通用航空電子自動(dòng)測(cè)試設(shè)備及發(fā)展趨向分析

鄭曉慶 梅江林 交通運(yùn)輸部東海第二救助飛行隊(duì)

1 航空電子概述

航空電子是航空航天領(lǐng)域研究的重要內(nèi)容之一，具體是指航空飛行器上各種電子系統(tǒng)的總稱。在航空電子中，通信系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、顯示與管理系統(tǒng)是不可或缺的重要系統(tǒng)。同時(shí)，根據(jù)使用需要，還會(huì)配備一些其它的電子設(shè)備和系統(tǒng)，如飛機(jī)管理系統(tǒng)、戰(zhàn)術(shù)任務(wù)系統(tǒng)、光電系統(tǒng)、機(jī)載網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等等。最初時(shí)，由于航空航天技術(shù)并不發(fā)達(dá)，很多技術(shù)尚未完善，所以航空電子僅僅是飛行器上的附屬系統(tǒng)?，F(xiàn)階段，隨著航空航天技術(shù)的快速發(fā)展和完善，推動(dòng)了航空電子的發(fā)展，部分飛行器被研發(fā)出來(lái)的主要目的就是搭載航空電子設(shè)備或系統(tǒng)，此類飛行器多以軍用為主。早期的航空電子系統(tǒng)因受到技術(shù)條件的限制，基本上采用的都是分立式，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，使得航空電子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了綜合化，并且也從原本附屬系統(tǒng)的地位，變成航空飛行器中不可或缺的關(guān)鍵部分。近年來(lái)，航空電子系統(tǒng)的重要性日益凸顯，對(duì)系統(tǒng)的性能、運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性等方面提出了較高的要求，在這一背景下，航空電子自動(dòng)測(cè)試設(shè)備隨之產(chǎn)生，它的主要作用是對(duì)航空電子系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。

2 通用航空電子自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析

2.1 系統(tǒng)的組成

通用航空電子自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱通用航電自測(cè)系統(tǒng)），以計(jì)算機(jī)作為核心部分，將各種用于測(cè)試的設(shè)備集成到一起，可以高效完成航空電子系統(tǒng)的性能測(cè)試及故障診斷。常規(guī)的通用航電自測(cè)系統(tǒng)由自動(dòng)測(cè)試設(shè)備、測(cè)試程序集、軟件開(kāi)發(fā)工具等部分組成，其中自動(dòng)測(cè)試設(shè)備能夠完成相關(guān)的測(cè)試任務(wù)，它并不是一個(gè)設(shè)備，而是所有硬件和軟件的總稱，其大小和功能主要取決于測(cè)試任務(wù)；測(cè)試程序集包含了測(cè)試所需的程序軟件、接口適配器以及相關(guān)的文檔；對(duì)測(cè)試軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)時(shí)需要使用到各種工具，即軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，如編程語(yǔ)言、建模工具等等。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

通用航電自測(cè)系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)包括總線技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)、集成技術(shù)等。

2.2.1 總線技術(shù)。該技術(shù)在通用航電自測(cè)系統(tǒng)構(gòu)建過(guò)程中的應(yīng)用，可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)流程，不需要單獨(dú)對(duì)連接進(jìn)行設(shè)計(jì)，只要將所有的測(cè)試部件通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口與總線進(jìn)行連接即可，不但為系統(tǒng)的組建提供了方便，而且大幅度提升了系統(tǒng)的可靠性。比較常用的有通用接口總線（GPIB）和1553B總線，前者的通信方式為雙向異步，傳輸速率可以達(dá)到1Mb/s。后者是美國(guó)軍方針對(duì)飛機(jī)上的設(shè)備制定的總線標(biāo)準(zhǔn)，其最為突出的特點(diǎn)是容錯(cuò)能力強(qiáng)，操作方式為命令/響應(yīng)，可靠性較高。

2.2.2 虛擬儀器技術(shù)。這是一種借助模塊化硬件和靈活軟件完成測(cè)試的技術(shù)，該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于性能高、可擴(kuò)展性強(qiáng)、開(kāi)發(fā)周期短、能實(shí)現(xiàn)無(wú)縫集成等。如，虛擬儀器軟件結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)稱VISA庫(kù)，它能夠?yàn)橛脩籼峁┙?jīng)過(guò)簡(jiǎn)化的模塊，同時(shí)還能縮短不同接口的編程時(shí)間，應(yīng)用效果較好。

2.2.3 集成技術(shù)。該技術(shù)主要是依托綜合布線和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將分散的獨(dú)立設(shè)備集成到具有關(guān)聯(lián)性的系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)信息資源共享，提高管理效率。集成技術(shù)包括多種方式，如功能集成、網(wǎng)絡(luò)集成、軟件集成等等。由于航空電子設(shè)備的測(cè)試需求不同，從而使得實(shí)現(xiàn)方式的種類較多，為了不影響測(cè)試系統(tǒng)的完整性，便需要對(duì)各種方式進(jìn)行集成，從而使其具備良好的通用性。

2.3 系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析

最早出現(xiàn)的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)屬于專用型，它的主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)楣I(yè)測(cè)試，由于缺少相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，所以很難達(dá)到通用性的要求。如果復(fù)雜的測(cè)試內(nèi)容以專用型測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，那么需要使用很多個(gè)系統(tǒng)，由此會(huì)導(dǎo)致靈活性和機(jī)動(dòng)能力降低，若是被測(cè)試的對(duì)象達(dá)到服役年限，則所有為其開(kāi)發(fā)的測(cè)試系統(tǒng)將會(huì)隨之報(bào)廢。在專用型測(cè)試系統(tǒng)之后，臺(tái)式型測(cè)試系統(tǒng)出現(xiàn)，其采用的是GPIB，配有標(biāo)準(zhǔn)的接口電路，雖然硬件可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，但軟件方面卻沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，在對(duì)該測(cè)試系統(tǒng)軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)時(shí)，通常都是針對(duì)命令集，換言之每臺(tái)儀器都是專用，并沒(méi)有達(dá)到通用性的要求。在業(yè)內(nèi)專家學(xué)者的不斷努力下，新一代的集成型測(cè)試系統(tǒng)問(wèn)世，該系統(tǒng)采用了先進(jìn)的VXI和PXI總線，整個(gè)系統(tǒng)以若干模塊化的設(shè)備構(gòu)成，軟件和硬件全部實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化，不但易于擴(kuò)展，而且還具有良好的資源復(fù)用性。在該系統(tǒng)中，測(cè)試軟件能夠借助通用軟件技術(shù)提升可移植性和復(fù)用性，由此為系統(tǒng)通用性目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供了支撐。通過(guò)上述分析不難看出，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)每一次更新和升級(jí)，都在向通用性方面靠近，換言之，開(kāi)發(fā)具有良好通用性的航空電子自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)是必然趨勢(shì)。

3 通用航空電子自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的發(fā)展趨向

通過(guò)上文分析可知，航空電子自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展到了集成型，為使系統(tǒng)具備良好的通用性，在未來(lái)一段時(shí)期，應(yīng)當(dāng)將高度綜合化、智能化和通用化作為主要的發(fā)展趨向。

3.1 高度綜合化

綜合化的實(shí)質(zhì)就是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行必要的整合，從而使系統(tǒng)的操作性能獲得更大幅度的提升，按照用戶提出的任要求完成測(cè)試任務(wù)，以此來(lái)滿足各種不同的使用需要。隨著技術(shù)水平的不斷提高，綜合化的系統(tǒng)功能將會(huì)變得更加強(qiáng)大，從目前應(yīng)用的航空電子自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)來(lái)看，除數(shù)據(jù)信息實(shí)現(xiàn)了高度的綜合化之外，其它方面尚未實(shí)現(xiàn)高度綜合化。隨著各種先進(jìn)技術(shù)被融入傳感器的射頻之中，如電子技術(shù)、通信技術(shù)、識(shí)別技術(shù)等，加之光子器件的使用，使得測(cè)試測(cè)量過(guò)程中的變頻環(huán)節(jié)隨著減少，改變了傳感器在測(cè)試系統(tǒng)中的位置，提高了系統(tǒng)的可用性。

3.2 操作智能化

近年來(lái)，人工智能技術(shù)日漸成熟和完善，很多系統(tǒng)在構(gòu)建的過(guò)程中，都對(duì)人工智能技術(shù)進(jìn)行了應(yīng)用，未來(lái)的航空電子自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)也可對(duì)該技術(shù)進(jìn)行合理運(yùn)用。從航空飛行器的發(fā)展趨勢(shì)上看，大型化是主流方向，為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，勢(shì)必需要采用大型的計(jì)算機(jī)和諸多的電子系統(tǒng)，由此對(duì)自動(dòng)測(cè)試提出了更高的要求。隨著人工智能技術(shù)的應(yīng)用，測(cè)試系統(tǒng)的智能化程度會(huì)獲得大幅度提升，處理速度將會(huì)發(fā)生質(zhì)的飛躍，預(yù)計(jì)可以達(dá)到每秒2000億次以上。飛機(jī)駕駛員在對(duì)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行操作時(shí)，可借助實(shí)時(shí)定位、決策咨詢等功能，提升測(cè)試效率和結(jié)果的準(zhǔn)確性。同時(shí)，在人工智能環(huán)境下，系統(tǒng)可對(duì)測(cè)試目標(biāo)的執(zhí)行過(guò)程進(jìn)行分類設(shè)置，從而大幅度降低了電磁輻射對(duì)其它電子設(shè)備的影響。

3.3 通用化

綜合化與智能化的實(shí)現(xiàn)，給航空電子自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)通用化提供了支撐，通過(guò)采用相同類型的模塊單元對(duì)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)建，可使系統(tǒng)的性能獲得全面提升，并且模塊單元易于實(shí)現(xiàn)通用化。隨著航空電子技術(shù)的快速發(fā)展，使得測(cè)試系統(tǒng)與航空電子設(shè)備之間的聯(lián)系更加密切，通用化系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，能夠顯著降低成本，并滿足不同機(jī)型的使用需要，這對(duì)于促進(jìn)我國(guó)航空事業(yè)的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

結(jié)論：綜上所述，航空電子技術(shù)的發(fā)展速度不斷加快，各種電子系統(tǒng)在航空飛行器的應(yīng)用越來(lái)越多，為確保這些電子設(shè)備和電子系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性，需要高效、快速地完成自動(dòng)測(cè)試。由于航空電子設(shè)備的原理大同小異，加之測(cè)試項(xiàng)目也有很多相同之處，從而為通用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的構(gòu)建提供了條件。同時(shí)，測(cè)試系統(tǒng)的綜合化、智能化和通用化的發(fā)展，也為通用性目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)帶來(lái)了可能，這是未來(lái)航空電子自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的主流發(fā)展趨向。