一種飛行器電氣系統(tǒng)綜合測試平臺設(shè)計

俞 達，岳 瑋，楊曉樂，楊 曦，姜 祝

(1.北京宇航系統(tǒng)工程研究所，北京 100076； 2.北京航天計量測試技術(shù)研究所，北京 100076)

一種飛行器電氣系統(tǒng)綜合測試平臺設(shè)計

俞 達1，岳 瑋1，楊曉樂1，楊 曦1，姜 祝2

(1.北京宇航系統(tǒng)工程研究所，北京 100076； 2.北京航天計量測試技術(shù)研究所，北京 100076)

為解決傳統(tǒng)飛行器電氣系統(tǒng)綜合測試中存在的測試設(shè)備種類繁多、測試項目覆蓋性差等諸多問題，在某飛行器測試覆蓋能力改進項目中，提出一種基于PXI總線架構(gòu)的綜合測試平臺設(shè)計思路，通過模塊化的硬件與軟件架構(gòu)設(shè)計，完成飛行器電氣系統(tǒng)的綜合測試平臺設(shè)計，并結(jié)合實際測試需求進行具體開發(fā)，實踐表明該系統(tǒng)能夠保證飛行器現(xiàn)場測試有序、規(guī)范、安全。

電氣系統(tǒng); 綜合測試; PXI

0 引言

飛行器電氣系統(tǒng)綜合測試是對電氣系統(tǒng)設(shè)備進行分系統(tǒng)、全系統(tǒng)兩個層級的綜合性能測試與考核，重點檢查飛行程序及控制指令設(shè)計的完整性、匹配性及可行性，信息傳遞和處理流程的匹配性與協(xié)調(diào)性以及分系統(tǒng)間接口的匹配性。

飛行器上電氣設(shè)備越來越多，測量的參數(shù)日益增加，對電性能測試的指標和要求日趨提高。傳統(tǒng)模式下的專用測試設(shè)備種類繁多，測試人員在測試現(xiàn)場工作異常繁雜，測試效率、覆蓋性大幅降低[1]。

針對上述情況，在某飛行器測試能力及覆蓋性改進項目中，開展了綜合測試平臺的研制設(shè)計工作，實現(xiàn)了現(xiàn)場測試的有序、規(guī)范和安全。

1 系統(tǒng)設(shè)計思路

綜合測試平臺的設(shè)計思路如下：

1)分系統(tǒng)測試過程中，以閉環(huán)方式實現(xiàn)分系統(tǒng)功能及性能測試；全系統(tǒng)測試過程中，以開環(huán)方式綜合驗證規(guī)定飛行程序過程中，電氣設(shè)備的正確性以及系統(tǒng)間接口的匹配性[1]。

2)具備模塊化功能測試及自動執(zhí)行功能，測試程序通過自動調(diào)用實現(xiàn)流程配置的指令或指令組完成信號的注入、采集與判讀比對功能。

3)充分考慮方案的經(jīng)濟性，優(yōu)化設(shè)計方案，測試設(shè)備從測試資源配置和測試軟件運行機制等方面進行通用化設(shè)計。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

如前所述，電氣系統(tǒng)綜合測試項目可劃歸為分系統(tǒng)和全系統(tǒng)兩個測試層級。分系統(tǒng)級綜合測試主要根據(jù)其實際工況加載特定的典型值激勵，從而驗證分系統(tǒng)功能及性能指標的正確性；全系統(tǒng)級綜合測試通常是利用電氣系統(tǒng)標準飛行數(shù)據(jù)以及特定數(shù)量偏差數(shù)據(jù)，作為全系統(tǒng)設(shè)備的激勵數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)注入，根據(jù)系統(tǒng)反饋信號及時序相關(guān)信號來確定飛行器工作狀態(tài)的正確性。

綜合測試平臺硬件主要包括主控設(shè)備、綜合測試設(shè)備、信號調(diào)理及接口設(shè)備、地面電源、配電箱、判讀及存儲設(shè)備等組成，如圖1所示。

圖1 綜合測試平臺系統(tǒng)級測試硬件組成

2.1 主控設(shè)備

主控設(shè)備為通用計算機或工作站，通過其上運行的通用測控軟件，完成對綜合測試設(shè)備的控制及模擬激勵數(shù)據(jù)的發(fā)送功能；在人機交互部分，包括測試流程的配置與進度顯示、數(shù)據(jù)監(jiān)測與報警等功能。由于與綜合測試設(shè)備使用TCP/IP協(xié)議、采用網(wǎng)線進行通信，因此可擴展為遠程云端計算機，直接將故障現(xiàn)場數(shù)據(jù)注入到綜合測試現(xiàn)場，模擬故障狀態(tài)為現(xiàn)場排故提供支持。

2.2 綜合測試設(shè)備

綜合測試設(shè)備核心為基于PXI總線搭建的自動化測試設(shè)備和通用測試軟件組成。自動化測試設(shè)備采用主流的PXI總線架構(gòu)，最直接的目的是實現(xiàn)綜合測試流程的通用化，基本做法是將實現(xiàn)測試所需的硬件資源，以標準板卡的形式集成到一個統(tǒng)一的系統(tǒng)之中，測試過程由系統(tǒng)的PXI總線控制器通過執(zhí)行測試軟件來控制。

由于綜合測試設(shè)備的各類模塊均基于PXI總線規(guī)范，當被測對象需要的激勵信號或回采信號發(fā)生變化時，可根據(jù)變化的體量，增減相應(yīng)的板卡或調(diào)整相應(yīng)的程序即可；若機箱槽位不滿足要求，可通過級聯(lián)方式進行擴展；當被測對象發(fā)生變化時，操作人員僅需根據(jù)需求完成軟硬件模塊的切換即可[2]。

如前所述，該測試平臺具有分系統(tǒng)及全系統(tǒng)兩級綜合測試能力。使用標準上架的一體化鍵盤顯示器，綜合測試設(shè)備通過人機交互界面的配置與設(shè)定，可獨立完成分系統(tǒng)箭上單機的閉環(huán)測試功能，既節(jié)約空間、方便操作，又深挖了設(shè)備的使用潛能。完成單機綜合測試的硬件組成詳見圖2。

圖2 綜合測試平臺分系統(tǒng)級測試硬件組成

為了保證一定的可擴展性，其PXI主機箱采用了多槽位設(shè)計，功能模塊主要包括以下幾種：PXI控制器、波形發(fā)生器、AD采集模塊、模擬量模塊、數(shù)字式IO模塊、總線通信模塊(1553B、CAN等)、多功能串口模塊(RS422、HDLC等)。

1)PXI控制器作為總線控制核心，運行通用測試軟件，解析遠程或本地指令，并通過總線驅(qū)動各功能模塊(板卡)，實現(xiàn)指令輸出與數(shù)據(jù)采集的控制與管理。

2)總線通信模塊以終端或節(jié)點模式獲取及監(jiān)聽總線數(shù)據(jù)，模擬控制系統(tǒng)等收發(fā)總線控制指令及反饋數(shù)據(jù)。

3)多功能串口模塊主要完成與箭上單機輸出的數(shù)據(jù)(PCM信號、單機編幀信號)回讀工作，覆蓋RS422、HDLC等常用串口通信協(xié)議，實現(xiàn)單機采編數(shù)據(jù)的解調(diào)與分析，以及系統(tǒng)中心數(shù)據(jù)單元綜合采編數(shù)據(jù)的處理與判讀工作。

4)模擬量模塊、波形發(fā)生器、數(shù)字式IO模塊主要完成模擬箭上設(shè)備的數(shù)據(jù)注入與指令模擬發(fā)送功能。

2.3 信號調(diào)理及接口設(shè)備

信號調(diào)理及接口設(shè)備主要完成信號特性的轉(zhuǎn)換、接口協(xié)議的轉(zhuǎn)換以及機械接口適配轉(zhuǎn)換等工作，再通過適配電纜連接被測對象，從而形成完整的測試鏈路；另外，由于需要完成單機測試功能，為簡化設(shè)備、便于操作，其內(nèi)部還集成了一個小功率供配電設(shè)備，用于配合完成箭上單機的閉環(huán)測試。

2.4 配電箱

配電箱接收綜合測試設(shè)備發(fā)出的控制指令，完成地面電源與箭上設(shè)備之間的供配電通路控制，考慮到測試加電的反復(fù)性與地面設(shè)備使用周期較長的客觀要求，本方案配電箱主要通過固態(tài)繼電器陣列來實現(xiàn)。由于箭上存在浮地、共地兩種供電體制，因此在地面電源及供電通路上進行了區(qū)分，同時為避免控制信號與供電通路發(fā)生混疊、提升供配電設(shè)備的使用效率與可靠性，線路設(shè)計上采用了光電隔離手段。

綜合測試設(shè)備解析遠程供配電指令，通過數(shù)字式IO模塊輸出控制繼電器斷開與閉合，從而模擬發(fā)射條件下的地面供配電測控流程，同時采集各設(shè)備狀態(tài)與模擬量。

圖3 供配電系統(tǒng)示意圖

2.5 判讀及存儲設(shè)備

判讀及存儲設(shè)備由云端工作站及服務(wù)器組成：工作站運行實時處理軟件，用于完成系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)的解析與數(shù)據(jù)庫寫入；同時，運行判讀終端軟件，完成測試數(shù)據(jù)的事后判讀與報告生成等工作；服務(wù)器完成數(shù)據(jù)庫的管理，主要存儲被測對象的測試數(shù)據(jù)，以及作為激勵信號的模擬源數(shù)據(jù)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

綜合測試平臺軟件設(shè)計方案分為兩個部分，PXI綜合控制器上運行的通用測試軟件和通用計算機(服務(wù)器)上運行的通用測控軟件、數(shù)據(jù)處理及判讀軟件。軟件系統(tǒng)架構(gòu)如圖4所示。

圖4 軟件系統(tǒng)架構(gòu)

3.1 通用測控軟件

軟件采用基于網(wǎng)絡(luò)的遠程自動化測試模式，實現(xiàn)對供配電設(shè)備(配電箱及地面電源)、綜合測試設(shè)備、信號調(diào)理及接口設(shè)備等設(shè)備的集中測試和分布式控制。軟件包括組態(tài)界面配置、通信協(xié)議管理、數(shù)據(jù)設(shè)定管理和測試流程管理四大部分功能。

組態(tài)界面具有較強的靈活性，可由用戶根據(jù)需求進行定義和維護，可將用戶指令執(zhí)行狀態(tài)與遠程綜合測試設(shè)備回傳數(shù)據(jù)實時顯示、預(yù)覽與打印；通信協(xié)議分為測試數(shù)據(jù)協(xié)議和指令數(shù)據(jù)協(xié)議兩類，相關(guān)協(xié)議內(nèi)容已形成標準格式(*.xml等)，用戶可根據(jù)被測對象的需求進行定制或擴展；數(shù)據(jù)設(shè)定管理主要包括指令參數(shù)配置與參數(shù)判據(jù)配置兩部分，用戶可根據(jù)被控設(shè)備的要求完成諸如指令脈寬、指令電平、參數(shù)范圍等量化指標的設(shè)定與管理；測試流程是一系列測控動作的集合，包括：執(zhí)行操作指令動作、測試項目動作、測試狀態(tài)量動作、計時器操作動作、判據(jù)更改動作等，基本動作也已封裝成標準格式，用戶可根據(jù)需要進一步擴展成指令群或指令集，最終形成整套測試流程。

3.2 通用測試軟件

通用測試軟件采用多線程架構(gòu)以及組態(tài)界面方式，實現(xiàn)了圖形化的檢測平臺，通過軟件狀態(tài)的設(shè)置既可實現(xiàn)單機測試臺功能，亦可配合通用測控軟件實現(xiàn)電氣系統(tǒng)綜合測試功能。軟件流程如圖5所示。

圖5 通用測試軟件流程圖

軟件設(shè)計采用自頂向下和模塊化系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計思想，主要由底層驅(qū)動模塊、協(xié)議配置模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊以及監(jiān)控判讀模塊等組成，由監(jiān)控及判讀模塊統(tǒng)一完成調(diào)度和管理[3]。

依據(jù)PXI總線架構(gòu)驅(qū)動程序設(shè)計規(guī)范，根據(jù)飛行器電氣測試實際需求，對部分物理層及鏈路層驅(qū)動進行裁剪和優(yōu)化后，形成本方案中應(yīng)用的底層驅(qū)動模塊；協(xié)議配置模塊主要負責箭地總線通信協(xié)議，以及與測控軟件指令及數(shù)據(jù)通信協(xié)議的設(shè)置與管理；綜合測試設(shè)備作為單機測試臺時，數(shù)據(jù)存儲模塊主要負責單機測試數(shù)據(jù)的本地存儲與處理工作，測試完成后還可通過監(jiān)控及判讀模塊完成數(shù)據(jù)的判讀與結(jié)果輸出等操作。

3.3 數(shù)據(jù)處理及判讀軟件

數(shù)據(jù)處理及判讀軟件主要功能包括數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)人工與自動判讀、數(shù)據(jù)庫管理、輔助功能(生成判讀報告等)等四部分。軟件能按照預(yù)定的參數(shù)格式及傳輸協(xié)議，完成數(shù)據(jù)的實時及事后處理，并把處理結(jié)果保存到關(guān)系數(shù)據(jù)庫中；通過軟件提供的統(tǒng)計及圖像顯示工具，可完成數(shù)據(jù)的人工判讀，亦可通過提前設(shè)定判據(jù)完成數(shù)據(jù)的自動判讀；軟件還提供數(shù)據(jù)按特定格式導(dǎo)出(*.dat、*.txt等)以及生成判讀報告等內(nèi)容。軟件流程如圖6所示。

圖6 數(shù)據(jù)處理及判讀軟件流程圖

4 結(jié)果與分析

飛行器電氣系統(tǒng)綜合測試平臺，實現(xiàn)了某飛行器在綜合測試現(xiàn)場的分系統(tǒng)測試與全系統(tǒng)綜合測試。分系統(tǒng)測試使用綜合測試設(shè)備、信號調(diào)理及接口設(shè)備等完成分系統(tǒng)(含重要單機)的閉環(huán)測試，能夠驗證分系統(tǒng)功能的正確性，并考核了其在故障等臨界狀態(tài)下的工作指標；全系統(tǒng)綜合測試過程中，飛行器電氣系統(tǒng)按照設(shè)定流程進行工作，時序指令及相關(guān)參數(shù)正確合理，模擬注入數(shù)據(jù)與遙測數(shù)據(jù)對應(yīng)，表明電氣系統(tǒng)設(shè)備工作正常、系統(tǒng)極性關(guān)系以及各系統(tǒng)之間接口協(xié)調(diào)，電氣系統(tǒng)工作正常。

綜合測試平臺在保證各電氣系統(tǒng)驗證覆蓋性的前提下，實現(xiàn)了多類設(shè)備的融合，提供了未來設(shè)備在云端上的擴展能力，精簡了測試人員的數(shù)量，實現(xiàn)了測試現(xiàn)場整潔、美觀、安全的目的。

5 總結(jié)

本文主要針對某飛行器電氣系統(tǒng)在綜合測試階段測試設(shè)備數(shù)量多、現(xiàn)場工作繁雜的問題，提出了一種飛行器綜合測試平臺設(shè)計方案，利用成熟的PXI總線架構(gòu)配置通用測試模塊，結(jié)合流程化測試軟件完成被測對象的自動化測試與一定程度上的自動判讀功能。該平臺集成度高、擴展性強，可以大大降低測試設(shè)備的數(shù)量與維護成本，提升測試工作的效率與覆蓋性。

[1] 徐海運,朱 紅,張 翔,等.飛行器模飛綜合測試系統(tǒng)設(shè)計[J].計算機測量與控制,2015,23(4):1158-1160.

[2] 張黎明,孫 寧,于慧亮,等.基于PXI的衛(wèi)星綜合測試系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].計算機測量與控制,2008,16(1):27-29.

[3] 趙瑞峰,董 房,陸 洋,等.衛(wèi)星通用自動化測試系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)研究[J].信息技術(shù),2011,35(4):65-68,72.

An Design of Integrated Testing Platform for Aerocraft’s Electrical Systems

Yu Da1，Yue Wei1，Yang Xiaole1，Yang Xi1，Jiang Zhu2

(1.Beijing Institute of Aerospace Systems Engineering, Beijing 100076,China; 2.Beijing Aerospace Institute for Metrology and Measurement Technology, Beijing 100076,China)

In order to solve the traditional integrated testing of aerocraft’s electrical systems by supporting a wide range of test equipment，poor coverage and other problems，design ideas of test system based on PXI bus architecture is proposed in a aerocraft’s test coverage improvement project，through modular hardware and software architecture design，complete an integrated testing platform for aerocraft’s electrical systems，combined with the actual needs of specific test development，practice shows that the system can ensure the test site orderly，normative，safety.

electrical systems；integrated testing；PXI

2016-06-27；

2016-07-17。

俞 達(1984- )，男，天津靜海人，碩士研究生,工程師,主要從事運載火箭測量系統(tǒng)供配電測控領(lǐng)域的技術(shù)研究。

1671-4598(2016)12-0003-03

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2016.12.002

TP274

A