談機(jī)載航空電子系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)范文

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摘　要：針對(duì)機(jī)載航空電子系統(tǒng)在進(jìn)行硬件設(shè)備故障測(cè)試中出現(xiàn)的一些問(wèn)題，設(shè)計(jì)了航空控制面板故障測(cè)試系統(tǒng)通用平臺(tái)。利用數(shù)據(jù)信號(hào)處理、圖像顯示、網(wǎng)絡(luò)交換的功能模塊，使用PXI遠(yuǎn)端控制器、電子負(fù)載板串口，形成多個(gè)測(cè)試控制模塊的連接，進(jìn)行航空設(shè)備或功能運(yùn)行的狀態(tài)確認(rèn)、故障問(wèn)題測(cè)試與排查，并將電子設(shè)備參數(shù)、輸出結(jié)果以視覺(jué)圖形的方式在窗口顯示，在更大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)綜合控制。仿真結(jié)果表明：航空控制面板故障測(cè)試系統(tǒng)通用平臺(tái)更能為航空電子設(shè)備的運(yùn)行提供良好保障。

關(guān)鍵詞：機(jī)載航空電子系統(tǒng)；測(cè)試平臺(tái)；設(shè)計(jì)；故障檢測(cè)

0引言

在機(jī)載航空電子系統(tǒng)測(cè)試中，利用數(shù)據(jù)信號(hào)處理、圖像顯示、網(wǎng)絡(luò)交換的功能模塊，使用PXI遠(yuǎn)端控制器、電子負(fù)載板串口，形成多個(gè)測(cè)試控制模塊的連接，進(jìn)行航空設(shè)備或功能運(yùn)行的狀態(tài)確認(rèn)、故障問(wèn)題測(cè)試與排查，并將電子設(shè)備參數(shù)、輸出結(jié)果以視覺(jué)圖形的方式在窗口顯示，在更大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)綜合控制。航空電子設(shè)備、軟件控制功能的模塊化結(jié)構(gòu)，使得機(jī)載綜合航空控制面板的故障測(cè)試系統(tǒng)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，通常基于LabVIEW的虛擬可編程邏輯控制程序開(kāi)發(fā)環(huán)境，搭建起符合多種航空電子設(shè)備測(cè)試需求的服務(wù)平臺(tái)，對(duì)不同電子硬件設(shè)備、軟件功能模塊的工作狀態(tài)，做出實(shí)時(shí)的故障監(jiān)控與測(cè)試，同時(shí)使用電子負(fù)載板串口，形成多個(gè)測(cè)試控制程序的功能互聯(lián)、數(shù)據(jù)共享，提升航空電子系統(tǒng)測(cè)試效率和精度[1-2]。

1機(jī)載航空電子系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)分布式IMA架構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)載航空電子測(cè)試的綜合模塊化系統(tǒng)，在面對(duì)日益增多的飛機(jī)飛行、設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)情況下，提出在分布式IMA架構(gòu)基礎(chǔ)上，構(gòu)建系統(tǒng)內(nèi)部的多個(gè)模塊陣列和通信網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)基于PXI總線的集成控制單元、以太網(wǎng)交換網(wǎng)絡(luò)，使得多個(gè)IMA模塊獨(dú)立于操作系統(tǒng)而存在，將單個(gè)核心處理計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄠€(gè)分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，但不同IMA模塊可以使用相同的異構(gòu)計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)，因而綜合化航空電子系統(tǒng)的分布式IMA架構(gòu)設(shè)計(jì)，可以使多種電子測(cè)試軟件獨(dú)立于平臺(tái)硬件，適應(yīng)更為復(fù)雜的、數(shù)據(jù)量更大的系統(tǒng)測(cè)試環(huán)境，并在減輕飛機(jī)機(jī)載平臺(tái)減重、降低功耗等方面具有較大優(yōu)勢(shì)，有效提升了機(jī)載航空電子系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)的可靠性、可維護(hù)性和可拓展性。

2機(jī)載航空電子系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)的硬件設(shè)計(jì)

航空電子系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)的硬件設(shè)計(jì)，通常包含被測(cè)航空控制板、PXI遠(yuǎn)端控制器、PXI機(jī)箱、電路板適配器、電源板。其中航電系統(tǒng)電源電路、放大器電路、D/A電路、總線電路、邏輯電路的測(cè)控模塊，往往使用不同的負(fù)載電路板、數(shù)據(jù)采集卡、外接卡，進(jìn)行不同電子設(shè)備硬件連接、數(shù)據(jù)信息采集。本文基于PXI遠(yuǎn)端控制器、PX總線、PXI機(jī)箱等系統(tǒng)硬件，進(jìn)行航空電子系統(tǒng)程序、模塊化功能的開(kāi)發(fā)，系統(tǒng)整體硬件組成架構(gòu)[3-4]如圖1所示。

2.1PXI遠(yuǎn)端控制器

PXI遠(yuǎn)端控制器包括PCIe板卡、PCIex8線纜和擴(kuò)展套件等組成部分，通過(guò)PXI機(jī)箱、NIMXI-4接口工具與外部設(shè)備形成連接，該控制器內(nèi)部擁有一整套軟件驅(qū)動(dòng)程序，工作人員可以利用遠(yuǎn)程控制模塊，方便對(duì)航空電子設(shè)備、軟件運(yùn)行情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控。在PXI遠(yuǎn)端控制器對(duì)外部設(shè)備運(yùn)行控制的過(guò)程中，使用PXI總線作不同設(shè)備的地址尋址，遠(yuǎn)端控制器與各設(shè)備之間經(jīng)由光纖連接，以保證系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行的實(shí)時(shí)檢測(cè)與控制。

2.2PXI機(jī)箱

PXI機(jī)箱為航空電子系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)的封裝模塊，機(jī)箱內(nèi)部存在4～18個(gè)插槽，主要功能在于對(duì)外NI數(shù)字采集卡、其他板卡擴(kuò)展，方便根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)不同板卡數(shù)量的多少使用合適的插槽。在PXI機(jī)箱背板上設(shè)置由定時(shí)和按鍵觸發(fā)按鈕，用于nc電源電壓、其他集成式信號(hào)的統(tǒng)一調(diào)節(jié)，如需在系統(tǒng)內(nèi)部增加新功能，可將相應(yīng)擴(kuò)展卡插入機(jī)箱內(nèi)部的特定插槽中，提高了系統(tǒng)硬件運(yùn)行的穩(wěn)定性[5]。

2.3多種板卡選型

機(jī)載航空電子系統(tǒng)的多種外部設(shè)備，需要不同板卡硬件與之連接，通常選取PXI6733輸入/輸出板卡、PXI5421信號(hào)發(fā)生器板卡、PXI-4070萬(wàn)用表，以及用于數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)腜XI-6608計(jì)數(shù)器/定時(shí)器板卡、PXI-2530開(kāi)關(guān)板卡，以及多種用于網(wǎng)絡(luò)通信、總線連接、界面顯示的板卡，如通信接口卡、總線卡、以太網(wǎng)卡、顯示卡、映射內(nèi)存卡、封工板卡等。其中PXI6733模擬輸入/輸出板卡包括NI-DAQ驅(qū)動(dòng)程序、vo線、24位計(jì)數(shù)器、更新時(shí)鐘等組成，板卡接口兼容度高，在8個(gè)傳輸通道的支持下，可達(dá)到8MS/s的數(shù)據(jù)傳輸或采樣速率。信號(hào)發(fā)生器板卡是在一定頻率范圍內(nèi)，產(chǎn)生與傳輸穩(wěn)定的波形信號(hào)，最大支持512ME的數(shù)字波形采樣，之后輸出多種形式的波形信號(hào)，而其他板卡往往與航空電子系統(tǒng)的傳感器、模擬設(shè)備等形成連接。

2.4主適配器/子適配器

主適配器/子適配器為航電系統(tǒng)重要的硬件設(shè)備之一，主要功能為將多種硬件設(shè)備資源和，與數(shù)據(jù)采集板卡、開(kāi)關(guān)板卡等做統(tǒng)一連接。如將多種航空電子系統(tǒng)的硬件資源，通過(guò)繼電器引腳連接到主配器、子適配器上，以便于更為高效簡(jiǎn)潔的布線、功能實(shí)現(xiàn)。

3機(jī)載航空電子系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)的故障檢測(cè)管理模式

航空電子系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)的多種功能依據(jù)，確定分布式IMA可編程邏輯架構(gòu)的組態(tài)軟件、中間件設(shè)計(jì)方案，如結(jié)合航空電子系統(tǒng)的電源電路、放大器電路、電容充放電時(shí)間、D/A電路、總線電路、邏輯電路、開(kāi)關(guān)量輸入等的故障測(cè)試需求，建立航空電子系統(tǒng)的控制板故障測(cè)試平臺(tái)[6]。采用航空電子系統(tǒng)分布式IMA架構(gòu)，可以為不同模塊的故障檢測(cè)、管理功能實(shí)現(xiàn)，提供通用的硬件連通、數(shù)據(jù)信息傳輸接口。利用分區(qū)管理、網(wǎng)絡(luò)管理、時(shí)間同步管理等的系統(tǒng)管理設(shè)計(jì)方案，可以最大程度加強(qiáng)系統(tǒng)模塊工作的通信安全性、傳輸穩(wěn)定性、管理通用性。（1）網(wǎng)絡(luò)通信管理。通信網(wǎng)絡(luò)為綜合航空電子系統(tǒng)的核心，其中分布式IMA架構(gòu)對(duì)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸速率提出更高的要求。因此，該航空電子系統(tǒng)的故障測(cè)試和排查工作執(zhí)行，通常選取C/S、B/S兩種遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通信模式，系統(tǒng)使用C/S網(wǎng)絡(luò)模式，設(shè)置數(shù)據(jù)資源存放的系統(tǒng)服務(wù)器，或者為航空電子設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)信息的上傳提供通信支持。B/S模式則是采用Http協(xié)議、TCP/IP通信協(xié)議，對(duì)Web瀏覽器場(chǎng)景下的數(shù)據(jù)信息上傳和處理，提供網(wǎng)絡(luò)管理模式支持。（2）分區(qū)管理。在不同IMA模塊共享計(jì)算硬件平臺(tái)資源環(huán)境下，根據(jù)多種電子系統(tǒng)故障測(cè)試的重要度等級(jí)，設(shè)置每種應(yīng)用功能的獨(dú)立時(shí)間/空間分區(qū)，由核心操作系統(tǒng)、分布式操作系統(tǒng)、操作系統(tǒng)服務(wù)器等進(jìn)行分區(qū)資源的分配，以及不同功能任務(wù)執(zhí)行的合理調(diào)度、界定保護(hù)。（3）時(shí)間同步管理。為保證綜合航空電子系統(tǒng)各測(cè)試模塊的獨(dú)立運(yùn)行，通常在分布式IMA架構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)，設(shè)置時(shí)間同步機(jī)制，對(duì)各模塊獨(dú)立計(jì)量故障測(cè)試的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間，包括慣導(dǎo)時(shí)間、數(shù)據(jù)鏈時(shí)間等做出統(tǒng)一協(xié)調(diào)，避免因時(shí)間延遲導(dǎo)致的數(shù)據(jù)傳輸偏差。

4機(jī)載航空電子系統(tǒng)平臺(tái)的軟件框架及功能實(shí)現(xiàn)

4.1航空電子系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)的軟件整體框架

機(jī)載航空電子系統(tǒng)平臺(tái)的軟件設(shè)計(jì)，通常選用Lab-VIEW開(kāi)發(fā)平臺(tái)，作為多層設(shè)備測(cè)試、圖形化虛擬顯示的研發(fā)平臺(tái)。該軟件系統(tǒng)由最外層至最底層，分別包括遠(yuǎn)端傳輸設(shè)備、顯示操作界面、VI測(cè)試子程序、PXI板卡配置單元、后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)等組成部分[7]，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。（1）顯示操作界面。顯示操作界面是與用戶直接交互的界面，是將系統(tǒng)中多種電子設(shè)備參數(shù)、輸出結(jié)果，以視覺(jué)圖形方式展現(xiàn)在使用者面前。系統(tǒng)狀態(tài)展現(xiàn)在工作人員的眼前，以便于操作或工作人員能夠直觀看到航電系統(tǒng)中，各項(xiàng)功能模塊的數(shù)據(jù)傳輸、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)檢測(cè)輸出信號(hào)做出判斷及處理。（2）VI測(cè)試子程序。該測(cè)試程序是按照一定順序，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部的復(fù)雜數(shù)據(jù)計(jì)算、設(shè)備測(cè)試做出安排的程序。如VI程序可用于數(shù)據(jù)輸入/輸出、功能測(cè)試結(jié)果分析等的任務(wù)的執(zhí)行排序，使不同程序有規(guī)律的工作。（3）PXI板卡配置單元。機(jī)載航空電子系統(tǒng)平臺(tái)的不同軟件功能模塊，都基于NI板卡驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行運(yùn)行。在航空電子系統(tǒng)控制面板進(jìn)行加電測(cè)試后，多個(gè)PXI板卡配置單元結(jié)合，便產(chǎn)生虛擬的OA/AO輸入信號(hào)。之后負(fù)載電路板將控制信號(hào)指令，經(jīng)由RS-232C串行接口傳送給測(cè)試設(shè)備，進(jìn)行不同設(shè)備的測(cè)試工作。

4.2系統(tǒng)軟件測(cè)試程序的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

機(jī)載航空電子系統(tǒng)的故障問(wèn)題測(cè)試程序，就是把系統(tǒng)所需的信號(hào)，經(jīng)信號(hào)發(fā)生器輸入到航空控制面板中，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集卡將航空控制面板輸出的信號(hào)進(jìn)行采集，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)，與系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。本文使用LabVIEW軟件完成上位機(jī)監(jiān)控、測(cè)試程序的開(kāi)發(fā)，PXI總線、光纖通信設(shè)備負(fù)責(zé)將以太網(wǎng)中的設(shè)備故障信息，傳輸至PXI遠(yuǎn)端控制器，再由信號(hào)添加模塊、信號(hào)測(cè)量模塊、測(cè)試結(jié)果處理模塊等功能模塊，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)軟硬件故障作出檢測(cè)，具體測(cè)試流程如下：（1）調(diào)用AO_GND.vi指令，查詢底層驅(qū)動(dòng)程序數(shù)據(jù)庫(kù)后，調(diào)用NI-SWITCH開(kāi)關(guān)；（2）調(diào)用AI_4070_ACIDC.vi指令，通過(guò)繼電器引腳及測(cè)試類型查找數(shù)據(jù)庫(kù)，得到引腳對(duì)應(yīng)的動(dòng)作開(kāi)關(guān)，調(diào)用NI-DMM模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)引腳測(cè)量；（3）結(jié)束測(cè)試，調(diào)用Stop_DA.v斷開(kāi)測(cè)試時(shí)閉合開(kāi)關(guān)；（4）故障查詢，將測(cè)試結(jié)果保存到系統(tǒng)數(shù)據(jù)中，再調(diào)用子VI程序進(jìn)行其他故障定位、測(cè)試操作。

5結(jié)語(yǔ)

在機(jī)載航空電子系統(tǒng)測(cè)試中，利用數(shù)據(jù)信號(hào)處理、圖像顯示、網(wǎng)絡(luò)交換的功能模塊，使用PXI遠(yuǎn)端控制器、電子負(fù)載板串口，形成多個(gè)測(cè)試控制模塊的連接，進(jìn)行航空設(shè)備或功能運(yùn)行的狀態(tài)確認(rèn)、故障問(wèn)題測(cè)試與排查，并將電子設(shè)備參數(shù)、輸出結(jié)果以視覺(jué)圖形的方式在窗口顯示，在更大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)綜合控制。

作者：文其龍 單位：貴州貴飛飛機(jī)設(shè)計(jì)研究有限公司