機(jī)載測(cè)距機(jī)測(cè)試平臺(tái)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)

劉貴行 魏國(guó) 趙世偉

摘 ?要： 為了實(shí)現(xiàn)機(jī)載測(cè)距機(jī)測(cè)試設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化，設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了機(jī)載測(cè)距機(jī)測(cè)試平臺(tái)。平臺(tái)采用模塊化設(shè)計(jì)，以VME總線為基礎(chǔ)聯(lián)結(jié)各個(gè)測(cè)試資源。平臺(tái)能夠模擬測(cè)距機(jī)多種工作環(huán)境，使用甚高頻信號(hào)源向測(cè)距機(jī)加載相應(yīng)信號(hào)，對(duì)測(cè)距機(jī)各輸出信號(hào)進(jìn)行測(cè)量與分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)距機(jī)、接收機(jī)的自動(dòng)/手動(dòng)測(cè)試。另外，系統(tǒng)內(nèi)置模擬測(cè)試模塊以及故障設(shè)置功能，可以用于相關(guān)專(zhuān)業(yè)技能訓(xùn)練。平臺(tái)應(yīng)用于一線維修企業(yè)與我校實(shí)踐教學(xué)中，達(dá)到了設(shè)計(jì)效果，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞： 測(cè)距機(jī); 測(cè)試平臺(tái); VME總線; 自動(dòng)測(cè)試; 模擬測(cè)試; 實(shí)踐教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)： TN98?34; V243 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)： 1004?373X（2019）11?0165?04

Abstract： In order to realize the localization of the airborne distance measuring equipment （DME）， the testing platform of the airborne DME was designed and developed. The platform adopts modular design， and is connected with each test resource through VME bus. With the platform， a variety of working environments of the DME can be simulated， the VHF signal source is used to load the corresponding signals to DME， and the output signals of DME are measured and analyzed to realize the automatic/manual testing of the DME receiver. In addition， the simulation test module built in the system and fault setting function can be used for the relevant professional skills training. The platform is applied to front?line maintenance companies and practical teaching in CAUC， which achieves the design effect and has high practical value.

Keywords： DME; testing platform; VME bus; automatic test; simulation test; practical teaching

0 ?引 ?言

測(cè)距機(jī)（Distance Measuring Equipment，DME），作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)航空導(dǎo)航設(shè)備，通過(guò)機(jī)上發(fā)射機(jī)發(fā)射詢問(wèn)信號(hào)，地面信標(biāo)臺(tái)應(yīng)答的方式，為駕駛員提供飛機(jī)到DME地面信標(biāo)臺(tái)的斜距、飛機(jī)地速和飛行時(shí)間等信息。常與甚高頻全向信標(biāo)地面臺(tái)同臺(tái)安裝，為飛機(jī)提供航路和終端區(qū)的定位與導(dǎo)航信息。隨著國(guó)際民航組織基于性能導(dǎo)航（PBN）的實(shí)施，將會(huì)出現(xiàn)更多單獨(dú)安裝的DME地面臺(tái)，為飛機(jī)的區(qū)域?qū)Ш教峁┓?wù)。目前針對(duì)此類(lèi)航電設(shè)備的維修渠道主要是返回原廠維修或者購(gòu)買(mǎi)昂貴的測(cè)試設(shè)備，國(guó)內(nèi)尚無(wú)成熟的維修方案。因此，有必要設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)符合國(guó)情、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的DME測(cè)試系統(tǒng)。

依據(jù)部件維護(hù)手冊(cè)（CMM），設(shè)計(jì)符合行業(yè)規(guī)范，遵循行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的DME測(cè)試平臺(tái)，通過(guò)外接IFR6000外場(chǎng)測(cè)試儀，實(shí)現(xiàn)對(duì)DME收發(fā)機(jī)的自動(dòng)測(cè)試。該系統(tǒng)不但能夠應(yīng)用于一線維修環(huán)境，亦能通過(guò)內(nèi)置的仿真模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)人員的教學(xué)與訓(xùn)練。

1 ?DME?700測(cè)距機(jī)系統(tǒng)

1.1 ?系統(tǒng)概述

DME歷經(jīng)多次標(biāo)準(zhǔn)制定過(guò)程，最終采用塔康（TACAN）的測(cè)距部分作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)測(cè)距系統(tǒng)，也就是現(xiàn)在廣泛使用的DME系統(tǒng)。

DME的功能是向飛行員提供飛機(jī)與地面信標(biāo)臺(tái)之間的直線距離[R]，由于飛機(jī)與地面信標(biāo)臺(tái)相對(duì)地面均具有一定高度，現(xiàn)代民用航空運(yùn)輸飛機(jī)一般都將DME獲得的斜距轉(zhuǎn)化為水平距離進(jìn)行導(dǎo)航參數(shù)解算。水平距離計(jì)算方式如下：

DME系統(tǒng)工作在[L]波段的962～1 213 MHz。機(jī)載詢問(wèn)頻道分配在1 025～1 150 MHz之間，波道間隔為1 MHz，共有126個(gè)詢問(wèn)頻道。地面轉(zhuǎn)發(fā)頻道分配在962～1 213 MHz之間，波道間隔為1 MHz，共有252個(gè)應(yīng)答頻道。由DME系統(tǒng)的頻率分配可以發(fā)現(xiàn)，一個(gè)詢問(wèn)頻道對(duì)應(yīng)兩個(gè)應(yīng)答頻道，由此形成兩個(gè)波道，在波道對(duì)應(yīng)的序號(hào)加上[X]和[Y]加以區(qū)分。波道分配表如表1所示。

表1 ?波道分配表

DME系統(tǒng)由機(jī)載收發(fā)機(jī)和地面信標(biāo)臺(tái)兩部分組成，圖1為DME系統(tǒng)的工作過(guò)程框圖。其中，上半部分為機(jī)載收發(fā)機(jī)工作過(guò)程，下半部分為DME地面信標(biāo)臺(tái)工作過(guò)程。

圖1 ?系統(tǒng)工作框圖

1.2 ?DME?700收發(fā)機(jī)

DME?700系統(tǒng)是由科林斯公司研制并生產(chǎn)的機(jī)載測(cè)距機(jī)系統(tǒng)，由接收機(jī)、導(dǎo)航控制面板、天線及相應(yīng)指示器組成。

DME?700收發(fā)機(jī)為一個(gè)在電子設(shè)備艙占據(jù)4個(gè)模塊化單元大小的長(zhǎng)方形電子設(shè)備。在收發(fā)機(jī)背面安裝有系統(tǒng)狀態(tài)指示燈和測(cè)試按鈕，收發(fā)機(jī)內(nèi)部由9個(gè)不同的功能模塊組成，分別是機(jī)架組件A1、電源組件A2、合成器組件A3、驅(qū)動(dòng)器組件A4、電源放大器組件A5、收發(fā)組件A6、視頻處理器A7、距離處理器A8和監(jiān)視組件A9。

2 ?測(cè)試模型

目前航電設(shè)備采用的測(cè)試方法主要為信號(hào)激勵(lì)法，即向待測(cè)設(shè)備輸入與其工作時(shí)相一致的信號(hào)，檢查設(shè)備輸出是否與激勵(lì)信號(hào)匹配，CMM手冊(cè)提供的測(cè)試方法與測(cè)試模型如圖2所示。

圖2 ?系統(tǒng)測(cè)試模型

2.1 ?測(cè)試內(nèi)容

由于民航業(yè)對(duì)于安全隱患持零容忍態(tài)度，因此其檢測(cè)與維護(hù)過(guò)程必須嚴(yán)格遵循科林斯公司提供的CMM手冊(cè)。一個(gè)完整的DME收發(fā)機(jī)測(cè)試過(guò)程包括14個(gè)步驟，共計(jì)63個(gè)小項(xiàng)的測(cè)試，詳見(jiàn)表2。

表2 ?DME收發(fā)機(jī)測(cè)試程序

2.2 ?ARINC429總線

ARINC429總線協(xié)議又稱(chēng)為數(shù)字信息傳輸系統(tǒng)（Digital Information Transfer System，DITS），是美國(guó)航空電子工程委員會(huì)（Airlines Engineering Committee）在20世紀(jì)70年代提出并批準(zhǔn)使用。協(xié)議對(duì)航空電子設(shè)備及與其相交聯(lián)的其他電子或電氣系統(tǒng)間的數(shù)字信息傳輸規(guī)范做出了要求。由于ARINC429總線具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定的性能和較強(qiáng)的抗干擾性能，因此在很長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)為航空公司提供了優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)服務(wù)，并且在軍用飛機(jī)與通用飛機(jī)領(lǐng)域也得到了廣泛應(yīng)用。根據(jù)官方發(fā)布的技術(shù)手冊(cè)，每個(gè)ARINC429字由32位組成，在不同的應(yīng)用場(chǎng)景中有五種不同的應(yīng)用格式：二?十進(jìn)制數(shù)據(jù)字、二進(jìn)制數(shù)據(jù)字、維護(hù)數(shù)據(jù)字、離散數(shù)據(jù)字和AIM數(shù)據(jù)字。1～8位為標(biāo)號(hào)（label），ARINC429對(duì)傳輸?shù)拿恳粋€(gè)參數(shù)都規(guī)定了標(biāo)號(hào)，用以識(shí)別信息類(lèi)型。在DME收發(fā)機(jī)測(cè)試過(guò)程中將會(huì)出現(xiàn)035，201和202三個(gè)不同的標(biāo)號(hào)。編碼格式如表3所示。

表3中，BCD代表二?十進(jìn)制數(shù)據(jù)字，BNR代表二進(jìn)制數(shù)據(jù)字，SDI為源目的識(shí)別碼，用于當(dāng)需要將某信息傳送到總線上的某一確定接收設(shè)備時(shí)，或者總線上輸出設(shè)備需要根據(jù)信息的內(nèi)容被某接收器識(shí)別時(shí)，就需要用到源目的識(shí)別碼。例如，一個(gè)控制盒的調(diào)諧字要送至2個(gè)測(cè)距機(jī)發(fā)射機(jī)，就需要標(biāo)示出信息的接收設(shè)備，即把調(diào)諧字輸送至哪個(gè)測(cè)距機(jī)發(fā)射機(jī)。DATA代表數(shù)據(jù)區(qū)，BCD格式數(shù)據(jù)區(qū)為11～29位，BNR格式數(shù)據(jù)區(qū)為11～28位，它所代表的是所確定的特定數(shù)據(jù)。SSM代表符號(hào)狀態(tài)矩陣，根據(jù)字的類(lèi)型號(hào)為29或30～31，它能夠表明數(shù)據(jù)字的特性和數(shù)據(jù)發(fā)生器的硬件狀態(tài)。P代表奇偶校驗(yàn)位，數(shù)據(jù)發(fā)送器根據(jù)當(dāng)前1～31位的邏輯“1”來(lái)決定第32位的邏輯值，使整個(gè)32位的邏輯“1”的個(gè)數(shù)始終是奇數(shù)。

3 ?系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

DME測(cè)試過(guò)程中需要操作的開(kāi)關(guān)與面板較多，DME工作于特高頻波段，測(cè)試過(guò)程中經(jīng)常需要進(jìn)行連續(xù)多次測(cè)量以測(cè)試可靠性。若按照CMM手冊(cè)提供的測(cè)試模型與測(cè)試程序進(jìn)行，則需要人工手動(dòng)逐步操作，不但消耗大量時(shí)間，而且難免出現(xiàn)人為差錯(cuò)?？紤]到對(duì)測(cè)試準(zhǔn)確度和測(cè)試時(shí)間的因素，設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)以VME總線為基礎(chǔ)的DME收發(fā)機(jī)自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)，并且獨(dú)創(chuàng)性地設(shè)計(jì)了模擬測(cè)試模塊，能夠?qū)ME接收機(jī)模擬器進(jìn)行仿真測(cè)試，以此對(duì)測(cè)試人員進(jìn)行培訓(xùn)與教學(xué)。

VME總線是一種在全球使用非常廣泛的計(jì)算機(jī)總線，結(jié)合摩托羅拉公司維薩總線的電氣標(biāo)準(zhǔn)和在歐洲建立的歐卡標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)。它定義了一個(gè)在高度集成的硬件結(jié)構(gòu)中可以進(jìn)行數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和其他控制器聯(lián)結(jié)的系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)持續(xù)的優(yōu)化改進(jìn)，VME系統(tǒng)技術(shù)上已經(jīng)十分成熟，以其為基礎(chǔ)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)覆蓋了工業(yè)控制、軍用系統(tǒng)、航空航天、交通運(yùn)輸和醫(yī)療等領(lǐng)域。

圖3 ?系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

整個(gè)系統(tǒng)由系統(tǒng)接口模塊、測(cè)試資源模塊、模擬測(cè)試模塊與人機(jī)界面組成。

系統(tǒng)接口模塊通過(guò)適配器與待測(cè)件相連，提供測(cè)試系統(tǒng)與待測(cè)件之間的電氣接口，包括ARINC600接口、射頻輸入/輸出接口、抑制信號(hào)接口、模擬輸出接口、音頻輸出接口、ARINC429多通道輸入/輸出接口、串口以及相對(duì)應(yīng)的指示燈。

測(cè)試資源模塊包括IFR6000外場(chǎng)測(cè)試儀、數(shù)字多用表、示波器、ARINC429卡、主控器、開(kāi)關(guān)卡、信號(hào)調(diào)理卡以及電源等，用來(lái)完成測(cè)試程序。

模擬測(cè)試模塊通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)置的信號(hào)調(diào)理電路及測(cè)試資源，能夠模擬DME?700接收機(jī)在測(cè)試過(guò)程中的所有輸出信號(hào)，并且可以通過(guò)人機(jī)界面對(duì)模擬測(cè)試進(jìn)行故障設(shè)置。人機(jī)界面提供人機(jī)交互環(huán)境，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)測(cè)試功能。

3.1 ?虛擬控制面板

科林斯公司提供的測(cè)試程序中需要用到部分配套設(shè)備，為了打破其壟斷并且考慮到成本因素，系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中采用虛實(shí)結(jié)合的方法，即將ARINC429控制面板與串口控制面板虛擬化，采用軟件操作的方法進(jìn)行。

另外，系統(tǒng)能夠?qū)Υ郎y(cè)件進(jìn)行仿真測(cè)試，設(shè)計(jì)了虛擬IFR6000外場(chǎng)測(cè)試儀。為了保證測(cè)試的正常進(jìn)行，所有的虛擬控制面板如果參數(shù)設(shè)置不符合CMM手冊(cè)要求，則提示“參數(shù)設(shè)置不正確，請(qǐng)檢查！”。一旦設(shè)置成功，參數(shù)不可更改，直到下一次需要設(shè)置參數(shù)時(shí)，各功能鍵權(quán)限才會(huì)放開(kāi)。圖4為虛擬ARINC429與虛擬串口參數(shù)設(shè)置窗口。

圖4 ?虛擬ARINC429與虛擬串口界面

3.2 ?軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)遵循開(kāi)放式的理念，系統(tǒng)UI采用Microsoft Visual Studio風(fēng)格設(shè)計(jì)，各模塊可以自定義布局，提供一個(gè)友好而易用的人機(jī)界面。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采用“UI/Plugin”方式，UI和Plugin之間通過(guò)預(yù)定義的接口庫(kù)進(jìn)行連接，從而使多個(gè)測(cè)試程序能被同一個(gè)應(yīng)用程序進(jìn)行統(tǒng)一管理。用戶甚至可以在不關(guān)閉軟件系統(tǒng)的情況下進(jìn)行測(cè)試程序的變更。在擴(kuò)展性方面，開(kāi)發(fā)人員只需要通過(guò)調(diào)用系統(tǒng)API編寫(xiě)插件，并將該插件導(dǎo)入系統(tǒng)指定目錄下就可以輕松完成測(cè)試程序集的擴(kuò)展，這意味著開(kāi)發(fā)人員將不再關(guān)心UI設(shè)計(jì)，而只專(zhuān)注于測(cè)試過(guò)程的設(shè)計(jì)。在移植性方面，系統(tǒng)采用獨(dú)立的硬件接口設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)人員可以通過(guò)更換系統(tǒng)API的形式將該系統(tǒng)移植到任意測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行使用。另外，在保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)也更重視其測(cè)試的安全性，各個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)均采取適當(dāng)?shù)陌踩Ｗo(hù)措施，最大程度確保被測(cè)件、系統(tǒng)及測(cè)量?jī)x器的安全。系統(tǒng)具有開(kāi)放性、擴(kuò)展性、可移植性及安全可靠等諸多優(yōu)點(diǎn)。

系統(tǒng)軟件主要由設(shè)備初始化、信息輸入、系統(tǒng)控制、信息顯現(xiàn)、狀態(tài)指示、文件操作、報(bào)表打印、數(shù)據(jù)庫(kù)匯總、菜單擴(kuò)展、網(wǎng)絡(luò)通信、虛擬IFR6000等主要部分組成。

4 ?結(jié) ?論

本文在目前國(guó)內(nèi)航電設(shè)備維護(hù)現(xiàn)狀的大環(huán)境下，設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)機(jī)載測(cè)距機(jī)測(cè)試平臺(tái)。開(kāi)發(fā)過(guò)程嚴(yán)格依照DME?700型接收機(jī)部件維護(hù)手冊(cè)，遵循行業(yè)規(guī)范與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了兩大突破與創(chuàng)新：首先實(shí)現(xiàn)了相關(guān)型號(hào)設(shè)備的自動(dòng)與手動(dòng)測(cè)試，彌補(bǔ)了國(guó)內(nèi)在此類(lèi)航電設(shè)備檢測(cè)方面的不足，具有較高的實(shí)用價(jià)值;平臺(tái)還首創(chuàng)了模擬測(cè)試功能，通過(guò)虛擬信號(hào)源等方式，能夠?qū)ME?700型接收機(jī)進(jìn)行模擬測(cè)試，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試人員的教學(xué)與培訓(xùn)。通過(guò)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程，不但積累了航電設(shè)備檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，也對(duì)國(guó)內(nèi)航電維護(hù)提供了思路，為航電檢測(cè)維修設(shè)備全面國(guó)產(chǎn)化提供了基礎(chǔ)。

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