷了從孤立開發到各軍種聯合開發，從有限通用到技術通用的全系統標準化、 現代化的演進過程。 20世紀80年代開始，美國各軍種分別啟動ATS通用化發展計劃，其中包括空軍的模塊化自動測試設備(MATE)計劃、 海軍的綜合自動化保障系統(CASS)、 美海軍陸戰隊的三級梯隊移動測試系統(TETS)和陸軍的綜合測試裝備族(IFTE)計劃。 但由于ATS研發是各軍種分散管理、 獨立開發，不但浪費了大量的資源，而且使得ATS品種繁多、 系統架構五花八門，給維護帶來很大的麻煩，以至于有的計劃不得不被終止(如空軍的MATE計劃)。 由此，美國國防部認識到ATS的發展必須集中管理、 統一安排。

1994年美國國防部ATS執行局召集陸、 海、 空及工業部門成立“下一代測試”(NxTest)工作組，以協調工業部門和各軍種在測試上的投資，使之趨于統一，并于1996年正式啟動NxTest計劃。 NxTest工作組的主要工作是制定下一代ATS開放式體系架構與相關標準。 NxTest 計劃指明了美軍下一代自動測試系統(Next Generation ATS，NGATS)的發展方向。 研究美軍ATS的現代化發展歷程，對國內下一代ATS的發展具有重要的參考價值。

1美軍ATS的現代化

1.1美軍NGATS計劃

NGATS研究計劃實施的最終目的包括： 降低測試系統的使用維護費用；提高測試系統的互操作能力； 提高測試診斷效率和準確性。

美國NxTest工作組針對自動測試系統的測試設備、 測試接口適配器、 測試程序和被測對象等幾個主要部分，定義了影響測試系統使用維護費用、 標準化和互操作的26項架構要素，并在此基礎上建立了NGATS開放式體系框架結構。 除此之外，還將ATS劃分為硬件、 軟件、 接口、 測試程序等若干功能組成部分，并聯合工業界的相關標準組織(如IEEE)制定相關標準進行約束。 美國NGATS在繼承之前測試系統優點的基礎上，又采用新的測試技術，依靠新的標準和通用化的關鍵接口，大大提高了測試效率，達到各軍種ATS的模塊化、 通用化、 現代化。

1.2美軍各軍種ATS的現代化

隨著美國國防部關于NGATS “5步走”發展策略的發布，各軍種對各自的ATS進行了現代化改造升級。 “5步走”發展策略具體為

(1) 使用國防部指定的標準ATS產品，以減少ATS品種，降低采購費用；

(2) 為ATS定義一種通用的技術架構，新研ATS必須使用國防部發布的標準；

(3) 共擔技術的開發與引入；

(4) 在NGATS的演示驗證中共同投資；

(5) 各軍種將各自的ATS現代化。

美國ATS現代化計劃時間表如圖1所示。

圖1各軍種ATS現代化計劃時間表

1.2.1海軍——CASS

CASS是20世紀80年代初由美國海軍提出的，全稱為“綜合自動化保障系統”(Consolidated Automated Support System，CASS)，具有從系統到元件級的診斷能力，主要用于武器系統電子裝置的中繼級和基地級測試。 CASS有六種配置方案：

Hybird配置為CASS基本配置，是一個混合測試系統，可逐步擴展，能夠覆蓋各種武器的一般測試項目。 由控制子系統、 通用低頻儀器、 數字測試單元、 通信接口、 功率電源、 開關組件等組成。 用于通用的電器、 電子、 計算機、 儀器、 飛控檢測。

RF(Radio Frequency)配置是在Hybird配置的基礎上增加了射頻系統配置。 除了具有基本配置的測試能力外，還可以測試脈沖信號、 各類雷達，在HPDTS(大功率電源系統)配合下能測試需要高電壓、 大電流的航空電子部件。

CNI(Communication Navigation Identification)配置是在RF配置的基礎上增加了通訊和導航儀器，具有對通訊、 導航和敵我識別系統的測試能力。

EO(Electro-Optical)配置是把光電測試設備增加到核心配置中。 用于對紅外、 激光制導、 激光測距、 可見光系統的基本功能測試。

GWTS(Guided Weapons Test Station)使用了CASS的一些部件，作為一種獨立配置。 用于AMRAAM的內場全彈測試，不能與CASS的其他配置兼容，但其架構是開放的，具有擴展能力，可以滿足未來制導武器的測試需求。

RTCASS(Reconfigurable Transportable CASS)是獨立于CASS的一種便攜式可靈活配置的商品ATE系統，針對航空電子及武器系統的維修任務而開發。

自1994年起，海軍對CASS進行了現代化升級，升級的成果即“電子綜合自動化保障系統”(eCASS)，用以替代CASS。 eCASS具有以下特點：

(1) 可兼容CASS系列；

(2) 統一的LXI總線觸發方式進行信息傳遞；

(3) 支持熱插拔；

(4) 支持新的VXI-1 Rev.4.0標準；

(5) LabWindows/CVI測試程序開發工具；

(6) 支持待機模式瀏覽IETM；

(7) 提供多種運行環境，包括： ATLAS，Test-Stand等；

(8) 雙觸摸式監視器；

(9) 具有開放式軟件和硬件架構，使其可以在未來很長時間內不斷升級，相比較于CASS運行提升了20%，可靠性更高，互換性更好。

1.2.2陸軍——IFTE

綜合測試裝備族(Integrated Family of Test Equipment, IFTE)由美國陸軍提出，是包括測試、 測量和診斷模塊的一系列測試設備，現已發展為支持陸軍所有武器系統的標準ATE，分為在線測試器(On-System Testers)和離線測試器(Off-System Testers)。

在線測試器主要用于野戰需要，靈活、 便攜。 所有IFTE在線測試器都是用完全的開放式結構集成，使用貨架操作系統和貨架儀器。

離線測試器具有靈活的ATE集成能力，主要用于滿足陸軍中級保障部門測試保障需求，包括：

(1) 基地維修廠測試設備(Base Shop Test Facility, BSTF)，用在直接維護或綜合維護場所，用于測試武器系統現場可更換單元(Line Replaceable Units, LRU)，可幫助TPS開發者，亦可滿足士兵的訓練需要；

(2) 商用等效裝備(Commercial Equivalent Equipment, CEE)，用于LRU和修理廠可更換單元(Shop Replaceable Unit, SRU)TPS的開發，用在庫房級的維護程序并作為工廠級的測試裝備；

(3) 電子系統測試裝置(Electronic Systems Te-st Set, ESTS)，是一個基于VXI結構, 自成一體的中間級通用測試器。

IFTE族目前還在不斷擴充，現在主要有兩種新產品： 用于所有陸軍光電設備測試和維修任務的光電測試裝置(Electro-Optics Test Facility, EOTE)和用于測試和維修LRU和SRU的電子維修盾(Electronic Repair Shelter, ERS)。

IFTE V6是NGATS的代表，也是美軍ATS現代化的成果之一。 相比IFTE，增加了武器系統的可利用性；可裝備于測試車上，更加小型化，占用空間更少，更加的機動、 易部署，可及時支持保障武器系統。 IFTE V6 具有以下技術特征：

(1) 綜合了IFTE BSTF V3，IFTE BSTF V5以及DSESTS(Direct Support Electronic System Test Set)的基本功能；

(2) 可重構、 模塊化；

(3) 遵循“下一代”開放式的體系結構；

(4) Windows操作系統，PC控制器；

(5) 采用IEEE1641標準對測試信號進行標準化描述；

(6) VXI總線加臺式機的系統架構，使其更易融入可互換虛擬儀器技術等新一代測試技術。

1.2.3空軍——VDATS

通用場站級自動測試站(Versatile Depot Automatic Test Station，VDATS)是空軍第一種通用自動測試系統，由洛賓斯空軍基地的專業人員研制，2007年被指定為國防部標準ATS家族成員之一。 可用于支持多種武器系統，美國國防部和空軍要求所有新型航空武器系統首先考慮使用VDATS作為其基地級修理測試設備。 VDATS具有以下特點：

(1) 采用基于VXI總線平臺的高性能、 高密度的數字(Digital)、 模擬(Analog)測試儀器，系統功能可覆蓋80%的電子產品診斷測試需求，加上RF擴展測試站，可完成超過90%的測試工作；

(2) 采用“共核方法”，大大減輕了體積重量；

(3) 由三個艙室構成，其中一個雙艙作為模擬和數字儀器的“共核”，第三個為可選的擴展艙，目前用于提供RF測試能力，也可以擴展提供針對特定工作的定制測試能力；

(4) 系統軟件為美國泰瑞達公司的Test Studio測試軟件，是一款基于Web技術的多功能通用測試軟件。

VDATS系統設計用于替換美空軍目前數百套、 數十種不同種類的維修檢測設備，大大減少了系統種類和數量，降低了系統培訓、 應用和維護的難度，提高了系統間的功能互換性，從而提升了測試保障能力，避免因測試系統故障影響維修保障任務，將成為美空軍電子裝備保障系統的統一標準。

1.2.4LM-STAR

洛馬之星(LM-STAR)是NxTest的典型代表，由美國洛克希得·馬丁公司研制，是建立在美海軍和海軍陸戰隊的CASS和RTCASS以及商業基礎上的新一代測試系統。 LM-STAR所采用的開放式體系結構與國防部ATS執行代理的標準以及NxTEST組研制的技術完全一致。

LM-STAR提供多功能接口、 VXI即插即用及可互換的虛擬儀器(IVI)標準，支持多種運行時間系統、 交互式電子技術手冊(ITEM)的接口和基于網絡的保障，并提供對數字、 模擬、 射頻和光電系統的全面測試能力。 LM-STAR大量采用商業貨架產品及技術，減少了升級改造和采購費用。

LM-STAR采用公共測試接口技術，對于先進的測試技術可通過公共測試接口在測試系統中進行集成，為TPS可移植和互操作奠定了基礎。

LM-STAR采用TYX公司的PAWS軟件，結合NI公司的LabWindows/CVI及TestStand開發工具，建立了一個開放式的軟件系統，該系統一方面可以運行已有的采用ATLAS語言的TPS，另一方面也為用戶提供了一個可以使用C語言的虛擬儀器開發環境。 保證了快速開發和配置測試系統的完成，減少了長期維護的投資。

1.3ARGCS系統

NGATS的系統級演示項目“靈活快速全球作戰保障” (Agile Rapid Global Combat Support, ARGCS)系統已于2004年開始啟動，ARGCS項目的目的有： 驗證并完善NxTest的技術體系結構及其26項關鍵要素；充分發展各項測試及技術；聯合各軍種演示國防部NGATS的實現方法；指導和推動后期各軍種ATS的現代化發展。

ARGCS系統采用通用核加必須的激勵和測試設備的開放式體系架構，最大限度地實現TPS的跨平臺操作及UUT的跨平臺測試，即“橫向與縱向的綜合集成測試”。 目前，ARGCS采用橫向測試集成策略，已完成第一階段的開發工作，實現跨軍種的通用化測試。

2美軍NGATS的標準化體系結構

美軍的NGATS計劃是以技術為先導，通過ATS的系統架構統一和軟硬件接口標準化，實現對各軍種ATS現代化升級，最終完成全軍測試系統的統一，實現跨軍種的測試能力。

可見，通用化是下一代軍用ATS發展的必然趨勢，而通用化的關鍵是標準化。 美軍從ATS體系架構標準化出發，切實推進通用化工作。

2.1體系架構關鍵元素的標準化

為了促進ATS開放式體系結構的落實，美國國防部ATS執行局發布了ATS 26項架構要素的具體標準, 如表1所示。

基于這26項架構要素建立起的NGATS系統架構具有以下特點：

(1) 保證了測試系統的快速開發和配置；

(2) 減少了長期維護保障的費用；

(3) 標準化的系統架構使得系統部件的升級改造對于系統中其他部件和軟件沒有大的影響；

(4) 促進ATS和其部件的互支持性；

(5) 增強了跨軍種的使用性。

表1　體系結構關鍵元素

目前，有7項架構要素已給出強制性的標準，另有17項架構要素正在形成標準。 隨著測試技術的發展以及測試需求的演變，架構工作組針對架構要素進行持續評估，并安排滿足NGATS架構的關鍵元素的制定和驗證。

2.2軟件標準化體系技術

軟件標準化體系技術將是NGATS的重要特點，也是實現信息交互的技術基礎。

結合NGATS體系結構的規劃可以看出，未來的通用自動測試系統軟件體系結構將以IEEE制定的ABBET標準為基礎。

該標準有兩個目標： 通過定義一系列的接口提供針對ATS的描述能力和控制信息； 通過定義一系列接口實現虛擬和真實資源管理服務。

廣域測試環境(A Broad-Based Environment for Test，ABBET)標準的核心思想是將測試軟件合理分層配置，實現測試軟件與測試系統硬件、 軟件運行平臺的無關性。 采用ABBET標準將實現產品從設計到測試維護的信息的共享和重用，實現測試儀器的可互換、 TPS的可移植與互操作，使診斷測試系統的開發更方便、 快捷。

實現測試軟件可移植與互操作的兩個基本條件是測試系統信號接口的標準化、 測試程序與測試硬件資源的無關。 測試軟件從結構上可分為面向應用、 面向儀器和面向信號三種形式，而面向信號的開發是實現測試軟件互操作的前提，是未來測試軟件的發展方向。

面向信號自動測試系統是現階段解決儀器可互換和測試程序可移植的最佳手段，基于自動測試標記語言(Automati Test Markup Language, ATML)標準的面向信號軟件開發則是現階段主要的研究方向。 ATML系列標準為集成設計數據、 測試需求、 測試策略、 測試過程、 測試數據管理、 測試制定等指定了一個綜合環境。 IEEE1671標準和IEEE1641標準均為ATML系列標準的子標準，解決了ATS全生命周期的標準化問題。

IEEE1671系列標準主要對測試系統的測試資源進行描述，規定了測試系統各組件測試數據交換的標準格式。 該標準框架結構清晰，可以有效實現測試系統內部各組件之間信息共享和交換以及不同測試系統之間信息的交互和復用。

IEEE Std 1641-2010標準作為ATML系列標準的子標準，是針對測試信號描述的標準，該標準為各種測試信號給出了完整的定義并提供了一個基本信號庫，強調了測試信息在設計、 測試和維護各階段之間的可交互的重要性，為測試軟件的標準化和互操作性提供了更為廣泛的技術支持，從面向信號的角度實現測試軟件的通用性。

美軍NGATS計劃經過10多年的發展，已經有技術成果和裝備成果，在各軍種ATS的現代化中發揮了重要作用，基本實現了最初設定的目標。 分析、 參照美軍ATS的現代化發展過程、 發展方向，可以指導國內ATS的發展。

3國內下一代ATS發展

3.1國內ATS發展現狀

國內軍用ATS在型號科研的推動下正在進入規范化的發展階段，各個重點型號的ATS平臺研制工作取得了很大的成績。 但ATS發展仍存在以下問題：

(1) 通用化程度不高。 國內軍用ATS主要以武器研制方為主，針對某一型號武器進行研發，因此存在數量多、 型號多、 應用范圍有限、 適應能力不足、 缺少通用性和繼承性、 無法滿足現代多軍種聯合作戰對多武器系統、 多級維護的測試需求。

(2) 標準化程度不高。 國內各軍種使用的ATS大多由各科研院所獨立開發，采用各自專用的標準，ATS的標準尚未形成完整的統一體系，增加了貨架產品的使用以及新技術融入的難度。

(3) 信息化水平不高。 現有的ATS大多采用封閉式的體系結構，測試系統軟硬件結構缺乏通用性和標準化，不僅降低了系統間的互操作性，而且使得系統無法有效地與外部環境實現測試信息的交互，阻礙了測試信息的共享和重用，不利于測試診斷效率及準確性的提高。

3.2國內下一代ATS發展建議

國內ATS的通用化正處在向下一代通用化ATS發展的關鍵時刻。 為了進一步提高軍用ATS的通用性、 軟件移植性、 儀器互換性，提升系統資源的利用率，實現測試信息的共享，關鍵在于構建一個通用的、 標準的測試系統體系結構。

為了縮小與國外ATS研究方面的差距，當前應該引進和采納一系列國外技術標準，包括： 以IEEE P1226為核心的ABBET標準與軟件體系結構、 儀器可互換技術與IVI(可互換虛擬儀器)系列規范、 IEEE STD 1641面向信號和測試定義的標準與ATML標準等技術標準，從而促進國內ATS標準化研究。

4結束語

NGATS的重點在于系統架構的開放和軟件體系的標準化，通過ATS架構要素的的標準化，實現全過程測試診斷信息的交互和共享，而不是硬件組成等外在形式上的統一。 當然，NGATS的具體實現仍然要根據用途、 場地、 使用環境等使用需求進行結構形式上的針對性設計，以滿足特殊的測試需求。

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Review of the Modernization of American Military ATS

Yan Le, Si Bin, Zhang Congxia, Ye Yongjin

(China Airborne Missile Academy, Luoyang 471009, China)

Abstract:The modernization upgrade process and achievements of the American military automatic test system(ATS) are researched in this paper.The architecture and standards of American military next generation ATS are summarized. The development of next generation ATS is also given. It is very significant for the development of domestic next generation military ATS.

Key words:next generation ATS; consolidated automated support system; integrated family of test equipment; versatile depot automatic test station; LM-STAR

中圖分類號:TP274

文獻標識碼:A

文章編號:1673-5048( 2016) 02-0071-06

作者簡介：嚴樂(1990-)，女，陜西乾縣人，碩士研究生，研究方向為下一代自動測試系統。

收稿日期：2015-10-30

DOI：10.19297/j.cnki.41-1228/tj.2016.02.014