一種便攜式近地告警測(cè)試設(shè)備的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

夏小春,王 鍵,趙曉晴

(1.空軍駐上海地區(qū)軍事代表室，上海 201101；2.上海航空電器有限公司，上海 201101)

0 引言

近地告警設(shè)備是一種有效預(yù)防可控飛行撞地事故、保障飛機(jī)飛行安全的航空電子設(shè)備。該設(shè)備通過(guò)接收與其交聯(lián)的其他航電設(shè)備發(fā)送的飛行參數(shù)，利用內(nèi)部地形數(shù)據(jù)庫(kù)與告警算法，計(jì)算飛機(jī)是否存在潛在的撞山、墜地風(fēng)險(xiǎn)。若存在，則為飛行機(jī)組提供視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)上的告警信息，從而避免可控撞地事故的發(fā)生[1]。

在近地告警設(shè)備裝機(jī)前，為了保證近地告警設(shè)備功能與性能的完整性與準(zhǔn)確性，需要對(duì)近地告警設(shè)備進(jìn)行測(cè)試；在近地告警設(shè)備裝機(jī)后，該設(shè)備外場(chǎng)可能遇到虛警、漏警或其他故障問(wèn)題，在解決這些問(wèn)題后也需要試飛。而直接采用試飛測(cè)試，具有危險(xiǎn)性大、成本高、測(cè)試不全面等問(wèn)題，因此需要一個(gè)成本低、便于攜帶、測(cè)試耗時(shí)短的測(cè)試方法完成對(duì)近地告警設(shè)備功能和性能的測(cè)試。

另外，傳統(tǒng)的測(cè)試系統(tǒng)多以單片機(jī)、PC等硬件核心構(gòu)建，對(duì)硬件依賴(lài)度高，且測(cè)試系統(tǒng)升級(jí)成本高、周期長(zhǎng)[2]，難以滿足型號(hào)任務(wù)的需要。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種便攜式的近地告警測(cè)試測(cè)試設(shè)備。該設(shè)備基于虛擬儀器技術(shù)，采用圖形化的編程語(yǔ)言設(shè)計(jì)測(cè)試軟件，通過(guò)匹配的接口設(shè)計(jì)，模擬與近地告警設(shè)備交聯(lián)的飛機(jī)上的其他航電設(shè)備，為近地告警設(shè)備發(fā)送滿足需求的測(cè)試數(shù)據(jù)，能夠接收并顯示近地告警設(shè)備輸出的告警信息，依據(jù)反饋的告警信息對(duì)近地告警設(shè)備的功能和性能進(jìn)行評(píng)估，從而完成對(duì)近地告警的測(cè)試。

1 測(cè)試設(shè)備工作原理

近地告警設(shè)備通過(guò)實(shí)時(shí)采集飛機(jī)上無(wú)線電高度表、大氣機(jī)、慣導(dǎo)等設(shè)備輸入的飛行數(shù)據(jù)，通過(guò)告警算法解算實(shí)現(xiàn)近地告警功能。近地告警測(cè)試設(shè)備通過(guò)模擬飛機(jī)上的這些探測(cè)設(shè)備，虛擬飛機(jī)極端的飛行過(guò)程，完成對(duì)近地告警功能和性能測(cè)試。

因此，近地告警測(cè)試設(shè)備由數(shù)字量處理單元、音頻處理單元、視頻顯示單元、告警測(cè)試單元、電源組成。通過(guò)數(shù)字量處理單元模擬飛機(jī)上的數(shù)字信號(hào)(ARINC429、離散量等)接口完成與近地告警設(shè)備的通信。通過(guò)音頻處理單元采集、分析近地告警設(shè)備反饋語(yǔ)音信息，實(shí)現(xiàn)告警語(yǔ)音的輸出。通過(guò)告警測(cè)試單元主要完成自動(dòng)和手動(dòng)測(cè)試的實(shí)現(xiàn)，并完成告警結(jié)果的分析，通過(guò)視頻顯示單元顯示近地告警設(shè)備輸出的視頻信息，通過(guò)電源提供設(shè)備工作所需的電壓和電流。

最后，告警測(cè)試設(shè)備所有信號(hào)通過(guò)航空專(zhuān)用屏蔽電纜與近地告警設(shè)備設(shè)備交聯(lián)，近地告警設(shè)備接收測(cè)試數(shù)據(jù)，并根據(jù)內(nèi)置的告警算法進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算，并將結(jié)果反饋給測(cè)試設(shè)備?；诜答伒慕Y(jié)果，測(cè)試近地告警設(shè)備的功能和性能。告警測(cè)試設(shè)備的原理框圖如圖1所示。

圖1 近地告警測(cè)試組成框圖

2 測(cè)試設(shè)備硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)

基于工作原理，采用模塊化的設(shè)計(jì)方案完成對(duì)測(cè)試平臺(tái)的搭建。近地告警測(cè)試設(shè)備硬件架構(gòu)如圖2所示。

圖2 近地告警測(cè)試設(shè)備硬件框圖

設(shè)計(jì)中，采用PXI-ARINC429板卡進(jìn)行ARINC429信號(hào)的收發(fā)，該板卡能夠同時(shí)提供16路的輸出/輸入的429信號(hào)。采用NI-PXI-6514完成離散量信號(hào)的發(fā)送和接收，采用NI-PXI-4461聲音采集卡將設(shè)備輸出的音頻信號(hào)進(jìn)行及時(shí)的采集輸出，并對(duì)輸出的聲音信號(hào)進(jìn)行分析。通過(guò)NI工控機(jī)作為顯示處理計(jì)算機(jī)完成告警測(cè)試單元和顯示單元的實(shí)現(xiàn)；通過(guò)PCI總線完成內(nèi)置板卡與顯示處理計(jì)算機(jī)信號(hào)交聯(lián)。

通過(guò)電源模塊為近地告警設(shè)備提供所需的28 V電壓，并完成產(chǎn)品工作電流、工作電壓、功耗的測(cè)量工作，通過(guò)電源監(jiān)測(cè)窗口對(duì)測(cè)量的結(jié)果進(jìn)行顯示。最后通過(guò)防插錯(cuò)線纜與近地告警系統(tǒng)進(jìn)行連接。

3 測(cè)試設(shè)備軟件設(shè)計(jì)

采用NI公司的LabVIEW軟件進(jìn)行編程。LabVIEW軟件采用圖形化編程語(yǔ)言，其依托數(shù)據(jù)流的編程方式和良好的界面設(shè)計(jì)能力，使編寫(xiě)的程序具有良好的可讀性[3]。另外該軟件與板卡匹配，能很好地提升軟件的可靠性，降低編程周期[4]。

3.1 通信層設(shè)計(jì)

通信層設(shè)計(jì)主要用于配置使用的ARINC429板卡通信、聲卡數(shù)據(jù)采集輸出、離散量板卡通道等板卡的端口。其中聲卡和離散量板卡可通過(guò)自帶的配置端口進(jìn)行配置，ARINC429板卡配置通過(guò)LabVIEW調(diào)用板卡的用戶子VI，完成對(duì)通道的收/發(fā)配置、發(fā)送通道的高速/低速配置、通信頻率配置、通道發(fā)送數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)配置等基本配置[5]，在后續(xù)應(yīng)用層設(shè)計(jì)過(guò)程中只需按照ARINC429通信協(xié)議確定數(shù)據(jù)發(fā)送格式以及數(shù)據(jù)發(fā)送通道即可完成數(shù)據(jù)發(fā)送，ARINC429通道配置程序如圖3所示。

3.2 功能設(shè)計(jì)

為滿足測(cè)試和管理需求，軟件功能包括系統(tǒng)管理模塊、控制功能模塊、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存模塊、告警模式單獨(dú)測(cè)試模塊、告警模式綜合測(cè)試模塊。功能框架如圖4所示。

系統(tǒng)管理模塊可管控測(cè)試人員，其中測(cè)試管理員擁有更改自動(dòng)測(cè)試告警模式測(cè)試所需的測(cè)試曲線的權(quán)限，而測(cè)試驗(yàn)收人員只有測(cè)試使用權(quán)限。

控制功能模塊可模擬機(jī)上的離散量控制信息，控制信息包含地形抑制、告警抑制、下滑道抑制、起落架抑制、自檢啟動(dòng)、顯示模式切換、量程切換等信息。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)測(cè)試中產(chǎn)生的告警信息、產(chǎn)品反饋的故障信息和測(cè)試使用的地形數(shù)據(jù)信息，方便后期的對(duì)比分析。

告警模式單獨(dú)測(cè)試(自動(dòng)測(cè)試)模塊通過(guò)接收測(cè)試命令和測(cè)試選擇，通過(guò)模擬飛機(jī)上的大氣機(jī)、慣導(dǎo)、組合接收、無(wú)線電高度表設(shè)備，根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的測(cè)試曲線完成對(duì)模式1過(guò)大下降速率告警、模式2過(guò)大近地速率告警、模式3起飛后掉高度告警、模式4最小離地高度告警、模式5過(guò)大下滑道偏差告警、模式6高度呼叫以及模式7前視預(yù)測(cè)告警的測(cè)試。

告警模式綜合測(cè)試(手動(dòng)測(cè)試)模塊功能可進(jìn)行通道測(cè)試和模擬飛行測(cè)試。通道測(cè)試可手動(dòng)設(shè)置靜態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)，逐次發(fā)送，以測(cè)試近地告警設(shè)備通道的狀態(tài)；模擬飛行測(cè)試可通過(guò)讀取外部的飛行數(shù)據(jù)文件(EXCEL或txt格式)，將其轉(zhuǎn)化為符合協(xié)議的ARINC429格式數(shù)據(jù)，通過(guò)總線發(fā)送至近地告警設(shè)備，可復(fù)現(xiàn)飛行情景，用于分析、排除近地告警設(shè)備在裝機(jī)過(guò)程中遇到的故障問(wèn)題。

圖3 ARINC429板卡配置程序框圖

圖5 測(cè)試軟件設(shè)計(jì)流程圖

圖4 軟件整體功能

綜上，軟件功能設(shè)計(jì)流程如圖5所示。

設(shè)計(jì)完成后，軟件的工作界面(自動(dòng)測(cè)試)如圖6所示。用戶可通過(guò)按壓開(kāi)始測(cè)試/停止測(cè)試控制測(cè)試的開(kāi)始和結(jié)束，通過(guò)告警顯示區(qū)域、即時(shí)數(shù)據(jù)觀測(cè)區(qū)域、飛參及指示燈顯示區(qū)可直觀地了解被測(cè)產(chǎn)品的工作狀態(tài)，并通過(guò)離散量窗口完成對(duì)離散量數(shù)據(jù)的發(fā)送。

3.3 測(cè)試驗(yàn)證

根據(jù)設(shè)計(jì)平臺(tái)軟件和硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)，完成測(cè)試設(shè)備的搭建。為了確保設(shè)計(jì)的設(shè)備能夠完成對(duì)產(chǎn)品的測(cè)試，需進(jìn)行兩個(gè)方面的驗(yàn)證：

1)接口測(cè)試，確保所有信號(hào)能夠按照預(yù)期發(fā)送至被測(cè)設(shè)備；

圖6 軟件功能界面

2)功能測(cè)試，即測(cè)試軟件設(shè)置的數(shù)據(jù)能夠滿足告警需求。

接口測(cè)試中離散量信號(hào)主要是地/開(kāi)和高/開(kāi)兩種類(lèi)型，信號(hào)依托板卡，處理簡(jiǎn)單，能夠滿足需求；視頻轉(zhuǎn)換、音頻依托成熟模塊，測(cè)試軟件打開(kāi)相應(yīng)顯示界面即可完成信號(hào)的接收處理。

ARINC429數(shù)據(jù)是主要的發(fā)送數(shù)據(jù)，測(cè)試設(shè)備自發(fā)自收正常，發(fā)送至產(chǎn)品后經(jīng)過(guò)多次測(cè)試，其中某通道數(shù)據(jù)結(jié)果如下：

發(fā)送某數(shù)據(jù)標(biāo)號(hào)0x8C，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度12，數(shù)據(jù)分辨率0.5，發(fā)送數(shù)據(jù)數(shù)值7.5，設(shè)置發(fā)送周期50 ms，發(fā)送數(shù)據(jù)60003C31，示波器測(cè)試接口顯示發(fā)送60003C31。

某數(shù)據(jù)標(biāo)號(hào)0x8C，接收顯示數(shù)據(jù)周期50 ms±5 ms，產(chǎn)品端打印429數(shù)據(jù)源碼60003C8C，解析數(shù)據(jù)結(jié)果15。能夠滿足測(cè)試需求。

完成數(shù)據(jù)接口測(cè)試后進(jìn)行功能驗(yàn)證。功能驗(yàn)證中，手動(dòng)測(cè)試可在接口測(cè)試中完成，自動(dòng)測(cè)試的驗(yàn)證流程如圖7所示。

圖7測(cè)試驗(yàn)證流程

設(shè)置完成各告警模式的測(cè)試曲線后通過(guò)選擇告警模式即可完成對(duì)相應(yīng)的告警模式的測(cè)試。

4 結(jié)論

本文根據(jù)近地告警設(shè)備的功能測(cè)試需求，對(duì)近地告警測(cè)試設(shè)備進(jìn)行需求分析，基于LabVIEW軟件設(shè)計(jì)了一種便攜式近地告警測(cè)試設(shè)備。驗(yàn)證試驗(yàn)表明該設(shè)備可模擬飛機(jī)飛行過(guò)程，提供近地告警設(shè)備測(cè)試需要的各類(lèi)數(shù)據(jù)，能夠滿足近地告警設(shè)備研發(fā)和排故測(cè)試需求。

該測(cè)試設(shè)備便于攜帶，測(cè)試界面友好，運(yùn)行穩(wěn)定，測(cè)試結(jié)果可靠，目前已在某重點(diǎn)軍用飛機(jī)型號(hào)近地告警產(chǎn)品的研發(fā)測(cè)試工作中發(fā)揮重要作用。