分布式自动测试技术发展综述

周新力，王正磊，宋斌斌

(海军航空工程学院 电子信息工程系，山东 烟台 264001)

分布式自动测试技术发展综述

周新力，王正磊，宋斌斌

(海军航空工程学院 电子信息工程系，山东 烟台 264001)

自动测试系统是现代装备性能指标检测中不可或缺的重要手段，以分布式自动测试系统为代表的新兴自动测试技术正在军事和工业等领域得到更多的普及和应用。文中从介绍国内外自动测试系统的发展及研究现状出发，引出对分布式自动测试系统基本概念的分析，对分布式自动测试系统的主要特征和构成要素进行了说明，探讨了分布式自动测试系统控制技术未来的发展方向和趋势。

自动测试系统；性能指标；研究现状；控制技术

运用自动测试系统(ATS)对武器装备进行测试诊断，已与现代武器装备系统的设计、制造、试验和使用构成一个完整的整体，成为保证现代装备系统实际性能指标的重要手段，并且贯穿整个武器装备生命周期。以微电子技术、计算机技术、传感器技术和信息处理技术为主要技术支撑的ATS在武器装备使用的各个环节发挥着越来越重要的作用[1]，而新兴的分布式ATS也在各个领域逐渐得到普及。本文从介绍国内外自动测试系统发展及研究现状出发，引出对分布式ATS结构与分布式ATS控制技术的介绍和分析。

1 国外自动测试系统发展及研究现状

美军ATS的研究一直处于世界领先地位，上世纪60年代，美国国防部秘书长会议首先提出军事电子装备三级维修体制，即前沿级、中间级和基地级。上世纪80年代美国军方针对多种武器平台和系统，制定了通用自动检测设备发展计划。上世纪90年代，在美国防部自动测试系统执行署的规划指导下，各军兵种分别启用了ATS发展计划，成功研制了一系列ATS[2]，如：

(1)联合自动支援系统(Consolidated Automated Support System，CASS)。联合自动支援系统可以应用于飞机、舰艇、潜艇等所有海军近岸和海上电子设备。经过不断的更新，CASS 系统有混合型、射频型、光电型、通信/导航/应答识别型和可充值便携型五种标准结构形式。该系统能够对通用电子设备、测量仪器等进行自动测试，具有射频能力，同时易于携带，是一种较为成熟的自动测试系统；

(2)集成测试设备系列(Integrated Family of Test Equipment，IFTE)。集成测试设备系列是美国陆军制定的标准，是一种模块化的测试、测量和诊断设备系统，包括综合测试设备非平台自动测试系统和综合测试设备平台自动测试系统两种。该系统可以应用于基地级维修，也可以应用于现场维修，其测试程序集(Test Program Set，TPS)属于武器装备专用软件，可以快速进行故障诊断，提高武器装备利用率；

(3)电子战综合测试系统(Joint Services Electronic Combat System Tester，JSECST)。电子战综合测试系统是美国空军、海军和海军陆战队联合研制的用于电子战设备测试的标准测试系统，是由VXI总线和GPIB(General Purpose Interface Bus)总线仪器组成的混合测试系统，主要完成对系统状态及故障进行确认，包括对不良状态显示模拟与技术/信号响应分析，可以应用于陆军、海军、空军和海军陆战队的多种测试平台，具有一定的通用性。

针对以军种为单位独立开发的通用自动测试系统，存在应用范围有限、开发和维护成本高、系统间缺乏互操作性、测试诊断新技术难以融入已有系统等诸多不足，为解决这一问题，20世纪90年代中后期，美国各军兵种与工业界联合启动了对下一代自动测试系统的研究工作，即“NxTest”项目，提出了新的开放式体系结构，并于2004年研制了 “敏捷快速全球作战支持”(ARGCS)演示验证系统。ARGCS涉及的使用对象包括陆军的M-1主战坦克、“帕拉丁”火炮、海军陆战队轻型装甲车、海军的F/A-18和E-2C飞机、空军的F-15E战斗机、“阿帕奇”直升机等[3]。可以说，ARGCS代表当今自动测试系统领域最先进的水平。

2 国内自动测试系统发展及研究现状

国内ATS起步于20世纪80年代初，随着国际微电子技术的发展，国内仪器行业开始专注于研制带有程控接口的通用化仪器。国内市场的迅速开发引起了国外公司的重视，很多国外专业仪器公司开始进入中国市场[4]，凭借其雄厚的技术实力和良好的产品性能占据了中国仪器市场的大部分份额，这一阶段的主流ATS是以GPIB总线技术为基础设计开发的自动测试系统。随着VXI总线系统规范推出，国内的研究机构和专业部门逐步具备了开发VXI测试模块的能力，以VXI总线为主体的ATE出现在各军兵种部队，专用测试设备的专用型VXI开发针对性强，促进了模块化测试单元的产生和发展。90年代以来，网络技术的迅速发展给测试领域注入了新鲜血液，LXI协议标准的提出推动了测试通用化发展，各科研机构着眼于在原有测试系统基础上进行网络化升级。网络元素的加入推动了各军兵种测试系统联合使用和装备保障体系化的发展。

(1)民用自动测试领域。国内提供民用航空维修服务的公司和机构较多，如北京AMECO、东方航空、南方航空、四川海特、厦门太古等单位，其测试设备主要依靠进口，引进约10套法宇航ATEC-5000系统、霍尼威尔公司的STS-1000等大型ATE，用于国内航线常用机型波音、空客的机载航空电子设备；航天测控公司及五院等部门组建了采用国产VXI仪器模块的气象卫星VXI地面测试系统和小卫星VXI地面测试系统；中船总测控技术部及709所研制了BDS系列印制板测试系统[5-6]；

(2)军用自动测试领域。哈尔滨工业大学开发了多型VXI总线测试模块，为二炮部队研制了多种VXI总线测试系统；空军通过9808工程，针对苏XX飞机的技术保障需求，研制了飞控、火控、雷达、无线电、飞发、电子对抗和军械等专业设备的ATE，采用组合箱式结构、VP90型信号接口；沈阳飞机设计研究所引进法宇航SMART软件系统和ATEC硬件系统，用其ATE技术研制了歼XX型飞机综合自动测试系统，ARINC608A型信号接口；成都飞机设计研究所引进美国PAWS软件系统，针对歼XX飞机测试需求，总体规划了雷达电子战、飞控惯导、通讯导航、军械航电和机电6个专用ATE，采用组合箱式结构、VP90型信号接口；海军舰船维修技术研究所引进了泰瑞达L300系统和LASER软件系统，开展了舰船印制板检测和故障诊断技术的研究，以及测试程序集的开发[7]；

(3)海军自动测试领域。海军航空工程学院等单位开展ATE研究，并为海军航空兵飞机机载设备、舰艇部队导弹武器提供了大中型ATE设备，其发展历程可分为5代[8]：第一代单板机自动测试设备(1982～1986年)。采用Inter8085单板机控制各种台式仪器，实现了反舰导弹末制导雷达技术参数的自动测试；第二代CAMAC总线自动测试系统(1987～1989年)。技术上采用PCAT主机和CAMAC总线，实现反舰导弹全弹各专业技术参数的自动测试；第三代GPIB总线专用ATE(1990～1998年)。技术上采用微型计算机和国际标准的GPIB总线技术，由通用的GPIB台式仪器和自主研发的GPIB专用控制仪器组成系统，LabWindows/CVI开发图形化测试程序集(TPS)；研制的《XXXXX海军导弹检测维修方舱》，实现机动化维修保障，能够完成XXX种分机的检测；研制的《XXXX末制导雷达通用测试设备》，实现了现役XX型末制导雷达整机各模块通用化检测；第四代综合ATE(1997-2009)。技术上采用VXI、GPIB、PXI等混合总线组建硬件系统，ARINC608A接口部件处理互联信号转接，LabWindows/CVI开发TPS；研制的《海军导弹通用测试系统》，实现X型导弹在预设或野战条件下的三级转一级的机动准备；研制的《XXXX教练机机载设备综合自动检测系统》，实现雷达、导航、通信、航资、飞控、电气和大气参数等X个专业机载设备的检测；第五代综合ATE(2009至今)。突破了综合自动测试系统结构模式、总线技术、新型仪器可互换技术、测试程序集可移植技术、整体综合自动计量校验技术、面向信号软件平台、TPL语言编译器等关键技术，研制的多种大中型ATE已装备海军航空兵部队。

3 分布式ATS结构

3.1 基本概念

分布式自动测试系统(分布式ATS)，是指基于局域网(Local Area Network，LAN)、无线局域网(Wireless Local Area Network，WLAN)及互联网(Internet)建立的，测试主控计算机利用上述通信媒介控制整个测试系统实现指令控制、信息传输、数据处理、测试资源共享和测量过程全程监控的网络测量系统[9]。

分布式ATS的发展原形是分布式数据系统，共享的主体是数据资源。在其基础上与ATS物理层仪器设备相结合，发展而成了分布式ATS。分布式ATS通过网络连接其子测试系统、子测试站或具有网络通信功能的测试仪器，其共享的主体不仅包括各子测试系统及子站的数据，最重要的是实现了测试资源、测试仪器模块的共享，使得“分布式”这一技术特性在测试领域进一步延伸及发展。

3.2 主要特征

分布式ATS融合了计算机、网络、通信和测试等技术，以共享测试资源为手段、网络通信为媒介、主控监测调度ATS为方法，最终完成测试任务，其主要特征有[10-11]：(1)分布式。分布式ATS的源头是分布式计算技术，所以分布式的特征包括地域分布及计算分布两个方面。这一特性要求ATS本身具有高度可扩展性、仪器通用性以实现各部分的协调工作。分布式ATS是一个整体，通过各部分有机结合，相互协作，而非测试节点的简单数量叠加；(2)网络化。网络化是指被测对象(Unit Under Test，UUT)和ATS的测试节点分布在多个地域，利用多测试节点的互通，实现ATS的资源共享；(3)并行性。并行性是指各测试节点测试程序并发执行，要求系统在控制各节点协同工作时首先建立时间同步；(4)兼容性。兼容性包含ATS的可移植性和系统互操作性，能够利用各种线程的软/硬件模块、专用被测设备，快速灵活的搭建测试系统；(5)动态性。操作系统可以实时动态地操作、控制和管理测试活动；(6)容错性。分布式ATS的运行需要多种设备同时进行，信息传输过程中必然会出现错误信息，容错性强调的是系统在传输过程中发现错误、纠正错误的能力；(7)异常常态化。分布式ATS的测试环境、测试设备状态是动态变化的，即部分子系统或设备在整个ATS运行时会出现故障、维修、更换、增减等现象。分布式ATS的异常常态化，要求各测试子系统是独立的，某一子系统出现上述情况时不会影响其他子系统的正常工作，维系了系统整体的稳定性。

3.3 构成要素

分布式ATS主要由主控管理中心，测试子系统和通信网络3部分组成[12]。

主控管理中心是各类ATS包括分布式ATS的关键部分，主要负责控制监管系统中各个子系统，控制子系统内的测试资源完成测试功能，响应子系统数据交互请求，以及存储、管理和处理测试数据。主控管理中心由相应的测试软件和硬件资源组成，测试软件包括测试系统操作系统、网络协议、仪器驱动和相关应用软件等，测试资源包括PC机、工控机、显示器、鼠标以及网络通信设备等。

对以WLAN为通信媒介的分布式ATS来说，测试子系统主要包括功能性测试单元和网络接口设备。功能性测试单元具有完整测试能力，能够独立地完成某一专业被测对象的测试职能，其功能包括激励、测试、数据采集、数据处理等。网络接口设备主要功能是连接通信网络，将子系统连入分布式ATS的必要组网设备。因此，从硬件构成上来说，测试子系统本身就是由控制器、测试仪器、网络接口设备组成的综合性系统。

4 分布式ATS控制技术

4.1 国外发展现状

国外在20世纪90年代初开始有线网络仪器系统方面的研究。VXI 总线联合体推出了《TCP/IP 仪器协议和接口变换规范》，给出了将 GPIB 接口仪器、VXIbus 仪器接入本地网络的规则。到90年代末，一些仪器公司着眼于仪器网络接入装置的设计，推出了一系列相关产品——仪器接口转换器，如 GPIB—ENET、 RS232—TCP/IP等[13]。

21世纪初，无线通信技术的快速发展和广泛应用，对推动基于WLAN建立的分布式ATS的研究起了较大的促进作用。由于嵌入了无线通信设备，基于WLAN的分布式ATS可以利用各种通信协议标准，实现数据的传输，并通过网络通信协议以及硬件资源的不断升级，提升分布式ATS的通信性能。现有的WLAN标准诸如HiperLAN/X、IEEE802.11标准等，都在随时更新，不断成熟，无线通信带宽低、误码较高、干扰和衰减等不稳定因素被逐步解决[14]。无线测试系统灵活性、可移动性和可扩展性高的优点日趋明显，基于WLAN的分布式ATS将成为未来一段时期内分布式ATS的发展趋势。

相关机构已经着眼于无线网络技术与分布式ATS相结合的技术方面的研究，力求通过网络技术进一步延伸分布式结构在ATS中的广泛应用。NI(National Instrument)公司2013年的商品目录也频现用于分布式测试系统的网络产品：带有LAN接口的数字万用表、数字示波器。随着研究的不断深入，分布式ATS的应用价值正在通过实际应用体现出来。美国联合攻击战斗机(JSF)ATS项目，是由LM 4STS 公司主导设计开发的一款分布式ATS，采用以太网总线结构、通用测试系统架构，可快速灵活现场配置分布式ATS测试方案，并且分布式的特征实现了测试资源高效利用，较传统ATS有效降低了开发成本。

4.2 国内发展现状

国内自21世纪以来，已有多家研究单位从事基于网络的自动测试控制技术研究，如电子科技大学CAT教研室致力于基于网络的分布式自动测试系统关键技术的研究，主要开发了基于无线网络的GPIB控制器，并于2003年组建了基于以太网的自动测试系统；2007年，国防科技大学航天与材料工程学院也进行了基于LXI仪器总线的分布式测试系统研究；南京理工大学相关人员进行基于1553B/802.11军用路由器的实现技术的研究；哈尔滨工业大学自动化测试与控制系相关人员进行了RS-232和USB接口与以太网接口控制转换方面的研究；2013年，中北大学自动测试与控制系相关人员进行了基于网络的分布式自动测试系统[15]。

5 结束语

本文介绍了国内外自动测试系统的发展及研究现状，对分布式自动测试系统基本概念进行了说明，分析了分布式自动测试系统的主要特征和构成要素。通过对分布式自动测试系统的介绍和分析可以看到，相对于国外相关研究情况，我国在分布式自动测试领域的研究起步较晚，但普及速度较快，具有较大的发展和突破空间。作为新兴的自动测试技术发展方向，分布式自动测试技术在未来的军事、工业测试领域中将得到更多的普及和应用。

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[2] 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):1408-1412.

[3] Randall Marion.Avionic support for foreign military sales customer[C].America:IEEE Autotestcon Proccedings,2013.

[4] Jochen Wolle. LXI in satellites system testing[C].America: IEEE Autotestcon Proccedings,2013.

[5] 牛俊峰.基于自动测试的民用飞机机载电子设备维修研究[J].航空制造技术,2012(20):50-56.

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[7] Matt Anderson,Tom Bradicich,Byron Radle.Managing costs through test system manageability[C].America:IEEE Autotestcon Proccedings,2013.

[8] 李文海.海军航空电子装备新一代自动测试系统关键技术研究[D].烟台:海军航空工程学院,2011.

[9] Lowell Parsons,Michael Dewey.Incorporating optical test capabilities into a depot test platform[C].America: IEEE Autotestcon Proccedings,2013.

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[12] 钱锋,卓家靖,许爱华.开放式网络化自动测试系统体系结构研究[J].计算机测量与控制,2014,22(5):1323-1326.

[13] 周龙,刘洁.自动测试系统总线技术浅析[J].测控技术,2012,31(5):202-206.

[14] 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):104-107.

[15] 姚娟.基于无线网络的分布式测试系统软件平台设计[D].太原:中北大学,2013.

A Review of Distributed Automatic Test Technology

ZHOU Xinli,WANG Zhenglei,SONG Binbin

(Department of Electronic and Information Engineering,Naval Aeronautical and Astronautical University,Yantai 264001,China)

Automatic test system is an important means of mordern equipment performance index test. Represented by distributed automatic test system, the rising automatic test technology is getting more popularity and application in military and industrial fields. Started from development and research status at home and abroad of automatic test system, the basic concept of distributed automatic test system is analysed. The main features and components of distributed automatic test system are illustrated and the developmenh status at home and abroad of distributed automatic test system control technology is elaborated.

automatic test system; performance index; research status; control technology

2017- 03- 31

总装武器装备预研基金(9140A27020214JB14435)

周新力(1964-)，男，博士，教授，博士生导师。研究方向：机载无线通信技术。王正磊(1992-)，男，硕士研究生。研究方向：通信设备检测技术。宋斌斌(1979-)，男，博士研究生。研究方向：无线自组织网络。

TN98；TP273

A

1007-7820(2018)02-004-04