一種便攜式近地告警測試設備的設計與實現

夏小春,王 鍵,趙曉晴

(1.空軍駐上海地區軍事代表室，上海 201101；2.上海航空電器有限公司，上海 201101)

0 引言

近地告警設備是一種有效預防可控飛行撞地事故、保障飛機飛行安全的航空電子設備。該設備通過接收與其交聯的其他航電設備發送的飛行參數，利用內部地形數據庫與告警算法，計算飛機是否存在潛在的撞山、墜地風險。若存在，則為飛行機組提供視覺和聽覺上的告警信息，從而避免可控撞地事故的發生[1]。

在近地告警設備裝機前，為了保證近地告警設備功能與性能的完整性與準確性，需要對近地告警設備進行測試；在近地告警設備裝機后，該設備外場可能遇到虛警、漏警或其他故障問題，在解決這些問題后也需要試飛。而直接采用試飛測試，具有危險性大、成本高、測試不全面等問題，因此需要一個成本低、便于攜帶、測試耗時短的測試方法完成對近地告警設備功能和性能的測試。

另外，傳統的測試系統多以單片機、PC等硬件核心構建，對硬件依賴度高，且測試系統升級成本高、周期長[2]，難以滿足型號任務的需要。針對這個問題，設計了一種便攜式的近地告警測試測試設備。該設備基于虛擬儀器技術，采用圖形化的編程語言設計測試軟件，通過匹配的接口設計，模擬與近地告警設備交聯的飛機上的其他航電設備，為近地告警設備發送滿足需求的測試數據，能夠接收并顯示近地告警設備輸出的告警信息，依據反饋的告警信息對近地告警設備的功能和性能進行評估，從而完成對近地告警的測試。

1 測試設備工作原理

近地告警設備通過實時采集飛機上無線電高度表、大氣機、慣導等設備輸入的飛行數據，通過告警算法解算實現近地告警功能。近地告警測試設備通過模擬飛機上的這些探測設備，虛擬飛機極端的飛行過程，完成對近地告警功能和性能測試。

因此，近地告警測試設備由數字量處理單元、音頻處理單元、視頻顯示單元、告警測試單元、電源組成。通過數字量處理單元模擬飛機上的數字信號(ARINC429、離散量等)接口完成與近地告警設備的通信。通過音頻處理單元采集、分析近地告警設備反饋語音信息，實現告警語音的輸出。通過告警測試單元主要完成自動和手動測試的實現，并完成告警結果的分析，通過視頻顯示單元顯示近地告警設備輸出的視頻信息，通過電源提供設備工作所需的電壓和電流。

最后，告警測試設備所有信號通過航空專用屏蔽電纜與近地告警設備設備交聯，近地告警設備接收測試數據，并根據內置的告警算法進行相應計算，并將結果反饋給測試設備。基于反饋的結果，測試近地告警設備的功能和性能。告警測試設備的原理框圖如圖1所示。

圖1 近地告警測試組成框圖

2 測試設備硬件平臺設計

基于工作原理，采用模塊化的設計方案完成對測試平臺的搭建。近地告警測試設備硬件架構如圖2所示。

圖2 近地告警測試設備硬件框圖

設計中，采用PXI-ARINC429板卡進行ARINC429信號的收發，該板卡能夠同時提供16路的輸出/輸入的429信號。采用NI-PXI-6514完成離散量信號的發送和接收，采用NI-PXI-4461聲音采集卡將設備輸出的音頻信號進行及時的采集輸出，并對輸出的聲音信號進行分析。通過NI工控機作為顯示處理計算機完成告警測試單元和顯示單元的實現；通過PCI總線完成內置板卡與顯示處理計算機信號交聯。

通過電源模塊為近地告警設備提供所需的28 V電壓，并完成產品工作電流、工作電壓、功耗的測量工作，通過電源監測窗口對測量的結果進行顯示。最后通過防插錯線纜與近地告警系統進行連接。

3 測試設備軟件設計

采用NI公司的LabVIEW軟件進行編程。LabVIEW軟件采用圖形化編程語言，其依托數據流的編程方式和良好的界面設計能力，使編寫的程序具有良好的可讀性[3]。另外該軟件與板卡匹配，能很好地提升軟件的可靠性，降低編程周期[4]。

3.1 通信層設計

通信層設計主要用于配置使用的ARINC429板卡通信、聲卡數據采集輸出、離散量板卡通道等板卡的端口。其中聲卡和離散量板卡可通過自帶的配置端口進行配置，ARINC429板卡配置通過LabVIEW調用板卡的用戶子VI，完成對通道的收/發配置、發送通道的高速/低速配置、通信頻率配置、通道發送數據個數配置等基本配置[5]，在后續應用層設計過程中只需按照ARINC429通信協議確定數據發送格式以及數據發送通道即可完成數據發送，ARINC429通道配置程序如圖3所示。

3.2 功能設計

為滿足測試和管理需求，軟件功能包括系統管理模塊、控制功能模塊、數據儲存模塊、告警模式單獨測試模塊、告警模式綜合測試模塊。功能框架如圖4所示。

系統管理模塊可管控測試人員，其中測試管理員擁有更改自動測試告警模式測試所需的測試曲線的權限，而測試驗收人員只有測試使用權限。

控制功能模塊可模擬機上的離散量控制信息，控制信息包含地形抑制、告警抑制、下滑道抑制、起落架抑制、自檢啟動、顯示模式切換、量程切換等信息。

數據存儲模塊存儲測試中產生的告警信息、產品反饋的故障信息和測試使用的地形數據信息，方便后期的對比分析。

告警模式單獨測試(自動測試)模塊通過接收測試命令和測試選擇，通過模擬飛機上的大氣機、慣導、組合接收、無線電高度表設備，根據預先設計的測試曲線完成對模式1過大下降速率告警、模式2過大近地速率告警、模式3起飛后掉高度告警、模式4最小離地高度告警、模式5過大下滑道偏差告警、模式6高度呼叫以及模式7前視預測告警的測試。

告警模式綜合測試(手動測試)模塊功能可進行通道測試和模擬飛行測試。通道測試可手動設置靜態測試數據，逐次發送，以測試近地告警設備通道的狀態；模擬飛行測試可通過讀取外部的飛行數據文件(EXCEL或txt格式)，將其轉化為符合協議的ARINC429格式數據，通過總線發送至近地告警設備，可復現飛行情景，用于分析、排除近地告警設備在裝機過程中遇到的故障問題。

圖3 ARINC429板卡配置程序框圖

圖5 測試軟件設計流程圖

圖4 軟件整體功能

綜上，軟件功能設計流程如圖5所示。

設計完成后，軟件的工作界面(自動測試)如圖6所示。用戶可通過按壓開始測試/停止測試控制測試的開始和結束，通過告警顯示區域、即時數據觀測區域、飛參及指示燈顯示區可直觀地了解被測產品的工作狀態，并通過離散量窗口完成對離散量數據的發送。

3.3 測試驗證

根據設計平臺軟件和硬件平臺設計，完成測試設備的搭建。為了確保設計的設備能夠完成對產品的測試，需進行兩個方面的驗證：

1)接口測試，確保所有信號能夠按照預期發送至被測設備；

圖6 軟件功能界面

2)功能測試，即測試軟件設置的數據能夠滿足告警需求。

接口測試中離散量信號主要是地/開和高/開兩種類型，信號依托板卡，處理簡單，能夠滿足需求；視頻轉換、音頻依托成熟模塊，測試軟件打開相應顯示界面即可完成信號的接收處理。

ARINC429數據是主要的發送數據，測試設備自發自收正常，發送至產品后經過多次測試，其中某通道數據結果如下：

發送某數據標號0x8C，數據長度12，數據分辨率0.5，發送數據數值7.5，設置發送周期50 ms，發送數據60003C31，示波器測試接口顯示發送60003C31。

某數據標號0x8C，接收顯示數據周期50 ms±5 ms，產品端打印429數據源碼60003C8C，解析數據結果15。能夠滿足測試需求。

完成數據接口測試后進行功能驗證。功能驗證中，手動測試可在接口測試中完成，自動測試的驗證流程如圖7所示。

圖7測試驗證流程

設置完成各告警模式的測試曲線后通過選擇告警模式即可完成對相應的告警模式的測試。

4 結論

本文根據近地告警設備的功能測試需求，對近地告警測試設備進行需求分析，基于LabVIEW軟件設計了一種便攜式近地告警測試設備。驗證試驗表明該設備可模擬飛機飛行過程，提供近地告警設備測試需要的各類數據，能夠滿足近地告警設備研發和排故測試需求。

該測試設備便于攜帶，測試界面友好，運行穩定，測試結果可靠，目前已在某重點軍用飛機型號近地告警產品的研發測試工作中發揮重要作用。