大气数据激励仿真测试系统设计和实现

史银芳 杜新悦 李鹏飞 汪磊

摘要：大气数据激励仿真测试系统是航电系统综合测试平台的一种，是模拟机载设备在地面或空中飞行时，必不可少的实验室测试设备。大气数据激励仿真测试系统主要完成大气数据系统地面测试相关激励信号、仿真信号的产生，主要包括全压、静压、高度、空速、ARINC429、RS-422、总温电阻、离散量、模拟量等参数。本文从三个方面对大气数据激励仿真测试系统的设计和实现进行阐述：大气数据激励仿真测试系统组成及原理;大气数据激励仿真测试系统关键设备的选择;大气数据激励仿真测试系统软件设计。其大气数据激励仿真测试系统性能稳定，软硬件升级简单，满足大气数据系统实验室测试要求。

关键词：大气数据激励仿真测试系统;实验室测试设备

1. 组成及原理

在对大气数据计算机（含传感器）的工作原理、测试需求和接口等进行分析后，利用工控机、高性能的硬件板卡、标准仪器和灵活可配置的软件相结合的方式，提出本大气数据激励仿真测试系统。实现大气数据激励、仿真功能。

大气数据激励仿真测试系统实现两种实验室测试场景，一种激励功能测试;另一种为仿真功能测试。

1.1激励测试工作原理

激励测试时大气数据仿真系统主要完成给大气数据计算机、左静压传感器、右静压传感器的28V DC供电;控制压力控制组件，模拟气压信号;各板卡和模块分别模拟总温电阻信号、RVDT攻角信号、RVDT侧滑角角信号、HB6096格式的襟翼信号、HB6096格式的天向加速度及场压装订信号、离散量轮载信号。

1.2仿真测试工作原理

大气数据激励能够模拟机载大气数据计算机解算出总压、静压、动压、绝对气压高度、相对气压高度、指示空速、马赫数、真空速、大气密度比、升降速度、大气总温、静温、场压装订等大气参数及告警信息。

2. 系统硬件模块设计

整个系统在机构上采取模块化设计思想，结合CPCI总线的技术设计。采用模块化结构形式，提高了系统的灵活性、扩展性、通用性、维修性和可复制性。工控机使整个系统控制管理中心，也是整个激励仿真系統的核心。通过运行测试软件来对整个系统的各功能模块实现统一管理、调度、控制，完成规定的测试设备。限于篇幅，仅介绍系统主要模块。

2.1大气参数模拟设计

在激励测试时，为保证Pt和Ps气压信号的准确度和精度，选用大气数据分析仪和外置真空泵的方式，实现静压、全压、高度、空速、马赫数、爬升率、速度变化率等参数要求。

2.2模拟总温电阻设计

大气数据激励仿真软件根据温度阻值对应关系，解算出输出阻值大小。设置高精度电阻板卡的输出阻值。完成对大气数据计算机的总温模拟功能。

2.3离散量输出设计

系统软件对离散量输出板卡输出电平进行设置，并控制输出离散量信号，输出信号可以配置为悬空/接地状态，用于仿真轮载信号。

2.4信号适配箱原理

由上图可看出，信号适配箱中在测试中将工控机中的板卡信号、外部电源信号转接至适配箱;并将各类信号配送测试接口，完成信号的转接分配功能;通过接口匹配，将各种信号按照设备的接口进行整理、匹配，配送至被测设备;面板设计有信号检测测量端口，用于对激励仿真信号信号检测。

3. 系统软件设计

3.1软件开发平台

软件开发平台是设计测试系统软件所必需的软件工具集合。

操作系统：采用WINDOWS操作系统。

SQL SERVER：SQL SERVER将作为ICD、板卡通道等数据的主要配置保存工具。

VS2015：完成测试软件、配置软件等应用软件的框架组建和开发，实现软件操作功能、管理功能的实现。

3.2软件系统设计

大气数据激励仿真系统包括三个模块，即用户管理模块、配置管理模块和测试执行模块。

（1）用户管理模块

用户管理模块实现了人员和权限统一管理和维护，提供了友好的人机交互界面。

（2）配置管理模块

a）板卡管理模块

板卡管理模块实现了板卡的统一管理，易于后期维护。

b）ICD管理模块

采用SQLite文件来对ICD数据进行存储与管理。

c）通道配置管理模块

实现通道的自由配置，易于后期维护。

（3）测试执行模块

实现了大气数据的激励和仿真功能以及系统自检，包括手动测试和自动测试。

a）自检功能

每次测试时，系统检测测试系统资源是否正常。

b）激励仿真信号功能

调用各模块的API函数控制各功能模块，为大气数据计算机提供全压压力、静压压力;HB6096总线数据信号;RS422总线数据信号;离散量数据信号;总温电阻数值;RVDT数据信号;

4. 实验结果与分析

在模拟试验中，使用总压和总温2个飞行参数的结算，并进行误差分析，通过比较模型结算值和真值的差异来验证系统测试的正确性和工程的实用性。总压通过大气数据激励仿真系统的压力组件输出总压压力，总温电阻由高精度电阻卡输出给大气数据计算机，在不同的马赫数（M）随气压高度Hp（100m等间隔）变化中得到误差结果。

5. 结束语

大气激励仿真系统设计采用先进的硬件设备和模块化编程技术，使飞机航电地面试验的实施性大大增强。测试软件使用图形和文本实时显示测试过程和测试结果信息;人机界面友好，操作简单，显示直观，功能独立，运行稳定。采用模块化设计提高了系统的灵活性、扩展性、通用性、维修性和可复制性。试验结果表明该系统设计应用可行。

参考文献：

[1]肖建德.大气数据计算机系统[M].北京.国防工业出版社.2002.

[2]吴晓男.某型大气数据计算机自动测试系统的设计[J].计算机测量与控制.2006.14（12）：1609-1610