無人機機載設備自動測試系統的關鍵技術研究

董振鵬，龍飛虎，王子琦

（尚良仲毅（沈陽）高新科技有限公司/遼寧省產業技術研究院無人機研究所，遼寧 沈陽110000）

近年來，隨著我國科學技術水平的快速提升，互聯網技術、計算機技術、電子技術以及航空技術快速發展，使得無人機技術也在不斷進步，可以實現更多的功能以及更高的性能，進而將迅猛發展的高新技術進行充分發揮。對于無人機來說，擁有滯空時間長、生命力強、隱蔽性好以及不懼傷亡的優勢，不僅可與人為操作的戰斗機進行共同作業，還可在部分情況下代替人為操作的戰斗機進行戰斗，因此無人機將成為未來的主要發展方向。

此外，由于無人機技術的不斷進步，無人機系統中多項機載設備的可靠性以及安全性得到了社會各界人士的廣泛關注。當前無人機研究人員主要的工作目的便是如何對無人機機載設備所產生的信號進行精準、高效的模擬與監測。同時由于無人機的系統復雜程度較高，不僅包含機載計算機，還具有許多傳感器、發動機以及舵機等航電設備，因此要想高效完成整體無人機系統的測試工作，需測試與模擬整個無人機設備所產生的大氣信號、數字I/O信號、輸出信號以及輸入信號等。

1 無人機機載設備概述

無人機產生于上世紀六十年代左右，自出現以來在技術進步以及戰爭需求牽引的影響下，在精確打擊、指揮控制以及偵查預警中起到了至關重要的作用，已經成為作戰過程中的主要力量。此外，無人機也在資源勘查、地理遙感信息等多個領域具有十分廣泛的應用，受到世界范圍內多個國家的高度重視。對比有人機來說，無人機無需設置人員生命保障系統、顯示系統以及操縱系統等設備，可有效降低成本。另外，由于沒有飛行員駕駛飛機，可有效避免駕駛員的傷亡，無人機可看做是未來戰爭以及航空的主要發展方向。現如今，英國、法國、美國、德國、以色列等發達國家都將無人機的發展作為主要研究方向。

對于無人機來說，其指揮系統以及飛行方式等許多方面與有人機相比存在較大不同，主要體現在無人機維護方式以及綜合保障中存在本質上的不同。導致這種原因是由于有人機在飛行過程中操作人員十分重要，一旦飛機出現故障或異常狀態，操作人員可針對實際情況進行隨機應變。而無人機在飛行過程中操作人員的作用并不大，大部分是對無人機的飛行狀態進行測控，一旦機載設備出現異常時，操作人員在發出指揮指令便為時已晚。因此，在綜合測試無人機機載設備的過程中為了使無人機安全穩定地飛行，應將測試重點放在日常維護工作以及飛行前的維護工作中，無人機機載設備自動測試系統在無人機系統中具有十分重要的地位。

對于無人機機載設備來說，包含起落架、飛控計算機、舵機、組合導航、發動機、垂直陀螺、發電機以及大氣計算機等設備。而自動監測系統的核心工作便是對以上設備進行精確、完整的檢測。對于機載設備來說，其生命周期大部分為20年左右，因此根據武器設備壽命以及武器維護的規定，需要自動監測設備對其維護功能可支持20年。根據Ti行業的摩爾定律，計算機每隔一年半就會進行一次升級，測試儀器在三到五年內也會進行更新換代，對于軟件的發展來說十分迅速，新的軟件快速產生。而自動測試系統與無人機機載設備的壽命周期存在相應矛盾。

2 當前無人機機載設備自動測試系統面臨的問題

2.1 儀器可互換性問題

對于無人機機載設備自動測試系統來說，應對多種測試要求進行滿足。現如今擁有面向信號的自動測試系統以及面向硬件的自動測試系統兩種。面向硬件的自動測試系統是根據儀器硬件進行開發，因此無法對被測設備的相關測試需求進行滿足，同時由于儀器功能較多，種類數量大，無法有效進行互換。而面向信號的自動測試系統是針對被測對象的測試資源信號以及測試需求進行開發的，因此在開發過程中與硬件沒有具體關聯，在改變測試儀器時只要滿足了相應的測試需求，則不需要對自動測試系統進行改變，對其可移植性進行了增加。

雖然面向信號的自動測試系統具有許多優勢之處，但也存在許多問題。首先信號的種類數量十分多，大約存在50多種，因此自動測試系統需要構建相應的連接關系模型以及測試資源模型等，而這些模型不能對具體的軟件操作環境進行脫離，因此自動測試系統在審計過程中將受到操作環境的影響。其次在定義以及描述信號的過程中，不同的標準存在較多不同之處，因此不同自動測試系統的調用方式、配置資源以及體系結構存在較大不同，而現如今沒有產生一個統一的面向信號的自動測試系統開發標準。

2.2 軟件可移植性問題

現如今，多個廠商以及組織為了對軟件的可移植性進行提高，都推出了各自的標準，使用與開發了較多的技術以及語言，例如ATLAS 2K、IVI-Signal Interface等規范和組件COM技術等。這些方式都將對軟件的可移植性進行提高。但目前沒有任何一項技術在測試行業得到廣泛使用，其根本原因是由于每一項技術都存在相應的問題與優勢，沒有存在絕對的優點。其次由于技術開發存在較大的工作量，因此在提出規范至實際應用的過程中存在較長的周期，甚至可達到10年以上，往往這個時候產生了新的技術以及軟件，導致舊軟件以及舊技術落后，從而導致軟件的可移植性以及開發受到了一定影響。

3 自動測試系統關鍵技術研究

無人機機載設備自動測試系統包含無人機組件、測控計算機、測試電纜、測試資源集、機型測試適配器以及陣列接口等部件。同時測控計算機內包含數據管理模塊、管理程序、測試資源驅動程序以及測試程序等。面向用戶的頂層設計便是管理程序，此外測試程序可針對無人機的具體型號以及測試要求來進行。測試資源集的控制代碼便是測試資源程序驅動。將測試結果進行打印、保存以及顯示便是數據管理模塊。

3.1 測試系統硬件構成

對于測控計算機來說，是整體自動測試系統的信息采集中心以及控制中心，可實現操作人員互換、測試結果顯示以及測試資源的控制等功能。

對于測試資源集來說，擁有開關模塊、直流電源、程控電阻模塊、函數發生器、大氣參數測試儀、數字示波器、DA模塊、數字多用表、串口通信模塊以及微博信號源等。陣列接口可匯總測試資源的輸出信號以及輸入信號。機型測試適配器擁有多個無人機的機型測試適配器，不同機型測試適配器可對不同的無人機進行適配，可對測試電纜以及輸出信號、輸入信息進行轉換，可轉接被測無人機機載設備的設備檢測信息與測試系統之間的關系。而測試電纜具有多個無人機測試電纜，可用于連接被測無人機機載設備。對于無人機機組來說，同樣包含多種類型的被測試無人機的機載計算機，而機載計算機可與被測機載設備以及測試系統進行數據交聯以及控制交聯。

對于測試資源功能來說，具有以下幾方面內容：第一，對于無人機機上電源來說，直流電源可提供相應的輸入電壓。第二，函數發生器可對相應的正弦信號進行輸入，在對其信號頻率進行轉換后，可對發動機的不同轉速信號進行模擬。第三，被測機載設備固定針腳以及數字示波器測量機載計算機的輸出信號屬性。第四，在對不同電壓進行測試的過程中可用數字多用表進行。第五，在模擬外部干擾信號的過程中可使用微博信號，從而對無人機進行引導頭測試。第六，串口通信模塊可對機載計算機的通信、氣壓高度、測控計算機的通信、空速傳感器、串口通信信號、任務設備、三軸磁力計、GPS以及引導頭進行高效模擬。第七，對于DA模塊來說，可對不同的電壓進行模擬，從而對發動機的溫度以及各路舵機的信號，例如風門、垂直陀螺、左右方向舵、左右升降舵以及前輪進行模擬。第八，大氣參數測試儀可對空速傳感器輸出信號以及氣壓高度進行模擬。第九，程控電阻可對不同的電阻值進行輸出，從而對發動機的缸溫進行模擬。第十，開關模塊可轉接測試過程中的不同信號，還可對開傘以及停車控制等機載計算機輸出的控制信號進行模擬。

3.2 測試系統軟件設計

對于測試系統軟件設計工作來說，測試開發環境可選擇LabWindows/CVI，該測試開發環境是基于C語言進行開發的，具有豐富的函數面板以及強大的交互編程方式，因此可幫助開發人員以及測試人員對測試程序進行高效編寫。數據庫開發工具使用了LabWin-dows/CVI SQL ToolKit，該工具中具有一套簡單易用的函數工具，可幫助用戶對遠程數據庫以及本地數據庫進行快速連接，同時可以不實用SQL語句進行常用的數據庫操作，從而為各種常用數據庫的連接提供便利。

對于管理程序來說，包含以下功能：首先，可管理多項測試程序，確保在每個時間段至少運行一個測試程序。其次，在測量機型測試適配器中的識別電阻時，可對相應的無人機測試程序進行調用。最后，可對數據管理模塊進行調用，從而打印與顯示測試結果的相關數據文件。

對于無人機測試程序來說，首先，可調用相應的測試資源。其次，可針對測試流程來對不同測試項目進行測試工作。最后，可判斷測試結果的正確與否，從而自動保存記錄相應的測試結果。

在設計自動測試系統的過程中，可使用儀器可互換技術，一旦測試資源發生故障時，可使用同型號的測試資源對其進行代替，進而保證整個測試系統的正常工作，給予工作人員對發生故障測試資源進行修改的時間。在使用測試程序對儀器類驅動程序進行調用的過程中，可針對系統配置文件內容來對儀器可互換內核進行選擇，根據相應的物理儀器驅動程序進行使用。對于示波器來說，在對測試系統中的示波器進行更換后，需要對相應的驅動程序進行重新編寫，并將其在系統軟件中進行更新并配置，這種方式可避免對測試程序的更改操作，具有較高的工作效率。

無人機機載設備自動測試系統的測試工作在開展過程中，第一，應對管理程序進行啟動。第二，測量相應的識別電阻，對連接到測試系統的無人機信號進行判斷，隨后對相應的測試程序進行調用。第三，針對電纜內部的識別電阻進行檢測，測試系統可對無人機機載設備的類型以及數量進行判斷。第四，由測試程序對相應的指令進行發送，機載計算機在相應的工作狀態下可進行多種功能的檢測或自檢工作，從而實現數據實時采集、通信控制以及信號交聯等操作。對于沒有與測試系統進行連接的無人機機載設備來說，可使用測試資源對其相應功能進行模擬。第五，可保存、顯示與處理相應的測試結果。

4 結束語

對于本文所研究的無人機機載設備自動測試系統來說，具有以下幾方面優勢之處。首先，對于機載設備的數量要求十分靈活，可使用測試資源模擬的方式來統一實際裝備信號環境以及檢測設備環境。其次，該自動測試系統的使用可對其機載計算機性能進行充分發揮，還可實現自檢功能，不僅可確保無人機的正常工作，還可有效提高其戰斗力以及維修可靠性。最后，由于本自動測試系統擁有多種型號的機型測試適配器，因此使整體測試系統具有較高的可擴展性。總而言之，自動測試系統對于無人機機載設備來說具有十分重要的作用，可有效提高其維修可靠性。