自动飞行控制计算机通用自动测试平台设计

赵烨　范军华

摘  要：自动飞行控制计算机已经成为保证飞机航行的重要因素，在本次研究中，文章介绍了一款自动飞行控制计算机通用自动测试平台设计路径，阐述了该平台的关键技术路径以及功能模块实现方法。

关键词：自动飞行计算机;自动测试技术;系统测试

中图分类号：V249          文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）18-0095-02

Abstract： Automatic flight control computer has become an important factor to ensure aircraft navigation. In this study， this paper introduces the design path of a general automatic test platform for automatic flight control computer. The key technology path and function module realization method of the platform are described.

Keywords： automatic flight computer; automatic testing technology; system testing

1 自动飞行控制计算机的组成与结构

目前，自动飞行控制计算机主要通过AFDX以及HB6096总线接收系统采集关键数据，包括惯性导航信息、大气数据以及无线电高度等飞行姿态参数;同时该系统可以记录飞机航行期间的关键数据变化，包括飞行设备的偏航距、飞机引导模式、数据差等。该系统能反馈飞机的工作状态、飞行参数，通过HB6096总线设定的方法完成飞行引导以及自动飞行等。总体而言，该自动飞行控制计算机通过多板卡功能模块设计，在背板总线设计中，实现不同功能模块之间的信息数据交流，其中的关键部件包括：（1）多路总线接口板;（2）CPU板;（3）电源模块转换板;（4）模拟信号接口板等。在功能界定上，上述关键部件能够实现自由插播更换，为了确保系统功能顺利实现，要确保飞机能够自动检测系统功能，且地勤工作人员能够在短时间内完成计算机修复以及功能模块功能改善，最终全面提高飞机的出勤率[1]。

2 通用自动测试平台的实现

2.1 自动测试平台的设计思路

从系统功能角度来看，自动测试系统如果想要实现通用化设计，首先在硬件设备上必须要满足大部分控制器接口需求，并满足大量软件的可移植以及可拓展性。因此为了能够实现这一目标，在系统功能设计上需要构建一个标准化的自动测试系统结构，其中软硬件要素之间能够完成有效的信息交流，并满足IEEE标准以及ATML描述要求。

该自动测试平台设计应满足IEEE标准化体系，相关功能也应该满足该标准。通过标准化体系来进一步满足自动化测试系统中全生命周期内的信息流复用需求;要严格控制硬件平台上功能升级成本，增强整个系统的可操作性。该系统的整体结构如图1所示。

在图1所介绍的系统结构中，通过GPIB、PXIe、PXI总线等连接测试器，基础测试仪器包括测试仪表、控制电源等，其他专业测试仪器包括模拟信号、总线信号以及其他专业测试模块等。

2.2 平台硬件设计

（1）为实现人机交互功能，选用了非实时HP工作站，该工作站能够运行windows操作系统，通过TCP/IP局域网测试程序，识别测试指令数据，并能接收下载工作站的测试结果。（2）为确保能够实时监测工作站的运行过程，使用研华工控

机，通过该设备运行Vxwork实时操作系统，测控工作站的运行程序。该设备的主要特征，就是能够满足GPIB、PXIe、PXI总线的测试需求，并提供仿真模拟自动飞行控制运算的信号接口。（3）程控28V电源模拟计算机使用多路直流28V供电电源，程控通用仪器能满足大量信号测量、监控要求，尤其在单个信号管理中的效果更显著。（4）AD/DA接口板具有良好的仿真能力，在运行期间能够对离散量以及模拟量等关键信号进行仿真，仿真结果已经成为影响通用自动测试平台功能实现的关键点。

除了上述关键硬件設备外，其他硬件设备直接通过GPIB、PXIe、PXI总线逐渐扩展到整个系统中，通过设置理想的接口适配器，分别连接硬件设备与自动飞机控制计算机，期间可以根据各功能端口的采集数据，将通道数据连接到测试仪器数据库中（通过GPIB、PXIe、PXI总线完成数据传输），同时接口配适器还具有隔离信号、调制信号的功能。

2.3 通用自动测试平台软件系统实现

2.3.1 软件系统的设计方法

为了确保通用自动测试平台的软件系统能够满足自动飞行控制计算机的运行要求，在本次研究中，采用有限状态机理论，作为一种常用于计算机科学以及自动化领域的标准研究工具，能够研究自动飞行系统内在复杂关系，该方法通过对一系列状态以及状态之间的转换，判断其中存在的内在关系，最终形成完整的系统设计思路。而在实际上，飞机航行时的工作模式本身就是一种离散事件，因此软件功能应该对离散事件的切换进行描述，这样才能提高系统的性能[2]。

有限状态机理论能表示某个离散状态以及这些状态之间出现的转移与动作等行为，这个过程可以按照图2的结构进行阐述。在图2中，可以将其划分为飞机自动飞行控制中的六种状态，包括LOFF（水平自动驾驶关闭状态）、LOC（航迹）、VOFF（垂直自动驾驶关闭模式）、HDG（航向航迹）、VS（垂直速度）、GS（下滑道）。

按照自动飞行系统控制指令，将其设定为接通断开条件，并加入“输入输出”以及其他切换条件之后，能够构建一个完整的软件系统逻辑转换模式，满足通用自动测试需求，根据测试过程中相关模式的变化，就能对自动飞行控制系统的状态进行评估。

2.3.2 软件系统关键功能

（1）状态输入。在通用自动测试系统中，测试对象的运行状态是由多个变量组成的，这些变量体现了飞机自动飞行过程中处于何种控制状态下，彰显了自动驾驶的功能性。所以，系统能够识别自动飞行控制系统是否接入，并且显示自动驾驶过程中的状态变化。（2）输入。系统能够根据自动飞行控制系统计算机输入的信息，采集传感器信号，并分析自动飞行控制系统的状态。因此需要实现离散输入、信号输入以及模拟输入等功能。在这个过程中，事件信号输入通常来源于特定模式（或者飞行员的操作指令），其主要目的是激活（或停止）飞机的飞行控制。例如在自动飞行控制系统计算机中，可以选择飞行高度，并将其作为一个“事件”输入到系统中。（3）输出。按照不同输入，系统能够在改变状态的基础上完成输出。此时的数据能够指示自动飞行控制系统计的状态，也是制定飞机控制中作为命令指控的各项执行结构。例如，飞机指引仪输出的数据是正确的，则证明自动飞行控制系统中飞行指引仪是开启状态。除此之外，还能设计输出矩阵，显示不同变量的输出状态变化。

2.3.3 系统实现

为实现上文所介绍的相关功能，本文提出的开发管理平台主要包括系统集成环境、测试程序开发环境以及系统管理模块等，在软件功能的界定上，该系统能完成有限状态机理论测试程序应用需求;在系统集成阶段，系统集成环境主要提供给测试平台研制厂商，在记录平台测试资源描述以及驱动开发之后，确保该系统能够符合IEEE标准，并通过ATML语言完成开发描述。

执行管理平台测试程序的运行环境要时刻处于测控计算机功能架构内，系统通过执行管理平台，依靠COM结构与测试运行环境之间的关键功能交互，为实现实时管理奠定基础，且同时满足运行编译等功能。出于对软件系统“输入”与“输出”功能的考虑，在软件设计上还应该增加关联信号仿真模拟驱动功能，该功能主要是在已有的驱动程序上实现。

3 自动飞行控制计算机的状态测试

3.1 测试的基本流程

（1）测试开始之后，先识别自动飞行控制计算机的硬件编号以及系统型号情况，此时根据计算机针脚阻抗测试结果，先判断计算机内部是否存在故障;安排除系统存在故障之后，系统执行准备工作，此时的重点内容，就是引导计算机的加电启动，避免计算机启动期间不会因为硬件自檢错误问题而无法正常启动设备[3]。此时相关人员可以观察交联仿真设备是否返回正常的仿真信号为标准，判断系统的状态。（2）地勤人员可以根据系统测试要求，选择不同的系统测试方向，如单项功能测试、系统集成测试等。（3）在测试结束后，生成系统测试报告。

3.2 测试期间的注意事项

（1）保证计算机的硬件自检通过，在正常启动之后，对软件系统功能进行评价。（2）保证计算机启动后，自动飞控系统处于正常模态，根据模态变化来综合评估系统的运行状态。（3）测试结果的接收端，能够通过总线记录各种信号，并对数据恩日欧诺个的有效性进行评估，在这个过程中，主要的动作类型为“施加激励”，通过奇校验方法，测量目标串口的发送信息情况。（4）根据编制好的自动飞行控制计算机功能模块测试路径，将测试方法流程编写成XML语言测试集，通过该测试集，能够完成被测试设备的描述以及接口配适器描述等。

通过上述方法采集系统的运行状态信息之后，就能完成自动飞行控制计算机的状态测试，根据测试结果，判断通用自动测试平台的性能。

4 结束语

本文设计了一套通用自动测试平台，该平台满足自动飞行控制计算机的管理要求，与传统系统相比具有易于拓展等要求，能实现复杂程序的功能优化，简化了系统性能评估过程，具有显著优势，值得推广。

参考文献：

[1]付博.高度综合化自动飞行控制系统研究[J].中外企业家，2018（02）：140.

[2]倪茂伟.基于模型设计的连续下降进近控制方法研究[D].南京航空航天大学，2017.

[3]谭珍珍.民用飞机自动飞行控制系统需求分析与确认[J].科技展望，2018，26（15）：254-255.