飞机便携式外场测试系统体系结构研究
(中航第一集团公司第634研究所，北京 100022)王 红 朱永波杨占才 张梅菊 刘 英
摘 要：首先给出了便携式外场测试系统的体系结构，然后分别介绍了测试系统硬件平台的构建、测试系统软件平台的构建，最后给出了硬件系统及软件系统各组成模块的功能描述。
关键词：便携式；外场测试；体系结构；专家诊断
Abstract: Firstly, the system structure for
portable line test system is introduced, then the
designs of the hardware system and system software are described. Lastly, the
module functions of the hardware and software system are presented.
Key words: portable; line test; system structure; expert diagnosis
为提高军用飞机的战斗适用性，降低地面测试系统的复杂性和费用投入，上世纪70年代中期以来，美国的各主要战机均采用了BIT（built in test）技术，提高了故障检测及隔离精度要求，扩大了测试范围，增加了数据记录及自动恢复能力，减少了地面保障设备的要求。但是，由于机内测试设备（BITE）受规模和测试时间的制约，同时，由于BIT一般只进行独立的自检性测试，无法与其他设备一起进行子系统级、系统级的检测和诊断等原因，BIT存在较严重的虚警问题，不能复现（CND）和再检正常（RTOK）问题多年来一直困扰着美国空军，而且随着航空电子系统的复杂性增加，这个问题表现得越来越突出。不必要的LRU（现场可更换单元）拆卸增加了后勤保障系统的负担，同时也增加了飞机出故障的可能性，降低了飞机的作战适用性。BIT的虚警问题成为现役复杂武器系统战备完好性差、使用和保障费用高的主要因素。显然，仅仅依靠BIT进行外场测试的方法存在明显的缺陷。
为了改善这种状况，美国空军开始大力发展便携式外场测试系统，在地面对飞机进行辅助测试，以弥补BIT的缺陷。便携式外场测试系统的使用提高了美军外场测试的准确性，减少了外场错误拆卸，不仅大大降低了保障维护费用，还大幅度地降低了外场测试工作的劳动强度和对外场人员的技术要求，经济效益非常明显。
我国航空武器装备从上世纪80年代开始逐渐将测试性要求纳入装备研制要求当中，上世纪80年代后期，BIT技术的发展及应用进入新的阶段。目前新一代航空电子设备及电源设备均采用了BIT设计，并取得初步成果。但是，由于我国缺少开展测试性、可靠性及维修性工作的经验，大多数BIT系统功能设计简单，导致BIT系统的故障覆盖率、隔离度不高，同时也存在因虚警率高而造成大量误拆好设备的问题，严重影响飞机的战备完好性。美国昨天的问题可能就是我们今天和明天的问题，对BIT的虚警应引起足够的重视。在测试领域中大力开展便携式外场测试系统的研究和研制，辅助机内测试，提高外场测试效率和效能，以期在最短的时间内准确地将故障隔离到LRU,是十分必要的。
1 测试系统体系结构
根据项目研究的要求，本系统应是一个模块化设计，符合工业标准，有良好的通用性，便于扩展和升级的自动化测试系统。系统采用基于PXI先进总线结构的测试平台，开放式系统，可满足我国飞机外场测试及发动机各种测试要求。
便携式外场测试系统的主要任务是辅助BIT解决机载设备的故障诊断问题。它可以通过从BIT、1553B总线、机上测试点等多个来源获取数据，对航电设备、非航电设备进行测试诊断，将故障隔离到LRU。对于挂在1553B总线上的电子设备，便携式外场测试系统可通过1553B接口与其相连，运行测试程序，对各电子设备进行故障诊断测试。机上电子设备如有RS-232接口（如计算机），也可通过RS-232电缆与测试系统通信。对飞机上不易拆卸的子系统，便携式外场测试系统还可以通过机上预留的测试点对飞机进行原位检测，将某些部件运动过程中或极限状态下测得的数据与设计数据或记录数据进行比较，判断部件状态是否完好。图1所示为便携式外场测试系统与飞机航电设备连接示意图。
图1 便携式外场测试系统与飞机航电设备连接示意图
所示为便携式外场测试系统体系结构示意图。系统包括模块化测试硬件和软件。硬件部分采用PXI模块化结构形式，而软件部分包括测试软件和专家诊断软件，采用基于COM组件技术进行开发。
图2 便携式外场测试系统体系结构示意图
2 测试系统硬件平台的构建
所开发的系统以PXI总线便携式机箱（含嵌入式计算机）为主体，根据不同试验，选配不同采集、控制模块；软件集成为统一的整体，为不同试验提供不同选项。
2.1 系统硬件配置
系统采用航空军标级的便携式加固PXI测试系统，集成了加固性、便携性、扩展性的特点，并配置大功率后备电源，适合于飞机外场级测试。测试系统可通过Modem与远程维修中心（站）组成维修局域网，以达到维修资源共享的目的，获得历史记录数据，辅助故障诊断。
硬件配置：PXI机箱(备有RS-232接口)、零槽控制器、便携式加固笔记本电脑、后备电源、PXI-1553B接口模块、信号调理机箱、信号调理模块（测发动机）、12位 A/D 采集模板及其他备选模板。图3所示为PXI便携式外场测试系统硬件平台总体结构图。
PXI 便携式外场测试系统硬件平台总体结构图
便携式加固笔记本电脑拟选择采取一系列加固防水处理措施，有很强的抗恶劣环境能力，体积小、重量轻、便于携带，并配有RS-232接口的产品。
2.2 系统硬件功能
系统主要包括外置主控计算机、PXI-1553B接口转换模块、PXI总线仪器模块、信号调理模块及前端传感器等，共同使自动测试系统具有激励、信号采集及数据处理等能力。
外置式主控计算机是整个测试系统的控制中心，完成仪器自检、复位及测试流程的控制、数据采集及处理功能。PXI总线部分通过PXI总线完成主控计算机同PXI测试设备及各仪器的通信。PXI-1553B接口模块主要完成PXI总线与机载MIL_STD_1553B总线的转接工作，与1553B总线挂接的各类机载电子设备进行通信，完成对电子设备的自检、诊断，并能够将自检结果上传至主控计算机，以便进一步的分析。PXI总线仪器包括12位A/D采集模块，主要完成对机上发动机预留测试点的测试工作。信号调理模块主要完成对从传感器传来的信号进行放大、滤波、整形等预处理工作。
3 测试系统软件平台的构建
所研制的PXI外场测试系统，利用各类检测模块的互换，通过硬件模块自检、初始化，能够自动识别硬件功能，并能启动相应的软件接口，进而完成相应的检测、分析、诊断等功能。通过本套系统，既可通过1553B接口模块对航空电子设备进行自检测试、诊断测试，也可以下载1553B数据、BIT数据对各电子模块进行分析诊断，同时也可在外场对发动机上预留的测试点进行测试，检查发动机的性能是否能够满足飞行要求，也可与无损检测装置共享数据，对其进行深入分析，得到精确的检测结果。
便携式测试和诊断系统的系统软件和应用软件开发平台均可采用商用的货架产品，操作系统采用Windows 2000/NT/XP，开发平台采用LabWindows/CVI和Visual C++。
便携式外场测试系统主要包括两大子系统：测试子系统和专家诊断子系统。
测试系统包括的主要模块有：用户管理、资源配置、通道配置、通道校准、显示配置、自检初始化、数据下载、图形显示、通信管理、试验控制、试验日志、专家诊断、试验回放、数据处理及报表生成。
专家诊断模块采用两种诊断方式：自动诊断和人机交互诊断。诊断过程包括原始数据获取、信号分析、特征提取、故障推理诊断、给出诊断报告等几部分。
3.1 测试系统体系结构
根据模块化、通用化这一设计思想，提出和开发了一种基于COM组件技术的通用测试软件，各类模块可以随意增减，提高了软件的通用性、可移植性。
测试软件的整体结构图如图4所示：
图4 便携式外场测试系统软件平台总体结构图
3.2 测试系统模块功能
测试系统软件主要由4大模块构成，即用户管理模块、试验管理模块、试验运行模块及事后处理模块，各模块又包括若干子模块。便携式外场测试系统模块功能结构如图5所示。
图5 便携式外场测试系统软件模块功能结构图
各模块功能简要说明如下：
用户管理：完成对进入系统的操作员进行身份检查，并提供编辑和管理用户的功能。
资源配置：完成测试系统所有硬件模块的组态，使硬件模块与驱动软件相互匹配。
通道配置：完成对1553B接口、RS-232及各种原位检测数据接口通道的参数配置。
通道校准：利用测试系统的数采硬件对通道进行校准和标定，采用软件实现数据的处理、记录，并拟合成曲线，然后根据标定的数据记录并存放，供采集系统进行工程量转换时使用。
显示配置：负责各逻辑通道与显示控件匹配，使控件显示相应的逻辑通道数据。
自检初始化：系统调用硬件自检程序，检测系统当前所配置的模块，并检查其工作是否正常；也可初始化软件所需的变量、常量及默认配置信息。
数据下载：完成对1553B、BIT下载数据及原位检测数据的获取。
图形显示：负责将实时采集、下载的数据显示在相应的数字控件和图形控件中。
通信管理：负责人机接口与各硬件模块之间的通信以及通过Modem与专家建立连接。
试验控制：负责按照系统的试验控制流程进行试验，防止意外情况发生。
试验日志：负责记录试验过程中的所有操作，按照“操作时间＋操作方式”的格式进行存储，以备用户事后查看。
专家诊断：将采集的数据进行实时分析，提取故障特征，不断调用专家知识库中的知识，判断有无故障发生。
试验回放：在试验结束后，对存储的1553B、BIT及原位检测数据进行显示。
数据处理：完成对测试数据的时域分析、频域分析等功能。
报表生成：在试验结束后，将存储的1553B、BIT及原位检测数据生成报表及打印报表。
4 结束语
该系统以PXI总线、便携式机箱为主体，根据不同试验可以选配不同采集、控制模块；软件集成为统一的整体，为不同试验提供不同的软件模块，便于系统扩展和升级。本系统操作简单、可扩展性强、实用可靠，基本满足了航空地勤人员对飞机航空电子系统测试诊断的需求。
本研究的目的是结合当前便携式测试技术的国际、国内发展情况及国内对该系统的实际要求，研究便携式外场测试系统的体系结构和相关技术，为缩小与世界先进国家的差距，满足我国武器保障系统的需求奠定技术基础。通过对便携式外场测试系统体系结构的研究，对我国便携式外场测试系统的研究方法及其关键技术的解决具有重要的指导意义和参考价值。
参考文献：
[1]张毅,王红,朱永波,杨占才.一个基于神经网络故障诊断专家系统研究[J].测控技术,2004,23(11)
[2]梁四洋,崔少辉.基于VXI总线的电子装备自动测试系统研究[J].武器装备自动化,2003,22(1)
[3]李杰,马建国,李群山.基于PXI总线的分布式网络化测控系统[J].计算机测量与控制.2003, 11(6)
作者简介：
王 红，主要从事自动测试设备（ATE）研究及测控系统开发工作
朱永波，主要从事发动机测试、信号处理及测控系统集成工作
杨占才，主要从事发动机测试、PLC控制系统开发及飞机综合诊断方面的研究工作
张梅菊，主要从事VXI总线数据采集模块产品的开发工作
刘 英，主要从事PXI总线模块的产品开发工作
