分布式自動測試技術(shù)發(fā)展綜述

周新力，王正磊，宋斌斌

(海軍航空工程學院 電子信息工程系，山東 煙臺 264001)

分布式自動測試技術(shù)發(fā)展綜述

周新力，王正磊，宋斌斌

(海軍航空工程學院 電子信息工程系，山東 煙臺 264001)

自動測試系統(tǒng)是現(xiàn)代裝備性能指標檢測中不可或缺的重要手段，以分布式自動測試系統(tǒng)為代表的新興自動測試技術(shù)正在軍事和工業(yè)等領(lǐng)域得到更多的普及和應用。文中從介紹國內(nèi)外自動測試系統(tǒng)的發(fā)展及研究現(xiàn)狀出發(fā)，引出對分布式自動測試系統(tǒng)基本概念的分析，對分布式自動測試系統(tǒng)的主要特征和構(gòu)成要素進行了說明，探討了分布式自動測試系統(tǒng)控制技術(shù)未來的發(fā)展方向和趨勢。

自動測試系統(tǒng)；性能指標；研究現(xiàn)狀；控制技術(shù)

運用自動測試系統(tǒng)(ATS)對武器裝備進行測試診斷，已與現(xiàn)代武器裝備系統(tǒng)的設(shè)計、制造、試驗和使用構(gòu)成一個完整的整體，成為保證現(xiàn)代裝備系統(tǒng)實際性能指標的重要手段，并且貫穿整個武器裝備生命周期。以微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、傳感器技術(shù)和信息處理技術(shù)為主要技術(shù)支撐的ATS在武器裝備使用的各個環(huán)節(jié)發(fā)揮著越來越重要的作用[1]，而新興的分布式ATS也在各個領(lǐng)域逐漸得到普及。本文從介紹國內(nèi)外自動測試系統(tǒng)發(fā)展及研究現(xiàn)狀出發(fā)，引出對分布式ATS結(jié)構(gòu)與分布式ATS控制技術(shù)的介紹和分析。

1 國外自動測試系統(tǒng)發(fā)展及研究現(xiàn)狀

美軍ATS的研究一直處于世界領(lǐng)先地位，上世紀60年代，美國國防部秘書長會議首先提出軍事電子裝備三級維修體制，即前沿級、中間級和基地級。上世紀80年代美國軍方針對多種武器平臺和系統(tǒng)，制定了通用自動檢測設(shè)備發(fā)展計劃。上世紀90年代，在美國防部自動測試系統(tǒng)執(zhí)行署的規(guī)劃指導下，各軍兵種分別啟用了ATS發(fā)展計劃，成功研制了一系列ATS[2]，如：

(1)聯(lián)合自動支援系統(tǒng)(Consolidated Automated Support System，CASS)。聯(lián)合自動支援系統(tǒng)可以應用于飛機、艦艇、潛艇等所有海軍近岸和海上電子設(shè)備。經(jīng)過不斷的更新，CASS 系統(tǒng)有混合型、射頻型、光電型、通信/導航/應答識別型和可充值便攜型五種標準結(jié)構(gòu)形式。該系統(tǒng)能夠?qū)νㄓ秒娮釉O(shè)備、測量儀器等進行自動測試，具有射頻能力，同時易于攜帶，是一種較為成熟的自動測試系統(tǒng)；

(2)集成測試設(shè)備系列(Integrated Family of Test Equipment，IFTE)。集成測試設(shè)備系列是美國陸軍制定的標準，是一種模塊化的測試、測量和診斷設(shè)備系統(tǒng)，包括綜合測試設(shè)備非平臺自動測試系統(tǒng)和綜合測試設(shè)備平臺自動測試系統(tǒng)兩種。該系統(tǒng)可以應用于基地級維修，也可以應用于現(xiàn)場維修，其測試程序集(Test Program Set，TPS)屬于武器裝備專用軟件，可以快速進行故障診斷，提高武器裝備利用率；

(3)電子戰(zhàn)綜合測試系統(tǒng)(Joint Services Electronic Combat System Tester，JSECST)。電子戰(zhàn)綜合測試系統(tǒng)是美國空軍、海軍和海軍陸戰(zhàn)隊聯(lián)合研制的用于電子戰(zhàn)設(shè)備測試的標準測試系統(tǒng)，是由VXI總線和GPIB(General Purpose Interface Bus)總線儀器組成的混合測試系統(tǒng)，主要完成對系統(tǒng)狀態(tài)及故障進行確認，包括對不良狀態(tài)顯示模擬與技術(shù)/信號響應分析，可以應用于陸軍、海軍、空軍和海軍陸戰(zhàn)隊的多種測試平臺，具有一定的通用性。

針對以軍種為單位獨立開發(fā)的通用自動測試系統(tǒng)，存在應用范圍有限、開發(fā)和維護成本高、系統(tǒng)間缺乏互操作性、測試診斷新技術(shù)難以融入已有系統(tǒng)等諸多不足，為解決這一問題，20世紀90年代中后期，美國各軍兵種與工業(yè)界聯(lián)合啟動了對下一代自動測試系統(tǒng)的研究工作，即“NxTest”項目，提出了新的開放式體系結(jié)構(gòu)，并于2004年研制了 “敏捷快速全球作戰(zhàn)支持”(ARGCS)演示驗證系統(tǒng)。ARGCS涉及的使用對象包括陸軍的M-1主戰(zhàn)坦克、“帕拉丁”火炮、海軍陸戰(zhàn)隊輕型裝甲車、海軍的F/A-18和E-2C飛機、空軍的F-15E戰(zhàn)斗機、“阿帕奇”直升機等[3]。可以說，ARGCS代表當今自動測試系統(tǒng)領(lǐng)域最先進的水平。

2 國內(nèi)自動測試系統(tǒng)發(fā)展及研究現(xiàn)狀

國內(nèi)ATS起步于20世紀80年代初，隨著國際微電子技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)儀器行業(yè)開始專注于研制帶有程控接口的通用化儀器。國內(nèi)市場的迅速開發(fā)引起了國外公司的重視，很多國外專業(yè)儀器公司開始進入中國市場[4]，憑借其雄厚的技術(shù)實力和良好的產(chǎn)品性能占據(jù)了中國儀器市場的大部分份額，這一階段的主流ATS是以GPIB總線技術(shù)為基礎(chǔ)設(shè)計開發(fā)的自動測試系統(tǒng)。隨著VXI總線系統(tǒng)規(guī)范推出，國內(nèi)的研究機構(gòu)和專業(yè)部門逐步具備了開發(fā)VXI測試模塊的能力，以VXI總線為主體的ATE出現(xiàn)在各軍兵種部隊，專用測試設(shè)備的專用型VXI開發(fā)針對性強，促進了模塊化測試單元的產(chǎn)生和發(fā)展。90年代以來，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展給測試領(lǐng)域注入了新鮮血液，LXI協(xié)議標準的提出推動了測試通用化發(fā)展，各科研機構(gòu)著眼于在原有測試系統(tǒng)基礎(chǔ)上進行網(wǎng)絡(luò)化升級。網(wǎng)絡(luò)元素的加入推動了各軍兵種測試系統(tǒng)聯(lián)合使用和裝備保障體系化的發(fā)展。

(1)民用自動測試領(lǐng)域。國內(nèi)提供民用航空維修服務(wù)的公司和機構(gòu)較多，如北京AMECO、東方航空、南方航空、四川海特、廈門太古等單位，其測試設(shè)備主要依靠進口，引進約10套法宇航ATEC-5000系統(tǒng)、霍尼威爾公司的STS-1000等大型ATE，用于國內(nèi)航線常用機型波音、空客的機載航空電子設(shè)備；航天測控公司及五院等部門組建了采用國產(chǎn)VXI儀器模塊的氣象衛(wèi)星VXI地面測試系統(tǒng)和小衛(wèi)星VXI地面測試系統(tǒng)；中船總測控技術(shù)部及709所研制了BDS系列印制板測試系統(tǒng)[5-6]；

(2)軍用自動測試領(lǐng)域。哈爾濱工業(yè)大學開發(fā)了多型VXI總線測試模塊，為二炮部隊研制了多種VXI總線測試系統(tǒng)；空軍通過9808工程，針對蘇XX飛機的技術(shù)保障需求，研制了飛控、火控、雷達、無線電、飛發(fā)、電子對抗和軍械等專業(yè)設(shè)備的ATE，采用組合箱式結(jié)構(gòu)、VP90型信號接口；沈陽飛機設(shè)計研究所引進法宇航SMART軟件系統(tǒng)和ATEC硬件系統(tǒng)，用其ATE技術(shù)研制了殲XX型飛機綜合自動測試系統(tǒng)，ARINC608A型信號接口；成都飛機設(shè)計研究所引進美國PAWS軟件系統(tǒng)，針對殲XX飛機測試需求，總體規(guī)劃了雷達電子戰(zhàn)、飛控慣導、通訊導航、軍械航電和機電6個專用ATE，采用組合箱式結(jié)構(gòu)、VP90型信號接口；海軍艦船維修技術(shù)研究所引進了泰瑞達L300系統(tǒng)和LASER軟件系統(tǒng)，開展了艦船印制板檢測和故障診斷技術(shù)的研究，以及測試程序集的開發(fā)[7]；

(3)海軍自動測試領(lǐng)域。海軍航空工程學院等單位開展ATE研究，并為海軍航空兵飛機機載設(shè)備、艦艇部隊導彈武器提供了大中型ATE設(shè)備，其發(fā)展歷程可分為5代[8]：第一代單板機自動測試設(shè)備(1982～1986年)。采用Inter8085單板機控制各種臺式儀器，實現(xiàn)了反艦導彈末制導雷達技術(shù)參數(shù)的自動測試；第二代CAMAC總線自動測試系統(tǒng)(1987～1989年)。技術(shù)上采用PCAT主機和CAMAC總線，實現(xiàn)反艦導彈全彈各專業(yè)技術(shù)參數(shù)的自動測試；第三代GPIB總線專用ATE(1990～1998年)。技術(shù)上采用微型計算機和國際標準的GPIB總線技術(shù)，由通用的GPIB臺式儀器和自主研發(fā)的GPIB專用控制儀器組成系統(tǒng)，LabWindows/CVI開發(fā)圖形化測試程序集(TPS)；研制的《XXXXX海軍導彈檢測維修方艙》，實現(xiàn)機動化維修保障，能夠完成XXX種分機的檢測；研制的《XXXX末制導雷達通用測試設(shè)備》，實現(xiàn)了現(xiàn)役XX型末制導雷達整機各模塊通用化檢測；第四代綜合ATE(1997-2009)。技術(shù)上采用VXI、GPIB、PXI等混合總線組建硬件系統(tǒng)，ARINC608A接口部件處理互聯(lián)信號轉(zhuǎn)接，LabWindows/CVI開發(fā)TPS；研制的《海軍導彈通用測試系統(tǒng)》，實現(xiàn)X型導彈在預設(shè)或野戰(zhàn)條件下的三級轉(zhuǎn)一級的機動準備；研制的《XXXX教練機機載設(shè)備綜合自動檢測系統(tǒng)》，實現(xiàn)雷達、導航、通信、航資、飛控、電氣和大氣參數(shù)等X個專業(yè)機載設(shè)備的檢測；第五代綜合ATE(2009至今)。突破了綜合自動測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式、總線技術(shù)、新型儀器可互換技術(shù)、測試程序集可移植技術(shù)、整體綜合自動計量校驗技術(shù)、面向信號軟件平臺、TPL語言編譯器等關(guān)鍵技術(shù)，研制的多種大中型ATE已裝備海軍航空兵部隊。

3 分布式ATS結(jié)構(gòu)

3.1 基本概念

分布式自動測試系統(tǒng)(分布式ATS)，是指基于局域網(wǎng)(Local Area Network，LAN)、無線局域網(wǎng)(Wireless Local Area Network，WLAN)及互聯(lián)網(wǎng)(Internet)建立的，測試主控計算機利用上述通信媒介控制整個測試系統(tǒng)實現(xiàn)指令控制、信息傳輸、數(shù)據(jù)處理、測試資源共享和測量過程全程監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)測量系統(tǒng)[9]。

分布式ATS的發(fā)展原形是分布式數(shù)據(jù)系統(tǒng)，共享的主體是數(shù)據(jù)資源。在其基礎(chǔ)上與ATS物理層儀器設(shè)備相結(jié)合，發(fā)展而成了分布式ATS。分布式ATS通過網(wǎng)絡(luò)連接其子測試系統(tǒng)、子測試站或具有網(wǎng)絡(luò)通信功能的測試儀器，其共享的主體不僅包括各子測試系統(tǒng)及子站的數(shù)據(jù)，最重要的是實現(xiàn)了測試資源、測試儀器模塊的共享，使得“分布式”這一技術(shù)特性在測試領(lǐng)域進一步延伸及發(fā)展。

3.2 主要特征

分布式ATS融合了計算機、網(wǎng)絡(luò)、通信和測試等技術(shù)，以共享測試資源為手段、網(wǎng)絡(luò)通信為媒介、主控監(jiān)測調(diào)度ATS為方法，最終完成測試任務(wù)，其主要特征有[10-11]：(1)分布式。分布式ATS的源頭是分布式計算技術(shù)，所以分布式的特征包括地域分布及計算分布兩個方面。這一特性要求ATS本身具有高度可擴展性、儀器通用性以實現(xiàn)各部分的協(xié)調(diào)工作。分布式ATS是一個整體，通過各部分有機結(jié)合，相互協(xié)作，而非測試節(jié)點的簡單數(shù)量疊加；(2)網(wǎng)絡(luò)化。網(wǎng)絡(luò)化是指被測對象(Unit Under Test，UUT)和ATS的測試節(jié)點分布在多個地域，利用多測試節(jié)點的互通，實現(xiàn)ATS的資源共享；(3)并行性。并行性是指各測試節(jié)點測試程序并發(fā)執(zhí)行，要求系統(tǒng)在控制各節(jié)點協(xié)同工作時首先建立時間同步；(4)兼容性。兼容性包含ATS的可移植性和系統(tǒng)互操作性，能夠利用各種線程的軟/硬件模塊、專用被測設(shè)備，快速靈活的搭建測試系統(tǒng)；(5)動態(tài)性。操作系統(tǒng)可以實時動態(tài)地操作、控制和管理測試活動；(6)容錯性。分布式ATS的運行需要多種設(shè)備同時進行，信息傳輸過程中必然會出現(xiàn)錯誤信息，容錯性強調(diào)的是系統(tǒng)在傳輸過程中發(fā)現(xiàn)錯誤、糾正錯誤的能力；(7)異常常態(tài)化。分布式ATS的測試環(huán)境、測試設(shè)備狀態(tài)是動態(tài)變化的，即部分子系統(tǒng)或設(shè)備在整個ATS運行時會出現(xiàn)故障、維修、更換、增減等現(xiàn)象。分布式ATS的異常常態(tài)化，要求各測試子系統(tǒng)是獨立的，某一子系統(tǒng)出現(xiàn)上述情況時不會影響其他子系統(tǒng)的正常工作，維系了系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性。

3.3 構(gòu)成要素

分布式ATS主要由主控管理中心，測試子系統(tǒng)和通信網(wǎng)絡(luò)3部分組成[12]。

主控管理中心是各類ATS包括分布式ATS的關(guān)鍵部分，主要負責控制監(jiān)管系統(tǒng)中各個子系統(tǒng)，控制子系統(tǒng)內(nèi)的測試資源完成測試功能，響應子系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互請求，以及存儲、管理和處理測試數(shù)據(jù)。主控管理中心由相應的測試軟件和硬件資源組成，測試軟件包括測試系統(tǒng)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、儀器驅(qū)動和相關(guān)應用軟件等，測試資源包括PC機、工控機、顯示器、鼠標以及網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備等。

對以WLAN為通信媒介的分布式ATS來說，測試子系統(tǒng)主要包括功能性測試單元和網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備。功能性測試單元具有完整測試能力，能夠獨立地完成某一專業(yè)被測對象的測試職能，其功能包括激勵、測試、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理等。網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備主要功能是連接通信網(wǎng)絡(luò)，將子系統(tǒng)連入分布式ATS的必要組網(wǎng)設(shè)備。因此，從硬件構(gòu)成上來說，測試子系統(tǒng)本身就是由控制器、測試儀器、網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備組成的綜合性系統(tǒng)。

4 分布式ATS控制技術(shù)

4.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀

國外在20世紀90年代初開始有線網(wǎng)絡(luò)儀器系統(tǒng)方面的研究。VXI 總線聯(lián)合體推出了《TCP/IP 儀器協(xié)議和接口變換規(guī)范》，給出了將 GPIB 接口儀器、VXIbus 儀器接入本地網(wǎng)絡(luò)的規(guī)則。到90年代末，一些儀器公司著眼于儀器網(wǎng)絡(luò)接入裝置的設(shè)計，推出了一系列相關(guān)產(chǎn)品——儀器接口轉(zhuǎn)換器，如 GPIB—ENET、 RS232—TCP/IP等[13]。

21世紀初，無線通信技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應用，對推動基于WLAN建立的分布式ATS的研究起了較大的促進作用。由于嵌入了無線通信設(shè)備，基于WLAN的分布式ATS可以利用各種通信協(xié)議標準，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，并通過網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議以及硬件資源的不斷升級，提升分布式ATS的通信性能?，F(xiàn)有的WLAN標準諸如HiperLAN/X、IEEE802.11標準等，都在隨時更新，不斷成熟，無線通信帶寬低、誤碼較高、干擾和衰減等不穩(wěn)定因素被逐步解決[14]。無線測試系統(tǒng)靈活性、可移動性和可擴展性高的優(yōu)點日趨明顯，基于WLAN的分布式ATS將成為未來一段時期內(nèi)分布式ATS的發(fā)展趨勢。

相關(guān)機構(gòu)已經(jīng)著眼于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與分布式ATS相結(jié)合的技術(shù)方面的研究，力求通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進一步延伸分布式結(jié)構(gòu)在ATS中的廣泛應用。NI(National Instrument)公司2013年的商品目錄也頻現(xiàn)用于分布式測試系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品：帶有LAN接口的數(shù)字萬用表、數(shù)字示波器。隨著研究的不斷深入，分布式ATS的應用價值正在通過實際應用體現(xiàn)出來。美國聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(JSF)ATS項目，是由LM 4STS 公司主導設(shè)計開發(fā)的一款分布式ATS，采用以太網(wǎng)總線結(jié)構(gòu)、通用測試系統(tǒng)架構(gòu)，可快速靈活現(xiàn)場配置分布式ATS測試方案，并且分布式的特征實現(xiàn)了測試資源高效利用，較傳統(tǒng)ATS有效降低了開發(fā)成本。

4.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

國內(nèi)自21世紀以來，已有多家研究單位從事基于網(wǎng)絡(luò)的自動測試控制技術(shù)研究，如電子科技大學CAT教研室致力于基于網(wǎng)絡(luò)的分布式自動測試系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究，主要開發(fā)了基于無線網(wǎng)絡(luò)的GPIB控制器，并于2003年組建了基于以太網(wǎng)的自動測試系統(tǒng)；2007年，國防科技大學航天與材料工程學院也進行了基于LXI儀器總線的分布式測試系統(tǒng)研究；南京理工大學相關(guān)人員進行基于1553B/802.11軍用路由器的實現(xiàn)技術(shù)的研究；哈爾濱工業(yè)大學自動化測試與控制系相關(guān)人員進行了RS-232和USB接口與以太網(wǎng)接口控制轉(zhuǎn)換方面的研究；2013年，中北大學自動測試與控制系相關(guān)人員進行了基于網(wǎng)絡(luò)的分布式自動測試系統(tǒng)[15]。

5 結(jié)束語

本文介紹了國內(nèi)外自動測試系統(tǒng)的發(fā)展及研究現(xiàn)狀，對分布式自動測試系統(tǒng)基本概念進行了說明，分析了分布式自動測試系統(tǒng)的主要特征和構(gòu)成要素。通過對分布式自動測試系統(tǒng)的介紹和分析可以看到，相對于國外相關(guān)研究情況，我國在分布式自動測試領(lǐng)域的研究起步較晚，但普及速度較快，具有較大的發(fā)展和突破空間。作為新興的自動測試技術(shù)發(fā)展方向，分布式自動測試技術(shù)在未來的軍事、工業(yè)測試領(lǐng)域中將得到更多的普及和應用。

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A Review of Distributed Automatic Test Technology

ZHOU Xinli,WANG Zhenglei,SONG Binbin

(Department of Electronic and Information Engineering,Naval Aeronautical and Astronautical University,Yantai 264001,China)

Automatic test system is an important means of mordern equipment performance index test. Represented by distributed automatic test system, the rising automatic test technology is getting more popularity and application in military and industrial fields. Started from development and research status at home and abroad of automatic test system, the basic concept of distributed automatic test system is analysed. The main features and components of distributed automatic test system are illustrated and the developmenh status at home and abroad of distributed automatic test system control technology is elaborated.

automatic test system; performance index; research status; control technology

2017- 03- 31

總裝武器裝備預研基金(9140A27020214JB14435)

周新力(1964-)，男，博士，教授，博士生導師。研究方向：機載無線通信技術(shù)。王正磊(1992-)，男，碩士研究生。研究方向：通信設(shè)備檢測技術(shù)。宋斌斌(1979-)，男，博士研究生。研究方向：無線自組織網(wǎng)絡(luò)。

TN98；TP273

A

1007-7820(2018)02-004-04