机载火控设备ATS故障诊断通用性方法研究

欧阳寰，程江涛，王超勇，黎子芬

（海军航空工程学院 青岛校区，山东 青岛 266041）

0 引言

随着科学技术和微电子学的飞速发展，军用作战飞机的任务越来越繁重，导致航空机载火控设备复杂度不断加剧，设备中集成电路板集成度越来越高，传统的电路板维修方式已无法适应种类繁多的高集成电路板检修，研制通用性高的自动测试系统[1]（Automatic Test System，ATS）成为新的发展趋势。在各种航空机载火控设备中，主要存在数字电路板和模数混合电路板，单纯的模拟电路板比较少，且接口不统一。为提高机载火控设备故障诊断和检修的效率，减少测试检查仪器和设备，关于ATS电路板故障诊断通用性方法研究就显得十分必要。

1 影响ATS故障诊断方法通用性的因素

ATS是自动测试的软、硬件集合体。它采用虚拟仪器系统平台的思想，建立一个具有前向通道、后向通道、存贮及数据处理部件、人机接口及测试软件的通用的综合测试平台。通过改变测试软件，就可应用于不同的被测试对象（Unit Under Test，UUT）。ATS通常由以下3个部分组成：主控计算机，程控仪器设备，测试软件，如图1所示。

在不同的ATS上同一被测对象采用的故障诊断方法存在着很大的差异，严重地影响了诊断方法的互换通用性，而这些差异主要是由ATS仪器设备配置的不同、仪器设备与被测对象间连接的不同、各系统间测试软件的不同所引起的。另外对于同型号的ATS，由于设备的升级、仪器损坏更换，也会使得同型号系统变成不同型号，使得原来的诊断方法的有效性受到较大的影响[2]。

1.1 ATS仪器设备配置上的不同

被测对象进行自动测试的一个硬件基础就是测试仪器设备，但测试仪器设备的型号是千差万别的，即使是同一类仪器也有生产厂商、性能参数、功能上的差别。以示波器为例，HP54615B是带有GPIB接口的双通道波形分析仪，TVS641是基于VXI总线的4通道波形分析仪，它们又具有一定的共性，都是采样速率为1G/S的数字波形分析仪，可以完成250M以下模拟信号的精确测量分析。如果在两套ATS中，分别配置了这两种不同的波形分析仪，通道数如果超过两个，HP54615B就不能够胜任测试。仪器设备配置的关键在于不同ATS仪器设备是否能够完成相同测试任务。只要不同ATS的仪器配置能够完成该测试任务，系统与该测试任务无关的任何仪器配置是不会影响该被测对象的故障诊断方法。由于系统资源、经济效益等限制，一套ATS系统是不可能配备功能齐全的仪器设备，设备根据测试任务要求不同，在仪器配置上会有一定的取舍[3]。

图1 ATS组成示意图Fig.1 ATS of schematic diagram

图2 标准化测试连接结构示意图Fig.2 Standardized test connection structure diagram

图3 UUT与ATE的连接Fig.3 UUT connected with ATE

1.2 ATS仪器设备连接适配器的不同

ATS仪器连接适配器主要提供测试仪器到被测对象的信号转接、测试信号的预处理，包括电平的提拉和转换等，同时还可以为被测对象提供一定的固定与支撑。对于不同的ATS，由于其仪器配置、仪器输入输出接口、系统设计的差异都会造成ATS与被测对象连接适配器的不同，使得同一被测对象不能使用相同的连接适配器连接不同的ATS。

1.3 不同ATS间测试软件接口不同

ATS测试软件是完成系统测试任务所需要的各种应用软件（包括测试环境软件，测试开发软件，驱动程序、I/O接口等等）。由于不同的测试系统使用了不同的测试软件，这样就使得同一被测对象对应不同的ATS有不同的测试程序。

测试软件作为应用软件可以在不同的ATS的主控计算机上安装运行，也就是说在不同的ATS上开发的测试程序能够在其他ATS上被调用。而仪器驱动程序、I/O接口维护却是ATS固有的测试软件，它取决于系统仪器、设备的配置以及仪器设备驱动的版本情况，它使得不同测试系统上开发的测试程序被调用时无法驱动指定仪器设备完成预定操作。那么，测试程序中驱动原开发ATS中的仪器、设备的软件函数是否能够同时驱动其他ATS的仪器、设备成了影响程序通用性的关键因素之一。

2 解决措施

针对上述影响故障诊断方法通用性的因素，主要的解决措施有：

2.1 设计标准化配置ATS

由于仪器设备配置不同带来的问题，一方面采取对ATS仪器配置系列化、标准化，使得不同用途的ATS形成相对稳定的仪器、设备配置。基于当前的状况及以后测试系统的可升级性、可扩展性考虑，面向测试对象的ATS应当向现有的ATS的配置靠拢，实现仪器配置的标准化。目前，标准化测试系统通用仪器配置包括四通道波形分析仪（采样速率1G/S以上）、任意波形发生器（可产生函数波形和自定任意波形）、数字I/O接口（数据收发速率20M、192路以上）等等。通过对系统配置的调整，使同类ATS可以完成的测试任务趋于相同，以此来消除系统配置对被测对象故障诊断方法通用性的影响。

2.2 设计通用适配器

对于ATS仪器设备与被测对象间连接的不同，采取建立连接适配规范的方式，使输入、输出接口标准化。根据现有机载火控设备ATS，设计通用适配器，使被测对象与自动测试设备之间建立了一种通用的、标准的连接关系和测试连接结构，结构示意图如图2所示。开发人员只需根据被测单元的实际情况和测试方案，设计针对于被测单元的专用适配接口电路，就可准确无误地按照测试方案将被测单元与采用标准适配接口ATS系统中的仪器相连接，如图3所示：

2.3 使用IVI标准规范软件接口

为了解决不同ATS之间软件接口不同的问题，引入IVI标准是一个有效解决途径。IVI标准使仪器使用从基本的互操作性（Interoperability）提升到可互换性（Interchangeability），使仪器驱动程序提升到了标准化水平。针对现有的机载火控设备ATS中已经成熟的仪器设备引入IVI标准，建立标准的软件接口。通过为测试仪器制定一个统一的规范，使研发人员获得更大的硬件独立性，减少了软件维护和支持费用、缩短了仪器编程时间、提高了运行性能。另外，对于尚未使用IVI标准的测试设备，建立“类IVI标准”，在小范围内达成软件接口一致，解决短期的通用性问题。通过调研，可引入IVI标准的测试设备有电源、波形分析仪、任意波形发生器、多用表、矩阵开关等等，建立类IVI标准的有数字I/O模块[4]。

3 通用性研究的展望

3.1 利于故障电路板的互换测试

基于仪器设备、适配接口、软件接口的标准化，使得针对同一电路板所开发测试程序集(TPS)具有更强的通用性，达到不作修改或稍作修改就能够在其他ATS上正常运行的目的。这样就避免了TPS的重复开发，实现了电路板的就近检测和修理，缩短了维修时间，节约了维修成本。

3.2 利于新技术的吸纳和系统功能的测试系统开发扩展

科学技术的发展、仪器设备的不断更新为测试系统开发带来了极大的方便和效益，推动了ATS的快速发展，然而测试系统高昂的软硬件升级费用在一定程度上阻碍了测试系统的重新配置和新技术支持，为保护前期技术投入，继续使用原有的仪器、技术，就不能获得新设备、新技术带来的效益；若要更换仪器设备或者进行系统功能扩展，先前开发的电路板TPS就面临全部报废或需要重新开发的困难。通过对电路板故障诊断方法进行研究，既保护了前期的技术投入，又保证了后来的新技术、新设备的及时升级使用，确保了测试系统与机载火控设备同步发展。

3.3 利于TPS使用寿命延长

电路板TPS有着一定的生命周期，它的生命周期取决于两个方面：机载火控设备服役时间和TPS赖以生存的工作平台ATS。通用性设计之前的ATS系统的每一次改型、升级和完善都会对先前开发的电路板TPS造成或多或少的影响，甚至提前终结TPS的使用。另外作为ATS一部分的仪器设备作为一种产品也有其固有生命期。在某种仪器设备生命期结束后，如果不能购置到同型号的仪器设备（仪器可能停产、断线），更换的同型仪器设备不管性能如何优越，都可能造成事实上ATS改型，引起TPS生命期的提前终结。更为严重的是，这种事实上的改型会造成ATS配置上的混乱，使原本可移植性较低的境况更加严重。通过对ATS硬件接口、软件接口的标准化、通用性设计，使得ATS的改型、升级、完善只是表现在ATS内部，对于先前开发的TPS均未产生影响，有效地保护了前期投入。

4 结束语

本文在理论上研究了机载火控设备ATS故障诊断方法通用性的问题，给测试系统研究开发提供了一条新途径。所探讨影响ATS故障诊断方法通用性的因素，对于ATS的仪器配置、连接适配器、各ATS间测试软件接口设计具有一定的指导价值。针对这3个方面分别提出了相应的解决措施，对机载火控设备ATS的开发使用有较好的启发和借鉴。

[1]张娟,黄开臣.综合自动测试系统研究[J].测控技术,2011,30(10):30-35.

[2]刘江,左正军.通用航空器故障诊断专家系统研究[J].科技市场经济,2013,8:5-9.

[3]刘洁.机载计算机通用自动测试平台设计[J].电子科技,2013,26(6):104-106.

[4]尉广军,马骏.基于PXI总线的导弹装备通用检测系统设计[J].计算机与数字工程,2012,40(9):54-56.