无人机机载设备自动测试系统的关键技术研究

董振鹏，龙飞虎，王子琦

（尚良仲毅（沈阳）高新科技有限公司/辽宁省产业技术研究院无人机研究所，辽宁 沈阳110000）

近年来，随着我国科学技术水平的快速提升，互联网技术、计算机技术、电子技术以及航空技术快速发展，使得无人机技术也在不断进步，可以实现更多的功能以及更高的性能，进而将迅猛发展的高新技术进行充分发挥。对于无人机来说，拥有滞空时间长、生命力强、隐蔽性好以及不惧伤亡的优势，不仅可与人为操作的战斗机进行共同作业，还可在部分情况下代替人为操作的战斗机进行战斗，因此无人机将成为未来的主要发展方向。

此外，由于无人机技术的不断进步，无人机系统中多项机载设备的可靠性以及安全性得到了社会各界人士的广泛关注。当前无人机研究人员主要的工作目的便是如何对无人机机载设备所产生的信号进行精准、高效的模拟与监测。同时由于无人机的系统复杂程度较高，不仅包含机载计算机，还具有许多传感器、发动机以及舵机等航电设备，因此要想高效完成整体无人机系统的测试工作，需测试与模拟整个无人机设备所产生的大气信号、数字I/O信号、输出信号以及输入信号等。

1 无人机机载设备概述

无人机产生于上世纪六十年代左右，自出现以来在技术进步以及战争需求牵引的影响下，在精确打击、指挥控制以及侦查预警中起到了至关重要的作用，已经成为作战过程中的主要力量。此外，无人机也在资源勘查、地理遥感信息等多个领域具有十分广泛的应用，受到世界范围内多个国家的高度重视。对比有人机来说，无人机无需设置人员生命保障系统、显示系统以及操纵系统等设备，可有效降低成本。另外，由于没有飞行员驾驶飞机，可有效避免驾驶员的伤亡，无人机可看做是未来战争以及航空的主要发展方向。现如今，英国、法国、美国、德国、以色列等发达国家都将无人机的发展作为主要研究方向。

对于无人机来说，其指挥系统以及飞行方式等许多方面与有人机相比存在较大不同，主要体现在无人机维护方式以及综合保障中存在本质上的不同。导致这种原因是由于有人机在飞行过程中操作人员十分重要，一旦飞机出现故障或异常状态，操作人员可针对实际情况进行随机应变。而无人机在飞行过程中操作人员的作用并不大，大部分是对无人机的飞行状态进行测控，一旦机载设备出现异常时，操作人员在发出指挥指令便为时已晚。因此，在综合测试无人机机载设备的过程中为了使无人机安全稳定地飞行，应将测试重点放在日常维护工作以及飞行前的维护工作中，无人机机载设备自动测试系统在无人机系统中具有十分重要的地位。

对于无人机机载设备来说，包含起落架、飞控计算机、舵机、组合导航、发动机、垂直陀螺、发电机以及大气计算机等设备。而自动监测系统的核心工作便是对以上设备进行精确、完整的检测。对于机载设备来说，其生命周期大部分为20年左右，因此根据武器设备寿命以及武器维护的规定，需要自动监测设备对其维护功能可支持20年。根据Ti行业的摩尔定律，计算机每隔一年半就会进行一次升级，测试仪器在三到五年内也会进行更新换代，对于软件的发展来说十分迅速，新的软件快速产生。而自动测试系统与无人机机载设备的寿命周期存在相应矛盾。

2 当前无人机机载设备自动测试系统面临的问题

2.1 仪器可互换性问题

对于无人机机载设备自动测试系统来说，应对多种测试要求进行满足。现如今拥有面向信号的自动测试系统以及面向硬件的自动测试系统两种。面向硬件的自动测试系统是根据仪器硬件进行开发，因此无法对被测设备的相关测试需求进行满足，同时由于仪器功能较多，种类数量大，无法有效进行互换。而面向信号的自动测试系统是针对被测对象的测试资源信号以及测试需求进行开发的，因此在开发过程中与硬件没有具体关联，在改变测试仪器时只要满足了相应的测试需求，则不需要对自动测试系统进行改变，对其可移植性进行了增加。

虽然面向信号的自动测试系统具有许多优势之处，但也存在许多问题。首先信号的种类数量十分多，大约存在50多种，因此自动测试系统需要构建相应的连接关系模型以及测试资源模型等，而这些模型不能对具体的软件操作环境进行脱离，因此自动测试系统在审计过程中将受到操作环境的影响。其次在定义以及描述信号的过程中，不同的标准存在较多不同之处，因此不同自动测试系统的调用方式、配置资源以及体系结构存在较大不同，而现如今没有产生一个统一的面向信号的自动测试系统开发标准。

2.2 软件可移植性问题

现如今，多个厂商以及组织为了对软件的可移植性进行提高，都推出了各自的标准，使用与开发了较多的技术以及语言，例如ATLAS 2K、IVI-Signal Interface等规范和组件COM技术等。这些方式都将对软件的可移植性进行提高。但目前没有任何一项技术在测试行业得到广泛使用，其根本原因是由于每一项技术都存在相应的问题与优势，没有存在绝对的优点。其次由于技术开发存在较大的工作量，因此在提出规范至实际应用的过程中存在较长的周期，甚至可达到10年以上，往往这个时候产生了新的技术以及软件，导致旧软件以及旧技术落后，从而导致软件的可移植性以及开发受到了一定影响。

3 自动测试系统关键技术研究

无人机机载设备自动测试系统包含无人机组件、测控计算机、测试电缆、测试资源集、机型测试适配器以及阵列接口等部件。同时测控计算机内包含数据管理模块、管理程序、测试资源驱动程序以及测试程序等。面向用户的顶层设计便是管理程序，此外测试程序可针对无人机的具体型号以及测试要求来进行。测试资源集的控制代码便是测试资源程序驱动。将测试结果进行打印、保存以及显示便是数据管理模块。

3.1 测试系统硬件构成

对于测控计算机来说，是整体自动测试系统的信息采集中心以及控制中心，可实现操作人员互换、测试结果显示以及测试资源的控制等功能。

对于测试资源集来说，拥有开关模块、直流电源、程控电阻模块、函数发生器、大气参数测试仪、数字示波器、DA模块、数字多用表、串口通信模块以及微博信号源等。阵列接口可汇总测试资源的输出信号以及输入信号。机型测试适配器拥有多个无人机的机型测试适配器，不同机型测试适配器可对不同的无人机进行适配，可对测试电缆以及输出信号、输入信息进行转换，可转接被测无人机机载设备的设备检测信息与测试系统之间的关系。而测试电缆具有多个无人机测试电缆，可用于连接被测无人机机载设备。对于无人机机组来说，同样包含多种类型的被测试无人机的机载计算机，而机载计算机可与被测机载设备以及测试系统进行数据交联以及控制交联。

对于测试资源功能来说，具有以下几方面内容：第一，对于无人机机上电源来说，直流电源可提供相应的输入电压。第二，函数发生器可对相应的正弦信号进行输入，在对其信号频率进行转换后，可对发动机的不同转速信号进行模拟。第三，被测机载设备固定针脚以及数字示波器测量机载计算机的输出信号属性。第四，在对不同电压进行测试的过程中可用数字多用表进行。第五，在模拟外部干扰信号的过程中可使用微博信号，从而对无人机进行引导头测试。第六，串口通信模块可对机载计算机的通信、气压高度、测控计算机的通信、空速传感器、串口通信信号、任务设备、三轴磁力计、GPS以及引导头进行高效模拟。第七，对于DA模块来说，可对不同的电压进行模拟，从而对发动机的温度以及各路舵机的信号，例如风门、垂直陀螺、左右方向舵、左右升降舵以及前轮进行模拟。第八，大气参数测试仪可对空速传感器输出信号以及气压高度进行模拟。第九，程控电阻可对不同的电阻值进行输出，从而对发动机的缸温进行模拟。第十，开关模块可转接测试过程中的不同信号，还可对开伞以及停车控制等机载计算机输出的控制信号进行模拟。

3.2 测试系统软件设计

对于测试系统软件设计工作来说，测试开发环境可选择LabWindows/CVI，该测试开发环境是基于C语言进行开发的，具有丰富的函数面板以及强大的交互编程方式，因此可帮助开发人员以及测试人员对测试程序进行高效编写。数据库开发工具使用了LabWin-dows/CVI SQL ToolKit，该工具中具有一套简单易用的函数工具，可帮助用户对远程数据库以及本地数据库进行快速连接，同时可以不实用SQL语句进行常用的数据库操作，从而为各种常用数据库的连接提供便利。

对于管理程序来说，包含以下功能：首先，可管理多项测试程序，确保在每个时间段至少运行一个测试程序。其次，在测量机型测试适配器中的识别电阻时，可对相应的无人机测试程序进行调用。最后，可对数据管理模块进行调用，从而打印与显示测试结果的相关数据文件。

对于无人机测试程序来说，首先，可调用相应的测试资源。其次，可针对测试流程来对不同测试项目进行测试工作。最后，可判断测试结果的正确与否，从而自动保存记录相应的测试结果。

在设计自动测试系统的过程中，可使用仪器可互换技术，一旦测试资源发生故障时，可使用同型号的测试资源对其进行代替，进而保证整个测试系统的正常工作，给予工作人员对发生故障测试资源进行修改的时间。在使用测试程序对仪器类驱动程序进行调用的过程中，可针对系统配置文件内容来对仪器可互换内核进行选择，根据相应的物理仪器驱动程序进行使用。对于示波器来说，在对测试系统中的示波器进行更换后，需要对相应的驱动程序进行重新编写，并将其在系统软件中进行更新并配置，这种方式可避免对测试程序的更改操作，具有较高的工作效率。

无人机机载设备自动测试系统的测试工作在开展过程中，第一，应对管理程序进行启动。第二，测量相应的识别电阻，对连接到测试系统的无人机信号进行判断，随后对相应的测试程序进行调用。第三，针对电缆内部的识别电阻进行检测，测试系统可对无人机机载设备的类型以及数量进行判断。第四，由测试程序对相应的指令进行发送，机载计算机在相应的工作状态下可进行多种功能的检测或自检工作，从而实现数据实时采集、通信控制以及信号交联等操作。对于没有与测试系统进行连接的无人机机载设备来说，可使用测试资源对其相应功能进行模拟。第五，可保存、显示与处理相应的测试结果。

4 结束语

对于本文所研究的无人机机载设备自动测试系统来说，具有以下几方面优势之处。首先，对于机载设备的数量要求十分灵活，可使用测试资源模拟的方式来统一实际装备信号环境以及检测设备环境。其次，该自动测试系统的使用可对其机载计算机性能进行充分发挥，还可实现自检功能，不仅可确保无人机的正常工作，还可有效提高其战斗力以及维修可靠性。最后，由于本自动测试系统拥有多种型号的机型测试适配器，因此使整体测试系统具有较高的可扩展性。总而言之，自动测试系统对于无人机机载设备来说具有十分重要的作用，可有效提高其维修可靠性。