一种飞行器电气系统综合测试平台设计

俞 达，岳 玮，杨晓乐，杨 曦，姜 祝

(1.北京宇航系统工程研究所，北京 100076； 2.北京航天计量测试技术研究所，北京 100076)

一种飞行器电气系统综合测试平台设计

俞 达1，岳 玮1，杨晓乐1，杨 曦1，姜 祝2

(1.北京宇航系统工程研究所，北京 100076； 2.北京航天计量测试技术研究所，北京 100076)

为解决传统飞行器电气系统综合测试中存在的测试设备种类繁多、测试项目覆盖性差等诸多问题，在某飞行器测试覆盖能力改进项目中，提出一种基于PXI总线架构的综合测试平台设计思路，通过模块化的硬件与软件架构设计，完成飞行器电气系统的综合测试平台设计，并结合实际测试需求进行具体开发，实践表明该系统能够保证飞行器现场测试有序、规范、安全。

电气系统; 综合测试; PXI

0 引言

飞行器电气系统综合测试是对电气系统设备进行分系统、全系统两个层级的综合性能测试与考核，重点检查飞行程序及控制指令设计的完整性、匹配性及可行性，信息传递和处理流程的匹配性与协调性以及分系统间接口的匹配性。

飞行器上电气设备越来越多，测量的参数日益增加，对电性能测试的指标和要求日趋提高。传统模式下的专用测试设备种类繁多，测试人员在测试现场工作异常繁杂，测试效率、覆盖性大幅降低[1]。

针对上述情况，在某飞行器测试能力及覆盖性改进项目中，开展了综合测试平台的研制设计工作，实现了现场测试的有序、规范和安全。

1 系统设计思路

综合测试平台的设计思路如下：

1)分系统测试过程中，以闭环方式实现分系统功能及性能测试；全系统测试过程中，以开环方式综合验证规定飞行程序过程中，电气设备的正确性以及系统间接口的匹配性[1]。

2)具备模块化功能测试及自动执行功能，测试程序通过自动调用实现流程配置的指令或指令组完成信号的注入、采集与判读比对功能。

3)充分考虑方案的经济性，优化设计方案，测试设备从测试资源配置和测试软件运行机制等方面进行通用化设计。

2 系统硬件设计

如前所述，电气系统综合测试项目可划归为分系统和全系统两个测试层级。分系统级综合测试主要根据其实际工况加载特定的典型值激励，从而验证分系统功能及性能指标的正确性；全系统级综合测试通常是利用电气系统标准飞行数据以及特定数量偏差数据，作为全系统设备的激励数据进行数据注入，根据系统反馈信号及时序相关信号来确定飞行器工作状态的正确性。

综合测试平台硬件主要包括主控设备、综合测试设备、信号调理及接口设备、地面电源、配电箱、判读及存储设备等组成，如图1所示。

图1 综合测试平台系统级测试硬件组成

2.1 主控设备

主控设备为通用计算机或工作站，通过其上运行的通用测控软件，完成对综合测试设备的控制及模拟激励数据的发送功能；在人机交互部分，包括测试流程的配置与进度显示、数据监测与报警等功能。由于与综合测试设备使用TCP/IP协议、采用网线进行通信，因此可扩展为远程云端计算机，直接将故障现场数据注入到综合测试现场，模拟故障状态为现场排故提供支持。

2.2 综合测试设备

综合测试设备核心为基于PXI总线搭建的自动化测试设备和通用测试软件组成。自动化测试设备采用主流的PXI总线架构，最直接的目的是实现综合测试流程的通用化，基本做法是将实现测试所需的硬件资源，以标准板卡的形式集成到一个统一的系统之中，测试过程由系统的PXI总线控制器通过执行测试软件来控制。

由于综合测试设备的各类模块均基于PXI总线规范，当被测对象需要的激励信号或回采信号发生变化时，可根据变化的体量，增减相应的板卡或调整相应的程序即可；若机箱槽位不满足要求，可通过级联方式进行扩展；当被测对象发生变化时，操作人员仅需根据需求完成软硬件模块的切换即可[2]。

如前所述，该测试平台具有分系统及全系统两级综合测试能力。使用标准上架的一体化键盘显示器，综合测试设备通过人机交互界面的配置与设定，可独立完成分系统箭上单机的闭环测试功能，既节约空间、方便操作，又深挖了设备的使用潜能。完成单机综合测试的硬件组成详见图2。

图2 综合测试平台分系统级测试硬件组成

为了保证一定的可扩展性，其PXI主机箱采用了多槽位设计，功能模块主要包括以下几种：PXI控制器、波形发生器、AD采集模块、模拟量模块、数字式IO模块、总线通信模块(1553B、CAN等)、多功能串口模块(RS422、HDLC等)。

1)PXI控制器作为总线控制核心，运行通用测试软件，解析远程或本地指令，并通过总线驱动各功能模块(板卡)，实现指令输出与数据采集的控制与管理。

2)总线通信模块以终端或节点模式获取及监听总线数据，模拟控制系统等收发总线控制指令及反馈数据。

3)多功能串口模块主要完成与箭上单机输出的数据(PCM信号、单机编帧信号)回读工作，覆盖RS422、HDLC等常用串口通信协议，实现单机采编数据的解调与分析，以及系统中心数据单元综合采编数据的处理与判读工作。

4)模拟量模块、波形发生器、数字式IO模块主要完成模拟箭上设备的数据注入与指令模拟发送功能。

2.3 信号调理及接口设备

信号调理及接口设备主要完成信号特性的转换、接口协议的转换以及机械接口适配转换等工作，再通过适配电缆连接被测对象，从而形成完整的测试链路；另外，由于需要完成单机测试功能，为简化设备、便于操作，其内部还集成了一个小功率供配电设备，用于配合完成箭上单机的闭环测试。

2.4 配电箱

配电箱接收综合测试设备发出的控制指令，完成地面电源与箭上设备之间的供配电通路控制，考虑到测试加电的反复性与地面设备使用周期较长的客观要求，本方案配电箱主要通过固态继电器阵列来实现。由于箭上存在浮地、共地两种供电体制，因此在地面电源及供电通路上进行了区分，同时为避免控制信号与供电通路发生混叠、提升供配电设备的使用效率与可靠性，线路设计上采用了光电隔离手段。

综合测试设备解析远程供配电指令，通过数字式IO模块输出控制继电器断开与闭合，从而模拟发射条件下的地面供配电测控流程，同时采集各设备状态与模拟量。

图3 供配电系统示意图

2.5 判读及存储设备

判读及存储设备由云端工作站及服务器组成：工作站运行实时处理软件，用于完成系统测试数据的解析与数据库写入；同时，运行判读终端软件，完成测试数据的事后判读与报告生成等工作；服务器完成数据库的管理，主要存储被测对象的测试数据，以及作为激励信号的模拟源数据。

3 系统软件设计

综合测试平台软件设计方案分为两个部分，PXI综合控制器上运行的通用测试软件和通用计算机(服务器)上运行的通用测控软件、数据处理及判读软件。软件系统架构如图4所示。

图4 软件系统架构

3.1 通用测控软件

软件采用基于网络的远程自动化测试模式，实现对供配电设备(配电箱及地面电源)、综合测试设备、信号调理及接口设备等设备的集中测试和分布式控制。软件包括组态界面配置、通信协议管理、数据设定管理和测试流程管理四大部分功能。

组态界面具有较强的灵活性，可由用户根据需求进行定义和维护，可将用户指令执行状态与远程综合测试设备回传数据实时显示、预览与打印；通信协议分为测试数据协议和指令数据协议两类，相关协议内容已形成标准格式(*.xml等)，用户可根据被测对象的需求进行定制或扩展；数据设定管理主要包括指令参数配置与参数判据配置两部分，用户可根据被控设备的要求完成诸如指令脉宽、指令电平、参数范围等量化指标的设定与管理；测试流程是一系列测控动作的集合，包括：执行操作指令动作、测试项目动作、测试状态量动作、计时器操作动作、判据更改动作等，基本动作也已封装成标准格式，用户可根据需要进一步扩展成指令群或指令集，最终形成整套测试流程。

3.2 通用测试软件

通用测试软件采用多线程架构以及组态界面方式，实现了图形化的检测平台，通过软件状态的设置既可实现单机测试台功能，亦可配合通用测控软件实现电气系统综合测试功能。软件流程如图5所示。

图5 通用测试软件流程图

软件设计采用自顶向下和模块化系统架构设计思想，主要由底层驱动模块、协议配置模块、数据存储模块以及监控判读模块等组成，由监控及判读模块统一完成调度和管理[3]。

依据PXI总线架构驱动程序设计规范，根据飞行器电气测试实际需求，对部分物理层及链路层驱动进行裁剪和优化后，形成本方案中应用的底层驱动模块；协议配置模块主要负责箭地总线通信协议，以及与测控软件指令及数据通信协议的设置与管理；综合测试设备作为单机测试台时，数据存储模块主要负责单机测试数据的本地存储与处理工作，测试完成后还可通过监控及判读模块完成数据的判读与结果输出等操作。

3.3 数据处理及判读软件

数据处理及判读软件主要功能包括数据处理、数据人工与自动判读、数据库管理、辅助功能(生成判读报告等)等四部分。软件能按照预定的参数格式及传输协议，完成数据的实时及事后处理，并把处理结果保存到关系数据库中；通过软件提供的统计及图像显示工具，可完成数据的人工判读，亦可通过提前设定判据完成数据的自动判读；软件还提供数据按特定格式导出(*.dat、*.txt等)以及生成判读报告等内容。软件流程如图6所示。

图6 数据处理及判读软件流程图

4 结果与分析

飞行器电气系统综合测试平台，实现了某飞行器在综合测试现场的分系统测试与全系统综合测试。分系统测试使用综合测试设备、信号调理及接口设备等完成分系统(含重要单机)的闭环测试，能够验证分系统功能的正确性，并考核了其在故障等临界状态下的工作指标；全系统综合测试过程中，飞行器电气系统按照设定流程进行工作，时序指令及相关参数正确合理，模拟注入数据与遥测数据对应，表明电气系统设备工作正常、系统极性关系以及各系统之间接口协调，电气系统工作正常。

综合测试平台在保证各电气系统验证覆盖性的前提下，实现了多类设备的融合，提供了未来设备在云端上的扩展能力，精简了测试人员的数量，实现了测试现场整洁、美观、安全的目的。

5 总结

本文主要针对某飞行器电气系统在综合测试阶段测试设备数量多、现场工作繁杂的问题，提出了一种飞行器综合测试平台设计方案，利用成熟的PXI总线架构配置通用测试模块，结合流程化测试软件完成被测对象的自动化测试与一定程度上的自动判读功能。该平台集成度高、扩展性强，可以大大降低测试设备的数量与维护成本，提升测试工作的效率与覆盖性。

[1] 徐海运,朱 红,张 翔,等.飞行器模飞综合测试系统设计[J].计算机测量与控制,2015,23(4):1158-1160.

[2] 张黎明,孙 宁,于慧亮,等.基于PXI的卫星综合测试系统的设计与实现[J].计算机测量与控制,2008,16(1):27-29.

[3] 赵瑞峰,董 房,陆 洋,等.卫星通用自动化测试系统体系结构研究[J].信息技术,2011,35(4):65-68,72.

An Design of Integrated Testing Platform for Aerocraft’s Electrical Systems

Yu Da1，Yue Wei1，Yang Xiaole1，Yang Xi1，Jiang Zhu2

(1.Beijing Institute of Aerospace Systems Engineering, Beijing 100076,China; 2.Beijing Aerospace Institute for Metrology and Measurement Technology, Beijing 100076,China)

In order to solve the traditional integrated testing of aerocraft’s electrical systems by supporting a wide range of test equipment，poor coverage and other problems，design ideas of test system based on PXI bus architecture is proposed in a aerocraft’s test coverage improvement project，through modular hardware and software architecture design，complete an integrated testing platform for aerocraft’s electrical systems，combined with the actual needs of specific test development，practice shows that the system can ensure the test site orderly，normative，safety.

electrical systems；integrated testing；PXI

2016-06-27；

2016-07-17。

俞 达(1984- )，男，天津静海人，硕士研究生,工程师,主要从事运载火箭测量系统供配电测控领域的技术研究。

1671-4598(2016)12-0003-03

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2016.12.002

TP274

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