機載測距機測試平臺設計與開發

劉貴行 魏國 趙世偉

摘 ?要： 為了實現機載測距機測試設備的國產化，設計并開發了機載測距機測試平臺。平臺采用模塊化設計，以VME總線為基礎聯結各個測試資源。平臺能夠模擬測距機多種工作環境，使用甚高頻信號源向測距機加載相應信號，對測距機各輸出信號進行測量與分析，實現對測距機、接收機的自動/手動測試。另外，系統內置模擬測試模塊以及故障設置功能，可以用于相關專業技能訓練。平臺應用于一線維修企業與我校實踐教學中，達到了設計效果，具有較高的實用價值。

關鍵詞： 測距機; 測試平臺; VME總線; 自動測試; 模擬測試; 實踐教學

中圖分類號： TN98?34; V243 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號： 1004?373X（2019）11?0165?04

Abstract： In order to realize the localization of the airborne distance measuring equipment （DME）， the testing platform of the airborne DME was designed and developed. The platform adopts modular design， and is connected with each test resource through VME bus. With the platform， a variety of working environments of the DME can be simulated， the VHF signal source is used to load the corresponding signals to DME， and the output signals of DME are measured and analyzed to realize the automatic/manual testing of the DME receiver. In addition， the simulation test module built in the system and fault setting function can be used for the relevant professional skills training. The platform is applied to front?line maintenance companies and practical teaching in CAUC， which achieves the design effect and has high practical value.

Keywords： DME; testing platform; VME bus; automatic test; simulation test; practical teaching

0 ?引 ?言

測距機（Distance Measuring Equipment，DME），作為國際標準航空導航設備，通過機上發射機發射詢問信號，地面信標臺應答的方式，為駕駛員提供飛機到DME地面信標臺的斜距、飛機地速和飛行時間等信息。常與甚高頻全向信標地面臺同臺安裝，為飛機提供航路和終端區的定位與導航信息。隨著國際民航組織基于性能導航（PBN）的實施，將會出現更多單獨安裝的DME地面臺，為飛機的區域導航提供服務。目前針對此類航電設備的維修渠道主要是返回原廠維修或者購買昂貴的測試設備，國內尚無成熟的維修方案。因此，有必要設計與開發符合國情、具有自主知識產權的DME測試系統。

依據部件維護手冊（CMM），設計符合行業規范，遵循行業標準的DME測試平臺，通過外接IFR6000外場測試儀，實現對DME收發機的自動測試。該系統不但能夠應用于一線維修環境，亦能通過內置的仿真模塊實現對人員的教學與訓練。

1 ?DME?700測距機系統

1.1 ?系統概述

DME歷經多次標準制定過程，最終采用塔康（TACAN）的測距部分作為國際標準測距系統，也就是現在廣泛使用的DME系統。

DME的功能是向飛行員提供飛機與地面信標臺之間的直線距離[R]，由于飛機與地面信標臺相對地面均具有一定高度，現代民用航空運輸飛機一般都將DME獲得的斜距轉化為水平距離進行導航參數解算。水平距離計算方式如下：

DME系統工作在[L]波段的962～1 213 MHz。機載詢問頻道分配在1 025～1 150 MHz之間，波道間隔為1 MHz，共有126個詢問頻道。地面轉發頻道分配在962～1 213 MHz之間，波道間隔為1 MHz，共有252個應答頻道。由DME系統的頻率分配可以發現，一個詢問頻道對應兩個應答頻道，由此形成兩個波道，在波道對應的序號加上[X]和[Y]加以區分。波道分配表如表1所示。

表1 ?波道分配表

DME系統由機載收發機和地面信標臺兩部分組成，圖1為DME系統的工作過程框圖。其中，上半部分為機載收發機工作過程，下半部分為DME地面信標臺工作過程。

圖1 ?系統工作框圖

1.2 ?DME?700收發機

DME?700系統是由科林斯公司研制并生產的機載測距機系統，由接收機、導航控制面板、天線及相應指示器組成。

DME?700收發機為一個在電子設備艙占據4個模塊化單元大小的長方形電子設備。在收發機背面安裝有系統狀態指示燈和測試按鈕，收發機內部由9個不同的功能模塊組成，分別是機架組件A1、電源組件A2、合成器組件A3、驅動器組件A4、電源放大器組件A5、收發組件A6、視頻處理器A7、距離處理器A8和監視組件A9。

2 ?測試模型

目前航電設備采用的測試方法主要為信號激勵法，即向待測設備輸入與其工作時相一致的信號，檢查設備輸出是否與激勵信號匹配，CMM手冊提供的測試方法與測試模型如圖2所示。

圖2 ?系統測試模型

2.1 ?測試內容

由于民航業對于安全隱患持零容忍態度，因此其檢測與維護過程必須嚴格遵循科林斯公司提供的CMM手冊。一個完整的DME收發機測試過程包括14個步驟，共計63個小項的測試，詳見表2。

表2 ?DME收發機測試程序

2.2 ?ARINC429總線

ARINC429總線協議又稱為數字信息傳輸系統（Digital Information Transfer System，DITS），是美國航空電子工程委員會（Airlines Engineering Committee）在20世紀70年代提出并批準使用。協議對航空電子設備及與其相交聯的其他電子或電氣系統間的數字信息傳輸規范做出了要求。由于ARINC429總線具有簡單的結構、穩定的性能和較強的抗干擾性能，因此在很長的時間內為航空公司提供了優質的數據服務，并且在軍用飛機與通用飛機領域也得到了廣泛應用。根據官方發布的技術手冊，每個ARINC429字由32位組成，在不同的應用場景中有五種不同的應用格式：二?十進制數據字、二進制數據字、維護數據字、離散數據字和AIM數據字。1～8位為標號（label），ARINC429對傳輸的每一個參數都規定了標號，用以識別信息類型。在DME收發機測試過程中將會出現035，201和202三個不同的標號。編碼格式如表3所示。

表3中，BCD代表二?十進制數據字，BNR代表二進制數據字，SDI為源目的識別碼，用于當需要將某信息傳送到總線上的某一確定接收設備時，或者總線上輸出設備需要根據信息的內容被某接收器識別時，就需要用到源目的識別碼。例如，一個控制盒的調諧字要送至2個測距機發射機，就需要標示出信息的接收設備，即把調諧字輸送至哪個測距機發射機。DATA代表數據區，BCD格式數據區為11～29位，BNR格式數據區為11～28位，它所代表的是所確定的特定數據。SSM代表符號狀態矩陣，根據字的類型號為29或30～31，它能夠表明數據字的特性和數據發生器的硬件狀態。P代表奇偶校驗位，數據發送器根據當前1～31位的邏輯“1”來決定第32位的邏輯值，使整個32位的邏輯“1”的個數始終是奇數。

3 ?系統設計與實現

DME測試過程中需要操作的開關與面板較多，DME工作于特高頻波段，測試過程中經常需要進行連續多次測量以測試可靠性。若按照CMM手冊提供的測試模型與測試程序進行，則需要人工手動逐步操作，不但消耗大量時間，而且難免出現人為差錯。考慮到對測試準確度和測試時間的因素，設計并開發以VME總線為基礎的DME收發機自動測試平臺，并且獨創性地設計了模擬測試模塊，能夠對DME接收機模擬器進行仿真測試，以此對測試人員進行培訓與教學。

VME總線是一種在全球使用非常廣泛的計算機總線，結合摩托羅拉公司維薩總線的電氣標準和在歐洲建立的歐卡標準的機械標準。它定義了一個在高度集成的硬件結構中可以進行數據交換、數據存儲和其他控制器聯結的系統。經過持續的優化改進，VME系統技術上已經十分成熟，以其為基礎進行二次開發覆蓋了工業控制、軍用系統、航空航天、交通運輸和醫療等領域。

圖3 ?系統硬件結構框圖

整個系統由系統接口模塊、測試資源模塊、模擬測試模塊與人機界面組成。

系統接口模塊通過適配器與待測件相連，提供測試系統與待測件之間的電氣接口，包括ARINC600接口、射頻輸入/輸出接口、抑制信號接口、模擬輸出接口、音頻輸出接口、ARINC429多通道輸入/輸出接口、串口以及相對應的指示燈。

測試資源模塊包括IFR6000外場測試儀、數字多用表、示波器、ARINC429卡、主控器、開關卡、信號調理卡以及電源等，用來完成測試程序。

模擬測試模塊通過系統內置的信號調理電路及測試資源，能夠模擬DME?700接收機在測試過程中的所有輸出信號，并且可以通過人機界面對模擬測試進行故障設置。人機界面提供人機交互環境，實現相應測試功能。

3.1 ?虛擬控制面板

科林斯公司提供的測試程序中需要用到部分配套設備，為了打破其壟斷并且考慮到成本因素，系統在設計過程中采用虛實結合的方法，即將ARINC429控制面板與串口控制面板虛擬化，采用軟件操作的方法進行。

另外，系統能夠對待測件進行仿真測試，設計了虛擬IFR6000外場測試儀。為了保證測試的正常進行，所有的虛擬控制面板如果參數設置不符合CMM手冊要求，則提示“參數設置不正確，請檢查！”。一旦設置成功，參數不可更改，直到下一次需要設置參數時，各功能鍵權限才會放開。圖4為虛擬ARINC429與虛擬串口參數設置窗口。

圖4 ?虛擬ARINC429與虛擬串口界面

3.2 ?軟件設計

軟件設計遵循開放式的理念，系統UI采用Microsoft Visual Studio風格設計，各模塊可以自定義布局，提供一個友好而易用的人機界面。在結構設計上采用“UI/Plugin”方式，UI和Plugin之間通過預定義的接口庫進行連接，從而使多個測試程序能被同一個應用程序進行統一管理。用戶甚至可以在不關閉軟件系統的情況下進行測試程序的變更。在擴展性方面，開發人員只需要通過調用系統API編寫插件，并將該插件導入系統指定目錄下就可以輕松完成測試程序集的擴展，這意味著開發人員將不再關心UI設計，而只專注于測試過程的設計。在移植性方面，系統采用獨立的硬件接口設計，開發人員可以通過更換系統API的形式將該系統移植到任意測試平臺進行使用。另外，在保證系統穩定運行的同時也更重視其測試的安全性，各個關鍵環節均采取適當的安全保護措施，最大程度確保被測件、系統及測量儀器的安全。系統具有開放性、擴展性、可移植性及安全可靠等諸多優點。

系統軟件主要由設備初始化、信息輸入、系統控制、信息顯現、狀態指示、文件操作、報表打印、數據庫匯總、菜單擴展、網絡通信、虛擬IFR6000等主要部分組成。

4 ?結 ?論

本文在目前國內航電設備維護現狀的大環境下，設計并開發機載測距機測試平臺。開發過程嚴格依照DME?700型接收機部件維護手冊，遵循行業規范與行業標準。平臺實現了兩大突破與創新：首先實現了相關型號設備的自動與手動測試，彌補了國內在此類航電設備檢測方面的不足，具有較高的實用價值;平臺還首創了模擬測試功能，通過虛擬信號源等方式，能夠對DME?700型接收機進行模擬測試，實現對測試人員的教學與培訓。通過設計開發過程，不但積累了航電設備檢測經驗，也對國內航電維護提供了思路，為航電檢測維修設備全面國產化提供了基礎。

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