自動飛行控制計算機通用自動測試平臺設計

趙燁　范軍華

摘? 要：自動飛行控制計算機已經成為保證飛機航行的重要因素，在本次研究中，文章介紹了一款自動飛行控制計算機通用自動測試平臺設計路徑，闡述了該平臺的關鍵技術路徑以及功能模塊實現方法。

關鍵詞：自動飛行計算機;自動測試技術;系統測試

中圖分類號：V249? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）18-0095-02

Abstract： Automatic flight control computer has become an important factor to ensure aircraft navigation. In this study， this paper introduces the design path of a general automatic test platform for automatic flight control computer. The key technology path and function module realization method of the platform are described.

Keywords： automatic flight computer; automatic testing technology; system testing

1 自動飛行控制計算機的組成與結構

目前，自動飛行控制計算機主要通過AFDX以及HB6096總線接收系統采集關鍵數據，包括慣性導航信息、大氣數據以及無線電高度等飛行姿態參數;同時該系統可以記錄飛機航行期間的關鍵數據變化，包括飛行設備的偏航距、飛機引導模式、數據差等。該系統能反饋飛機的工作狀態、飛行參數，通過HB6096總線設定的方法完成飛行引導以及自動飛行等?？傮w而言，該自動飛行控制計算機通過多板卡功能模塊設計，在背板總線設計中，實現不同功能模塊之間的信息數據交流，其中的關鍵部件包括：（1）多路總線接口板;（2）CPU板;（3）電源模塊轉換板;（4）模擬信號接口板等。在功能界定上，上述關鍵部件能夠實現自由插播更換，為了確保系統功能順利實現，要確保飛機能夠自動檢測系統功能，且地勤工作人員能夠在短時間內完成計算機修復以及功能模塊功能改善，最終全面提高飛機的出勤率[1]。

2 通用自動測試平臺的實現

2.1 自動測試平臺的設計思路

從系統功能角度來看，自動測試系統如果想要實現通用化設計，首先在硬件設備上必須要滿足大部分控制器接口需求，并滿足大量軟件的可移植以及可拓展性。因此為了能夠實現這一目標，在系統功能設計上需要構建一個標準化的自動測試系統結構，其中軟硬件要素之間能夠完成有效的信息交流，并滿足IEEE標準以及ATML描述要求。

該自動測試平臺設計應滿足IEEE標準化體系，相關功能也應該滿足該標準。通過標準化體系來進一步滿足自動化測試系統中全生命周期內的信息流復用需求;要嚴格控制硬件平臺上功能升級成本，增強整個系統的可操作性。該系統的整體結構如圖1所示。

在圖1所介紹的系統結構中，通過GPIB、PXIe、PXI總線等連接測試器，基礎測試儀器包括測試儀表、控制電源等，其他專業測試儀器包括模擬信號、總線信號以及其他專業測試模塊等。

2.2 平臺硬件設計

（1）為實現人機交互功能，選用了非實時HP工作站，該工作站能夠運行windows操作系統，通過TCP/IP局域網測試程序，識別測試指令數據，并能接收下載工作站的測試結果。（2）為確保能夠實時監測工作站的運行過程，使用研華工控

機，通過該設備運行Vxwork實時操作系統，測控工作站的運行程序。該設備的主要特征，就是能夠滿足GPIB、PXIe、PXI總線的測試需求，并提供仿真模擬自動飛行控制運算的信號接口。（3）程控28V電源模擬計算機使用多路直流28V供電電源，程控通用儀器能滿足大量信號測量、監控要求，尤其在單個信號管理中的效果更顯著。（4）AD/DA接口板具有良好的仿真能力，在運行期間能夠對離散量以及模擬量等關鍵信號進行仿真，仿真結果已經成為影響通用自動測試平臺功能實現的關鍵點。

除了上述關鍵硬件設備外，其他硬件設備直接通過GPIB、PXIe、PXI總線逐漸擴展到整個系統中，通過設置理想的接口適配器，分別連接硬件設備與自動飛機控制計算機，期間可以根據各功能端口的采集數據，將通道數據連接到測試儀器數據庫中（通過GPIB、PXIe、PXI總線完成數據傳輸），同時接口配適器還具有隔離信號、調制信號的功能。

2.3 通用自動測試平臺軟件系統實現

2.3.1 軟件系統的設計方法

為了確保通用自動測試平臺的軟件系統能夠滿足自動飛行控制計算機的運行要求，在本次研究中，采用有限狀態機理論，作為一種常用于計算機科學以及自動化領域的標準研究工具，能夠研究自動飛行系統內在復雜關系，該方法通過對一系列狀態以及狀態之間的轉換，判斷其中存在的內在關系，最終形成完整的系統設計思路。而在實際上，飛機航行時的工作模式本身就是一種離散事件，因此軟件功能應該對離散事件的切換進行描述，這樣才能提高系統的性能[2]。

有限狀態機理論能表示某個離散狀態以及這些狀態之間出現的轉移與動作等行為，這個過程可以按照圖2的結構進行闡述。在圖2中，可以將其劃分為飛機自動飛行控制中的六種狀態，包括LOFF（水平自動駕駛關閉狀態）、LOC（航跡）、VOFF（垂直自動駕駛關閉模式）、HDG（航向航跡）、VS（垂直速度）、GS（下滑道）。

按照自動飛行系統控制指令，將其設定為接通斷開條件，并加入“輸入輸出”以及其他切換條件之后，能夠構建一個完整的軟件系統邏輯轉換模式，滿足通用自動測試需求，根據測試過程中相關模式的變化，就能對自動飛行控制系統的狀態進行評估。

2.3.2 軟件系統關鍵功能

（1）狀態輸入。在通用自動測試系統中，測試對象的運行狀態是由多個變量組成的，這些變量體現了飛機自動飛行過程中處于何種控制狀態下，彰顯了自動駕駛的功能性。所以，系統能夠識別自動飛行控制系統是否接入，并且顯示自動駕駛過程中的狀態變化。（2）輸入。系統能夠根據自動飛行控制系統計算機輸入的信息，采集傳感器信號，并分析自動飛行控制系統的狀態。因此需要實現離散輸入、信號輸入以及模擬輸入等功能。在這個過程中，事件信號輸入通常來源于特定模式（或者飛行員的操作指令），其主要目的是激活（或停止）飛機的飛行控制。例如在自動飛行控制系統計算機中，可以選擇飛行高度，并將其作為一個“事件”輸入到系統中。（3）輸出。按照不同輸入，系統能夠在改變狀態的基礎上完成輸出。此時的數據能夠指示自動飛行控制系統計的狀態，也是制定飛機控制中作為命令指控的各項執行結構。例如，飛機指引儀輸出的數據是正確的，則證明自動飛行控制系統中飛行指引儀是開啟狀態。除此之外，還能設計輸出矩陣，顯示不同變量的輸出狀態變化。

2.3.3 系統實現

為實現上文所介紹的相關功能，本文提出的開發管理平臺主要包括系統集成環境、測試程序開發環境以及系統管理模塊等，在軟件功能的界定上，該系統能完成有限狀態機理論測試程序應用需求;在系統集成階段，系統集成環境主要提供給測試平臺研制廠商，在記錄平臺測試資源描述以及驅動開發之后，確保該系統能夠符合IEEE標準，并通過ATML語言完成開發描述。

執行管理平臺測試程序的運行環境要時刻處于測控計算機功能架構內，系統通過執行管理平臺，依靠COM結構與測試運行環境之間的關鍵功能交互，為實現實時管理奠定基礎，且同時滿足運行編譯等功能。出于對軟件系統“輸入”與“輸出”功能的考慮，在軟件設計上還應該增加關聯信號仿真模擬驅動功能，該功能主要是在已有的驅動程序上實現。

3 自動飛行控制計算機的狀態測試

3.1 測試的基本流程

（1）測試開始之后，先識別自動飛行控制計算機的硬件編號以及系統型號情況，此時根據計算機針腳阻抗測試結果，先判斷計算機內部是否存在故障;安排除系統存在故障之后，系統執行準備工作，此時的重點內容，就是引導計算機的加電啟動，避免計算機啟動期間不會因為硬件自檢錯誤問題而無法正常啟動設備[3]。此時相關人員可以觀察交聯仿真設備是否返回正常的仿真信號為標準，判斷系統的狀態。（2）地勤人員可以根據系統測試要求，選擇不同的系統測試方向，如單項功能測試、系統集成測試等。（3）在測試結束后，生成系統測試報告。

3.2 測試期間的注意事項

（1）保證計算機的硬件自檢通過，在正常啟動之后，對軟件系統功能進行評價。（2）保證計算機啟動后，自動飛控系統處于正常模態，根據模態變化來綜合評估系統的運行狀態。（3）測試結果的接收端，能夠通過總線記錄各種信號，并對數據恩日歐諾個的有效性進行評估，在這個過程中，主要的動作類型為“施加激勵”，通過奇校驗方法，測量目標串口的發送信息情況。（4）根據編制好的自動飛行控制計算機功能模塊測試路徑，將測試方法流程編寫成XML語言測試集，通過該測試集，能夠完成被測試設備的描述以及接口配適器描述等。

通過上述方法采集系統的運行狀態信息之后，就能完成自動飛行控制計算機的狀態測試，根據測試結果，判斷通用自動測試平臺的性能。

4 結束語

本文設計了一套通用自動測試平臺，該平臺滿足自動飛行控制計算機的管理要求，與傳統系統相比具有易于拓展等要求，能實現復雜程序的功能優化，簡化了系統性能評估過程，具有顯著優勢，值得推廣。

參考文獻：

[1]付博.高度綜合化自動飛行控制系統研究[J].中外企業家，2018（02）：140.

[2]倪茂偉.基于模型設計的連續下降進近控制方法研究[D].南京航空航天大學，2017.

[3]譚珍珍.民用飛機自動飛行控制系統需求分析與確認[J].科技展望，2018，26（15）：254-255.