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谈机载航空电子系统测试平台设计

2021/11/24 阅读:

摘 要:针对机载航空电子系统在进行硬件设备故障测试中出现的一些问题,设计了航空控制面板故障测试系统通用平台。利用数据信号处理、图像显示、网络交换的功能模块,使用PXI远端控制器、电子负载板串口,形成多个测试控制模块的连接,进行航空设备或功能运行的状态确认、故障问题测试与排查,并将电子设备参数、输出结果以视觉图形的方式在窗口显示,在更大范围内实现系统综合控制。仿真结果表明:航空控制面板故障测试系统通用平台更能为航空电子设备的运行提供良好保障。

关键词:机载航空电子系统;测试平台;设计;故障检测

0引言

在机载航空电子系统测试中,利用数据信号处理、图像显示、网络交换的功能模块,使用PXI远端控制器、电子负载板串口,形成多个测试控制模块的连接,进行航空设备或功能运行的状态确认、故障问题测试与排查,并将电子设备参数、输出结果以视觉图形的方式在窗口显示,在更大范围内实现系统综合控制。航空电子设备、软件控制功能的模块化结构,使得机载综合航空控制面板的故障测试系统开发设计,通常基于LabVIEW的虚拟可编程逻辑控制程序开发环境,搭建起符合多种航空电子设备测试需求的服务平台,对不同电子硬件设备、软件功能模块的工作状态,做出实时的故障监控与测试,同时使用电子负载板串口,形成多个测试控制程序的功能互联、数据共享,提升航空电子系统测试效率和精度[1-2]。

1机载航空电子系统测试平台分布式IMA架构设计

机载航空电子测试的综合模块化系统,在面对日益增多的飞机飞行、设备运行数据情况下,提出在分布式IMA架构基础上,构建系统内部的多个模块阵列和通信网络。通过基于PXI总线的集成控制单元、以太网交换网络,使得多个IMA模块独立于操作系统而存在,将单个核心处理计算机转变为多个分布式计算机系统,但不同IMA模块可以使用相同的异构计算机硬件平台,因而综合化航空电子系统的分布式IMA架构设计,可以使多种电子测试软件独立于平台硬件,适应更为复杂的、数据量更大的系统测试环境,并在减轻飞机机载平台减重、降低功耗等方面具有较大优势,有效提升了机载航空电子系统测试平台的可靠性、可维护性和可拓展性。

2机载航空电子系统测试平台的硬件设计

航空电子系统测试平台的硬件设计,通常包含被测航空控制板、PXI远端控制器、PXI机箱、电路板适配器、电源板。其中航电系统电源电路、放大器电路、D/A电路、总线电路、逻辑电路的测控模块,往往使用不同的负载电路板、数据采集卡、外接卡,进行不同电子设备硬件连接、数据信息采集。本文基于PXI远端控制器、PX总线、PXI机箱等系统硬件,进行航空电子系统程序、模块化功能的开发,系统整体硬件组成架构[3-4]如图1所示。

2.1PXI远端控制器

PXI远端控制器包括PCIe板卡、PCIex8线缆和扩展套件等组成部分,通过PXI机箱、NIMXI-4接口工具与外部设备形成连接,该控制器内部拥有一整套软件驱动程序,工作人员可以利用远程控制模块,方便对航空电子设备、软件运行情况的实时监控。在PXI远端控制器对外部设备运行控制的过程中,使用PXI总线作不同设备的地址寻址,远端控制器与各设备之间经由光纤连接,以保证系统设备运行的实时检测与控制。

2.2PXI机箱

PXI机箱为航空电子系统测试平台的封装模块,机箱内部存在4~18个插槽,主要功能在于对外NI数字采集卡、其他板卡扩展,方便根据系统内不同板卡数量的多少使用合适的插槽。在PXI机箱背板上设置由定时和按键触发按钮,用于nc电源电压、其他集成式信号的统一调节,如需在系统内部增加新功能,可将相应扩展卡插入机箱内部的特定插槽中,提高了系统硬件运行的稳定性[5]。

2.3多种板卡选型

机载航空电子系统的多种外部设备,需要不同板卡硬件与之连接,通常选取PXI6733输入/输出板卡、PXI5421信号发生器板卡、PXI-4070万用表,以及用于数字信号传输的PXI-6608计数器/定时器板卡、PXI-2530开关板卡,以及多种用于网络通信、总线连接、界面显示的板卡,如通信接口卡、总线卡、以太网卡、显示卡、映射内存卡、封工板卡等。其中PXI6733模拟输入/输出板卡包括NI-DAQ驱动程序、vo线、24位计数器、更新时钟等组成,板卡接口兼容度高,在8个传输通道的支持下,可达到8MS/s的数据传输或采样速率。信号发生器板卡是在一定频率范围内,产生与传输稳定的波形信号,最大支持512ME的数字波形采样,之后输出多种形式的波形信号,而其他板卡往往与航空电子系统的传感器、模拟设备等形成连接。

2.4主适配器/子适配器

主适配器/子适配器为航电系统重要的硬件设备之一,主要功能为将多种硬件设备资源和,与数据采集板卡、开关板卡等做统一连接。如将多种航空电子系统的硬件资源,通过继电器引脚连接到主配器、子适配器上,以便于更为高效简洁的布线、功能实现。

3机载航空电子系统测试平台的故障检测管理模式

航空电子系统测试平台的多种功能依据,确定分布式IMA可编程逻辑架构的组态软件、中间件设计方案,如结合航空电子系统的电源电路、放大器电路、电容充放电时间、D/A电路、总线电路、逻辑电路、开关量输入等的故障测试需求,建立航空电子系统的控制板故障测试平台[6]。采用航空电子系统分布式IMA架构,可以为不同模块的故障检测、管理功能实现,提供通用的硬件连通、数据信息传输接口。利用分区管理、网络管理、时间同步管理等的系统管理设计方案,可以最大程度加强系统模块工作的通信安全性、传输稳定性、管理通用性。(1)网络通信管理。通信网络为综合航空电子系统的核心,其中分布式IMA架构对系统网络传输速率提出更高的要求。因此,该航空电子系统的故障测试和排查工作执行,通常选取C/S、B/S两种远程网络通信模式,系统使用C/S网络模式,设置数据资源存放的系统服务器,或者为航空电子设备状态数据信息的上传提供通信支持。B/S模式则是采用Http协议、TCP/IP通信协议,对Web浏览器场景下的数据信息上传和处理,提供网络管理模式支持。(2)分区管理。在不同IMA模块共享计算硬件平台资源环境下,根据多种电子系统故障测试的重要度等级,设置每种应用功能的独立时间/空间分区,由核心操作系统、分布式操作系统、操作系统服务器等进行分区资源的分配,以及不同功能任务执行的合理调度、界定保护。(3)时间同步管理。为保证综合航空电子系统各测试模块的独立运行,通常在分布式IMA架构系统内,设置时间同步机制,对各模块独立计量故障测试的数据传输时间,包括惯导时间、数据链时间等做出统一协调,避免因时间延迟导致的数据传输偏差。

4机载航空电子系统平台的软件框架及功能实现

4.1航空电子系统测试平台的软件整体框架

机载航空电子系统平台的软件设计,通常选用Lab-VIEW开发平台,作为多层设备测试、图形化虚拟显示的研发平台。该软件系统由最外层至最底层,分别包括远端传输设备、显示操作界面、VI测试子程序、PXI板卡配置单元、后台数据库等组成部分[7],具体结构如图2所示。(1)显示操作界面。显示操作界面是与用户直接交互的界面,是将系统中多种电子设备参数、输出结果,以视觉图形方式展现在使用者面前。系统状态展现在工作人员的眼前,以便于操作或工作人员能够直观看到航电系统中,各项功能模块的数据传输、设备运行状态,对检测输出信号做出判断及处理。(2)VI测试子程序。该测试程序是按照一定顺序,对系统内部的复杂数据计算、设备测试做出安排的程序。如VI程序可用于数据输入/输出、功能测试结果分析等的任务的执行排序,使不同程序有规律的工作。(3)PXI板卡配置单元。机载航空电子系统平台的不同软件功能模块,都基于NI板卡驱动程序进行运行。在航空电子系统控制面板进行加电测试后,多个PXI板卡配置单元结合,便产生虚拟的OA/AO输入信号。之后负载电路板将控制信号指令,经由RS-232C串行接口传送给测试设备,进行不同设备的测试工作。

4.2系统软件测试程序的设计与实现

机载航空电子系统的故障问题测试程序,就是把系统所需的信号,经信号发生器输入到航空控制面板中,经过数据采集卡将航空控制面板输出的信号进行采集,并将数据传输到数据库内,与系统数据进行对比。本文使用LabVIEW软件完成上位机监控、测试程序的开发,PXI总线、光纤通信设备负责将以太网中的设备故障信息,传输至PXI远端控制器,再由信号添加模块、信号测量模块、测试结果处理模块等功能模块,对系统内软硬件故障作出检测,具体测试流程如下:(1)调用AO_GND.vi指令,查询底层驱动程序数据库后,调用NI-SWITCH开关;(2)调用AI_4070_ACIDC.vi指令,通过继电器引脚及测试类型查找数据库,得到引脚对应的动作开关,调用NI-DMM模块实现对引脚测量;(3)结束测试,调用Stop_DA.v断开测试时闭合开关;(4)故障查询,将测试结果保存到系统数据中,再调用子VI程序进行其他故障定位、测试操作。

5结语

在机载航空电子系统测试中,利用数据信号处理、图像显示、网络交换的功能模块,使用PXI远端控制器、电子负载板串口,形成多个测试控制模块的连接,进行航空设备或功能运行的状态确认、故障问题测试与排查,并将电子设备参数、输出结果以视觉图形的方式在窗口显示,在更大范围内实现系统综合控制。

作者:文其龙 单位:贵州贵飞飞机设计研究有限公司

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