基于民用飛機航電綜合驗證平臺的架構(gòu)研究

趙永紅　石磊　譚大維

摘 要

以航電系統(tǒng)技術現(xiàn)狀為背景，從平臺的需求分析、組成架構(gòu)兩方面出發(fā)，并結(jié)合國內(nèi)TA600飛機航電試驗平臺的建設情況，對民用飛機航電綜合驗證平臺的架構(gòu)進行了剖析。

【關鍵詞】航電系統(tǒng)綜合驗證故障注入

1 引言

隨著電子技術的飛速發(fā)展，航電系統(tǒng)的成本在飛機上所占的比重逐步上升，對航電系統(tǒng)設計在安全性、可靠性、維修性、測試性等方面提出的要求也越來越苛刻，僅通過局部改進或優(yōu)化已難以滿足這種苛刻的要求。

通過航電綜合驗證平臺的引入，全面考核所涉及到航電、非航電眾多專業(yè)和系統(tǒng)，并根據(jù)各系統(tǒng)、各專業(yè)之間相互關聯(lián)的特性，設計規(guī)范的測試進程，在進行機上地面試驗之前，對航電系統(tǒng)進行大量的試驗、分析、比對，通過多輪從簡至繁的設計、驗證循環(huán)迭代，提高設計效率和質(zhì)量，確保系統(tǒng)的設計完善、最優(yōu)。

2 航電綜合驗證平臺架構(gòu)分析

2.1 需求分析

航電系統(tǒng)驗證試驗通常采用增量式集成測試策略，從設備集成測試開始，逐步進行分系統(tǒng)級、系統(tǒng)級、飛機級的集成測試。通過這種增量式集成測試的策略，使得每一次測試的關注點從設備級的需求逐步轉(zhuǎn)移到最終的整體性功能需求，使得不同層級的問題在集成測試過程中都能得到充分暴露，確保最終整體系統(tǒng)測試的順利完成。

因此航電綜合驗證平臺應完成以下幾個方面的測試。

（1）靜態(tài)測試。對于設備級的驗證試驗，需要參照需求分析和功能描述文檔，按照其中對系統(tǒng)總體及設備的要求，逐條設計激勵-響應式的測試用例，通過靜態(tài)測試的方法為待測設備提供激勵信號，觸發(fā)其內(nèi)部的一系列運算、狀態(tài)切換或數(shù)據(jù)傳遞，最后對其響應結(jié)果進行采集或測量，并與期望的響應進行比對，以得出測試的結(jié)論。

（2）動態(tài)測試。對于系統(tǒng)級或者飛機級的試驗，不僅需要全面考核航電系統(tǒng)在實際飛行任務環(huán)境下的工作情況，還需要綜合考察航電系統(tǒng)在各類故障模式下的處理方式，因此需要采用動態(tài)綜合測試的方法，通過飛行仿真模型及故障注入方式提供試驗所需的參數(shù)來實現(xiàn)系統(tǒng)聯(lián)試。

（3）自動化測試。為了提高系統(tǒng)測試效率，減低人力和時間成本，在航電綜合驗證平臺內(nèi)引入自動化測試，使得自動化測試與手工測試完美結(jié)合，在測試質(zhì)量保證的前提下獲得最高效益。

2.2 組成架構(gòu)

航電綜合驗證平臺通過半物理仿真、全實物聯(lián)試兩種測試手段，提供激勵航電LRU工作的環(huán)境，重點是驗證航電LRU軟硬件環(huán)境的匹配情況、航電LRU間接口的匹配情況、航電與非航電系統(tǒng)間的交聯(lián)邏輯關系，考核航電系統(tǒng)的設計符合性。平臺包括綜合仿真系統(tǒng)、故障注入系統(tǒng)、接口管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、測試管理系統(tǒng)、試驗配電系統(tǒng)、實時數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)及其他相關環(huán)境。

2.2.1 試驗總控系統(tǒng)

總控系統(tǒng)包括實時數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)、測試管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，是整個驗證平臺的核心，通過集成各類高性能軟件，對試驗平臺進行設定、配置、調(diào)度和管理，對試驗任務進行規(guī)劃和設定，對試驗過程進行監(jiān)控，并對試驗結(jié)果進行分析。

2.2.1.1 實時數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)

實時數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)是整個航電綜合驗證平臺的中樞，以配置的狀態(tài)、數(shù)據(jù)包等為橋梁，以可視化、易操作的人機界面為手段，按配置的ICD、NCD傳輸周期為條件，實現(xiàn)試驗設備與被測設備的邏輯連接，形成整個試驗平臺的總體調(diào)度，完成綜合驗證平臺及航電被測設備之間實時數(shù)據(jù)的交互和控制，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的集成和協(xié)作處理，主要完成以下三部分功能：

（1）系統(tǒng)初始化。按照系統(tǒng)試驗需求，在人機操作界面上對整個試驗環(huán)境進行配置，主要包括試驗系統(tǒng)構(gòu)型、試驗任務規(guī)劃、航電設備通信數(shù)據(jù)、飛行環(huán)境初始化數(shù)據(jù)等內(nèi)容的配置。

（2）人機交互控制。通過人機操作界面，完成上位機軟件與試驗人員之間的數(shù)據(jù)/指令的交互，顯示必要的運行數(shù)據(jù)，接收試驗的控制指令，并將指令傳遞給實時調(diào)度模塊執(zhí)行。

（3）試驗實時調(diào)度。根據(jù)試驗任務規(guī)劃，操作多項上位機軟件，啟動多個不同優(yōu)先級的測試進程，并管理這些測試進程的調(diào)度，控制接口通信，為測試任務提供數(shù)據(jù)，保證各測試任務能按規(guī)劃正常啟動、運行和結(jié)束。

2.2.1.2 測試管理系統(tǒng)

測試管理系統(tǒng)是以航電系統(tǒng)頂層需求為來源，通過可視化測試腳本的編輯，按需求編寫測試用例，定量的、完整的完成對整個航電系統(tǒng)的測試規(guī)劃、管理、運行、記錄及自動生成測試報表，實現(xiàn)有效的、高質(zhì)量的航電驗證、分析，主要實現(xiàn)以下兩部分功能：

（1）手動測試。測試人員按照一定的操作流程，控制模擬座艙內(nèi)的各種按鍵、旋鈕等，通過實時數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)與被測系統(tǒng)/設備進行通訊，手動進行測試操作。

（2）自動測試。測試人員通過測試管理系統(tǒng)內(nèi)的測試編輯器可以重新建立測試內(nèi)容，也可以修改早期的測試流程，完成新測試腳本的編譯，最終將測試腳本組織成測試任務的形式執(zhí)行。測試人員只需調(diào)用預先制定的測試任務，自動執(zhí)行測試進程即可。

2.2.1.3 數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)

數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)是以用戶定義的ICD、NCD、過程設計等需求為依據(jù)，通過測試用例、仿真模型對航電系統(tǒng)仿真、試驗等過程中的數(shù)據(jù)進行監(jiān)視、分析、存儲、回放等處理，完成對航電系統(tǒng)通訊數(shù)據(jù)的分析與評判，主要包括以下三部分內(nèi)容：

（1）數(shù)據(jù)測試分析。主要將仿真、測試過程中的數(shù)據(jù)按照ICD、NCD中規(guī)定的格式進行測試、分析，用于實時的顯示、記錄和分析。

（2）數(shù)據(jù)采集記錄。主要對試驗數(shù)據(jù)按照設定的格式進行存儲記錄，如記錄數(shù)據(jù)的類型、數(shù)值、記錄條件、起始和終止時間等，可以用于系統(tǒng)/設備的回歸測試等。

（3）數(shù)據(jù)統(tǒng)一時標。主要對試驗過程中數(shù)據(jù)的通訊或記錄采用統(tǒng)一的時間軸，以保證對各類相關試驗數(shù)據(jù)進行分析時的合理性。endprint

（4）數(shù)據(jù)回放查看。主要是針對存儲的歷史試驗數(shù)據(jù)，根據(jù)試驗情況有選擇的對其進行解析、顯示，輔助試驗人員進行事后分析。

2.2.2 綜合仿真系統(tǒng)

綜合仿真系統(tǒng)為航電綜合驗證平臺提供一個通用的模擬環(huán)境，其中既可以運行各子系統(tǒng)/設備的機載軟件，也可以通過擴展的接口程序運行仿真模型，包括以下兩部分內(nèi)容：

（1）航電系統(tǒng)的數(shù)字仿真。主要包括航電系統(tǒng)各分系統(tǒng)/設備的機載軟件或仿真模型（包括系統(tǒng)/設備內(nèi)部的綜合處理邏輯、數(shù)據(jù)傳輸接口等內(nèi)容的仿真）；

（2）航電系統(tǒng)的環(huán)境仿真。主要包括支持航電系統(tǒng)工作的環(huán)境仿真軟件（如：飛機的運動仿真；發(fā)動機、飛行控制、燃油等非航電系統(tǒng)的仿真；大氣、地形、導航臺等物理環(huán)境的仿真；視景仿真等）。

2.2.3 接口管理系統(tǒng)

接口管理系統(tǒng)主要為航電系統(tǒng)綜合驗證平臺提供航電接口支持。通過接口管理系統(tǒng)可以使將各模擬系統(tǒng)、外圍仿真器、待測設備等按設計要求進行交聯(lián)，從而構(gòu)建一個半實物、實物的或多系統(tǒng)聯(lián)合的綜合驗證平臺，主要包括以下四部分內(nèi)容：

（1）配線矩陣。通過被測系統(tǒng)配線矩陣的控制，可實現(xiàn)被測系統(tǒng)仿真模型與真實設備之間的切換，從而決定整個平臺的構(gòu)型，實現(xiàn)航電系統(tǒng)從數(shù)字仿真到半實物仿真的平滑過渡。

（2）數(shù)據(jù)I/O接口。通過被測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)I/O接口，為航電系統(tǒng)的仿真模型提供數(shù)據(jù)交互的硬件接口資源和中間服務，完成航電系統(tǒng)半實物仿真，并支持航電系統(tǒng)的開環(huán)測試和接口數(shù)據(jù)采集。

（3）測試接口。通過被測系統(tǒng)的測試口，接入第三方測試工具，可實現(xiàn)被測設備通信數(shù)據(jù)的監(jiān)視及故障狀態(tài)的注入，完成整個航電系統(tǒng)某些重要設備通信數(shù)據(jù)的測試。

（4）對外交聯(lián)接口。通過平臺對外交聯(lián)接口，實現(xiàn)航電綜合驗證平臺與其他系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)交互，輔助完成飛機級的交聯(lián)試驗。

2.2.4 故障注入系統(tǒng)

故障注入系統(tǒng)為航電綜合驗證平臺各待測設備提供任意的軟性和硬性的故障注入，檢測航電系統(tǒng)在預期故障狀態(tài)下的處理情況，驗證整個航電系統(tǒng)的健壯性、可靠性、安全性，其中：

（1）軟性故障注入。上位機軟件模擬實際系統(tǒng)中可能產(chǎn)生的故障現(xiàn)象，通過實時數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)，間接的與接口管理系統(tǒng)交聯(lián)，使故障模擬信號與仿真模型/待測設備的輸入信號進行疊加。

（2）硬件故障注入。外圍測試工具對某些通信鏈路提供多種故障信號，直接與接口管理系統(tǒng)交聯(lián)，使故障輸入信號與仿真模型/待測設備的輸入信號進行疊加。

2.2.5 試驗配電系統(tǒng)

試驗配電系統(tǒng)負責為整個航電試驗中參試的真件設備、試驗設備提供統(tǒng)一的電源支持，并實現(xiàn)對配電系統(tǒng)的模擬和電源管理（如進行電源的通斷控制）等。

為便于試驗操作，航電綜合驗證平臺提供硬件操作和軟件控制兩種方式，實現(xiàn)配電系統(tǒng)的本地或遠程的電源管理。

2.2.6 其他輔助系統(tǒng)

由于在地面綜合驗證試驗階段，要求航電綜合驗證平臺能夠逼真的模擬被測設備的飛行環(huán)境，并且能夠?qū)崟r的接收其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸入，同時在將這些內(nèi)容經(jīng)過綜合處理后，輸出被測設備所需的激勵信息，來驅(qū)動被測設備工作。

為滿足試驗對環(huán)境仿真的要求，可以增強綜合仿真系統(tǒng)環(huán)境仿真部分的功能，集成所有飛機運動狀態(tài)、物理環(huán)境、非航電等方面的仿真；或者通過接口管理系統(tǒng)接入其他輔助系統(tǒng)，采用相對獨立的環(huán)境仿真系統(tǒng)（如：視景系統(tǒng)、激勵系統(tǒng)等），來實現(xiàn)航電系統(tǒng)自動的、實時的、全面的閉環(huán)測試。

3 工程應用

3.1 試驗室簡介

TA600飛機的航電系統(tǒng)綜合驗證平臺是在仿真的基礎上，通過仿真件與真件的切換逐步完成兩大飛機級功能性試驗：航電系統(tǒng)試驗、航電系統(tǒng)與非航電系統(tǒng)的MINI-RIG聯(lián)試。綜合驗證平臺主要由主控臺、模擬座艙、綜合機柜組成，其效果如圖1所示。

3.2 驗證平臺組成

3.2.1 主控臺

主控臺采用開放式控制平臺，用于部署工作站和上位機應用軟件供試驗人員使用。上位機軟件用于試驗資源的統(tǒng)一管理，包括：試驗總控系統(tǒng)、綜合仿真系統(tǒng)、接口管理系統(tǒng)、故障注入系統(tǒng)、試驗配電系統(tǒng)相關的試驗資源。在試驗開始前，通過應用軟件對整個試驗環(huán)境進行配置，并向各試驗設備發(fā)送控制指令，設置試驗參數(shù)；在試驗過程中，對試驗進程進行控制，并對個模型的運行情況和設備間的接口數(shù)據(jù)進行監(jiān)控，同時支持故障注入或靜態(tài)測試等試驗；在試驗完成后，對試驗過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一存儲和管理。

主控臺上安裝的試驗軟件主要包括：ICD開發(fā)與管理工具；硬線連接管理軟件；試驗健康監(jiān)控管理軟件；自動化測試軟件；航電仿真管理軟件；綜合配線/配電管理軟件；IO資源配置與數(shù)據(jù)激勵軟件；試驗數(shù)據(jù)采集監(jiān)控管理軟件。

3.2.3 模擬座艙

模擬座艙由模擬座艙平臺、模擬座艙臺架、遮光罩、左右操縱臺、中央操縱臺、頂部控制板、頂部控制板安裝架、駕駛艙操縱組件、多功能顯示器、告警指示組件、相關控制面板、指示記錄分系統(tǒng)控制盒、導航監(jiān)視分系統(tǒng)控制盒、通信分系統(tǒng)控制盒、滅火控制組件、駕駛員座椅、機械師座椅和萬向機械臂等組成，如圖2所示。

模擬座艙中的操縱系統(tǒng)和模擬件等通過I/O 計算機與飛行仿真系統(tǒng)進行鉸接，航電系統(tǒng)、頂部控制板等真件直接與飛行仿真系統(tǒng)交聯(lián)，完成航電驗證試驗平臺中各系統(tǒng)的交互通訊。

3.2.3 綜合機柜組

（1）服務器機柜：主要包括仿真服務器和數(shù)據(jù)服務器兩大部分。仿真服務器提供航電仿真環(huán)境和飛行仿真環(huán)境，各仿真模型之間通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和傳遞，同時通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡與I/O接口資源進行雙向數(shù)據(jù)傳輸以實現(xiàn)仿真模型與參試設備的半物理仿真。數(shù)據(jù)服務器能夠?qū)/O接口采集的數(shù)據(jù)連同時鐘同步信息進行保存。

（2）I/O接口柜：在試驗臺與真件設備間搭建橋梁，為仿真模型提供硬件接口資源，實現(xiàn)仿真模型與真件設備的互聯(lián)，支持半物理航電系統(tǒng)的開環(huán)測試和接口數(shù)據(jù)采集。

（3）綜合配線柜：可同時接入所有待測設備與相應的仿真模型，通過對信號的程控切換完成試驗構(gòu)型的靈活管理，實現(xiàn)真件設備與仿真模型之間的配線切換和信號交聯(lián)，并對交聯(lián)信號提供采集和測試接口。

（4）電源管理柜：為參試的真件設備提供電源與電流監(jiān)控。

（5）其他機柜：包括無線電設備激勵柜、非航電系統(tǒng)MINI-RIG、航電設備柜。

4 總結(jié)

航電綜合驗證平臺為航電系統(tǒng)提供按系統(tǒng)需求或設計內(nèi)容制定的測試驗證，逐步完成從設計、仿真到地面聯(lián)試的測試與分析，實現(xiàn)航電系統(tǒng)開發(fā)各個階段的無縫連接。平臺的應用將會大大提高綜合開發(fā)的效率和質(zhì)量，縮短型號研制周期，同時大幅度提高飛機的安全性、先進性，為我國民用飛機的發(fā)展提供有利的平臺和條件。

參考文獻

[1]飛機設計手冊.第17分冊[M].北京：航空工業(yè)出版社，2001.

[2]新航空概論[M].北京：航空工業(yè)出版社，2010.

[3]莫伊爾等著.范秋麗等譯.民用航空電子系統(tǒng)[M].北京：航空工業(yè)出版社，2009.

[4]王行仁.飛行實時仿真系統(tǒng)及技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，1998.

[5]曹全新.航空電子綜合仿真系統(tǒng)研究[J].測控技術，2007.

作者簡介

趙永紅，女，現(xiàn)為中航通飛研究院有限公司主管設計師、工程師，研究方向為航空電子系統(tǒng)。

石磊，男，現(xiàn)為中航通飛研究院有限公司航電研究室副主任、工程師，研究方向為航空電子系統(tǒng)。

譚大維，男，現(xiàn)為中航通飛研究院有限公司主管設計師、工程師，研究方向為飛行器設計。

作者單位

中航通飛研究院有限公司 廣東省珠海市 519040endprint

（4）數(shù)據(jù)回放查看。主要是針對存儲的歷史試驗數(shù)據(jù)，根據(jù)試驗情況有選擇的對其進行解析、顯示，輔助試驗人員進行事后分析。

2.2.2 綜合仿真系統(tǒng)

綜合仿真系統(tǒng)為航電綜合驗證平臺提供一個通用的模擬環(huán)境，其中既可以運行各子系統(tǒng)/設備的機載軟件，也可以通過擴展的接口程序運行仿真模型，包括以下兩部分內(nèi)容：

（1）航電系統(tǒng)的數(shù)字仿真。主要包括航電系統(tǒng)各分系統(tǒng)/設備的機載軟件或仿真模型（包括系統(tǒng)/設備內(nèi)部的綜合處理邏輯、數(shù)據(jù)傳輸接口等內(nèi)容的仿真）；

（2）航電系統(tǒng)的環(huán)境仿真。主要包括支持航電系統(tǒng)工作的環(huán)境仿真軟件（如：飛機的運動仿真；發(fā)動機、飛行控制、燃油等非航電系統(tǒng)的仿真；大氣、地形、導航臺等物理環(huán)境的仿真；視景仿真等）。

2.2.3 接口管理系統(tǒng)

接口管理系統(tǒng)主要為航電系統(tǒng)綜合驗證平臺提供航電接口支持。通過接口管理系統(tǒng)可以使將各模擬系統(tǒng)、外圍仿真器、待測設備等按設計要求進行交聯(lián)，從而構(gòu)建一個半實物、實物的或多系統(tǒng)聯(lián)合的綜合驗證平臺，主要包括以下四部分內(nèi)容：

（1）配線矩陣。通過被測系統(tǒng)配線矩陣的控制，可實現(xiàn)被測系統(tǒng)仿真模型與真實設備之間的切換，從而決定整個平臺的構(gòu)型，實現(xiàn)航電系統(tǒng)從數(shù)字仿真到半實物仿真的平滑過渡。

（2）數(shù)據(jù)I/O接口。通過被測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)I/O接口，為航電系統(tǒng)的仿真模型提供數(shù)據(jù)交互的硬件接口資源和中間服務，完成航電系統(tǒng)半實物仿真，并支持航電系統(tǒng)的開環(huán)測試和接口數(shù)據(jù)采集。

（3）測試接口。通過被測系統(tǒng)的測試口，接入第三方測試工具，可實現(xiàn)被測設備通信數(shù)據(jù)的監(jiān)視及故障狀態(tài)的注入，完成整個航電系統(tǒng)某些重要設備通信數(shù)據(jù)的測試。

（4）對外交聯(lián)接口。通過平臺對外交聯(lián)接口，實現(xiàn)航電綜合驗證平臺與其他系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)交互，輔助完成飛機級的交聯(lián)試驗。

2.2.4 故障注入系統(tǒng)

故障注入系統(tǒng)為航電綜合驗證平臺各待測設備提供任意的軟性和硬性的故障注入，檢測航電系統(tǒng)在預期故障狀態(tài)下的處理情況，驗證整個航電系統(tǒng)的健壯性、可靠性、安全性，其中：

（1）軟性故障注入。上位機軟件模擬實際系統(tǒng)中可能產(chǎn)生的故障現(xiàn)象，通過實時數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)，間接的與接口管理系統(tǒng)交聯(lián)，使故障模擬信號與仿真模型/待測設備的輸入信號進行疊加。

（2）硬件故障注入。外圍測試工具對某些通信鏈路提供多種故障信號，直接與接口管理系統(tǒng)交聯(lián)，使故障輸入信號與仿真模型/待測設備的輸入信號進行疊加。

2.2.5 試驗配電系統(tǒng)

試驗配電系統(tǒng)負責為整個航電試驗中參試的真件設備、試驗設備提供統(tǒng)一的電源支持，并實現(xiàn)對配電系統(tǒng)的模擬和電源管理（如進行電源的通斷控制）等。

為便于試驗操作，航電綜合驗證平臺提供硬件操作和軟件控制兩種方式，實現(xiàn)配電系統(tǒng)的本地或遠程的電源管理。

2.2.6 其他輔助系統(tǒng)

由于在地面綜合驗證試驗階段，要求航電綜合驗證平臺能夠逼真的模擬被測設備的飛行環(huán)境，并且能夠?qū)崟r的接收其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸入，同時在將這些內(nèi)容經(jīng)過綜合處理后，輸出被測設備所需的激勵信息，來驅(qū)動被測設備工作。

為滿足試驗對環(huán)境仿真的要求，可以增強綜合仿真系統(tǒng)環(huán)境仿真部分的功能，集成所有飛機運動狀態(tài)、物理環(huán)境、非航電等方面的仿真；或者通過接口管理系統(tǒng)接入其他輔助系統(tǒng)，采用相對獨立的環(huán)境仿真系統(tǒng)（如：視景系統(tǒng)、激勵系統(tǒng)等），來實現(xiàn)航電系統(tǒng)自動的、實時的、全面的閉環(huán)測試。

3 工程應用

3.1 試驗室簡介

TA600飛機的航電系統(tǒng)綜合驗證平臺是在仿真的基礎上，通過仿真件與真件的切換逐步完成兩大飛機級功能性試驗：航電系統(tǒng)試驗、航電系統(tǒng)與非航電系統(tǒng)的MINI-RIG聯(lián)試。綜合驗證平臺主要由主控臺、模擬座艙、綜合機柜組成，其效果如圖1所示。

3.2 驗證平臺組成

3.2.1 主控臺

主控臺采用開放式控制平臺，用于部署工作站和上位機應用軟件供試驗人員使用。上位機軟件用于試驗資源的統(tǒng)一管理，包括：試驗總控系統(tǒng)、綜合仿真系統(tǒng)、接口管理系統(tǒng)、故障注入系統(tǒng)、試驗配電系統(tǒng)相關的試驗資源。在試驗開始前，通過應用軟件對整個試驗環(huán)境進行配置，并向各試驗設備發(fā)送控制指令，設置試驗參數(shù)；在試驗過程中，對試驗進程進行控制，并對個模型的運行情況和設備間的接口數(shù)據(jù)進行監(jiān)控，同時支持故障注入或靜態(tài)測試等試驗；在試驗完成后，對試驗過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一存儲和管理。

主控臺上安裝的試驗軟件主要包括：ICD開發(fā)與管理工具；硬線連接管理軟件；試驗健康監(jiān)控管理軟件；自動化測試軟件；航電仿真管理軟件；綜合配線/配電管理軟件；IO資源配置與數(shù)據(jù)激勵軟件；試驗數(shù)據(jù)采集監(jiān)控管理軟件。

3.2.3 模擬座艙

模擬座艙由模擬座艙平臺、模擬座艙臺架、遮光罩、左右操縱臺、中央操縱臺、頂部控制板、頂部控制板安裝架、駕駛艙操縱組件、多功能顯示器、告警指示組件、相關控制面板、指示記錄分系統(tǒng)控制盒、導航監(jiān)視分系統(tǒng)控制盒、通信分系統(tǒng)控制盒、滅火控制組件、駕駛員座椅、機械師座椅和萬向機械臂等組成，如圖2所示。

模擬座艙中的操縱系統(tǒng)和模擬件等通過I/O 計算機與飛行仿真系統(tǒng)進行鉸接，航電系統(tǒng)、頂部控制板等真件直接與飛行仿真系統(tǒng)交聯(lián)，完成航電驗證試驗平臺中各系統(tǒng)的交互通訊。

3.2.3 綜合機柜組

（1）服務器機柜：主要包括仿真服務器和數(shù)據(jù)服務器兩大部分。仿真服務器提供航電仿真環(huán)境和飛行仿真環(huán)境，各仿真模型之間通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和傳遞，同時通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡與I/O接口資源進行雙向數(shù)據(jù)傳輸以實現(xiàn)仿真模型與參試設備的半物理仿真。數(shù)據(jù)服務器能夠?qū)/O接口采集的數(shù)據(jù)連同時鐘同步信息進行保存。

（2）I/O接口柜：在試驗臺與真件設備間搭建橋梁，為仿真模型提供硬件接口資源，實現(xiàn)仿真模型與真件設備的互聯(lián)，支持半物理航電系統(tǒng)的開環(huán)測試和接口數(shù)據(jù)采集。

（3）綜合配線柜：可同時接入所有待測設備與相應的仿真模型，通過對信號的程控切換完成試驗構(gòu)型的靈活管理，實現(xiàn)真件設備與仿真模型之間的配線切換和信號交聯(lián)，并對交聯(lián)信號提供采集和測試接口。

（4）電源管理柜：為參試的真件設備提供電源與電流監(jiān)控。

（5）其他機柜：包括無線電設備激勵柜、非航電系統(tǒng)MINI-RIG、航電設備柜。

4 總結(jié)

航電綜合驗證平臺為航電系統(tǒng)提供按系統(tǒng)需求或設計內(nèi)容制定的測試驗證，逐步完成從設計、仿真到地面聯(lián)試的測試與分析，實現(xiàn)航電系統(tǒng)開發(fā)各個階段的無縫連接。平臺的應用將會大大提高綜合開發(fā)的效率和質(zhì)量，縮短型號研制周期，同時大幅度提高飛機的安全性、先進性，為我國民用飛機的發(fā)展提供有利的平臺和條件。

參考文獻

[1]飛機設計手冊.第17分冊[M].北京：航空工業(yè)出版社，2001.

[2]新航空概論[M].北京：航空工業(yè)出版社，2010.

[3]莫伊爾等著.范秋麗等譯.民用航空電子系統(tǒng)[M].北京：航空工業(yè)出版社，2009.

[4]王行仁.飛行實時仿真系統(tǒng)及技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，1998.

[5]曹全新.航空電子綜合仿真系統(tǒng)研究[J].測控技術，2007.

作者簡介

趙永紅，女，現(xiàn)為中航通飛研究院有限公司主管設計師、工程師，研究方向為航空電子系統(tǒng)。

石磊，男，現(xiàn)為中航通飛研究院有限公司航電研究室副主任、工程師，研究方向為航空電子系統(tǒng)。

譚大維，男，現(xiàn)為中航通飛研究院有限公司主管設計師、工程師，研究方向為飛行器設計。

作者單位

中航通飛研究院有限公司 廣東省珠海市 519040endprint

（4）數(shù)據(jù)回放查看。主要是針對存儲的歷史試驗數(shù)據(jù)，根據(jù)試驗情況有選擇的對其進行解析、顯示，輔助試驗人員進行事后分析。

2.2.2 綜合仿真系統(tǒng)

綜合仿真系統(tǒng)為航電綜合驗證平臺提供一個通用的模擬環(huán)境，其中既可以運行各子系統(tǒng)/設備的機載軟件，也可以通過擴展的接口程序運行仿真模型，包括以下兩部分內(nèi)容：

（1）航電系統(tǒng)的數(shù)字仿真。主要包括航電系統(tǒng)各分系統(tǒng)/設備的機載軟件或仿真模型（包括系統(tǒng)/設備內(nèi)部的綜合處理邏輯、數(shù)據(jù)傳輸接口等內(nèi)容的仿真）；

（2）航電系統(tǒng)的環(huán)境仿真。主要包括支持航電系統(tǒng)工作的環(huán)境仿真軟件（如：飛機的運動仿真；發(fā)動機、飛行控制、燃油等非航電系統(tǒng)的仿真；大氣、地形、導航臺等物理環(huán)境的仿真；視景仿真等）。

2.2.3 接口管理系統(tǒng)

接口管理系統(tǒng)主要為航電系統(tǒng)綜合驗證平臺提供航電接口支持。通過接口管理系統(tǒng)可以使將各模擬系統(tǒng)、外圍仿真器、待測設備等按設計要求進行交聯(lián)，從而構(gòu)建一個半實物、實物的或多系統(tǒng)聯(lián)合的綜合驗證平臺，主要包括以下四部分內(nèi)容：

（1）配線矩陣。通過被測系統(tǒng)配線矩陣的控制，可實現(xiàn)被測系統(tǒng)仿真模型與真實設備之間的切換，從而決定整個平臺的構(gòu)型，實現(xiàn)航電系統(tǒng)從數(shù)字仿真到半實物仿真的平滑過渡。

（2）數(shù)據(jù)I/O接口。通過被測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)I/O接口，為航電系統(tǒng)的仿真模型提供數(shù)據(jù)交互的硬件接口資源和中間服務，完成航電系統(tǒng)半實物仿真，并支持航電系統(tǒng)的開環(huán)測試和接口數(shù)據(jù)采集。

（3）測試接口。通過被測系統(tǒng)的測試口，接入第三方測試工具，可實現(xiàn)被測設備通信數(shù)據(jù)的監(jiān)視及故障狀態(tài)的注入，完成整個航電系統(tǒng)某些重要設備通信數(shù)據(jù)的測試。

（4）對外交聯(lián)接口。通過平臺對外交聯(lián)接口，實現(xiàn)航電綜合驗證平臺與其他系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)交互，輔助完成飛機級的交聯(lián)試驗。

2.2.4 故障注入系統(tǒng)

故障注入系統(tǒng)為航電綜合驗證平臺各待測設備提供任意的軟性和硬性的故障注入，檢測航電系統(tǒng)在預期故障狀態(tài)下的處理情況，驗證整個航電系統(tǒng)的健壯性、可靠性、安全性，其中：

（1）軟性故障注入。上位機軟件模擬實際系統(tǒng)中可能產(chǎn)生的故障現(xiàn)象，通過實時數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)，間接的與接口管理系統(tǒng)交聯(lián)，使故障模擬信號與仿真模型/待測設備的輸入信號進行疊加。

（2）硬件故障注入。外圍測試工具對某些通信鏈路提供多種故障信號，直接與接口管理系統(tǒng)交聯(lián)，使故障輸入信號與仿真模型/待測設備的輸入信號進行疊加。

2.2.5 試驗配電系統(tǒng)

試驗配電系統(tǒng)負責為整個航電試驗中參試的真件設備、試驗設備提供統(tǒng)一的電源支持，并實現(xiàn)對配電系統(tǒng)的模擬和電源管理（如進行電源的通斷控制）等。

為便于試驗操作，航電綜合驗證平臺提供硬件操作和軟件控制兩種方式，實現(xiàn)配電系統(tǒng)的本地或遠程的電源管理。

2.2.6 其他輔助系統(tǒng)

由于在地面綜合驗證試驗階段，要求航電綜合驗證平臺能夠逼真的模擬被測設備的飛行環(huán)境，并且能夠?qū)崟r的接收其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸入，同時在將這些內(nèi)容經(jīng)過綜合處理后，輸出被測設備所需的激勵信息，來驅(qū)動被測設備工作。

為滿足試驗對環(huán)境仿真的要求，可以增強綜合仿真系統(tǒng)環(huán)境仿真部分的功能，集成所有飛機運動狀態(tài)、物理環(huán)境、非航電等方面的仿真；或者通過接口管理系統(tǒng)接入其他輔助系統(tǒng)，采用相對獨立的環(huán)境仿真系統(tǒng)（如：視景系統(tǒng)、激勵系統(tǒng)等），來實現(xiàn)航電系統(tǒng)自動的、實時的、全面的閉環(huán)測試。

3 工程應用

3.1 試驗室簡介

TA600飛機的航電系統(tǒng)綜合驗證平臺是在仿真的基礎上，通過仿真件與真件的切換逐步完成兩大飛機級功能性試驗：航電系統(tǒng)試驗、航電系統(tǒng)與非航電系統(tǒng)的MINI-RIG聯(lián)試。綜合驗證平臺主要由主控臺、模擬座艙、綜合機柜組成，其效果如圖1所示。

3.2 驗證平臺組成

3.2.1 主控臺

主控臺采用開放式控制平臺，用于部署工作站和上位機應用軟件供試驗人員使用。上位機軟件用于試驗資源的統(tǒng)一管理，包括：試驗總控系統(tǒng)、綜合仿真系統(tǒng)、接口管理系統(tǒng)、故障注入系統(tǒng)、試驗配電系統(tǒng)相關的試驗資源。在試驗開始前，通過應用軟件對整個試驗環(huán)境進行配置，并向各試驗設備發(fā)送控制指令，設置試驗參數(shù)；在試驗過程中，對試驗進程進行控制，并對個模型的運行情況和設備間的接口數(shù)據(jù)進行監(jiān)控，同時支持故障注入或靜態(tài)測試等試驗；在試驗完成后，對試驗過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一存儲和管理。

主控臺上安裝的試驗軟件主要包括：ICD開發(fā)與管理工具；硬線連接管理軟件；試驗健康監(jiān)控管理軟件；自動化測試軟件；航電仿真管理軟件；綜合配線/配電管理軟件；IO資源配置與數(shù)據(jù)激勵軟件；試驗數(shù)據(jù)采集監(jiān)控管理軟件。

3.2.3 模擬座艙

模擬座艙由模擬座艙平臺、模擬座艙臺架、遮光罩、左右操縱臺、中央操縱臺、頂部控制板、頂部控制板安裝架、駕駛艙操縱組件、多功能顯示器、告警指示組件、相關控制面板、指示記錄分系統(tǒng)控制盒、導航監(jiān)視分系統(tǒng)控制盒、通信分系統(tǒng)控制盒、滅火控制組件、駕駛員座椅、機械師座椅和萬向機械臂等組成，如圖2所示。

模擬座艙中的操縱系統(tǒng)和模擬件等通過I/O 計算機與飛行仿真系統(tǒng)進行鉸接，航電系統(tǒng)、頂部控制板等真件直接與飛行仿真系統(tǒng)交聯(lián)，完成航電驗證試驗平臺中各系統(tǒng)的交互通訊。

3.2.3 綜合機柜組

（1）服務器機柜：主要包括仿真服務器和數(shù)據(jù)服務器兩大部分。仿真服務器提供航電仿真環(huán)境和飛行仿真環(huán)境，各仿真模型之間通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和傳遞，同時通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡與I/O接口資源進行雙向數(shù)據(jù)傳輸以實現(xiàn)仿真模型與參試設備的半物理仿真。數(shù)據(jù)服務器能夠?qū)/O接口采集的數(shù)據(jù)連同時鐘同步信息進行保存。

（2）I/O接口柜：在試驗臺與真件設備間搭建橋梁，為仿真模型提供硬件接口資源，實現(xiàn)仿真模型與真件設備的互聯(lián)，支持半物理航電系統(tǒng)的開環(huán)測試和接口數(shù)據(jù)采集。

（3）綜合配線柜：可同時接入所有待測設備與相應的仿真模型，通過對信號的程控切換完成試驗構(gòu)型的靈活管理，實現(xiàn)真件設備與仿真模型之間的配線切換和信號交聯(lián)，并對交聯(lián)信號提供采集和測試接口。

（4）電源管理柜：為參試的真件設備提供電源與電流監(jiān)控。

（5）其他機柜：包括無線電設備激勵柜、非航電系統(tǒng)MINI-RIG、航電設備柜。

4 總結(jié)

航電綜合驗證平臺為航電系統(tǒng)提供按系統(tǒng)需求或設計內(nèi)容制定的測試驗證，逐步完成從設計、仿真到地面聯(lián)試的測試與分析，實現(xiàn)航電系統(tǒng)開發(fā)各個階段的無縫連接。平臺的應用將會大大提高綜合開發(fā)的效率和質(zhì)量，縮短型號研制周期，同時大幅度提高飛機的安全性、先進性，為我國民用飛機的發(fā)展提供有利的平臺和條件。

參考文獻

[1]飛機設計手冊.第17分冊[M].北京：航空工業(yè)出版社，2001.

[2]新航空概論[M].北京：航空工業(yè)出版社，2010.

[3]莫伊爾等著.范秋麗等譯.民用航空電子系統(tǒng)[M].北京：航空工業(yè)出版社，2009.

[4]王行仁.飛行實時仿真系統(tǒng)及技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，1998.

[5]曹全新.航空電子綜合仿真系統(tǒng)研究[J].測控技術，2007.

作者簡介

趙永紅，女，現(xiàn)為中航通飛研究院有限公司主管設計師、工程師，研究方向為航空電子系統(tǒng)。

石磊，男，現(xiàn)為中航通飛研究院有限公司航電研究室副主任、工程師，研究方向為航空電子系統(tǒng)。

譚大維，男，現(xiàn)為中航通飛研究院有限公司主管設計師、工程師，研究方向為飛行器設計。

作者單位

中航通飛研究院有限公司 廣東省珠海市 519040endprint