航姿系統(tǒng)自動測試系統(tǒng)軟硬件設計的組成原理及實現(xiàn)

1 簡介

隨著微電子技術的發(fā)展，機載設備的自動化程度、集成度和技術密度不斷提高。同時，對機載設備檢測系統(tǒng)和維修設備的研究也得到了高度重視。國外發(fā)達國家相繼制定了符合本國要求的維修系統(tǒng)和維修設備的設計、選型、模塊化和系列化標準。主要目的是實現(xiàn)更低的測試成本、更短的開發(fā)周期和高級測試。技術和軟硬件結構的靈活組合，建立通用化、系列化、標準化的維修測試平臺，滿足多個測試對象的要求自動測量設備，多種測試環(huán)境和持續(xù)的技術發(fā)展。這種維護測試平臺稱為自動測試。設備（ATE，自動測試設備）。

本文介紹的航向系統(tǒng)自動測試設備是基于ATE技術的自動測試設備，對某架飛機機載航向系統(tǒng)各部件進行離位測試，完成功能性能測試、維修校準和部件故障診斷。被測主體（UUT，Unit Under Test）包括磁傳感器、磁航向校正計算器、航向位置指示器、飛行員指示器、全姿態(tài)組合陀螺儀、集成放大器、控制箱等。

2 自動測試設備硬件設計

2.1 自動測試設備組成及測試原理

自動測試設備的組成及測試原理如圖1所示，各部分功能如下：

（1）測試系統(tǒng)采用GPIB總線和VXI總線的混合模式。VXI總線是系統(tǒng)總線，負責整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和測量命令的傳輸。系統(tǒng)總線連接到中央計算機，中央計算機管理整個系統(tǒng)的檢查和故障診斷過程。

（2）VXI總線機箱是本地測量單元，主要負責高速數(shù)據(jù)采集、多路數(shù)據(jù)切換、特殊信號的測量和仿真等。

（3）基于GPIB總線的數(shù)字測量儀負責VXI機箱測量功能之外的UUT的信號測量。多功能信號發(fā)生器產(chǎn)生UUT測試所需的信號。這些設備是可編程的數(shù)字測量儀器。

（4）基于GPIB總線的程控電源包括程控直流電源和程控交流電源自動測量設備，提供UUT獨立工作時所需的所有直流和交流電源。

（5）信號傳輸中心是一種信號連接機制，采用ICA（System Array Interface）結構形式，負責完成VXI機箱、程控電源、信號發(fā)生器、數(shù)字測量儀器和 UUT。

（6）接口適配器是UUT與測試系統(tǒng)之間的連接機制，其任務是將每個UUT專用信號轉換為通用接口信號，通過與ICA的連接傳輸?shù)綔y試系統(tǒng)。接口適配器是信號預處理電路，與UUT密切相關。

圖1 測試系統(tǒng)組成及測試原理

2.2 測試資源組成和結構

根據(jù)航向和姿態(tài)系統(tǒng)被測單元的測試需求，分析配置自動測試資源。資源組合配置如表1所示。

表1 資源構成表

系統(tǒng)資源采用組合箱式連接方式，便于運輸和中轉。

2.3 測試適配器和線纜設計

測試適配器主要由UUT信號接口部分、信號轉換與處理部分、陣列接口部分組成，如圖2所示。

圖2 適配器組成示意圖

UUT信號接口部分主要包括安裝在適配器前面板上的連接器，完成測試系統(tǒng)與UUT之間的物理信號連接。

信號轉換處理部分包括激勵信號產(chǎn)生模塊、信號預處理電路模塊、被測設備的負載電路、信號傳輸電路等。激勵信號產(chǎn)生模塊產(chǎn)生一些特殊的測試激勵信號。信號預處理模塊對被測信號進行預處理，以適應儀器測量。被測器件的負載電路用于為被測器件提供必要的負載，形成完整的測試。環(huán)形。

陣列接口部分采用國際航空領域常用的ARINC608A標準接口，主要完成測試適配器與被測航向設備的信號交聯(lián)，完成實時監(jiān)控和自動檢測的檢測系統(tǒng)的測試設備。

UUT與測試適配器的連接采用測試電纜連接方式。電纜兩端的連接器應與適配器和UUT連接器相匹配，以確保連接準確可靠；線材應根據(jù)信號特性選擇合適的線材類型、截面積、長度、是否屏蔽等。

3 自動測試設備軟件設計

3.1 軟件層次結構

測試軟件由格式化測試資源驅動程序、測試運行平臺程序、測試組件等組成。 格式化測試資源驅動程序是一套針對各種儀器類型（數(shù)字萬用表、開關、電源等）的VISA驅動功能，封裝了測試資源的VISA驅動功能，提高了測試資源的互換性。測試運行平臺程序主要完成測試資源配置、初始化、測試程序運行支持、故障診斷、測試與故障診斷數(shù)據(jù)存儲、瀏覽、打印等一系列任務；測試程序主要完成對所有被測設備的控制和測試資源的控制、測試結果數(shù)據(jù)的處理和顯示以及整個測試過程的控制和管理等，

圖 3 軟件層次結構

3.2 測試程序設計

測試程序采用NI公司的虛擬儀器圖形化開發(fā)工具LabWindows/CVI8.0，采用ANSI C語言編程。

測試程序分為兩種操作模式：功能測試和維護測試。對于功能測試，測試程序為每個測試單元提供了一個功能測試項目列表，供操作者隨意選擇。程序根據(jù)測試邏輯自動控制測試資源完成UUT的功能測試，測試數(shù)據(jù)可作為UUT故障診斷的輸入數(shù)據(jù)。如需與操作員進行交互，會彈出對話框或虛擬儀表板，方便操作員參與設備交互，虛擬儀表板交互測試用于需要操作員參與的設備設備交互。對于維護測試，操作人員通過虛擬儀表板直接操作測試資源，完成UUT的維護測試。一般先進行功能測試，如果出現(xiàn)故障，則運行故障診斷程序隔離定位故障，然后進行維護測試幫助修復，修復完成后進行功能測試運行驗證UUT功能是否完好。

3.3 故障診斷程序設計

使用單獨的測試和故障診斷模式。測試程序完成UUT功能測試項目，輸出測試結果數(shù)據(jù)，生成測試結果記錄文件；故障診斷程序分析故障診斷數(shù)據(jù)源-UUT測試結果記錄文件，結合故障字典完成UUT的故障診斷和故障定位。測試程序的輸出是故障診斷程序的輸入。故障字典是描述測試項和SRU故障特征的特征向量集合，是“故障診斷程序”進行故障診斷、故障定位和故障隔離的基礎。故障字典是設計者根據(jù)UUT的工作原理總結推斷的，測試項與SRU故障等的相關性特征，通過每個特征向量的集合最終形成表征每個SRU故障的特征向量，形成UUT的故障字典。故障字典以數(shù)據(jù)庫文件的形式存在，供故障診斷程序調用[5]。

4。結論

航向姿態(tài)系統(tǒng)自動檢測設備是一套總線式機載設備地面自動檢測系統(tǒng)。系統(tǒng)采用國際先進的開放式ATE系統(tǒng)結構和陣列接口、VXI和GPIB總線接口、程控儀器、虛擬儀器控制和先進的測試軟件。等技術，完成了航向系統(tǒng)的功能測試、故障診斷和維護，提升了航向系統(tǒng)的測試和維護能力。

系統(tǒng)采用圖形化測試界面和虛擬儀器控制技術，為用戶提供直觀、簡單的測試界面，通過鼠標即可完成測試操作。系統(tǒng)交付給用戶。經(jīng)過兩年多的使用，證明該系統(tǒng)可靠，使用方便，測試精度高，工作效率高。