一种便携式近地告警测试设备的设计与实现

夏小春,王 键,赵晓晴

(1.空军驻上海地区军事代表室，上海 201101；2.上海航空电器有限公司，上海 201101)

0 引言

近地告警设备是一种有效预防可控飞行撞地事故、保障飞机飞行安全的航空电子设备。该设备通过接收与其交联的其他航电设备发送的飞行参数，利用内部地形数据库与告警算法，计算飞机是否存在潜在的撞山、坠地风险。若存在，则为飞行机组提供视觉和听觉上的告警信息，从而避免可控撞地事故的发生[1]。

在近地告警设备装机前，为了保证近地告警设备功能与性能的完整性与准确性，需要对近地告警设备进行测试；在近地告警设备装机后，该设备外场可能遇到虚警、漏警或其他故障问题，在解决这些问题后也需要试飞。而直接采用试飞测试，具有危险性大、成本高、测试不全面等问题，因此需要一个成本低、便于携带、测试耗时短的测试方法完成对近地告警设备功能和性能的测试。

另外，传统的测试系统多以单片机、PC等硬件核心构建，对硬件依赖度高，且测试系统升级成本高、周期长[2]，难以满足型号任务的需要。针对这个问题，设计了一种便携式的近地告警测试测试设备。该设备基于虚拟仪器技术，采用图形化的编程语言设计测试软件，通过匹配的接口设计，模拟与近地告警设备交联的飞机上的其他航电设备，为近地告警设备发送满足需求的测试数据，能够接收并显示近地告警设备输出的告警信息，依据反馈的告警信息对近地告警设备的功能和性能进行评估，从而完成对近地告警的测试。

1 测试设备工作原理

近地告警设备通过实时采集飞机上无线电高度表、大气机、惯导等设备输入的飞行数据，通过告警算法解算实现近地告警功能。近地告警测试设备通过模拟飞机上的这些探测设备，虚拟飞机极端的飞行过程，完成对近地告警功能和性能测试。

因此，近地告警测试设备由数字量处理单元、音频处理单元、视频显示单元、告警测试单元、电源组成。通过数字量处理单元模拟飞机上的数字信号(ARINC429、离散量等)接口完成与近地告警设备的通信。通过音频处理单元采集、分析近地告警设备反馈语音信息，实现告警语音的输出。通过告警测试单元主要完成自动和手动测试的实现，并完成告警结果的分析，通过视频显示单元显示近地告警设备输出的视频信息，通过电源提供设备工作所需的电压和电流。

最后，告警测试设备所有信号通过航空专用屏蔽电缆与近地告警设备设备交联，近地告警设备接收测试数据，并根据内置的告警算法进行相应计算，并将结果反馈给测试设备。基于反馈的结果，测试近地告警设备的功能和性能。告警测试设备的原理框图如图1所示。

图1 近地告警测试组成框图

2 测试设备硬件平台设计

基于工作原理，采用模块化的设计方案完成对测试平台的搭建。近地告警测试设备硬件架构如图2所示。

图2 近地告警测试设备硬件框图

设计中，采用PXI-ARINC429板卡进行ARINC429信号的收发，该板卡能够同时提供16路的输出/输入的429信号。采用NI-PXI-6514完成离散量信号的发送和接收，采用NI-PXI-4461声音采集卡将设备输出的音频信号进行及时的采集输出，并对输出的声音信号进行分析。通过NI工控机作为显示处理计算机完成告警测试单元和显示单元的实现；通过PCI总线完成内置板卡与显示处理计算机信号交联。

通过电源模块为近地告警设备提供所需的28 V电压，并完成产品工作电流、工作电压、功耗的测量工作，通过电源监测窗口对测量的结果进行显示。最后通过防插错线缆与近地告警系统进行连接。

3 测试设备软件设计

采用NI公司的LabVIEW软件进行编程。LabVIEW软件采用图形化编程语言，其依托数据流的编程方式和良好的界面设计能力，使编写的程序具有良好的可读性[3]。另外该软件与板卡匹配，能很好地提升软件的可靠性，降低编程周期[4]。

3.1 通信层设计

通信层设计主要用于配置使用的ARINC429板卡通信、声卡数据采集输出、离散量板卡通道等板卡的端口。其中声卡和离散量板卡可通过自带的配置端口进行配置，ARINC429板卡配置通过LabVIEW调用板卡的用户子VI，完成对通道的收/发配置、发送通道的高速/低速配置、通信频率配置、通道发送数据个数配置等基本配置[5]，在后续应用层设计过程中只需按照ARINC429通信协议确定数据发送格式以及数据发送通道即可完成数据发送，ARINC429通道配置程序如图3所示。

3.2 功能设计

为满足测试和管理需求，软件功能包括系统管理模块、控制功能模块、数据储存模块、告警模式单独测试模块、告警模式综合测试模块。功能框架如图4所示。

系统管理模块可管控测试人员，其中测试管理员拥有更改自动测试告警模式测试所需的测试曲线的权限，而测试验收人员只有测试使用权限。

控制功能模块可模拟机上的离散量控制信息，控制信息包含地形抑制、告警抑制、下滑道抑制、起落架抑制、自检启动、显示模式切换、量程切换等信息。

数据存储模块存储测试中产生的告警信息、产品反馈的故障信息和测试使用的地形数据信息，方便后期的对比分析。

告警模式单独测试(自动测试)模块通过接收测试命令和测试选择，通过模拟飞机上的大气机、惯导、组合接收、无线电高度表设备，根据预先设计的测试曲线完成对模式1过大下降速率告警、模式2过大近地速率告警、模式3起飞后掉高度告警、模式4最小离地高度告警、模式5过大下滑道偏差告警、模式6高度呼叫以及模式7前视预测告警的测试。

告警模式综合测试(手动测试)模块功能可进行通道测试和模拟飞行测试。通道测试可手动设置静态测试数据，逐次发送，以测试近地告警设备通道的状态；模拟飞行测试可通过读取外部的飞行数据文件(EXCEL或txt格式)，将其转化为符合协议的ARINC429格式数据，通过总线发送至近地告警设备，可复现飞行情景，用于分析、排除近地告警设备在装机过程中遇到的故障问题。

图3 ARINC429板卡配置程序框图

图5 测试软件设计流程图

图4 软件整体功能

综上，软件功能设计流程如图5所示。

设计完成后，软件的工作界面(自动测试)如图6所示。用户可通过按压开始测试/停止测试控制测试的开始和结束，通过告警显示区域、即时数据观测区域、飞参及指示灯显示区可直观地了解被测产品的工作状态，并通过离散量窗口完成对离散量数据的发送。

3.3 测试验证

根据设计平台软件和硬件平台设计，完成测试设备的搭建。为了确保设计的设备能够完成对产品的测试，需进行两个方面的验证：

1)接口测试，确保所有信号能够按照预期发送至被测设备；

图6 软件功能界面

2)功能测试，即测试软件设置的数据能够满足告警需求。

接口测试中离散量信号主要是地/开和高/开两种类型，信号依托板卡，处理简单，能够满足需求；视频转换、音频依托成熟模块，测试软件打开相应显示界面即可完成信号的接收处理。

ARINC429数据是主要的发送数据，测试设备自发自收正常，发送至产品后经过多次测试，其中某通道数据结果如下：

发送某数据标号0x8C，数据长度12，数据分辨率0.5，发送数据数值7.5，设置发送周期50 ms，发送数据60003C31，示波器测试接口显示发送60003C31。

某数据标号0x8C，接收显示数据周期50 ms±5 ms，产品端打印429数据源码60003C8C，解析数据结果15。能够满足测试需求。

完成数据接口测试后进行功能验证。功能验证中，手动测试可在接口测试中完成，自动测试的验证流程如图7所示。

图7测试验证流程

设置完成各告警模式的测试曲线后通过选择告警模式即可完成对相应的告警模式的测试。

4 结论

本文根据近地告警设备的功能测试需求，对近地告警测试设备进行需求分析，基于LabVIEW软件设计了一种便携式近地告警测试设备。验证试验表明该设备可模拟飞机飞行过程，提供近地告警设备测试需要的各类数据，能够满足近地告警设备研发和排故测试需求。

该测试设备便于携带，测试界面友好，运行稳定，测试结果可靠，目前已在某重点军用飞机型号近地告警产品的研发测试工作中发挥重要作用。