航电系统CNI子系统的动态测试系统设计

肖文定

(成都天奥测控技术有限公司， 成都 611731)

航电系统CNI子系统的动态测试系统设计

肖文定

(成都天奥测控技术有限公司， 成都 611731)

针对航电系统CNI子系统静态测试系统的不足， 提出了一种类似仿真环境的动态测试方法. 该动态测试系统由总线控制单元、 开关矩阵单元、 信号调理单元、 电源单元、 显示键盘单元、 测试仪器仪表单元和接口面板单元组成， 综合运用了动态实时仿真技术、 故障注入技术和故障诊断技术， 有效保证了航空电子设备测试链路的完整性， 提高了航空电子设备的测试效率、 实时性和可靠性， 减轻了维护保障人员的劳动强度， 同时达到了测试设备好用、 管用和实用的要求， 填补了以往静态测试系统的不足.

通信导航识别设备； 动态测试系统； 故障注入； 故障诊断

0 引 言

航电系统全称“综合航空电子系统”， 是现代战斗机的一个重要组成部分， 战斗机的作战性能与航电系统密切相关. 常言道： 没有高性能的航电系统， 就不可能有高效作战的战斗机. 其中通信导航识别设备(Communication， Navigation and Identification， 即CNI子系统)是航电系统的重要组成部分， 占有至关重要的地位[1-3]. 航电系统CNI子系统主要包括主控制器、 备份控制器、 电源控制单元、 短波电台、 超短波电台、 高度表、 罗盘、 塔康、 精密测距和敌我识别等功能设备.

由于航电系统CNI子系统的重要性， 所以该子系统的维护保障就更显重要. 目前已有的测试设备都为静态测试系统， 如此一来， 怎样全面智能化、 高效化、 自动化对航电系统CNI子系统进行动态测试(包含静态测试)， 并进行故障诊断就成为了亟待解决的问题. 本文提出了一种类似仿真环境的动态测试方法， 并能模拟故障注入， 实现了故障隔离.

1 系统设计

1.1 硬件设计

航电系统CNI子系统动态测试系统能完成CNI子系统的动态仿真、 各种静态参数测试、 各种动态参数测试， 并具有故障注入和故障隔离功能. 其硬件原理框图如图 1 所示.

图 1 系统组成框图Fig.1 System composition diagram

如图 1， 测试系统借助测试仪器完成航电系统CNI子系统的静态和动态的功能、 性能测试. 测试系统采用模块化设计， 有总线控制单元、 开关矩阵单元、 信号调理单元、 电源单元、 显示键盘单元、 测试仪器仪表单元和接口面板单元组成， 并借助计算机软件进行设备动态实时模拟仿真、 故障注入和故障诊断， 以完成对被测设备的测试功能.

1.2 软件设计

测试软件依据项目测试需求拟制开发计划， 综合项目团队以前的相关开发经验， 以实现设备功能为目标， 力求软件运行稳定、 可靠. 同时， 开发过程中兼顾软件的通用性、 灵活性和可扩展性， 以应对可能出现的需求改变. 测试软件结构包括以下几个方面：

1) 系统软件的结构分为3层， 如图 2： 设备层、 接口层、 应用层， 软件结构如下： 设备层为系统中各模块驱动程序， 该层提供统一的访问接口， 方便对各硬件设备的识别、 控制， 同时也提供了上层软件的可移植性.

图 2 软件结构图Fig.2 Software structure diagram

2) 接口层在设备层与上层软件间建立连接， 在接口层实现了应用层与设备通讯的标准接口， 不同的设备对应用层具有相同参数结构的接口函数， 通过这些接口， 可以灵活地配置系统规模而不必更改应用软件. 通过此接口， 应用层软件进行网络编程时不必考虑复杂的通讯协议， 可以提高软件效率和代码的安全性.

3) 应用层为实现各种功能的上层应用软件， 按其功能以模块化设计， 在接口支持的前提下可以灵活地增加功能应用软件模块.

系统软件在需要时能满足用户自定义测试程序的需求. 用户无需编程， 采用填表或图形化的方式进行TPS开发. 用户可根据系统测试资源建立针对不同UUT相应的TPS， 可编辑测试项目、 测试步骤、 资源配置、 合格判据等信息， 编辑完毕后可保存测试流程并放入测试程序集中.

软件平台规划为4个功能模块， 分别是资源管理模块、 TPS管理模块、 向导模块和数据管理模块. 软件平台各个模块的功能如下：

1) 资源管理模块

资源管理模块具有硬件平台资源检定、 配置管理的功能.

检定模块提供对硬件平台全部通用仪器设备和专用设备的综合自检自校功能， 完成系统硬件资源有无故障的判断. 此外， 还支持系统硬件平台资源的定期检定. 硬件平台资源的配置在硬件平台建立后， 当系统硬件平台资源扩展、 替换时， 需重新进行配置操作， 配置信息存入硬件平台资源数据库.

2) TPS管理模块

分为用户登陆、 TPS加载、 TPS运行管理和测试数据事后处理.

TPS运行管理在测试程序库的支持下实现测试程序运行的统一集中管理， 包括测试任务的选择、 调度等. 测试数据事后处理功能提供用户在测试过程结束后对测试数据进行再处理的能力， 也就是将测试过程中存入综合数据库的数据取出， 进一步分析处理.

3) 向导模块

向导模块能够帮助测试人员建立新的产品测试操作流程， 直至测试的开始. 每次产品测试流程后， 生成相应操作日志， 日志及数据以数据库形式保存， 内容包括： 设备编号、 日期、 操作者、 批次、 数量、 测试参数的设定值与测试值、 测试开始及结束时间等， 并生成报告.

4) 数据管理模块

综合信息管理模块是一个独立的模块， 当完成被测设备的性能测试后， 测试信息、 测试数据及测试结果以数据库文件的形式由数据管理模块统一进行管理. 实现综合信息库内容的添加、 删除、 查询、 修改、 显示、 打印， 并保证数据库数据的安全性、 一致性.

2 关键技术

2.1 动态实时仿真技术

设备动态实时仿真技术在没有实际设备的时候， 可通过软件进行虚拟原型设备创建并实时模拟设备当前的工作状态， 使整个被测子系统能够真实完整地工作， 保证子系统无限接近其在飞机的应用状态， 而不是使子系统中的设备独立测试， 以验证子系统在不同方式下的运行情况. 由此， 测试系统不但可以不受子系统内实际设备的离线限制进行整个子系统的测试工作， 而且可以节约用作测试的设备费用， 降低测试系统的硬件费用， 这样的设计给用户方提供了经济灵活的测试平台， 并可以实时外加载真实设备到测试平台的测试链路上， 给测试者提供了真实的环境， 加快了研制开发和生产的流程.

其原理框图如图 3 所示.

图 3 系统动态实时仿真Fig.3 System dynamic real-time simulation

由图 3 可以看出， 不管被测子系统是否完整， 在本测试系统中可以由软件数字模拟的UUT或实际被测设备组成一个完整的被测子系统. 测试系统其中一种状态是当实际被测设备处于离线状态时， 则可由测试系统动态生成一个数字模拟的被测设备来替代， 进而保持整个被测子系统的链路数据和状态的完整性. 测试系统另一种状态是当实际被测设备要加入被测子系统时， 可以通过人际界面设置使当前对应的数字模拟UUT退出模拟状态， 然后把该实际被测设备接入被测子系统， 进而保持整个被测子系统的链路数据和状态的完整性. 这样就可以保证子系统被测试时链路的完整性、 测试过程的智能性、 测试任务的高效性、 测试数据的实时性及测试数据的高可靠性. 同时， 系统具有良好的可修改性、 可扩充性和可移植性[4].

图 4 故障注入流程图Fig.4 Fault injection flow chart

2.2 故障注入技术

故障注入， 即按照选定的故障模型， 用人工的方法有意识地产生故障并施加于运行特定工作负责的目标系统中， 以加速该目标系统的错误和失效的发生， 同时观测和回收系统对所注入故障的反映信息， 并对回收信息进行分析， 从而向试验者提供有关结果的试验过程[5-7]. 通过故障注入可以验证被测单元(UUT)的机内测试或者外部测试的诊断能力[8]. 故障注入主要有3种方法： 仿真故障注入、 硬件故障注入、 软件故障注入[9]. 本测试系统采用的是软件故障注入， 主要对CNI子系统的3个方面的故障进行注入：

1) 各种告警故障， 包括决断高度、 最小燃油、 音调告警等等；

2) 备份工作状态故障；

3) 模拟各信道设备的故障.

故障注入软件流程如图 4 所示.

2.3 故障诊断技术

要完成复杂电子装备的测试， 不仅要求测试设备能完成装备性能测试、 功能判断， 同时要求完成故障诊断等任务， 对装备进行较为精准的故障定位[10]. 本系统的设计通过对被测设备(UUT)设计原理分析及专家经验等， 建立专家系统信息库， 其中包括各设备功能模块与测试信号的关联关系以及各设备功能模块发生故障时的维护方法. 当测试数据入库后， 可以根据关联关系表进行分析， 进而定位故障模块； 根据维护方法表给出维修建议.

各设备功能模块与测试信号的关联关系如表 1 所示， 各设备功能模块发生故障时的维护方法如表 2 所示.

表 1 各设备功能模块与测试信号的关联关系

表 2 各设备功能模块发生故障时的维护方法

采用告警故障、 工作状态转换故障和信道设备故障等3个脚本， 统计得到测试系统的故障检测率和故障隔离率见表 3 所示.

表 3 故障检测率和故障隔离率

3 结束语

该测试系统已应用于多个飞机大修厂， 实践证明应用动态实时仿真技术、 故障注入技术和故障诊断技术于测试系统中， 有效保证了航空电子设备测试链路的完整性， 提高了航空电子设备的测试效率、 实时性和可靠性， 减轻了维护保障人员的劳动强度， 同时达到了测试设备好用、 管用和实用的要求.

[1] 孙鑫. 综合化CNI 系统的测试系统设计[J]. 电讯技术， 2006(5)： 194-196. Sun Xin. Design of a test system for integrated CNI (ICNI) systems[J]. Telecommunication Engineering, 2006(5)： 194-196. (in Chinese)

[2] 乔文昇. 机载平台电子信息系统概述[J]. 电讯技术， 2007, 47(3)： 1-3. Qiao Wensheng. An overview of the electronics information system for airborne platforms[J]. Telecommunication Engineering, 2007, 47(3)： 1-3.(in Chinese)

[3] 童大鹏. 综合化CNI设备测试系统的设计[J]. 电讯技术， 2015, 55(6)： 678-682. Tong Dapeng. Design of a test system for integrated CNI equipment[J]. Telecommunication Engineering, 2015, 55(6)： 678-682. (in Chinese)

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[7] 徐萍， 康锐. 测试性试验验证中的故障注入系统框架研究[J]. 测控技术， 2004, 23(8)： 12-14. Xu Ping, Kang Rui. Research of fault injection system framework in testability experimental validation[J]. Measurment & Control Technology, 2004, 23(8)： 12-14. (in Chinese)

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Design of a Dynamic Test System for CNI System of Integrated Avionics

XIAO Wending

(Chengdu Spaceon T&C Technology Co.,LTD., Chengdu 611731, China)

In view of the deficiency of the static test system of CNI system of integrate avionics, a dynamic test methodof similar simulation environmentis put forword. The dynamic testing system is composed of a bus control unit, a switch matrix unit, a signal conditioning unit, a power unit, a display keyboard unit, a test instrument unit and a interface panel unit, which using dynamic Real-time emulation technique, fault injection technique and fault diagnosis technique. The testing system provides an effective guarantee to integrality of the test link of integrated avionics. The test efficiency, Real-time and reliability of integrated avionics is improved by this system. The test system can reduce the labor intensity of the maintenance support personnel, at the same time to the requirements of test equipment to use, effective and practicalfilling the deficiency of previous static testing system.

CNI equipment; dynamic testing system; fault injection; fault diagnosis

1671-7449(2017)02-0158-06

2016-10-15

肖文定(1980)， 男， 工程师， 硕士， 主要从事航空电子系统测试技术研究.

V243

A

10.3969/j.issn.1671-7449.2017.02.012