大氣數(shù)據(jù)激勵(lì)仿真測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

史銀芳?杜新悅?李鵬飛?汪磊

摘要：大氣數(shù)據(jù)激勵(lì)仿真測(cè)試系統(tǒng)是航電系統(tǒng)綜合測(cè)試平臺(tái)的一種，是模擬機(jī)載設(shè)備在地面或空中飛行時(shí)，必不可少的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試設(shè)備。大氣數(shù)據(jù)激勵(lì)仿真測(cè)試系統(tǒng)主要完成大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)地面測(cè)試相關(guān)激勵(lì)信號(hào)、仿真信號(hào)的產(chǎn)生，主要包括全壓、靜壓、高度、空速、ARINC429、RS-422、總溫電阻、離散量、模擬量等參數(shù)。本文從三個(gè)方面對(duì)大氣數(shù)據(jù)激勵(lì)仿真測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)進(jìn)行闡述：大氣數(shù)據(jù)激勵(lì)仿真測(cè)試系統(tǒng)組成及原理;大氣數(shù)據(jù)激勵(lì)仿真測(cè)試系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備的選擇;大氣數(shù)據(jù)激勵(lì)仿真測(cè)試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)。其大氣數(shù)據(jù)激勵(lì)仿真測(cè)試系統(tǒng)性能穩(wěn)定，軟硬件升級(jí)簡(jiǎn)單，滿足大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試要求。

關(guān)鍵詞：大氣數(shù)據(jù)激勵(lì)仿真測(cè)試系統(tǒng);實(shí)驗(yàn)室測(cè)試設(shè)備

1. 組成及原理

在對(duì)大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)（含傳感器）的工作原理、測(cè)試需求和接口等進(jìn)行分析后，利用工控機(jī)、高性能的硬件板卡、標(biāo)準(zhǔn)儀器和靈活可配置的軟件相結(jié)合的方式，提出本大氣數(shù)據(jù)激勵(lì)仿真測(cè)試系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)大氣數(shù)據(jù)激勵(lì)、仿真功能。

大氣數(shù)據(jù)激勵(lì)仿真測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)兩種實(shí)驗(yàn)室測(cè)試場(chǎng)景，一種激勵(lì)功能測(cè)試;另一種為仿真功能測(cè)試。

1.1激勵(lì)測(cè)試工作原理

激勵(lì)測(cè)試時(shí)大氣數(shù)據(jù)仿真系統(tǒng)主要完成給大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)、左靜壓傳感器、右靜壓傳感器的28V DC供電;控制壓力控制組件，模擬氣壓信號(hào);各板卡和模塊分別模擬總溫電阻信號(hào)、RVDT攻角信號(hào)、RVDT側(cè)滑角角信號(hào)、HB6096格式的襟翼信號(hào)、HB6096格式的天向加速度及場(chǎng)壓裝訂信號(hào)、離散量輪載信號(hào)。

1.2仿真測(cè)試工作原理

大氣數(shù)據(jù)激勵(lì)能夠模擬機(jī)載大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)解算出總壓、靜壓、動(dòng)壓、絕對(duì)氣壓高度、相對(duì)氣壓高度、指示空速、馬赫數(shù)、真空速、大氣密度比、升降速度、大氣總溫、靜溫、場(chǎng)壓裝訂等大氣參數(shù)及告警信息。

2. 系統(tǒng)硬件模塊設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)在機(jī)構(gòu)上采取模塊化設(shè)計(jì)思想，結(jié)合CPCI總線的技術(shù)設(shè)計(jì)。采用模塊化結(jié)構(gòu)形式，提高了系統(tǒng)的靈活性、擴(kuò)展性、通用性、維修性和可復(fù)制性。工控機(jī)使整個(gè)系統(tǒng)控制管理中心，也是整個(gè)激勵(lì)仿真系統(tǒng)的核心。通過(guò)運(yùn)行測(cè)試軟件來(lái)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的各功能模塊實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理、調(diào)度、控制，完成規(guī)定的測(cè)試設(shè)備。限于篇幅，僅介紹系統(tǒng)主要模塊。

2.1大氣參數(shù)模擬設(shè)計(jì)

在激勵(lì)測(cè)試時(shí)，為保證Pt和Ps氣壓信號(hào)的準(zhǔn)確度和精度，選用大氣數(shù)據(jù)分析儀和外置真空泵的方式，實(shí)現(xiàn)靜壓、全壓、高度、空速、馬赫數(shù)、爬升率、速度變化率等參數(shù)要求。

2.2模擬總溫電阻設(shè)計(jì)

大氣數(shù)據(jù)激勵(lì)仿真軟件根據(jù)溫度阻值對(duì)應(yīng)關(guān)系，解算出輸出阻值大小。設(shè)置高精度電阻板卡的輸出阻值。完成對(duì)大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)的總溫模擬功能。

2.3離散量輸出設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件對(duì)離散量輸出板卡輸出電平進(jìn)行設(shè)置，并控制輸出離散量信號(hào)，輸出信號(hào)可以配置為懸空/接地狀態(tài)，用于仿真輪載信號(hào)。

2.4信號(hào)適配箱原理

由上圖可看出，信號(hào)適配箱中在測(cè)試中將工控機(jī)中的板卡信號(hào)、外部電源信號(hào)轉(zhuǎn)接至適配箱;并將各類信號(hào)配送測(cè)試接口，完成信號(hào)的轉(zhuǎn)接分配功能;通過(guò)接口匹配，將各種信號(hào)按照設(shè)備的接口進(jìn)行整理、匹配，配送至被測(cè)設(shè)備;面板設(shè)計(jì)有信號(hào)檢測(cè)測(cè)量端口，用于對(duì)激勵(lì)仿真信號(hào)信號(hào)檢測(cè)。

3. 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)

軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)是設(shè)計(jì)測(cè)試系統(tǒng)軟件所必需的軟件工具集合。

操作系統(tǒng)：采用WINDOWS操作系統(tǒng)。

SQL SERVER：SQL SERVER將作為ICD、板卡通道等數(shù)據(jù)的主要配置保存工具。

VS2015：完成測(cè)試軟件、配置軟件等應(yīng)用軟件的框架組建和開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)軟件操作功能、管理功能的實(shí)現(xiàn)。

3.2軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

大氣數(shù)據(jù)激勵(lì)仿真系統(tǒng)包括三個(gè)模塊，即用戶管理模塊、配置管理模塊和測(cè)試執(zhí)行模塊。

（1）用戶管理模塊

用戶管理模塊實(shí)現(xiàn)了人員和權(quán)限統(tǒng)一管理和維護(hù)，提供了友好的人機(jī)交互界面。

（2）配置管理模塊

a）板卡管理模塊

板卡管理模塊實(shí)現(xiàn)了板卡的統(tǒng)一管理，易于后期維護(hù)。

b）ICD管理模塊

采用SQLite文件來(lái)對(duì)ICD數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)與管理。

c）通道配置管理模塊

實(shí)現(xiàn)通道的自由配置，易于后期維護(hù)。

（3）測(cè)試執(zhí)行模塊

實(shí)現(xiàn)了大氣數(shù)據(jù)的激勵(lì)和仿真功能以及系統(tǒng)自檢，包括手動(dòng)測(cè)試和自動(dòng)測(cè)試。

a）自檢功能

每次測(cè)試時(shí)，系統(tǒng)檢測(cè)測(cè)試系統(tǒng)資源是否正常。

b）激勵(lì)仿真信號(hào)功能

調(diào)用各模塊的API函數(shù)控制各功能模塊，為大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)提供全壓壓力、靜壓壓力;HB6096總線數(shù)據(jù)信號(hào);RS422總線數(shù)據(jù)信號(hào);離散量數(shù)據(jù)信號(hào);總溫電阻數(shù)值;RVDT數(shù)據(jù)信號(hào);

4. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

在模擬試驗(yàn)中，使用總壓和總溫2個(gè)飛行參數(shù)的結(jié)算，并進(jìn)行誤差分析，通過(guò)比較模型結(jié)算值和真值的差異來(lái)驗(yàn)證系統(tǒng)測(cè)試的正確性和工程的實(shí)用性?？倝和ㄟ^(guò)大氣數(shù)據(jù)激勵(lì)仿真系統(tǒng)的壓力組件輸出總壓壓力，總溫電阻由高精度電阻卡輸出給大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)，在不同的馬赫數(shù)（M）隨氣壓高度Hp（100m等間隔）變化中得到誤差結(jié)果。

5. 結(jié)束語(yǔ)

大氣激勵(lì)仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用先進(jìn)的硬件設(shè)備和模塊化編程技術(shù)，使飛機(jī)航電地面試驗(yàn)的實(shí)施性大大增強(qiáng)。測(cè)試軟件使用圖形和文本實(shí)時(shí)顯示測(cè)試過(guò)程和測(cè)試結(jié)果信息;人機(jī)界面友好，操作簡(jiǎn)單，顯示直觀，功能獨(dú)立，運(yùn)行穩(wěn)定。采用模塊化設(shè)計(jì)提高了系統(tǒng)的靈活性、擴(kuò)展性、通用性、維修性和可復(fù)制性。試驗(yàn)結(jié)果表明該系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用可行。

參考文獻(xiàn)：

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