机载测距机测试平台设计与开发

刘贵行 魏国 赵世伟

摘  要： 为了实现机载测距机测试设备的国产化，设计并开发了机载测距机测试平台。平台采用模块化设计，以VME总线为基础联结各个测试资源。平台能够模拟测距机多种工作环境，使用甚高频信号源向测距机加载相应信号，对测距机各输出信号进行测量与分析，实现对测距机、接收机的自动/手动测试。另外，系统内置模拟测试模块以及故障设置功能，可以用于相关专业技能训练。平台应用于一线维修企业与我校实践教学中，达到了设计效果，具有较高的实用价值。

关键词： 测距机; 测试平台; VME总线; 自动测试; 模拟测试; 实践教学

中图分类号： TN98?34; V243                     文献标识码： A                       文章编号： 1004?373X（2019）11?0165?04

Abstract： In order to realize the localization of the airborne distance measuring equipment （DME）， the testing platform of the airborne DME was designed and developed. The platform adopts modular design， and is connected with each test resource through VME bus. With the platform， a variety of working environments of the DME can be simulated， the VHF signal source is used to load the corresponding signals to DME， and the output signals of DME are measured and analyzed to realize the automatic/manual testing of the DME receiver. In addition， the simulation test module built in the system and fault setting function can be used for the relevant professional skills training. The platform is applied to front?line maintenance companies and practical teaching in CAUC， which achieves the design effect and has high practical value.

Keywords： DME; testing platform; VME bus; automatic test; simulation test; practical teaching

0  引  言

測距机（Distance Measuring Equipment，DME），作为国际标准航空导航设备，通过机上发射机发射询问信号，地面信标台应答的方式，为驾驶员提供飞机到DME地面信标台的斜距、飞机地速和飞行时间等信息。常与甚高频全向信标地面台同台安装，为飞机提供航路和终端区的定位与导航信息。随着国际民航组织基于性能导航（PBN）的实施，将会出现更多单独安装的DME地面台，为飞机的区域导航提供服务。目前针对此类航电设备的维修渠道主要是返回原厂维修或者购买昂贵的测试设备，国内尚无成熟的维修方案。因此，有必要设计与开发符合国情、具有自主知识产权的DME测试系统。

依据部件维护手册（CMM），设计符合行业规范，遵循行业标准的DME测试平台，通过外接IFR6000外场测试仪，实现对DME收发机的自动测试。该系统不但能够应用于一线维修环境，亦能通过内置的仿真模块实现对人员的教学与训练。

1  DME?700测距机系统

1.1  系统概述

DME历经多次标准制定过程，最终采用塔康（TACAN）的测距部分作为国际标准测距系统，也就是现在广泛使用的DME系统。

DME的功能是向飞行员提供飞机与地面信标台之间的直线距离[R]，由于飞机与地面信标台相对地面均具有一定高度，现代民用航空运输飞机一般都将DME获得的斜距转化为水平距离进行导航参数解算。水平距离计算方式如下：

DME系统工作在[L]波段的962～1 213 MHz。机载询问频道分配在1 025～1 150 MHz之间，波道间隔为1 MHz，共有126个询问频道。地面转发频道分配在962～1 213 MHz之间，波道间隔为1 MHz，共有252个应答频道。由DME系统的频率分配可以发现，一个询问频道对应两个应答频道，由此形成两个波道，在波道对应的序号加上[X]和[Y]加以区分。波道分配表如表1所示。

表1  波道分配表

DME系统由机载收发机和地面信标台两部分组成，图1为DME系统的工作过程框图。其中，上半部分为机载收发机工作过程，下半部分为DME地面信标台工作过程。

图1  系统工作框图

1.2  DME?700收发机

DME?700系统是由科林斯公司研制并生产的机载测距机系统，由接收机、导航控制面板、天线及相应指示器组成。

DME?700收发机为一个在电子设备舱占据4个模块化单元大小的长方形电子设备。在收发机背面安装有系统状态指示灯和测试按钮，收发机内部由9个不同的功能模块组成，分别是机架组件A1、电源组件A2、合成器组件A3、驱动器组件A4、电源放大器组件A5、收发组件A6、视频处理器A7、距离处理器A8和监视组件A9。

2  测试模型

目前航电设备采用的测试方法主要为信号激励法，即向待测设备输入与其工作时相一致的信号，检查设备输出是否与激励信号匹配，CMM手册提供的测试方法与测试模型如图2所示。

图2  系统测试模型

2.1  測试内容

由于民航业对于安全隐患持零容忍态度，因此其检测与维护过程必须严格遵循科林斯公司提供的CMM手册。一个完整的DME收发机测试过程包括14个步骤，共计63个小项的测试，详见表2。

表2  DME收发机测试程序

2.2  ARINC429总线

ARINC429总线协议又称为数字信息传输系统（Digital Information Transfer System，DITS），是美国航空电子工程委员会（Airlines Engineering Committee）在20世纪70年代提出并批准使用。协议对航空电子设备及与其相交联的其他电子或电气系统间的数字信息传输规范做出了要求。由于ARINC429总线具有简单的结构、稳定的性能和较强的抗干扰性能，因此在很长的时间内为航空公司提供了优质的数据服务，并且在军用飞机与通用飞机领域也得到了广泛应用。根据官方发布的技术手册，每个ARINC429字由32位组成，在不同的应用场景中有五种不同的应用格式：二?十进制数据字、二进制数据字、维护数据字、离散数据字和AIM数据字。1～8位为标号（label），ARINC429对传输的每一个参数都规定了标号，用以识别信息类型。在DME收发机测试过程中将会出现035，201和202三个不同的标号。编码格式如表3所示。

表3中，BCD代表二?十进制数据字，BNR代表二进制数据字，SDI为源目的识别码，用于当需要将某信息传送到总线上的某一确定接收设备时，或者总线上输出设备需要根据信息的内容被某接收器识别时，就需要用到源目的识别码。例如，一个控制盒的调谐字要送至2个测距机发射机，就需要标示出信息的接收设备，即把调谐字输送至哪个测距机发射机。DATA代表数据区，BCD格式数据区为11～29位，BNR格式数据区为11～28位，它所代表的是所确定的特定数据。SSM代表符号状态矩阵，根据字的类型号为29或30～31，它能够表明数据字的特性和数据发生器的硬件状态。P代表奇偶校验位，数据发送器根据当前1～31位的逻辑“1”来决定第32位的逻辑值，使整个32位的逻辑“1”的个数始终是奇数。

3  系统设计与实现

DME测试过程中需要操作的开关与面板较多，DME工作于特高频波段，测试过程中经常需要进行连续多次测量以测试可靠性。若按照CMM手册提供的测试模型与测试程序进行，则需要人工手动逐步操作，不但消耗大量时间，而且难免出现人为差错。考虑到对测试准确度和测试时间的因素，设计并开发以VME总线为基础的DME收发机自动测试平台，并且独创性地设计了模拟测试模块，能够对DME接收机模拟器进行仿真测试，以此对测试人员进行培训与教学。

VME总线是一种在全球使用非常广泛的计算机总线，结合摩托罗拉公司维萨总线的电气标准和在欧洲建立的欧卡标准的机械标准。它定义了一个在高度集成的硬件结构中可以进行数据交换、数据存储和其他控制器联结的系统。经过持续的优化改进，VME系统技术上已经十分成熟，以其为基础进行二次开发覆盖了工业控制、军用系统、航空航天、交通运输和医疗等领域。

图3  系统硬件结构框图

整个系统由系统接口模块、测试资源模块、模拟测试模块与人机界面组成。

系统接口模块通过适配器与待测件相连，提供测试系统与待测件之间的电气接口，包括ARINC600接口、射频输入/输出接口、抑制信号接口、模拟输出接口、音频输出接口、ARINC429多通道输入/输出接口、串口以及相对应的指示灯。

测试资源模块包括IFR6000外场测试仪、数字多用表、示波器、ARINC429卡、主控器、开关卡、信号调理卡以及电源等，用来完成测试程序。

模拟测试模块通过系统内置的信号调理电路及测试资源，能够模拟DME?700接收机在测试过程中的所有输出信号，并且可以通过人机界面对模拟测试进行故障设置。人机界面提供人机交互环境，实现相应测试功能。

3.1  虚拟控制面板

科林斯公司提供的测试程序中需要用到部分配套设备，为了打破其垄断并且考虑到成本因素，系统在设计过程中采用虚实结合的方法，即将ARINC429控制面板与串口控制面板虚拟化，采用软件操作的方法进行。

另外，系统能够对待测件进行仿真测试，设计了虚拟IFR6000外场测试仪。为了保证测试的正常进行，所有的虚拟控制面板如果参数设置不符合CMM手册要求，则提示“参数设置不正确，请检查！”。一旦设置成功，参数不可更改，直到下一次需要设置参数时，各功能键权限才会放开。图4为虚拟ARINC429与虚拟串口参数设置窗口。

图4  虚拟ARINC429与虚拟串口界面

3.2  软件设计

软件设计遵循开放式的理念，系统UI采用Microsoft Visual Studio风格设计，各模块可以自定义布局，提供一个友好而易用的人机界面。在结构设计上采用“UI/Plugin”方式，UI和Plugin之间通过预定义的接口库进行连接，从而使多个测试程序能被同一个应用程序进行统一管理。用户甚至可以在不关闭软件系统的情况下进行测试程序的变更。在扩展性方面，开发人员只需要通过调用系统API编写插件，并将该插件导入系统指定目录下就可以轻松完成测试程序集的扩展，这意味着开发人员将不再关心UI设计，而只专注于测试过程的设计。在移植性方面，系统采用独立的硬件接口设计，开发人员可以通过更换系统API的形式将该系统移植到任意测试平台进行使用。另外，在保证系统稳定运行的同时也更重视其测试的安全性，各个关键环节均采取适当的安全保护措施，最大程度确保被测件、系统及测量仪器的安全。系统具有开放性、扩展性、可移植性及安全可靠等諸多优点。

系统软件主要由设备初始化、信息输入、系统控制、信息显现、状态指示、文件操作、报表打印、数据库汇总、菜单扩展、网络通信、虚拟IFR6000等主要部分组成。

4  结  论

本文在目前国内航电设备维护现状的大环境下，设计并开发机载测距机测试平台。开发过程严格依照DME?700型接收机部件维护手册，遵循行业规范与行业标准。平台实现了两大突破与创新：首先实现了相关型号设备的自动与手动测试，弥补了国内在此类航电设备检测方面的不足，具有较高的实用价值;平台还首创了模拟测试功能，通过虚拟信号源等方式，能够对DME?700型接收机进行模拟测试，实现对测试人员的教学与培训。通过设计开发过程，不但积累了航电设备检测经验，也对国内航电维护提供了思路，为航电检测维修设备全面国产化提供了基础。

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