大氣數據激勵仿真測試系統設計和實現

史銀芳?杜新悅?李鵬飛?汪磊

摘要：大氣數據激勵仿真測試系統是航電系統綜合測試平臺的一種，是模擬機載設備在地面或空中飛行時，必不可少的實驗室測試設備。大氣數據激勵仿真測試系統主要完成大氣數據系統地面測試相關激勵信號、仿真信號的產生，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。本文從三個方面對大氣數據激勵仿真測試系統的設計和實現進行闡述：大氣數據激勵仿真測試系統組成及原理;大氣數據激勵仿真測試系統關鍵設備的選擇;大氣數據激勵仿真測試系統軟件設計。其大氣數據激勵仿真測試系統性能穩定，軟硬件升級簡單，滿足大氣數據系統實驗室測試要求。

關鍵詞：大氣數據激勵仿真測試系統;實驗室測試設備

1. 組成及原理

在對大氣數據計算機（含傳感器）的工作原理、測試需求和接口等進行分析后，利用工控機、高性能的硬件板卡、標準儀器和靈活可配置的軟件相結合的方式，提出本大氣數據激勵仿真測試系統。實現大氣數據激勵、仿真功能。

大氣數據激勵仿真測試系統實現兩種實驗室測試場景，一種激勵功能測試;另一種為仿真功能測試。

1.1激勵測試工作原理

激勵測試時大氣數據仿真系統主要完成給大氣數據計算機、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;各板卡和模塊分別模擬總溫電阻信號、RVDT攻角信號、RVDT側滑角角信號、HB6096格式的襟翼信號、HB6096格式的天向加速度及場壓裝訂信號、離散量輪載信號。

1.2仿真測試工作原理

大氣數據激勵能夠模擬機載大氣數據計算機解算出總壓、靜壓、動壓、絕對氣壓高度、相對氣壓高度、指示空速、馬赫數、真空速、大氣密度比、升降速度、大氣總溫、靜溫、場壓裝訂等大氣參數及告警信息。

2. 系統硬件模塊設計

整個系統在機構上采取模塊化設計思想，結合CPCI總線的技術設計。采用模塊化結構形式，提高了系統的靈活性、擴展性、通用性、維修性和可復制性。工控機使整個系統控制管理中心，也是整個激勵仿真系統的核心。通過運行測試軟件來對整個系統的各功能模塊實現統一管理、調度、控制，完成規定的測試設備。限于篇幅，僅介紹系統主要模塊。

2.1大氣參數模擬設計

在激勵測試時，為保證Pt和Ps氣壓信號的準確度和精度，選用大氣數據分析儀和外置真空泵的方式，實現靜壓、全壓、高度、空速、馬赫數、爬升率、速度變化率等參數要求。

2.2模擬總溫電阻設計

大氣數據激勵仿真軟件根據溫度阻值對應關系，解算出輸出阻值大小。設置高精度電阻板卡的輸出阻值。完成對大氣數據計算機的總溫模擬功能。

2.3離散量輸出設計

系統軟件對離散量輸出板卡輸出電平進行設置，并控制輸出離散量信號，輸出信號可以配置為懸空/接地狀態，用于仿真輪載信號。

2.4信號適配箱原理

由上圖可看出，信號適配箱中在測試中將工控機中的板卡信號、外部電源信號轉接至適配箱;并將各類信號配送測試接口，完成信號的轉接分配功能;通過接口匹配，將各種信號按照設備的接口進行整理、匹配，配送至被測設備;面板設計有信號檢測測量端口，用于對激勵仿真信號信號檢測。

3. 系統軟件設計

3.1軟件開發平臺

軟件開發平臺是設計測試系統軟件所必需的軟件工具集合。

操作系統：采用WINDOWS操作系統。

SQL SERVER：SQL SERVER將作為ICD、板卡通道等數據的主要配置保存工具。

VS2015：完成測試軟件、配置軟件等應用軟件的框架組建和開發，實現軟件操作功能、管理功能的實現。

3.2軟件系統設計

大氣數據激勵仿真系統包括三個模塊，即用戶管理模塊、配置管理模塊和測試執行模塊。

（1）用戶管理模塊

用戶管理模塊實現了人員和權限統一管理和維護，提供了友好的人機交互界面。

（2）配置管理模塊

a）板卡管理模塊

板卡管理模塊實現了板卡的統一管理，易于后期維護。

b）ICD管理模塊

采用SQLite文件來對ICD數據進行存儲與管理。

c）通道配置管理模塊

實現通道的自由配置，易于后期維護。

（3）測試執行模塊

實現了大氣數據的激勵和仿真功能以及系統自檢，包括手動測試和自動測試。

a）自檢功能

每次測試時，系統檢測測試系統資源是否正常。

b）激勵仿真信號功能

調用各模塊的API函數控制各功能模塊，為大氣數據計算機提供全壓壓力、靜壓壓力;HB6096總線數據信號;RS422總線數據信號;離散量數據信號;總溫電阻數值;RVDT數據信號;

4. 實驗結果與分析

在模擬試驗中，使用總壓和總溫2個飛行參數的結算，并進行誤差分析，通過比較模型結算值和真值的差異來驗證系統測試的正確性和工程的實用性。總壓通過大氣數據激勵仿真系統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據計算機，在不同的馬赫數（M）隨氣壓高度Hp（100m等間隔）變化中得到誤差結果。

5. 結束語

大氣激勵仿真系統設計采用先進的硬件設備和模塊化編程技術，使飛機航電地面試驗的實施性大大增強。測試軟件使用圖形和文本實時顯示測試過程和測試結果信息;人機界面友好，操作簡單，顯示直觀，功能獨立，運行穩定。采用模塊化設計提高了系統的靈活性、擴展性、通用性、維修性和可復制性。試驗結果表明該系統設計應用可行。

參考文獻：

[1]肖建德.大氣數據計算機系統[M].北京.國防工業出版社.2002.

[2]吳曉男.某型大氣數據計算機自動測試系統的設計[J].計算機測量與控制.2006.14（12）：1609-1610