美军自动测试系统的现代化发展综述

严　乐, 司　斌, 张从霞, 叶勇进

(中国空空导弹研究院，河南 洛阳　471009)



美军自动测试系统的现代化发展综述

严乐, 司斌, 张从霞, 叶勇进

(中国空空导弹研究院，河南 洛阳471009)

摘要:研究了美军的自动测试系统现代化升级改造历程及成果，总结了美军下一代自动测 试系统的框架结构和相关标准，阐明了下一代自动测试系统的发展方向，对于国内下一代军用自 动测试系统的开发具有十分重要的意义。

关键词:下一代自动测试系统; 综合自动化保障系统; 综合测试装备族; 通用场站级自动测 试站; 洛马之星

0引言

伴随着作战飞机及机载制导武器的结构从简单到复杂，功能从单一到多样的发展过程，国外自动测试系统(ATS)的发展也经历了从孤立开发到各军种联合开发，从有限通用到技术通用的全系统标准化、 现代化的演进过程。 20世纪80年代开始，美国各军种分别启动ATS通用化发展计划，其中包括空军的模块化自动测试设备(MATE)计划、 海军的综合自动化保障系统(CASS)、 美海军陆战队的三级梯队移动测试系统(TETS)和陆军的综合测试装备族(IFTE)计划。 但由于ATS研发是各军种分散管理、 独立开发，不但浪费了大量的资源，而且使得ATS品种繁多、 系统架构五花八门，给维护带来很大的麻烦，以至于有的计划不得不被终止(如空军的MATE计划)。 由此，美国国防部认识到ATS的发展必须集中管理、 统一安排。

1994年美国国防部ATS执行局召集陆、 海、 空及工业部门成立“下一代测试”(NxTest)工作组，以协调工业部门和各军种在测试上的投资，使之趋于统一，并于1996年正式启动NxTest计划。 NxTest工作组的主要工作是制定下一代ATS开放式体系架构与相关标准。 NxTest 计划指明了美军下一代自动测试系统(Next Generation ATS，NGATS)的发展方向。 研究美军ATS的现代化发展历程，对国内下一代ATS的发展具有重要的参考价值。

1美军ATS的现代化

1.1美军NGATS计划

NGATS研究计划实施的最终目的包括： 降低测试系统的使用维护费用；提高测试系统的互操作能力； 提高测试诊断效率和准确性。

美国NxTest工作组针对自动测试系统的测试设备、 测试接口适配器、 测试程序和被测对象等几个主要部分，定义了影响测试系统使用维护费用、 标准化和互操作的26项架构要素，并在此基础上建立了NGATS开放式体系框架结构。 除此之外，还将ATS划分为硬件、 软件、 接口、 测试程序等若干功能组成部分，并联合工业界的相关标准组织(如IEEE)制定相关标准进行约束。 美国NGATS在继承之前测试系统优点的基础上，又采用新的测试技术，依靠新的标准和通用化的关键接口，大大提高了测试效率，达到各军种ATS的模块化、 通用化、 现代化。

1.2美军各军种ATS的现代化

随着美国国防部关于NGATS “5步走”发展策略的发布，各军种对各自的ATS进行了现代化改造升级。 “5步走”发展策略具体为

(1) 使用国防部指定的标准ATS产品，以减少ATS品种，降低采购费用；

(2) 为ATS定义一种通用的技术架构，新研ATS必须使用国防部发布的标准；

(3) 共担技术的开发与引入；

(4) 在NGATS的演示验证中共同投资；

(5) 各军种将各自的ATS现代化。

美国ATS现代化计划时间表如图1所示。

图1各军种ATS现代化计划时间表

1.2.1海军——CASS

CASS是20世纪80年代初由美国海军提出的，全称为“综合自动化保障系统”(Consolidated Automated Support System，CASS)，具有从系统到元件级的诊断能力，主要用于武器系统电子装置的中继级和基地级测试。 CASS有六种配置方案：

Hybird配置为CASS基本配置，是一个混合测试系统，可逐步扩展，能够覆盖各种武器的一般测试项目。 由控制子系统、 通用低频仪器、 数字测试单元、 通信接口、 功率电源、 开关组件等组成。 用于通用的电器、 电子、 计算机、 仪器、 飞控检测。

RF(Radio Frequency)配置是在Hybird配置的基础上增加了射频系统配置。 除了具有基本配置的测试能力外，还可以测试脉冲信号、 各类雷达，在HPDTS(大功率电源系统)配合下能测试需要高电压、 大电流的航空电子部件。

CNI(Communication Navigation Identification)配置是在RF配置的基础上增加了通讯和导航仪器，具有对通讯、 导航和敌我识别系统的测试能力。

EO(Electro-Optical)配置是把光电测试设备增加到核心配置中。 用于对红外、 激光制导、 激光测距、 可见光系统的基本功能测试。

GWTS(Guided Weapons Test Station)使用了CASS的一些部件，作为一种独立配置。 用于AMRAAM的内场全弹测试，不能与CASS的其他配置兼容，但其架构是开放的，具有扩展能力，可以满足未来制导武器的测试需求。

RTCASS(Reconfigurable Transportable CASS)是独立于CASS的一种便携式可灵活配置的商品ATE系统，针对航空电子及武器系统的维修任务而开发。

自1994年起，海军对CASS进行了现代化升级，升级的成果即“电子综合自动化保障系统”(eCASS)，用以替代CASS。 eCASS具有以下特点：

(1) 可兼容CASS系列；

(2) 统一的LXI总线触发方式进行信息传递；

(3) 支持热插拔；

(4) 支持新的VXI-1 Rev.4.0标准；

(5) LabWindows/CVI测试程序开发工具；

(6) 支持待机模式浏览IETM；

(7) 提供多种运行环境，包括： ATLAS，Test-Stand等；

(8) 双触摸式监视器；

(9) 具有开放式软件和硬件架构，使其可以在未来很长时间内不断升级，相比较于CASS运行提升了20%，可靠性更高，互换性更好。

1.2.2陆军——IFTE

综合测试装备族(Integrated Family of Test Equipment, IFTE)由美国陆军提出，是包括测试、 测量和诊断模块的一系列测试设备，现已发展为支持陆军所有武器系统的标准ATE，分为在线测试器(On-System Testers)和离线测试器(Off-System Testers)。

在线测试器主要用于野战需要，灵活、 便携。 所有IFTE在线测试器都是用完全的开放式结构集成，使用货架操作系统和货架仪器。

离线测试器具有灵活的ATE集成能力，主要用于满足陆军中级保障部门测试保障需求，包括：

(1) 基地维修厂测试设备(Base Shop Test Facility, BSTF)，用在直接维护或综合维护场所，用于测试武器系统现场可更换单元(Line Replaceable Units, LRU)，可帮助TPS开发者，亦可满足士兵的训练需要；

(2) 商用等效装备(Commercial Equivalent Equipment, CEE)，用于LRU和修理厂可更换单元(Shop Replaceable Unit, SRU)TPS的开发，用在库房级的维护程序并作为工厂级的测试装备；

(3) 电子系统测试装置(Electronic Systems Te-st Set, ESTS)，是一个基于VXI结构, 自成一体的中间级通用测试器。

IFTE族目前还在不断扩充，现在主要有两种新产品： 用于所有陆军光电设备测试和维修任务的光电测试装置(Electro-Optics Test Facility, EOTE)和用于测试和维修LRU和SRU的电子维修盾(Electronic Repair Shelter, ERS)。

IFTE V6是NGATS的代表，也是美军ATS现代化的成果之一。 相比IFTE，增加了武器系统的可利用性；可装备于测试车上，更加小型化，占用空间更少，更加的机动、 易部署，可及时支持保障武器系统。 IFTE V6 具有以下技术特征：

(1) 综合了IFTE BSTF V3，IFTE BSTF V5以及DSESTS(Direct Support Electronic System Test Set)的基本功能；

(2) 可重构、 模块化；

(3) 遵循“下一代”开放式的体系结构；

(4) Windows操作系统，PC控制器；

(5) 采用IEEE1641标准对测试信号进行标准化描述；

(6) VXI总线加台式机的系统架构，使其更易融入可互换虚拟仪器技术等新一代测试技术。

1.2.3空军——VDATS

通用场站级自动测试站(Versatile Depot Automatic Test Station，VDATS)是空军第一种通用自动测试系统，由洛宾斯空军基地的专业人员研制，2007年被指定为国防部标准ATS家族成员之一。 可用于支持多种武器系统，美国国防部和空军要求所有新型航空武器系统首先考虑使用VDATS作为其基地级修理测试设备。 VDATS具有以下特点：

(1) 采用基于VXI总线平台的高性能、 高密度的数字(Digital)、 模拟(Analog)测试仪器，系统功能可覆盖80%的电子产品诊断测试需求，加上RF扩展测试站，可完成超过90%的测试工作；

(2) 采用“共核方法”，大大减轻了体积重量；

(3) 由三个舱室构成，其中一个双舱作为模拟和数字仪器的“共核”，第三个为可选的扩展舱，目前用于提供RF测试能力，也可以扩展提供针对特定工作的定制测试能力；

(4) 系统软件为美国泰瑞达公司的Test Studio测试软件，是一款基于Web技术的多功能通用测试软件。

VDATS系统设计用于替换美空军目前数百套、 数十种不同种类的维修检测设备，大大减少了系统种类和数量，降低了系统培训、 应用和维护的难度，提高了系统间的功能互换性，从而提升了测试保障能力，避免因测试系统故障影响维修保障任务，将成为美空军电子装备保障系统的统一标准。

1.2.4LM-STAR

洛马之星(LM-STAR)是NxTest的典型代表，由美国洛克希得·马丁公司研制，是建立在美海军和海军陆战队的CASS和RTCASS以及商业基础上的新一代测试系统。 LM-STAR所采用的开放式体系结构与国防部ATS执行代理的标准以及NxTEST组研制的技术完全一致。

LM-STAR提供多功能接口、 VXI即插即用及可互换的虚拟仪器(IVI)标准，支持多种运行时间系统、 交互式电子技术手册(ITEM)的接口和基于网络的保障，并提供对数字、 模拟、 射频和光电系统的全面测试能力。 LM-STAR大量采用商业货架产品及技术，减少了升级改造和采购费用。

LM-STAR采用公共测试接口技术，对于先进的测试技术可通过公共测试接口在测试系统中进行集成，为TPS可移植和互操作奠定了基础。

LM-STAR采用TYX公司的PAWS软件，结合NI公司的LabWindows/CVI及TestStand开发工具，建立了一个开放式的软件系统，该系统一方面可以运行已有的采用ATLAS语言的TPS，另一方面也为用户提供了一个可以使用C语言的虚拟仪器开发环境。 保证了快速开发和配置测试系统的完成，减少了长期维护的投资。

1.3ARGCS系统

NGATS的系统级演示项目“灵活快速全球作战保障” (Agile Rapid Global Combat Support, ARGCS)系统已于2004年开始启动，ARGCS项目的目的有： 验证并完善NxTest的技术体系结构及其26项关键要素；充分发展各项测试及技术；联合各军种演示国防部NGATS的实现方法；指导和推动后期各军种ATS的现代化发展。

ARGCS系统采用通用核加必须的激励和测试设备的开放式体系架构，最大限度地实现TPS的跨平台操作及UUT的跨平台测试，即“横向与纵向的综合集成测试”。 目前，ARGCS采用横向测试集成策略，已完成第一阶段的开发工作，实现跨军种的通用化测试。

2美军NGATS的标准化体系结构

美军的NGATS计划是以技术为先导，通过ATS的系统架构统一和软硬件接口标准化，实现对各军种ATS现代化升级，最终完成全军测试系统的统一，实现跨军种的测试能力。

可见，通用化是下一代军用ATS发展的必然趋势，而通用化的关键是标准化。 美军从ATS体系架构标准化出发，切实推进通用化工作。

2.1体系架构关键元素的标准化

为了促进ATS开放式体系结构的落实，美国国防部ATS执行局发布了ATS 26项架构要素的具体标准, 如表1所示。

基于这26项架构要素建立起的NGATS系统架构具有以下特点：

(1) 保证了测试系统的快速开发和配置；

(2) 减少了长期维护保障的费用；

(3) 标准化的系统架构使得系统部件的升级改造对于系统中其他部件和软件没有大的影响；

(4) 促进ATS和其部件的互支持性；

(5) 增强了跨军种的使用性。

表1　体系结构关键元素

目前，有7项架构要素已给出强制性的标准，另有17项架构要素正在形成标准。 随着测试技术的发展以及测试需求的演变，架构工作组针对架构要素进行持续评估，并安排满足NGATS架构的关键元素的制定和验证。

2.2软件标准化体系技术

软件标准化体系技术将是NGATS的重要特点，也是实现信息交互的技术基础。

结合NGATS体系结构的规划可以看出，未来的通用自动测试系统软件体系结构将以IEEE制定的ABBET标准为基础。

该标准有两个目标： 通过定义一系列的接口提供针对ATS的描述能力和控制信息； 通过定义一系列接口实现虚拟和真实资源管理服务。

广域测试环境(A Broad-Based Environment for Test，ABBET)标准的核心思想是将测试软件合理分层配置，实现测试软件与测试系统硬件、 软件运行平台的无关性。 采用ABBET标准将实现产品从设计到测试维护的信息的共享和重用，实现测试仪器的可互换、 TPS的可移植与互操作，使诊断测试系统的开发更方便、 快捷。

实现测试软件可移植与互操作的两个基本条件是测试系统信号接口的标准化、 测试程序与测试硬件资源的无关。 测试软件从结构上可分为面向应用、 面向仪器和面向信号三种形式，而面向信号的开发是实现测试软件互操作的前提，是未来测试软件的发展方向。

面向信号自动测试系统是现阶段解决仪器可互换和测试程序可移植的最佳手段，基于自动测试标记语言(Automati Test Markup Language, ATML)标准的面向信号软件开发则是现阶段主要的研究方向。 ATML系列标准为集成设计数据、 测试需求、 测试策略、 测试过程、 测试数据管理、 测试制定等指定了一个综合环境。 IEEE1671标准和IEEE1641标准均为ATML系列标准的子标准，解决了ATS全生命周期的标准化问题。

IEEE1671系列标准主要对测试系统的测试资源进行描述，规定了测试系统各组件测试数据交换的标准格式。 该标准框架结构清晰，可以有效实现测试系统内部各组件之间信息共享和交换以及不同测试系统之间信息的交互和复用。

IEEE Std 1641-2010标准作为ATML系列标准的子标准，是针对测试信号描述的标准，该标准为各种测试信号给出了完整的定义并提供了一个基本信号库，强调了测试信息在设计、 测试和维护各阶段之间的可交互的重要性，为测试软件的标准化和互操作性提供了更为广泛的技术支持，从面向信号的角度实现测试软件的通用性。

美军NGATS计划经过10多年的发展，已经有技术成果和装备成果，在各军种ATS的现代化中发挥了重要作用，基本实现了最初设定的目标。 分析、 参照美军ATS的现代化发展过程、 发展方向，可以指导国内ATS的发展。

3国内下一代ATS发展

3.1国内ATS发展现状

国内军用ATS在型号科研的推动下正在进入规范化的发展阶段，各个重点型号的ATS平台研制工作取得了很大的成绩。 但ATS发展仍存在以下问题：

(1) 通用化程度不高。 国内军用ATS主要以武器研制方为主，针对某一型号武器进行研发，因此存在数量多、 型号多、 应用范围有限、 适应能力不足、 缺少通用性和继承性、 无法满足现代多军种联合作战对多武器系统、 多级维护的测试需求。

(2) 标准化程度不高。 国内各军种使用的ATS大多由各科研院所独立开发，采用各自专用的标准，ATS的标准尚未形成完整的统一体系，增加了货架产品的使用以及新技术融入的难度。

(3) 信息化水平不高。 现有的ATS大多采用封闭式的体系结构，测试系统软硬件结构缺乏通用性和标准化，不仅降低了系统间的互操作性，而且使得系统无法有效地与外部环境实现测试信息的交互，阻碍了测试信息的共享和重用，不利于测试诊断效率及准确性的提高。

3.2国内下一代ATS发展建议

国内ATS的通用化正处在向下一代通用化ATS发展的关键时刻。 为了进一步提高军用ATS的通用性、 软件移植性、 仪器互换性，提升系统资源的利用率，实现测试信息的共享，关键在于构建一个通用的、 标准的测试系统体系结构。

为了缩小与国外ATS研究方面的差距，当前应该引进和采纳一系列国外技术标准，包括： 以IEEE P1226为核心的ABBET标准与软件体系结构、 仪器可互换技术与IVI(可互换虚拟仪器)系列规范、 IEEE STD 1641面向信号和测试定义的标准与ATML标准等技术标准，从而促进国内ATS标准化研究。

4结束语

NGATS的重点在于系统架构的开放和软件体系的标准化，通过ATS架构要素的的标准化，实现全过程测试诊断信息的交互和共享，而不是硬件组成等外在形式上的统一。 当然，NGATS的具体实现仍然要根据用途、 场地、 使用环境等使用需求进行结构形式上的针对性设计，以满足特殊的测试需求。

参考文献：

[1] Malesich M, Fox K. Overview and Guidance for the DoD ATS Framework [C]∥ IEEE Autotestcon, 2006:748-754.

[2] Alessio R D, Garcia G, Brown J.CASS/VDATS Interoperability Exploration[C]∥ IEEE Autotestcon, 2012: 9-13.

[3] Carey D R, Dewey M. Modernizing Legacy Automated Test Systems for DoD Depots [C]∥ IEEE Autotestcon, 2010: 739-747.

[4] DoD Automatic Test Systems Executive Directorate.DoD Automatic Test Systems Master Plan[R]. 2012.

[5] William A R. Advances in Avionics Testing to Improve Aircraft Readiness and Mission Reliability[C]∥ IEEE Autoteston.

[6] Minei T. NDIA Automatic Test Committee Navy/Marine Corps(Air) Liaison Reports[R]. 2015.

[7] Hepler F. Aviation Support Equipment PMA260[R]. 2011.

[8] Grumman N. NDIA ATE Meeting Army Report[R]. 2008.

[9] Garcia G, Loe R, Bravo B, et al.CASS Family TPS Support Toolset [C]∥ IEEE Autotestcon, 2011: 396-402.

[10] NAVAIR News Release AIR-1.0 Public Affairs.New Automatic Test Equipment for Marine Corps Maintainers[R].2009.

[11] O’Donnell S J, Anzile P. TPS Solutions for Aircraft Controller System LRIs in Conjunction with LM-STAR[M].Autotestcon, 2013.

[12] Reagan M W. Modernizing a DoD ATS Family——Part Ⅱ[C]∥ IEEE Autotestcon, 2011: 8-11.

[13] Ackerman B. Agile Rapid Global Combat Support [C]∥IEEE Autotestcon, 2007: 598-602.

[14] 唐小峰, 曾庆华.自动测试标记语言ATML及其应用[J].航空兵器, 2010(4): 46-49.

[15] 刘福军, 蔡德咏, 孟晨，等.下一代自动测试系统体系结构研究进展[J].计算机测量与控制, 2015, 23(2): 339-341.

[16] 朱斌, 陈龙, 程鲤.美国海军自动测试系统的发展[C]∥第23届测试与故障诊断技术研讨会，2014: 23-25.

[17] 同江，蔡远文，邢晓辰. 下一代自动测试系统在我国航天测试体系结构中的应用[J].航天控制，2011, 29(2): 75-79.

[18] 屈建兵.军用自动测试系统的发展综述[J].直升机技术, 2014(1): 59-64.

[19] 赵亮亮, 肖明清, 程进军, 等.COBRA/T——美军通用自动测试系统的新进展[J].计算机测量与控制, 2013, 21(6): 1408-1411.

[20] 陈希林, 王学奇, 王银坤.LM-STAR案例分析及下一代测试技术展望[J] .计算机应用研究, 2007, 24(5): 48-51.

[21] 张敏, 张劼, 张宗麟.军用自动测试系统的发展及关键技术[J].航空维修与工程, 2015(2): 49-51.

[22] 贾志军, 颜国强, 吴国庆, 等.外军ATS/ATE技术的发展趋势[J].计算机测量与控制，2003，11(1)： 1-4.

[23] 程嗣怡, 肖明清, 郑鑫.未来军用测试系统的发展前景[J].微计算机信息, 2006, 22(4S): 170-173.

Review of the Modernization of American Military ATS

Yan Le, Si Bin, Zhang Congxia, Ye Yongjin

(China Airborne Missile Academy, Luoyang 471009, China)

Abstract:The modernization upgrade process and achievements of the American military automatic test system(ATS) are researched in this paper.The architecture and standards of American military next generation ATS are summarized. The development of next generation ATS is also given. It is very significant for the development of domestic next generation military ATS.

Key words:next generation ATS; consolidated automated support system; integrated family of test equipment; versatile depot automatic test station; LM-STAR

中图分类号:TP274

文献标识码:A

文章编号:1673-5048( 2016) 02-0071-06

作者简介：严乐(1990-)，女，陕西乾县人，硕士研究生，研究方向为下一代自动测试系统。

收稿日期：2015-10-30

DOI：10.19297/j.cnki.41-1228/tj.2016.02.014