無(wú)人機(jī)機(jī)載設(shè)備自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)研究

董振鵬，龍飛虎，王子琦

（尚良仲毅（沈陽(yáng)）高新科技有限公司/遼寧省產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院無(wú)人機(jī)研究所，遼寧 沈陽(yáng)110000）

近年來(lái)，隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平的快速提升，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)以及航空技術(shù)快速發(fā)展，使得無(wú)人機(jī)技術(shù)也在不斷進(jìn)步，可以實(shí)現(xiàn)更多的功能以及更高的性能，進(jìn)而將迅猛發(fā)展的高新技術(shù)進(jìn)行充分發(fā)揮。對(duì)于無(wú)人機(jī)來(lái)說(shuō)，擁有滯空時(shí)間長(zhǎng)、生命力強(qiáng)、隱蔽性好以及不懼傷亡的優(yōu)勢(shì)，不僅可與人為操作的戰(zhàn)斗機(jī)進(jìn)行共同作業(yè)，還可在部分情況下代替人為操作的戰(zhàn)斗機(jī)進(jìn)行戰(zhàn)斗，因此無(wú)人機(jī)將成為未來(lái)的主要發(fā)展方向。

此外，由于無(wú)人機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，無(wú)人機(jī)系統(tǒng)中多項(xiàng)機(jī)載設(shè)備的可靠性以及安全性得到了社會(huì)各界人士的廣泛關(guān)注。當(dāng)前無(wú)人機(jī)研究人員主要的工作目的便是如何對(duì)無(wú)人機(jī)機(jī)載設(shè)備所產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行精準(zhǔn)、高效的模擬與監(jiān)測(cè)。同時(shí)由于無(wú)人機(jī)的系統(tǒng)復(fù)雜程度較高，不僅包含機(jī)載計(jì)算機(jī)，還具有許多傳感器、發(fā)動(dòng)機(jī)以及舵機(jī)等航電設(shè)備，因此要想高效完成整體無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的測(cè)試工作，需測(cè)試與模擬整個(gè)無(wú)人機(jī)設(shè)備所產(chǎn)生的大氣信號(hào)、數(shù)字I/O信號(hào)、輸出信號(hào)以及輸入信號(hào)等。

1 無(wú)人機(jī)機(jī)載設(shè)備概述

無(wú)人機(jī)產(chǎn)生于上世紀(jì)六十年代左右，自出現(xiàn)以來(lái)在技術(shù)進(jìn)步以及戰(zhàn)爭(zhēng)需求牽引的影響下，在精確打擊、指揮控制以及偵查預(yù)警中起到了至關(guān)重要的作用，已經(jīng)成為作戰(zhàn)過(guò)程中的主要力量。此外，無(wú)人機(jī)也在資源勘查、地理遙感信息等多個(gè)領(lǐng)域具有十分廣泛的應(yīng)用，受到世界范圍內(nèi)多個(gè)國(guó)家的高度重視。對(duì)比有人機(jī)來(lái)說(shuō)，無(wú)人機(jī)無(wú)需設(shè)置人員生命保障系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)以及操縱系統(tǒng)等設(shè)備，可有效降低成本。另外，由于沒(méi)有飛行員駕駛飛機(jī)，可有效避免駕駛員的傷亡，無(wú)人機(jī)可看做是未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)以及航空的主要發(fā)展方向。現(xiàn)如今，英國(guó)、法國(guó)、美國(guó)、德國(guó)、以色列等發(fā)達(dá)國(guó)家都將無(wú)人機(jī)的發(fā)展作為主要研究方向。

對(duì)于無(wú)人機(jī)來(lái)說(shuō)，其指揮系統(tǒng)以及飛行方式等許多方面與有人機(jī)相比存在較大不同，主要體現(xiàn)在無(wú)人機(jī)維護(hù)方式以及綜合保障中存在本質(zhì)上的不同。導(dǎo)致這種原因是由于有人機(jī)在飛行過(guò)程中操作人員十分重要，一旦飛機(jī)出現(xiàn)故障或異常狀態(tài)，操作人員可針對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行隨機(jī)應(yīng)變。而無(wú)人機(jī)在飛行過(guò)程中操作人員的作用并不大，大部分是對(duì)無(wú)人機(jī)的飛行狀態(tài)進(jìn)行測(cè)控，一旦機(jī)載設(shè)備出現(xiàn)異常時(shí)，操作人員在發(fā)出指揮指令便為時(shí)已晚。因此，在綜合測(cè)試無(wú)人機(jī)機(jī)載設(shè)備的過(guò)程中為了使無(wú)人機(jī)安全穩(wěn)定地飛行，應(yīng)將測(cè)試重點(diǎn)放在日常維護(hù)工作以及飛行前的維護(hù)工作中，無(wú)人機(jī)機(jī)載設(shè)備自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)在無(wú)人機(jī)系統(tǒng)中具有十分重要的地位。

對(duì)于無(wú)人機(jī)機(jī)載設(shè)備來(lái)說(shuō)，包含起落架、飛控計(jì)算機(jī)、舵機(jī)、組合導(dǎo)航、發(fā)動(dòng)機(jī)、垂直陀螺、發(fā)電機(jī)以及大氣計(jì)算機(jī)等設(shè)備。而自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心工作便是對(duì)以上設(shè)備進(jìn)行精確、完整的檢測(cè)。對(duì)于機(jī)載設(shè)備來(lái)說(shuō)，其生命周期大部分為20年左右，因此根據(jù)武器設(shè)備壽命以及武器維護(hù)的規(guī)定，需要自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)其維護(hù)功能可支持20年。根據(jù)Ti行業(yè)的摩爾定律，計(jì)算機(jī)每隔一年半就會(huì)進(jìn)行一次升級(jí)，測(cè)試儀器在三到五年內(nèi)也會(huì)進(jìn)行更新?lián)Q代，對(duì)于軟件的發(fā)展來(lái)說(shuō)十分迅速，新的軟件快速產(chǎn)生。而自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)與無(wú)人機(jī)機(jī)載設(shè)備的壽命周期存在相應(yīng)矛盾。

2 當(dāng)前無(wú)人機(jī)機(jī)載設(shè)備自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)面臨的問(wèn)題

2.1 儀器可互換性問(wèn)題

對(duì)于無(wú)人機(jī)機(jī)載設(shè)備自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，應(yīng)對(duì)多種測(cè)試要求進(jìn)行滿足。現(xiàn)如今擁有面向信號(hào)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)以及面向硬件的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)兩種。面向硬件的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)是根據(jù)儀器硬件進(jìn)行開(kāi)發(fā)，因此無(wú)法對(duì)被測(cè)設(shè)備的相關(guān)測(cè)試需求進(jìn)行滿足，同時(shí)由于儀器功能較多，種類(lèi)數(shù)量大，無(wú)法有效進(jìn)行互換。而面向信號(hào)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)是針對(duì)被測(cè)對(duì)象的測(cè)試資源信號(hào)以及測(cè)試需求進(jìn)行開(kāi)發(fā)的，因此在開(kāi)發(fā)過(guò)程中與硬件沒(méi)有具體關(guān)聯(lián)，在改變測(cè)試儀器時(shí)只要滿足了相應(yīng)的測(cè)試需求，則不需要對(duì)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行改變，對(duì)其可移植性進(jìn)行了增加。

雖然面向信號(hào)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)具有許多優(yōu)勢(shì)之處，但也存在許多問(wèn)題。首先信號(hào)的種類(lèi)數(shù)量十分多，大約存在50多種，因此自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)需要構(gòu)建相應(yīng)的連接關(guān)系模型以及測(cè)試資源模型等，而這些模型不能對(duì)具體的軟件操作環(huán)境進(jìn)行脫離，因此自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)在審計(jì)過(guò)程中將受到操作環(huán)境的影響。其次在定義以及描述信號(hào)的過(guò)程中，不同的標(biāo)準(zhǔn)存在較多不同之處，因此不同自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的調(diào)用方式、配置資源以及體系結(jié)構(gòu)存在較大不同，而現(xiàn)如今沒(méi)有產(chǎn)生一個(gè)統(tǒng)一的面向信號(hào)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 軟件可移植性問(wèn)題

現(xiàn)如今，多個(gè)廠商以及組織為了對(duì)軟件的可移植性進(jìn)行提高，都推出了各自的標(biāo)準(zhǔn)，使用與開(kāi)發(fā)了較多的技術(shù)以及語(yǔ)言，例如ATLAS 2K、IVI-Signal Interface等規(guī)范和組件COM技術(shù)等。這些方式都將對(duì)軟件的可移植性進(jìn)行提高。但目前沒(méi)有任何一項(xiàng)技術(shù)在測(cè)試行業(yè)得到廣泛使用，其根本原因是由于每一項(xiàng)技術(shù)都存在相應(yīng)的問(wèn)題與優(yōu)勢(shì)，沒(méi)有存在絕對(duì)的優(yōu)點(diǎn)。其次由于技術(shù)開(kāi)發(fā)存在較大的工作量，因此在提出規(guī)范至實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中存在較長(zhǎng)的周期，甚至可達(dá)到10年以上，往往這個(gè)時(shí)候產(chǎn)生了新的技術(shù)以及軟件，導(dǎo)致舊軟件以及舊技術(shù)落后，從而導(dǎo)致軟件的可移植性以及開(kāi)發(fā)受到了一定影響。

3 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

無(wú)人機(jī)機(jī)載設(shè)備自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)包含無(wú)人機(jī)組件、測(cè)控計(jì)算機(jī)、測(cè)試電纜、測(cè)試資源集、機(jī)型測(cè)試適配器以及陣列接口等部件。同時(shí)測(cè)控計(jì)算機(jī)內(nèi)包含數(shù)據(jù)管理模塊、管理程序、測(cè)試資源驅(qū)動(dòng)程序以及測(cè)試程序等。面向用戶的頂層設(shè)計(jì)便是管理程序，此外測(cè)試程序可針對(duì)無(wú)人機(jī)的具體型號(hào)以及測(cè)試要求來(lái)進(jìn)行。測(cè)試資源集的控制代碼便是測(cè)試資源程序驅(qū)動(dòng)。將測(cè)試結(jié)果進(jìn)行打印、保存以及顯示便是數(shù)據(jù)管理模塊。

3.1 測(cè)試系統(tǒng)硬件構(gòu)成

對(duì)于測(cè)控計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，是整體自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的信息采集中心以及控制中心，可實(shí)現(xiàn)操作人員互換、測(cè)試結(jié)果顯示以及測(cè)試資源的控制等功能。

對(duì)于測(cè)試資源集來(lái)說(shuō)，擁有開(kāi)關(guān)模塊、直流電源、程控電阻模塊、函數(shù)發(fā)生器、大氣參數(shù)測(cè)試儀、數(shù)字示波器、DA模塊、數(shù)字多用表、串口通信模塊以及微博信號(hào)源等。陣列接口可匯總測(cè)試資源的輸出信號(hào)以及輸入信號(hào)。機(jī)型測(cè)試適配器擁有多個(gè)無(wú)人機(jī)的機(jī)型測(cè)試適配器，不同機(jī)型測(cè)試適配器可對(duì)不同的無(wú)人機(jī)進(jìn)行適配，可對(duì)測(cè)試電纜以及輸出信號(hào)、輸入信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換，可轉(zhuǎn)接被測(cè)無(wú)人機(jī)機(jī)載設(shè)備的設(shè)備檢測(cè)信息與測(cè)試系統(tǒng)之間的關(guān)系。而測(cè)試電纜具有多個(gè)無(wú)人機(jī)測(cè)試電纜，可用于連接被測(cè)無(wú)人機(jī)機(jī)載設(shè)備。對(duì)于無(wú)人機(jī)機(jī)組來(lái)說(shuō)，同樣包含多種類(lèi)型的被測(cè)試無(wú)人機(jī)的機(jī)載計(jì)算機(jī)，而機(jī)載計(jì)算機(jī)可與被測(cè)機(jī)載設(shè)備以及測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交聯(lián)以及控制交聯(lián)。

對(duì)于測(cè)試資源功能來(lái)說(shuō)，具有以下幾方面內(nèi)容：第一，對(duì)于無(wú)人機(jī)機(jī)上電源來(lái)說(shuō)，直流電源可提供相應(yīng)的輸入電壓。第二，函數(shù)發(fā)生器可對(duì)相應(yīng)的正弦信號(hào)進(jìn)行輸入，在對(duì)其信號(hào)頻率進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，可對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的不同轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行模擬。第三，被測(cè)機(jī)載設(shè)備固定針腳以及數(shù)字示波器測(cè)量機(jī)載計(jì)算機(jī)的輸出信號(hào)屬性。第四，在對(duì)不同電壓進(jìn)行測(cè)試的過(guò)程中可用數(shù)字多用表進(jìn)行。第五，在模擬外部干擾信號(hào)的過(guò)程中可使用微博信號(hào)，從而對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行引導(dǎo)頭測(cè)試。第六，串口通信模塊可對(duì)機(jī)載計(jì)算機(jī)的通信、氣壓高度、測(cè)控計(jì)算機(jī)的通信、空速傳感器、串口通信信號(hào)、任務(wù)設(shè)備、三軸磁力計(jì)、GPS以及引導(dǎo)頭進(jìn)行高效模擬。第七，對(duì)于DA模塊來(lái)說(shuō)，可對(duì)不同的電壓進(jìn)行模擬，從而對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度以及各路舵機(jī)的信號(hào)，例如風(fēng)門(mén)、垂直陀螺、左右方向舵、左右升降舵以及前輪進(jìn)行模擬。第八，大氣參數(shù)測(cè)試儀可對(duì)空速傳感器輸出信號(hào)以及氣壓高度進(jìn)行模擬。第九，程控電阻可對(duì)不同的電阻值進(jìn)行輸出，從而對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的缸溫進(jìn)行模擬。第十，開(kāi)關(guān)模塊可轉(zhuǎn)接測(cè)試過(guò)程中的不同信號(hào)，還可對(duì)開(kāi)傘以及停車(chē)控制等機(jī)載計(jì)算機(jī)輸出的控制信號(hào)進(jìn)行模擬。

3.2 測(cè)試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

對(duì)于測(cè)試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)工作來(lái)說(shuō)，測(cè)試開(kāi)發(fā)環(huán)境可選擇LabWindows/CVI，該測(cè)試開(kāi)發(fā)環(huán)境是基于C語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)的，具有豐富的函數(shù)面板以及強(qiáng)大的交互編程方式，因此可幫助開(kāi)發(fā)人員以及測(cè)試人員對(duì)測(cè)試程序進(jìn)行高效編寫(xiě)。數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)工具使用了LabWin-dows/CVI SQL ToolKit，該工具中具有一套簡(jiǎn)單易用的函數(shù)工具，可幫助用戶對(duì)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)以及本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行快速連接，同時(shí)可以不實(shí)用SQL語(yǔ)句進(jìn)行常用的數(shù)據(jù)庫(kù)操作，從而為各種常用數(shù)據(jù)庫(kù)的連接提供便利。

對(duì)于管理程序來(lái)說(shuō)，包含以下功能：首先，可管理多項(xiàng)測(cè)試程序，確保在每個(gè)時(shí)間段至少運(yùn)行一個(gè)測(cè)試程序。其次，在測(cè)量機(jī)型測(cè)試適配器中的識(shí)別電阻時(shí)，可對(duì)相應(yīng)的無(wú)人機(jī)測(cè)試程序進(jìn)行調(diào)用。最后，可對(duì)數(shù)據(jù)管理模塊進(jìn)行調(diào)用，從而打印與顯示測(cè)試結(jié)果的相關(guān)數(shù)據(jù)文件。

對(duì)于無(wú)人機(jī)測(cè)試程序來(lái)說(shuō)，首先，可調(diào)用相應(yīng)的測(cè)試資源。其次，可針對(duì)測(cè)試流程來(lái)對(duì)不同測(cè)試項(xiàng)目進(jìn)行測(cè)試工作。最后，可判斷測(cè)試結(jié)果的正確與否，從而自動(dòng)保存記錄相應(yīng)的測(cè)試結(jié)果。

在設(shè)計(jì)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的過(guò)程中，可使用儀器可互換技術(shù)，一旦測(cè)試資源發(fā)生故障時(shí)，可使用同型號(hào)的測(cè)試資源對(duì)其進(jìn)行代替，進(jìn)而保證整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的正常工作，給予工作人員對(duì)發(fā)生故障測(cè)試資源進(jìn)行修改的時(shí)間。在使用測(cè)試程序?qū)x器類(lèi)驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行調(diào)用的過(guò)程中，可針對(duì)系統(tǒng)配置文件內(nèi)容來(lái)對(duì)儀器可互換內(nèi)核進(jìn)行選擇，根據(jù)相應(yīng)的物理儀器驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行使用。對(duì)于示波器來(lái)說(shuō)，在對(duì)測(cè)試系統(tǒng)中的示波器進(jìn)行更換后，需要對(duì)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行重新編寫(xiě)，并將其在系統(tǒng)軟件中進(jìn)行更新并配置，這種方式可避免對(duì)測(cè)試程序的更改操作，具有較高的工作效率。

無(wú)人機(jī)機(jī)載設(shè)備自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試工作在開(kāi)展過(guò)程中，第一，應(yīng)對(duì)管理程序進(jìn)行啟動(dòng)。第二，測(cè)量相應(yīng)的識(shí)別電阻，對(duì)連接到測(cè)試系統(tǒng)的無(wú)人機(jī)信號(hào)進(jìn)行判斷，隨后對(duì)相應(yīng)的測(cè)試程序進(jìn)行調(diào)用。第三，針對(duì)電纜內(nèi)部的識(shí)別電阻進(jìn)行檢測(cè)，測(cè)試系統(tǒng)可對(duì)無(wú)人機(jī)機(jī)載設(shè)備的類(lèi)型以及數(shù)量進(jìn)行判斷。第四，由測(cè)試程序?qū)ο鄳?yīng)的指令進(jìn)行發(fā)送，機(jī)載計(jì)算機(jī)在相應(yīng)的工作狀態(tài)下可進(jìn)行多種功能的檢測(cè)或自檢工作，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、通信控制以及信號(hào)交聯(lián)等操作。對(duì)于沒(méi)有與測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行連接的無(wú)人機(jī)機(jī)載設(shè)備來(lái)說(shuō)，可使用測(cè)試資源對(duì)其相應(yīng)功能進(jìn)行模擬。第五，可保存、顯示與處理相應(yīng)的測(cè)試結(jié)果。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于本文所研究的無(wú)人機(jī)機(jī)載設(shè)備自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，具有以下幾方面優(yōu)勢(shì)之處。首先，對(duì)于機(jī)載設(shè)備的數(shù)量要求十分靈活，可使用測(cè)試資源模擬的方式來(lái)統(tǒng)一實(shí)際裝備信號(hào)環(huán)境以及檢測(cè)設(shè)備環(huán)境。其次，該自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的使用可對(duì)其機(jī)載計(jì)算機(jī)性能進(jìn)行充分發(fā)揮，還可實(shí)現(xiàn)自檢功能，不僅可確保無(wú)人機(jī)的正常工作，還可有效提高其戰(zhàn)斗力以及維修可靠性。最后，由于本自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)擁有多種型號(hào)的機(jī)型測(cè)試適配器，因此使整體測(cè)試系統(tǒng)具有較高的可擴(kuò)展性。總而言之，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)于無(wú)人機(jī)機(jī)載設(shè)備來(lái)說(shuō)具有十分重要的作用，可有效提高其維修可靠性。