浅谈一种塔康自动测试系统的设计研究

2024-03-10胡秋萍

中国设备工程 2024年4期

胡秋萍

（国营芜湖机械厂，安徽芜湖 241007）

1 前言

某型塔康系统用于接收塔康地面信标台辐射的信号，能连续测量飞机相对塔康信标台的方位、距离，产品内部互相配套工作，完成空／空测距；产品与信标台站间相互配合，通过询问和接收应答信号，经过精密处理，完成飞机到地面台距离的精密测量，保证驾驶员根据该精确距离和微波着陆设备提供的航向道、下滑道数据，操纵飞机安全着陆。

某型塔康自动测试系统的主要任务是：（1）实现某型塔康性能指标测试标准化、系统化、自动化；（2）提高某型塔康性能指标和功能指标的测试覆盖性；（3）能满足某型塔康性能及功能指标全自动测试的需求；（4）技术指标的自动化测试分析，获得自动测试、数据采集、测试分析能力。

某型塔康测试项目多、测试时间长，为了满足其性能快速、精确测试的需求，需要构建一套由测试设备及控制软件组成的自动测试系统（以下简称自动测试系统）。自动测试系统主要用于在室内检测条件下，利用主控计算机测试软件控制模拟器、适配器、程控电源等设备，对某型塔康的各项性能指标进行准确测试，并根据测试结果判定某型塔康指标是否满足技术要求，该自动测试系统可用于某型塔康的性能指标的自动化测试及诊断，同时具备对被测产品的状态控制功能和状态监控功能。

该自动测试系统通过对主控计算机、塔康/精密测距模拟器（以下简称模拟器）、程控电源、频谱以及自主研发的内部集成ARINC429 板卡、1553B 板卡、音频采集卡及串口采集设备的适配器的合理配置，利用专业编程软件开发的配套自动测试系统控制软件，可实现某型塔康性能参数的全自动测试，从而提高测试效率。通过全面收集测试过程中的被测设备的功能性能指标信息，来进行产品功能性能评价，为某型塔康的综合评估提供技术支撑工具与基础数据。自动测试系统组成框图如图1 所示。

图1 自动测试系统组成框图

自动测试系统硬件部分由适配器、模拟器、电缆等组成，一方面通过专用的接口，可以和模拟器、被测设备、计算机等进行物理连接；另一方面，通过测试计算机，可以发送指令，控制模拟器产生激励源，监控被测设备状态。

自动测试系统软件部分需要满足塔康功能性能指标的自动测试、测试数据存储；同时需要具有良好的扩展性和适配性，从而支持后续机型等的测试需求。

2 自动测试系统硬件设计

本测试系统主要用于某型塔康的自动化测试，按照被测接塔康相关参数的测试原理及实际测试需求，根据对某型塔康的可测性研究与分析以及自动化测试系统的技术发展趋势和设计实现方法，基于“核心测试设备+主控计算机+测试应用开发”的总体技术方案完成设计与实现，并在此基础上构建自动测试系统的总体通用体系架构。测试系统具有使用便捷、可靠性好、安全性高、测试精度高及可扩展性等技术特点。自动测试系统总体架构如图2 所示。

图2 自动测试系统总体架构

2.1 工作原理

自动测试系统采用标准化设计，用于某型塔康常温条件下全参数及特定参数指标测试。自动测试系统的工作原理框图如图3 所示。

图3 自动测试系统工作原理框图

自动测试系统在原理上可划分为测控单元、激励单元、电源单元、数据通讯单元和接口适配单元。测控单元完成被测航电设备测试中的组织管理、测试任务的调度、测试结果的判读；激励单元负责提供塔康设备运行所需的激励信号；电源单元为被测设备提供直流28V 和交流115V 工作电压；数据通信单元负责对塔康输出的ARINC429 总线/1553B 总线数据的采集；适配单元负责接口适配与信号调理及音频采集；测控单元，控制激励单元给设备加载激励(或输入)信号，测控单元控制塔康设备的工作状态，同时通过数据通信单元获得当前塔康工作状态和相应的工作数据，从而达到对塔康的测试目的；测试过程中数据监控单元监控过程数据；自动测试系统中涉及的所有采集与控制模块均支持远程控制，因此，整套系统具备自动测试条件，系统主要功能部分工作过程如下。

（1）设备的供电。2 台程控直流为设备通过直流28V 和交流115V 电源，使被测设备处于稳定工作状态。

（2）射频信号的提供。模拟器受自动测试软件控制，实现工作频率及射频输出，传输至被测设备的射频端口。

（3）低频信号的控制与采集。数据采集部分受自动测试软件控制，实现ARINC429、1553B、422 接口的控制与采集，数据直接保存至工控机硬盘。

（4）自动测试软件采用多线程编程方式，能够实现被测设备各个参数测试及数据采集存储。

（5）远端电压监控。自动测试软件通过USB 总线实现对模拟采集单元的控制，模拟采集单元测试端位于被测设备供电接口，能够真实采集被测接收机供电端口的实际供电数值。

2.2 系统硬件方案

自动测试系统硬件方案主要内容分为专用测试设备、通用测试设备及系统附件等部分。硬件组成框图如图4 所示。

图4 自动测试系统硬件组成框图

3 自动测试系统软件设计

自动测试系统软件方案主要内容分为测试系统操作员界面、测试系统管理、测试序列、校准、报表处理等部分。软件组成框图如图5 所示。

图5 自动测试系统软件组成框图

3.1 操作员界面

测试系统操作员界面是自动测试系统的人机交互界面，可利用Microsoft Visual Stdio 2010 中的Visual C#开发，测试系统操作员主界面示意图如图6所示。

图6 测试系统操作员主界面示意图

3.2 测试系统管理

测试系统管理主要利用NIMAX 工具对自动化测试系统相关的硬件设备资源和软件资源进行管理。

设备管理主要为测试系统提供设备硬件信息及控制信息统计功能。系统中设备受控主要依赖与之对应的程控地址，程控地址为设备唯一标识，设备管理功能实现设备硬件名称、型号、程控地址、驱动前缀、驱动路径等信息收集与保存，将硬件名称与程控信息绑定，为外部调用提供可互换性设计。

自动测试软件控制系统设备时，将由设备管理存储信息中调用控制句柄，实现控制信息与控制流程分离，用以达到互换设备后不影响数据采集功能实现的要求。设备管理功能原理框图如图7 所示。

图7 设备管理功能原理框图

自动测试系统软件设备管理功能工作流程如图8所示。

图8 自动测试软件设备管理功能工作流程图

自动测试系统软件测试任务执行时，需要加载测试项目所依赖的测试设备管理信息，并以逻辑资源名称形式覆盖测试项目包含的所有测试用例，调用测试资源服务管理器文件中的逻辑资源名称，从而绑定对应的测试仪器，实现测试仪器的远程控制。

自动测试系统软件执行数据采集前，软件将自动加载设备管理功能中所有设备信息，根据采集对象选择对应测试设备，加载控制信息，生成控制句柄，测试流程中根据控制句柄对采集设备进行设置与读取，从而获得采集数据，原始数据及经运算后数据保存至数据库，软件程序释放控制句柄，资源得到释放后结束测试流程。系统管理示意图如图9 所示。

图9 系统管理示意图

其中，数据与资源管理是系统管理的主要内容，分为测试数据管理、测试资源管理器、插件库编辑器、校准数据编辑器、仪器或设备驱动管理等。

（1）软件平台提供多种数据管理方式，主要有两种，一种是Word 或Excel 测试报表；另一种是SQL 数据库的测试数据管理。测试系统的测试报表采用Word 文档形式实现。

（2）软件提供的测试资源管理器用于配置和组织测试系统的硬件资源和软件资源。

（3）软件提供的插件库编辑器用于将测试系统专用插件添加进入软件。

（4）仪器或设备驱动管理用于管理仪器或设备的IVI-C、IVI-COM 或其他软件形式的驱动程序管理。

3.3 设备远控

自动测试系统软件支持LAN、USB 和COM 通信协议，并可扩展后支持GPIB 等通信协议控制，支持通用测试仪器LAN（TCP/IP）接口控制，支持定制设备LAN（TCP/IP、SOCKET、UDP 等）、USB 及COM（RS-232、RS-422、RS-485 等）接口。自动测试系统控制总线组成及工作原理如图10 所示。

图10 某型塔康自动测试系统控制总线工作原理

现如今主流测试仪器仪表发展迅速，LAN 端口的普及使得通用测试仪器厂商纷纷将外部控制接口设计为通用LAN 端口，本系统所选型仪器均支持LAN 控制接口，用交换机方式即可完成LAN 总线搭建，经济、耐用、易维护、速度快成为其主要优点。同样，定制设备以USB和COM 端口较为常见，通用性强，维护成本低，本系统涉及定制设备均支持USB 或COM 控制接口。

3.4 测试流程

测试时，用户输入用户名和产品序列号，可以选择全选和自选测试项进行测试，然后点击开始测试，自动测试系统将按照既定流程完成测试，并生成测试报表，测试流程示意图如图11 所示。

图11 某型塔康自动测试测试流程示意图

3.5 测试序列

测试序列即测试流程的程序化实现，将测试规范规定的测试流程转化为程序式的测试序列文件，即可完成测试项目的自动化执行。

自动测试系统软件将测试序列的开发方式由编码型转变为插件组装型，用户只需从插件库中拖放所需插件并组装它们即可快速完成测试序列的开发。

测试序列编辑器，能够可视化完成测试序列的编辑；测试序列执行器，能够可视化完成测试序列的执行，在该程序中，能够自主选择测试项目执行的数量及组合，并能够实时观看测试流程执行的过程及运行位置，测试完成后，可查看原始数据、测试结果、测试报表、测试图表等测试信息，是平台自带的全数据查看及项目管理综合程序。

3.6 数据库及数据上传设计

（1）数据库设计。自动测试系统具备本地数据库，本地数据库用于测试数据的本地存储，是自动测试软件收集后数据的直接交互端，方便数据本地存储、调用。

工控机本地具备两种数据库，分别是软件平台数据库、本地专用数据库；软件平台数据库属于软件平台本身自带的服务，平台软件数据库属于平台固有产物，与其他数据库不冲突。本地专用数据库是为自动测试系统专门建立，存储系统测试生成的原始测试数据、测试结果、测试报表等测试数据。本地专用数据库数据表包含测试报告表(tb_TestReport)和测试源数据表(tb_DataSource)。

（2）数据上传设计。除本地数据库外，自动测试软件还具备专用数据接口，为外部数据库（公司、公用）提供数据上传服务，该项服务可通过两种方式实现，实现方式如下：原始上传；定制上传。

原始上传即自动测试软件将测试数据根据本地专用数据库的字段信息生成数据包上传外部数据库，接收方负责对数据包进行接收、解析、本地存储，从而实现数据的外部上传。

定制上传即自动测试软件根据外部数据库字段信息，将本地测试数据重新按字段进行排列，生成符合外部数据库存储格式的数据包，接收方接收数据包后，按固定格式进行解析并存入数据库，从而实现数据的外部上传。

自动测试系统自动测试软件能够根据用户要求提供数据上传服务，且不局限于以上两种，具体实现方式，可在项目实施过程中进行适应性修改，最终建设目标是建立一种最优的数据上传方式。自动测试系统数据存储原理如图12 所示。

图12 数据管理工作原理框图

3.7 报表处理

自动测试系统的测试结果报表可利用软件平台的插件库中的“微软办公软件报告生成器插件”编制，其中包含“Word 报表插件”和“Excel 报表插件”，便于根据需求定制标准的Word 或Excel 报表文档，用于测试完成后直接存档或打印。测试系统通过测试报表序列将测试结果根据相应的Word 模板写入Word 文档中。