研制中的民用航空電子ATE設備簡介

研制中的民用航空電子ATE設備簡介工程的根本情況：1

引言在以電子技術(shù)和信息技術(shù)為主要推動力、數(shù)字化技術(shù)為核心的技術(shù)背景下，自動測試設備〔AutomaticTestingEquipment,簡稱ATE〕成為軍用、民用航空電子設備、武器裝備、現(xiàn)代化指揮、空中交管系統(tǒng)平安運行和準確操作所必需的重要支撐技術(shù)，是使航空電子設備、武器裝備系統(tǒng)處于良好狀態(tài)的重要保證。隨著現(xiàn)代化空中交管指揮系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和武器裝備技術(shù)的進步，對ATE技術(shù)的需求越來越高。2

國內(nèi)外開展方向2.1國外ATE開展現(xiàn)狀及開展趨勢在科學技術(shù)高度開展的今天，測試工作處于各種現(xiàn)代裝備系統(tǒng)設計和制造的首位，是保證現(xiàn)代裝備系統(tǒng)實際性能指標的重要手段。代表著測試技術(shù)與儀器行業(yè)最高水平的ATE技術(shù)順應時代潮流，以通用化、模塊化、智能化、標準化、數(shù)字化、網(wǎng)絡化為特點，在國際上得到了迅猛開展。ATE集成技術(shù)，西方興旺國家早在80年代就已在航空、航海等領(lǐng)域廣泛采用，產(chǎn)生了巨大的軍事經(jīng)濟價值。1987年，美國軍方?jīng)Q定將軍用測試市場向商用測試技術(shù)開放以來，測試技術(shù)的開展與計算機技術(shù)的開展幾乎是同步協(xié)調(diào)向前開展的。計算機技術(shù)是測試技術(shù)的核心，假設脫離開計算機、軟件、網(wǎng)絡、通信開展的軌道，測試技術(shù)產(chǎn)業(yè)就不可能壯大。美國軍方在冷戰(zhàn)結(jié)束后，選擇了軍用－民用工業(yè)根底一體化的途徑，以便保持國防工業(yè)實力，使國防部門既能夠以較低本錢采購到先進的裝備，又能增加對國家的經(jīng)濟競爭力。軍方對測試需求貫徹三項出發(fā)點：測試采用開放式工業(yè)標準、互換性、互操作性的產(chǎn)品。基于此，80年代末出現(xiàn)了VXI總線技術(shù)，1995年又推出了CompactPCI、PXI體系結(jié)構(gòu)。VXI、CompactPCI、PXI技術(shù)將在測試領(lǐng)域扮演重要角色。此外，以現(xiàn)場總線〔FieldBus〕、IEEE1394〔FireWire,防火墻〕、內(nèi)聯(lián)網(wǎng)〔Intranet〕分布、高速、互連體系的測試系統(tǒng)也將越來越廣泛地得到應用，總線和網(wǎng)絡將是測試工程師未來關(guān)注的熱點。對綜合測試技術(shù)的開展，當前軟件的開展要遠遠落后于硬件，綜合技術(shù)的本身軟件比硬件更重要。西方興旺國家對ATE系統(tǒng)的研制和應用十分重視，都制定了嚴格的維修制度和完善的開展規(guī)劃。如代表國際軍用ATE開展最高水平的美國陸、海、空三軍均有自己完善的測試設備與技術(shù)開展規(guī)劃：空軍模塊化自動測試設備〔MATE〕開展方案的目標是強化系統(tǒng)功能、提高系統(tǒng)的通用性，為ATE設備的研制、生產(chǎn)和使用建立協(xié)調(diào)開展的條件；海軍綜合自動支援系統(tǒng)〔CASS〕開展方案致力于加強海軍ATE的可測性工作和為海軍的飛機、艦艇和衛(wèi)星上的電子設備、導航、通信和電子戰(zhàn)系統(tǒng)等提供一種先進的綜合自動支援系統(tǒng)；陸軍的中級戰(zhàn)場測試設備〔IFTE〕開展方案積極研究將人工智能應用于戰(zhàn)場裝備的維修等。其總的目標是：開展通用、多功能、抗干擾、小型化、模塊化和基于VXI總線的軍用ATE系統(tǒng)。民用航空電子ATE那么正在努力實現(xiàn)TPS的可移植和兼容。簡而言之，國外電子測量技術(shù)具有以下開展特點和動向：軍事電子技術(shù)是現(xiàn)代測試技術(shù)開展的主要動力之一；以雷達、綜合電子戰(zhàn)為代表的軍事電子技術(shù)，以預警機和衛(wèi)星通信為代表的航空、航天技術(shù)以及以導彈精密制導為代表的兵器技術(shù)等都離不開測試技術(shù)，測試儀器是軍事技術(shù)的檢驗標準和開發(fā)工具，軍事技術(shù)為測試技術(shù)提供了難得的開展機遇和廣闊的市場前景。測試技術(shù)與計算機技術(shù)同步開展；計算機技術(shù)與測試技術(shù)相結(jié)合，測試儀器進入智能化時代，使采用誤差修正的高精度測量、實時測量和自動測量成為可能。微波毫米波測試儀器仍將是今后的開展重點；通信和視頻測試儀器是開展的熱點；由于數(shù)字通信和視頻產(chǎn)品的蓬勃開展，國外許多電子測試儀器公司紛紛將目光投向通信和視頻產(chǎn)品配套的電子測試儀器上，都將通信和視頻測試儀器視為新的經(jīng)濟增長點，并寄托了很大的希望。因此有關(guān)的射頻測試儀器;數(shù)字調(diào)制;解調(diào)與傳輸分析儀器;信令及規(guī)約分析儀器;光纖測試儀器;移動通信測試儀器;計算機網(wǎng)絡測試儀器;高清晰度電視及圖像評價與分析儀器和數(shù)字存儲示波器等都有較好的市場前景。這方面的測試儀器市場很大。品種很多，而且沒有一家儀器公司處于壟斷地位。由于通信體制和通信方式的多樣性并且正處于開展的強勁時期，因此要求測試儀器的更新速度跟上通信產(chǎn)品的更新速度。為了搶占有利的市場位置，各儀器公司在增加測量功能和提高儀器性能的同時，盡量壓低本錢，把提高儀器的性價比作為追求的主要目標。〔5〕綜合便攜式的集成化測試系統(tǒng)受到普遍重視；〔6〕VXI、PXI等模塊化儀器是關(guān)注的焦點；VXI總線的模塊化測試儀器起源于美國，歐洲及日本等興旺資本主義國家反響比擬冷淡，90年代以后美國涌現(xiàn)出不少專門從事總線技術(shù)研究及產(chǎn)品發(fā)的中小儀器公司，如RACAL、ASCOR等，但VXI總線的儀器產(chǎn)品及市場還主要集中在HP等少數(shù)大公司，盡管VXI總線的儀器產(chǎn)品在美國儀器市場上所占比例缺乏5％，其他國家可能更低，但它確實是測試儀器的一個開展方向。提出"虛擬儀器"和"軟件就是儀器"觀念的NI公司1997年又推出PXI模塊化儀器的機箱、模塊和技術(shù)標準等，從事VXI產(chǎn)品開發(fā)中小公司紛紛響應，如ASCOR和RACAL等，但至今沒有聽到HP和TEK等大公司對PXI的意見和態(tài)度，由于大公司的導向作用，他們的態(tài)度是至關(guān)重要的?！?〕網(wǎng)絡化、數(shù)字化技術(shù)成為開拓的新亮點;〔8〕民用ATE的TPS可移植和儀表儀器IVI驅(qū)動正在開展之中。

2.2國內(nèi)開展現(xiàn)狀我國ATE的開展從全盤引進、仿制到自行研發(fā)，取得了舉世矚目的成就，生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)能力僅次于美、日、英、德、法，但這些測試儀器主要是中、低檔儀器。僅就可靠性而言，國產(chǎn)測試儀器的可靠性指標一般在3000小時左右，而國外一般在10000小時以上，平均無故障時間為2-3萬小時。從整體上看，我們在技術(shù)性能、制造工藝等方面與國際先進水平還存在很大差距，主要表現(xiàn)為：(1)ATE技術(shù)落后，絕大多數(shù)領(lǐng)域所需的自動測試系統(tǒng)和模塊尚屬空白；(2)多功能、通用測量儀器品種少，配套能力差，更新?lián)Q代慢，主要性能指標低下；(3)數(shù)字化、智能化、自動化、標準化程度低；(4)新產(chǎn)品設計手段和工藝落后，可靠性差。(5)大多數(shù)ATE是單系統(tǒng)設備，無綜合性ATE。(6)未采用國際通用的高級語言編程，開放性差。(7)民用航空電子ATE只能檢測到LRU級，未到達SRU級?？傊?，落后的ATE技術(shù)與現(xiàn)代需求的矛盾日益突顯，深入開展這方面的應用研究迫在眉睫?；赩XI、PXI總線的虛擬儀器技術(shù)隨著儀器與系統(tǒng)硬件的不斷完善以及新的儀器設計思想的開展，軟件的重要性與進一步開展的迫切性變得越來越突出，測試界今后的巨大變化將發(fā)生在軟件方面。虛擬儀器整合了計算機軟件技術(shù)、智能測試技術(shù)、模塊及總線的標準化技術(shù)、數(shù)字信號處理〔DSP〕技術(shù)、圖形處理技術(shù)及高速專用集成電路〔ASIC〕制造技術(shù)等，是建立在標準化、模塊化、積木化的硬件與軟件平臺上的一個完全開放的系統(tǒng)。它強調(diào)軟件的作用，提出“軟件就是儀器〞的概念，用戶可根據(jù)自己的需要通過編制不同的測試軟件來構(gòu)成各種功能的測試系統(tǒng)，其中許多硬件功能可直接由軟件實現(xiàn)，系統(tǒng)具有極強的通用性和多功能性。隨著虛擬儀器技術(shù)向縱深開展以及各項高新技術(shù)的進步，人們完全可以實現(xiàn)將電子實驗室“裝入〞電腦的設想。VXI總線是VME總線標準在儀器領(lǐng)域的擴展，PXI總線是目前微機和效勞器領(lǐng)域廣泛應用的PCI總線標準在儀器領(lǐng)域的擴展，它的問世，給電子測量儀器及測試系統(tǒng)帶來一場深刻的革命。其總線標準是一種在世界范圍內(nèi)完全開放的、適用于不同廠家和不同應用領(lǐng)域的行業(yè)標準。VXI、PXI總線系統(tǒng)具有標準化、系列化、通用化、模塊化的顯著特點，集測量、計算、通信與控制〔MC3〕一體化。據(jù)國際開展動態(tài)，本類儀器將在很大程度上取代現(xiàn)在廣泛應用的GPIB總線系統(tǒng)和個人儀器系統(tǒng)。此外它還能充分發(fā)揮計算機的效能，運用新的測量原理構(gòu)成虛擬儀器，因而VXI、PXI系統(tǒng)有“未來儀器〞和“未來系統(tǒng)〞之稱。基于VXI、PXI總線的虛擬儀器正是計算機技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)、VXI、PXI總線技術(shù)的完美結(jié)合，代表了當前和今后儀器測試領(lǐng)域的開展方向和世界潮流。它的出現(xiàn)必將是儀器開展史上的一場偉大革命。3.系統(tǒng)方案：該工程產(chǎn)品主要瞄準國外正在開展之中的，采用虛擬儀表的高智能航空電子自動化測試設備〔ATE〕。工程針對高速開展的我國民用航空機載設備領(lǐng)域，研制采用VXI和PXI虛擬儀器技術(shù)，符合國際民航測試設備SMART(StandardModularAvionicsRepairandTest)思想，使用國際通用自動測試語言〔ATLAS〕編程的大型、綜合性自動測試平臺，到達LRU和SRU〔ShopReplacementUnit內(nèi)場可更換件〕級檢修水平。在此根底上,移植、開發(fā)TPS〔TestProgramSet〕軟件包并使之商品化。根據(jù)國外各ATE生產(chǎn)廠家的情況來看，綜合性ATE設備制造，均是采用二次集成方法，只有少數(shù)特殊設備自行設計、制造。如國外HONEYWELL的UAT系列產(chǎn)品，以色列RADA公司的CATS系列產(chǎn)品，著名軍用ATE設備商“美泰克〞的VTS-3000A產(chǎn)品，EADS公司Serials6系列產(chǎn)品，都是集成了世界上最著名的各設備生產(chǎn)商產(chǎn)品，形成所謂COTS結(jié)構(gòu)，以防止美軍常頭痛的升級問題，因此，我們也采用二次集成方案。ATE設備的功能就是將測試需求資料一路轉(zhuǎn)換到儀器指令并將儀器測量信號饋送到待測件，將測試結(jié)果反響回計算機判斷和計算，得出測試結(jié)論。其最困難的地方有兩點，其一就是如何控制系統(tǒng)的儀器設備，其二就是設定系統(tǒng)儀器與待測件之間的訊號傳送路徑?？朔谝粋€難點的方法是采用PAWS軟件，它能將需求文件〔ATLAS文件〕轉(zhuǎn)換成特定RTS〔RunTimeSystem運行系統(tǒng)〕系統(tǒng)執(zhí)行文件。PAWS軟件是由世界上著名的軟件公司TYX設計生產(chǎn)的商用ATLAS編譯軟件，其最初的應用領(lǐng)域是美軍ATE系統(tǒng)，后擴展到全軍并商品化，該公司于2000年被歐宇航EADS集團購置。世界許多著名航空ATE生產(chǎn)商都選用這一軟件集成產(chǎn)品。如HONEYWELL的UAT，Boeing公司選用為其B777作ATE測試的以色列RADA公司生產(chǎn)的CATS系列，日本宇航公司航天火箭測試ATE,德國SEKAS核電站ATE等；我國空軍的殲十一〔蘇二七〕后勤維護ATE是由美國“美泰克〞公司生產(chǎn)的VTS-3000A和歐宇航EADS集團提供的ATEC系列產(chǎn)品，VTS-3000A軟件也是PAWS;自己研制的殲十維護ATE，軟件也采用PAWS系列產(chǎn)品;在美軍CASS系統(tǒng)、MATE系統(tǒng)、IFTE系統(tǒng)中都有PAWS的身影。PAWS系列軟件，由于其具備從測試控制到文檔生成等一系列自動化功能(即滿足IEEE的ABBET系列標準--StandardforABroad-BasedEnvironmentforTest)，減輕了軟件開發(fā)管理中繁復的手工勞動，廣為世界ATE集成商和ATE客戶選用。ATLAS編譯軟件的備選方案為歐洲BAESYSTEMS集團TOPTEST公司的ACETMATLAS編譯軟件，它是在BAESYSTEMS生產(chǎn)的MATS系統(tǒng)中開展起來的ATLAS編譯軟件，廣泛用于歐洲軍用和航天ATE測試，功能與PAWS相當，難度在于出口中國須取得許可證。克服第二個難點的方法就是采用ARINC608A〔ARINC美國航空無線電公司〕附錄D中規(guī)定的接口及開關(guān)矩陣單元。作為航空電子產(chǎn)品功能測試的ATE，要得到用戶認可和形成產(chǎn)品，必須遵循事實上的世界航空電子產(chǎn)品標準—ARINC標準。ARINC608A標準是集世界現(xiàn)有各系列ATE設備之大成，為到達TPS〔TestProgramSet軟件包〕的可移植性而制定的標準，它規(guī)定了ATE設備須具備的硬件資源及連接轉(zhuǎn)換方法，目前維護新機型的ATE設備，都遵循這一標準，如：法宇航ATEC六系列，以色列RADA公司的CATS系列，其接口部份使用的都是RACAL公司生產(chǎn)的1262-77系列ARINC608A接口套件。為滿足ARINC系列標準要求，與世界技術(shù)開展齊步，硬件設計完全采用集成方式。PXI儀器由NI公司提供，然后加以仿制；VXI儀器鑒于國內(nèi)技術(shù)水平有些已到達國外同類水平，分別采用中國航天科工集團和我公司下屬華太數(shù)采公司的局部產(chǎn)品。系統(tǒng)中將集成其產(chǎn)品的供給商還有：RACAL公司，VXI技術(shù)公司，AIM公司，HP公司，TERADYNE公司，ELGAR公司，Tektronix公司，Nii公司，SBS公司，CONDOR公司，ADTS公司，MAC公司，VPC公司等。系統(tǒng)總體方案就是：構(gòu)建以ARINC608A和ARINC626-3為標準的SMART結(jié)構(gòu)ATE。4.工程的社會經(jīng)濟意義：在中國經(jīng)濟持續(xù)增長的今天，中國民用航空的開展正以每年平均遞12%的高速度開展，世界航空機載電子設備在高需求和高技術(shù)的支持下，更是日新月異。中國民航七大骨干航空公司及三十多家地方航空公司已從92年擁有200架飛機開展到今天1000多架。而據(jù)中國民航總局預測，到2021年中國的民航客機將到達2000多架，如此龐大的民航機群，其機載電子設備，包括導航、通訊、雷達、飛行計算機、數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)、陀螺系統(tǒng)的定期檢測及故障維修將花費一筆巨大的費用。目前國內(nèi)航空電子維修廠家也因缺乏專用的測試設備或因設備價格太高而不能大量實現(xiàn)國內(nèi)測試及維修，不得不送往國外檢修，這給用戶不僅帶來巨大的經(jīng)濟損失，而且更造成時間上的延誤，降低飛機使用率，降低市場競爭力，使我們的航空運輸業(yè)與國外競爭處于被動局面，在我國參加WTO后情況尤甚。而數(shù)量更大的軍用飛機因缺乏先進的測試設備，測試能力缺乏，又不能送往國外檢修，使得大批飛機使用壽命降低，使用本錢增加，從而嚴重影響我國空軍的開展。從航空電子維修的技術(shù)開展情況來看，隨著航空電子設備的數(shù)字化開展，航空維修手段已從系統(tǒng)聯(lián)試階段，LRU(LineReplacementUnit航線可更換件)級分立儀表測試階段開展到了ATE階段。無論LRU級維修，還是印制電路板元件級排故，均采用綜合的或?qū)Ｓ玫腁TE設備，完全擺脫了對維修人員技術(shù)經(jīng)驗的依賴。各大航電設備OEM廠家反映在INTERNET網(wǎng)上的表現(xiàn)就是免費提供CMM〔CompnentMaintanceManual部件維護手冊〕手冊下載，轉(zhuǎn)而ATLAS〔AutomaticTestLanguageforAvionicsSystem航空電子設備通用自動測試語言〕程序手冊需要購置。現(xiàn)在，新機型上的航電設備采用系統(tǒng)連接方法或制作TESTPANEL(測試面板)用分立儀表檢修已越來越困難甚至不可能啦。國內(nèi)獨立維修企業(yè)包括我公司在內(nèi)的絕大部份維修設備還停留在系統(tǒng)聯(lián)試和分立儀表檢修階段，對ATE設備的需求已初露端倪，只是礙于國外設備動轍上百萬的價格無力承受。這些企業(yè)集中于成都、西安、北京、廣州周圍,大約有六、七十多家，如果在近五年內(nèi)其設備不能升級換代，必將陸續(xù)被市場開展所淘汰。在世界范圍內(nèi)，民用航空電子維修效勞市場包括測試設備在內(nèi)約有16億美元，其中航空公司占有70%，獨立維修單位占12%，10%控制在OEM廠家手中，8%屬于飛機制造廠。而在中國市場，航空公司占的份額極小，大部份的航電維修效勞依賴于國外及獨立維修單位。因而，當航空公司從飛機定檢維護中挪出手來后，航空電子維修必然成為其開展重點，南航GAMCO已有先例，其它航空公司也顯露出了跡象。ATE設備市場是一個正在顯露的市場，國外設備高昂的價格，正是我們進入這一市場的時機，市場嚴酷的現(xiàn)實和公司財務狀況逼迫我們必須研制ATE設備以維持航修業(yè)務，只要本錢控制恰當，我們就能進入ATE設備市場，表現(xiàn)得好，還能把握住今后航空公司的市場需求。不僅如此，第三世界國家也對高性能、低價位的現(xiàn)代航空機載電子設備綜合測試系統(tǒng)具有十分濃厚的興趣。因此，該工程產(chǎn)品將在航修領(lǐng)域為國家的出口創(chuàng)匯起到不可忽略的作用。5.工程產(chǎn)品的主要技術(shù)性能指標工程產(chǎn)品技術(shù)指標：系統(tǒng)參數(shù):工作溫度:0OC–55OC尺寸:(H)75〞x(W)95〞x(D)40"重量：988Kg輸入電源：220VAC可編程電源0to60VDC@30Amp0to300VDC@3.5Amp0to65VDC@40.4Amp0to270Vrms@9.7Amp0to130Vrms@2.25A主控計算機Pentium2GHz512MBRAM40GBHDD3.5"軟驅(qū)V.9056KPCIModemCD-WriterGPIB接口20"平板LCD觸摸屏MXI-3ParallelSCSI-2接口儀器機箱1個高功率C-SizeVXI機箱1個3U18槽PXI機箱HighFlow-RateDynamicCoolingVXI、PXI總線收發(fā)DoubleTierReceiverIntegralInterlockDesign系統(tǒng)軟件TYXPAWS軟件各儀表ATLAS驅(qū)動程序故障探測軟件系統(tǒng)應用軟件WindowsNTPCAnywhereConfidenceTest自檢測軟件校準軟件環(huán)境監(jiān)控軟件虛擬儀器軟面板頻率計時間間隔1to2:1nsto105s頻率范圍225MHz16-bitIsolatedD/AModuleMeasurementthroughputmax.200meas/s數(shù)字子系統(tǒng)48DigitalI/OPins50MHzPatternRatePinProgrammableVoltagesfrom-5to+15VDCGuidedProbeandFaultDictionaryTimingSets/Phases/WindowsDigitalI/Oexpandableto192pins脈沖產(chǎn)生器Single/Double/InvertedPulse(s)incontinuous,gated,burstandtriggerPulseAmplitude:0to24VppPulseWidth99.999995mSto1.5nS波形合成器Sine,Square,Triangle,Ramp,Pulse,Sinc,GaussianPulse,ExponentialRise/DecayPulse,DCandArbitraryFrequencyupto50MHz數(shù)字多用表DCVoltageRange0to300VACVoltageRange0.01to300Vrms6.5DigitresolutionTwoandFourWireResistance模擬子系統(tǒng)Voltage-15Vto+15VCurrent0to50MA16Channels開關(guān)(1)080ChannelSPSTSwitch(1)30ChannelHigh-PowerSPSTSwitch(1)70ChannelRelayActuatorSPDTSwitch16x164-wireSwitchCoaxialSwitch2-wireSwitch(1)8-1x8Multiplexerswitch視頻模擬組件AnalogWidebandVideoSourcesDigitalVideoSourcesMultiformatAnalogandDigitalsignalSources同步器/解析器Stimulus/Measurement47Hzto2KHzStimulus/MeasurementAngularRate+1000?/secStimulus/MeasurementAngularRange0to359.999?Stimulus/MeasurementLinetoLineVoltage1to90Vrms8通道LVDT/RVDTProgrammableOutput&ExcitationWideband360Hzto20KHzLVDT/RVDT測量FrequencyRange10Hzto100KHzVoltageUUT冷卻組件Max.pressuree12+/_1incheswatergaugeatflowof13lb/minMax.pressuree5+/-1incheswatergaugeatflowof4.3lb/minARINC429總線模塊4ProgrammableChannelsHighSpeed100Kbits/secLowSpeed12to14.5Kbits/secRS232/RS422/RS485總線模塊4ProgrammableChannelsBandRateProgrammableupto5Mbps6.工程產(chǎn)品執(zhí)行的質(zhì)量標準：由于現(xiàn)代飛行器集現(xiàn)代最新科技為一體，其機載設備的修理、檢測設備目前世界各國都沒有專門的標準可循?！怖纾菏澜绾娇站揞^美國，其民用機載電子、電器設備的生產(chǎn)，大局部是沿襲美國軍用MIL標準；美國航空運輸協(xié)會有一些針對民航的技術(shù)標準。〕因此，我們的設計技術(shù)標準大局部采用美國FAA認可的美國航空運輸協(xié)會ARINC標準和美國MIL標準。上述標準未覆蓋到的局部那么采用IEC標準、國家標準或行業(yè)標準，具體采用的標準如下：主要技術(shù)標準：ARINC602A-2TestEquipmentGuidance2/96〔測試設備指南〕ARINC608ADesignGuidanceforAvionicsTestEquipmentPart1–SystemDefinition1/93(航空電子測試設備設計指南第一局部：系統(tǒng)定義)ARINC626-3StandardATLASforModularTest1/95〔面向模塊化測試的標準ATLAS語言〕ARINC627-2ProgrammersGuideforSMARTTMSystemsUsingARINC626ATLAS6/02〔使用ARINC626ATLAS的SMARTTM系統(tǒng)編程指導〕ARINC625-1QualityManagementProcessforTestProcedureGeneration10/99〔檢測流程編制過程中的質(zhì)量管理方法〕ARINC604-1GuidanceforDesignandUseofBuilt-InTestEquipment(BITE)10/88ARINC600-13AirTransportAvionicsEquipmentInterfaces3/01ARINC404AAirTransportEquipmentCasesandRacking3/74ARINC404BConnectors,Electrical,RackandPanel,Rectangular,RearReleaseCrimpContacts4/98ARINC652GuidanceforAvionicsSoftwareManagement1/93ARINC653AvionicsApplicationSoftwareStandardInterface1/97ARINC665-1LoadableSoftwareStandards1/01ARINC614StandardFirmwareLoaderforAvionicsShops9/897.工程技術(shù)可行性分析工程產(chǎn)品的主要技術(shù)內(nèi)容及工作原理：集成ATE設備，就是設計一種利用計算機的程控方法，將測試需求資料一路轉(zhuǎn)換到儀器指令，并將儀器測量信號饋送到待測件，將測試結(jié)果反響回計算機判斷和計算，得出測試結(jié)論。核心軟件的選擇決定其架構(gòu)的先進性，核心硬件的選擇決定其技術(shù)指標，其中最困難的地方有兩點，其一就是如何控制系統(tǒng)的儀器設備，其二就是設定系統(tǒng)儀器與待測件之間的訊號傳送路徑。航空機載電子設備智能綜合測試系統(tǒng)的核心軟件是TYX公司的PAWSATLAS編譯器，核心硬件由工控機和VXI、PXI虛擬儀器組成，根據(jù)不同的被測機載設備配備專用測試儀器和適配器。ATLAS編譯器將測試需求轉(zhuǎn)換成儀器控制指令,VXI結(jié)構(gòu)ARINC608A開關(guān)組件完成系統(tǒng)儀器與待測件之間的訊號傳送，這樣,就可確保SMARTTM結(jié)構(gòu)形成，到達TPS在不同ATE間的可移植性目的。ATE系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖該系統(tǒng)硬件完成對被測件輸出信號實時監(jiān)控分析和輸入信號同步模擬：被測件輸出信號通過適配器由主控計算機經(jīng)ARINC608A智能測量開關(guān)及矩陣進行分類測試、顯示和打印，測量接口采用MXI-3輔以IEEE-488接口；被測件輸入信號由VXI、PXI虛擬儀器產(chǎn)生，并通過適配器選通矩陣提供。模擬組件按機載設備特點主要分為：可編程離散量信號發(fā)生器、可編程交/直流信號發(fā)生器、可編程脈沖信號發(fā)生器、可編程同步/解析信號發(fā)生器等。工程的技術(shù)路線圖無論哪種虛擬儀器測控系統(tǒng)，都是將硬件儀器搭載到筆記本電腦、臺式PC或工作站等各種計算機平臺上，加上應用軟件而構(gòu)成的，實現(xiàn)用計算機的全數(shù)字化的采集、測試、分析。見下列圖：典型的虛擬儀器測控系統(tǒng)框圖虛擬儀器測控系統(tǒng)的工作過程，大致上可以分為數(shù)據(jù)收集控制、分析和顯示三個局部。虛擬儀器測控系統(tǒng)的核心局部是軟件，一般而言，虛擬儀器測控系統(tǒng)的軟件由用戶應用軟件、試驗程序和測量儀器驅(qū)動程序等三個局部組成，編程控制技術(shù)平臺位于最上層。虛擬儀器技術(shù)已經(jīng)有了一系列的標準標準，例如VXI、GPIB和VISA等，只要選用符合統(tǒng)一標準的虛擬儀器部件和模塊，就很容易借助標準接口將其連接起來成為一整套虛擬儀器系統(tǒng)。在為了實際需要而擴展功能時，可以重新進行虛擬儀器系統(tǒng)的調(diào)整和組裝，并且這種改裝也極其方便，不必淘汰原有的部件和模塊，從而大大地節(jié)省了開支。運行于PC機/工作站上的TYX公司PAWS軟件編程控制技術(shù)平臺將用戶應用軟件、試驗程序和測量儀器驅(qū)動程序等三個局部軟件融為一體，即在其圖形化建模環(huán)境中，將UUT〔測控對象〕產(chǎn)品標準，經(jīng)測試需求形成，檢測流程編制，測試資源管理，檢測儀器控制等環(huán)節(jié)，形成最終RTS環(huán)境運行程序，見下列圖：圖2測試系統(tǒng)控制軟件PAWS流程圖2．技術(shù)創(chuàng)新的論述：目前國外研制的航空機載電子設備綜合自動測試系統(tǒng)已經(jīng)投放市場，但國內(nèi)只有少數(shù)幾個公司引進，實際利用率很低，主要原因在于:性能不先進，耗時太長；價格昂貴，TPS數(shù)量少；只能作LRU檢測，不能作SRU級檢修；兼容性較差〔無法兼容國產(chǎn)件和俄制件〕等缺陷，不能滿足國內(nèi)航空維修企業(yè)的實際需求。而航空機載電子設備智能綜合測試系統(tǒng)在國內(nèi)尚屬空白工程。綜合以上因素，為確保工程與世界開展水平同步，本產(chǎn)品在智能化、兼容性和虛擬儀器系統(tǒng)使用上進行了大膽創(chuàng)新:使用國際通用自動測試語言〔ATLAS〕編程，全面采用VXI、PXI總線的虛擬儀器技術(shù)，實現(xiàn)了MC3一體化，努力實現(xiàn)SRU級維修，大量采用DSP并行處理技術(shù)產(chǎn)品，廣泛應用可編程ASIC及ISP技術(shù)產(chǎn)品，集成了先進的IVI技術(shù)，保證了TPS的可移植、兼容性。具體表述如下：使用國際通用自動測試語言〔ATLAS〕編程ATLAS〔AbbreviatedTestLanguageforAvionicsSystems〕語言產(chǎn)生于1969年。在這之前，航空公司在接收新飛機時，遇到了復制測試設備程序的困難：新機群需新的、指定的檢測設備，而這些設備的軟件又與老機群的測試設備軟件不兼容。因此，航空公司需要一種兼容所有檢測設備的計算機語言，用該語言編寫的TPS能夠獨立于測試設備。為滿足這一需求,ARINC在1969年開發(fā)了一種用于TPS程序編寫的計算機語言——ATLAS。該語言隨后被各種標準組織采用，如IEEE等,并開展至今。ATLAS當初是基于FORTRAN語言制定的,但如今更趨近于C語言。另一種TPS編程語言是ABET〔AdaBasedEnvironmentforTest〕，ABET主要是用于軍用領(lǐng)域，民用航電測試設備仍只用ATLAS。PAWS軟件是由世界上著名的軟件公司TYX設計生產(chǎn)的商用ATLAS編譯軟件。在1996年，該軟件的系列工具包就已通過IEEE組織SCC20的ABBET標準驗證，使該軟件擁有了從測試需求形成，檢測流程編制，測試資源管理，檢測儀器控制等各種自動化功能。其標準化，開放式的工作環(huán)境，使其在世界軍用和商用ATE集成上，占據(jù)了獨一無二的位置。采用基于VXI、PXI總線的虛擬儀器技術(shù)基于VXI總線的虛擬儀器技術(shù)產(chǎn)生于1986年，在國外已得到普遍應用，國內(nèi)正展開應用；而產(chǎn)生于1997年的PXI總線虛擬儀器技術(shù)，大有取代VXI的趨勢,雖然它還未被IEEE正式采納為標準。2002年10月召開的IEEE自動測試年會AUTOTESTCON2002會議，關(guān)注焦點除COTS〔Commercialoff-the-shelf〕設備怎樣更好地用于軍用和宇航，IVI技術(shù)在軍用、宇航和民用ATE中的應用外，PXI儀器是否比VXI更好也是議題之一。虛擬儀器有以下優(yōu)點：

〔1〕

融合計算機強大的硬件資源，突破了傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、顯示、存儲等方面的限制，大大增強了傳統(tǒng)儀器的功能。高性能處理器、高分辨率顯示器、大容量硬盤等已成為虛擬儀器的標準配置。

〔2〕

利用了計算機豐富的軟件資源，實現(xiàn)了局部儀器硬件的軟件化，節(jié)省了物質(zhì)資源，增加了系統(tǒng)靈活性；通過軟件技術(shù)和相應數(shù)值算法，實時、直接地對測試數(shù)據(jù)進行各種分析與處理；通過圖形用戶界面(GUI)技術(shù)，真正做到界面友好、人機交互。

〔3〕

基于計算機總線和模塊化儀器總線，儀器硬件實現(xiàn)了模塊化、系列化，大大縮小系統(tǒng)尺寸，可方便地構(gòu)建模塊化儀器〔Instrument

on

a

Card〕。

〔4〕

基于計算機網(wǎng)絡技術(shù)和接口技術(shù)，VI系統(tǒng)具有方便、靈活的互聯(lián)(connectivity)，廣泛支持諸如LAN、FieldBus、PROFIBUS等各種工業(yè)總線標準。因此，利用VI技術(shù)可方便地構(gòu)建自動測試系統(tǒng)〔ATS，Automatic

Test

System〕，實現(xiàn)測量、控制過程的網(wǎng)絡化。

〔5〕

基于計算機的開放式標準體系結(jié)構(gòu)。虛擬儀器的硬、軟件都具有開放性、模塊化、可重復使用及互換性等特點。因此，用戶可根據(jù)自己的需要，選用不同廠家的產(chǎn)品，使儀器系統(tǒng)的開發(fā)更為靈活、效率更高，縮短了系統(tǒng)組建時間。參見前述“基于VXI、PXI總線的虛擬儀器技術(shù)〞。MC3一體化系統(tǒng)的完整性決定了用于實驗鑒定及維護的測試系統(tǒng)更應具有完備性和優(yōu)化的體系結(jié)構(gòu)。目前，在航空、航天以及戰(zhàn)略武器的測試中存在測試工程多而分散、測試設備繁多但互不相聯(lián)的“擺地攤〞現(xiàn)象，測控任務的統(tǒng)一性與整體性缺乏體系支持，系統(tǒng)缺乏綜合試驗鑒定和維護測試的能力，測試人員的素質(zhì)和相互關(guān)系成為試驗任務環(huán)節(jié)中的瓶頸，影響和干擾系統(tǒng)整體目標的優(yōu)化。MC3一體化技術(shù)是四位一體的測量問題解決方案，它屬于測試系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)范疇，主要解決系統(tǒng)各局部的整體配合，提高測控任務組織實施的效率，實現(xiàn)系統(tǒng)總體效率的持續(xù)優(yōu)化。ATE標準化、系統(tǒng)化的一個重要內(nèi)容就是系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設計—MC3一體化，具體講就是在成認測量(Measurement)、控制(Control)、通信(Communication)、計算機(Computer)四大要素相對獨立、相對完整的根底上，削弱各要素的獨立地位，彌合各要素之間的界面，使系統(tǒng)整體優(yōu)化。其反映在測試系統(tǒng)的構(gòu)成上，表現(xiàn)為與控制技術(shù)互為依托，與通信技術(shù)相互支持，與計算機密不可分。在構(gòu)建MC3一體化平臺時，我們采用了以下原那么：〔1〕應用數(shù)字化技術(shù)，將模擬信號數(shù)字化，以方便通信傳輸和計算機處理?！?〕選擇和使用VXI和PXI等先進的總線支持技術(shù)，保證系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模塊化和總線接口標準化。〔3〕在測試和控制節(jié)點局部使用微計算機或嵌入微處理器(如DSP)，就地處理信號，壓縮數(shù)據(jù)容量，減輕主控計算機任務和通信線路負擔，以保證有效測試數(shù)據(jù)的可靠獲取和控制指令的實時傳送?！?〕重視測試數(shù)據(jù)入網(wǎng)技術(shù)和測控設備入網(wǎng)技術(shù)。為系統(tǒng)設備的綜合利用、更新改造和技術(shù)任務的組織及管理的正規(guī)化創(chuàng)造有利條件。該工程選用的TYX公司的PAWS軟件最新版本，廣泛應用于美軍CASS、MATE、IFTE系統(tǒng)，內(nèi)嵌有現(xiàn)今流行的各種通訊技術(shù)和多媒體技術(shù)，為今后向軍用推廣奠定了根底。實現(xiàn)SRU級維修國外引進購置的民用航空電子ATE設備，只能進行LRU級的檢測。該工程將采用TERADYNE公司數(shù)字子系統(tǒng)和模擬子系統(tǒng)，實現(xiàn)SRU級維修，使維修深度加深，減少維修單位對人員維修經(jīng)驗的依賴度，使排故工作的自動化程度到達元器件級。DSP并行處理技術(shù)的大量采用DSP(DigitalSignalProcessor)是一種適于密集型數(shù)學運算與實時信號處理的微處理器。隨著數(shù)字化信息時代的來臨，DSP應用幾乎普及整個電子領(lǐng)域，在通用數(shù)字信號處理、語音處理、圖形/圖像處理、自動控制、儀器儀表、通信等領(lǐng)域取得了廣泛的應用。

盡管VLSI技術(shù)已經(jīng)產(chǎn)生了峰值運算能力達每秒10億次甚至數(shù)十億次的高性能DSP，但LSI技術(shù)的開展已經(jīng)受到其開關(guān)速度極限的制約，進一步提高DSP主頻所遇到的難度和付出的本錢越來越大。而現(xiàn)代實時信號處理對運算速度的巨大需求遠遠超出了單片DSP所能提供的處理速度〔主頻受限〕，如在雷達、聲納信號處理中，信號處理系統(tǒng)通常規(guī)模較大，特別是以機載預警雷達、稀布陣雷達和成像雷達為代表的新一代雷達信號處理機，不僅實時性要求高、運算量大，而且數(shù)據(jù)吞吐量也大，多通道的雷達信號處理機數(shù)據(jù)總速率可達40MHz，這對處理單元的輸入/輸出速度和處理機互連網(wǎng)絡的通信能力都有很高要求。為此，在DSP系統(tǒng)的研制和設計中引入了并行處理技術(shù)，以實現(xiàn)實時性強、精度高、動態(tài)范圍大和高數(shù)據(jù)吞吐量連接網(wǎng)絡的大規(guī)模并行處理系統(tǒng)。這是一門綜合性很強的應用領(lǐng)域，涉及到算法研究、VLSI設計理論、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡拓撲等多個方面，目的是采用多個處理單元〔DSP〕同時對任務處理而減少執(zhí)行時間。隨著網(wǎng)絡化、全分布式現(xiàn)場總線的開展，多DSP并行處理技術(shù)必將在ATE中發(fā)揮“神經(jīng)中樞〞的作用。DSP廠家為適應這種需求，先后推出了并行DSP，而且一般都采用浮點DSP處理核，以適應當前和今后對精度、動態(tài)范圍的需求。并行DSP在傳統(tǒng)DSP根底上提供了如下兩大功能：除了常用的與外部設備交換數(shù)據(jù)的外部總線、串口、中斷、握手等信號線外，并行DSP提供了專門的并行控制口線，能夠方便地構(gòu)成多DSP并行處理系統(tǒng)。例如,選用的TERADYNE公司數(shù)字子系統(tǒng)和模擬子系統(tǒng)，以TMS320C4X和ADSP2106X為并行DSP，為用戶提供了設計大規(guī)模并行系統(tǒng)的硬件根底，它們都提供了多個通信〔鏈路〕口，并為共享總線系統(tǒng)的設計提供了相應的總線控制信號線，可以組成松耦合的分布式并行系統(tǒng)和緊耦合的共享總線式并行系統(tǒng)。典型的共享總線式多DSP并行處理系統(tǒng)，每個ADSP2106X的片內(nèi)存儲器和IOP存放器都可以被其它處理器讀寫。這樣，保證了TERADYNE公司數(shù)字子系統(tǒng)和模擬子系統(tǒng)的功能異常強大，在SRU級維修中游刃有余。選用的其他VXI、PXI模塊,根本都帶有DSP處理器?？删幊藺SIC及ISP技術(shù)的廣泛應用隨著人們對集成電路認識的不斷深化，從設計思想到使用觀念都在更新。從最近幾年國外開展的電子測量儀器來看，一個明顯的趨勢是線路設計采用規(guī)模盡可能大的可編程ASIC芯片〔ApplicationSpecificIntegratedCircuit，專用集成電路〕，ASIC產(chǎn)品是將超大規(guī)模集成電路〔VLSI〕的工藝技術(shù)、計算機輔助設計〔CAD〕、自動測試技術(shù)〔ATE〕三者完美結(jié)合的豐碩成果。ASIC的推廣為系統(tǒng)優(yōu)化設計、提高性價比和可靠性指標奠定了根底，它們使測試設備的結(jié)構(gòu)更加緊湊、性能更加良好、可靠性更高，使自動測試系統(tǒng)的面貌為之一新?？删幊藺SIC在構(gòu)筑電子系統(tǒng)時具有以下幾方面的優(yōu)越性：〔1〕小系統(tǒng)體積，減輕重量，降低功耗，在大批量應用時，可顯著降低系統(tǒng)本錢；〔2〕采用可編程ASIC芯片進行系統(tǒng)集成后，外部連線減少，可靠性明顯提高；〔3〕ASIC是針對專門應用而特別設計的，系統(tǒng)、電路、工藝設計之間緊密配合，這種一體化的設計有利于獲得前所未有的高性能系統(tǒng)；〔4〕電子產(chǎn)品中的ASIC芯片對用戶來說相當于一個“黑盒子〞，難于仿造，可增強保密性；〔5〕系統(tǒng)內(nèi)可重構(gòu)；系統(tǒng)內(nèi)可重構(gòu)主要是通過ISP〔In-SystemProgramming，在系統(tǒng)可編程〕技術(shù)來實現(xiàn)的。它使我們能在產(chǎn)品設計、制造過程中的每個環(huán)節(jié)，甚至在產(chǎn)品賣給最終用戶以后，具有對其器件、電路板或整個電子系統(tǒng)的邏輯和功能隨時用軟件控制功能進行硬件組態(tài)和產(chǎn)品性能升級。不僅使電子系統(tǒng)的設計和產(chǎn)品性能的改良、擴充變得十分便捷，還使新一代電子系統(tǒng)具有極強的靈活性和適應性，為許多復雜的信號處理和信息加工的實現(xiàn)提供了全新的思路和方法。未來的硬件設計不再是“凝固不變〞的，而是依據(jù)中心部位的不斷改良，特性將發(fā)生新的變化；或隨著應用需要，系統(tǒng)微處理器可能重新組態(tài)外部設備功能，以適應任何應用。正如PC機可以根據(jù)需要運行CAE工具、財務報表、游戲和多媒體軟件一樣，僅通過下載一個新的“個性〞，ISP硬件就能解決電路板上的排列問題。隨著科學技術(shù)的飛速開展，可編程ASIC設計技術(shù)向高層設計和混合編程技術(shù)轉(zhuǎn)化,使各種模擬功能如程控增益放大器〔PGA〕、模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器〔ADC/DAC〕、采樣保持器〔SH〕、濾波器〔Filter〕、多路選擇開關(guān)〔MUX〕等以及微處理器、DSP甚至閃速存儲器(Flash)、SRAM這樣的大規(guī)模存儲器皆可由用戶在線編程決定?？傊?，可編程ASIC和ISP技術(shù)開創(chuàng)了在最終用戶產(chǎn)品中實現(xiàn)“設計的可再編程性〞的新時代。該系統(tǒng)選用的VXI、PXI模塊中，無論是本公司自制產(chǎn)品，還是購置產(chǎn)品，普遍都使用了可編程ASIC器件，使該ATE儀器模塊具備“設計的可再編程性〞。集成了先進的IVI技術(shù)長期以來，互換性成為許多工程師建造測試系統(tǒng)的目標。因為在很多情況下，儀器硬件不是過時就是需要更換，因此迫切需要一種無需改變測試程序代碼就可用新的儀器硬件改良系統(tǒng)的方法。針對這一問題，在1998年9月成立了IVI〔InterchangeableVirtualInstrument〕基金會。IVI基金會是最終用戶、系統(tǒng)集成商和儀器制造商的一個開放的聯(lián)盟。目前，該組織已經(jīng)制訂了五類儀器的標準一一示波器/數(shù)字化儀〔IVIScope〕、數(shù)字萬用表〔IVIDmm〕、任意波形發(fā)生器/函數(shù)發(fā)生器〔IVIFGen〕、開關(guān)/多路復用器/矩陣〔IVISwitch〕及電源〔IVIPower〕。美國國家儀器公司〔簡稱NI〕作為IVI的系統(tǒng)聯(lián)盟之一，積極響應IVI的號召，開發(fā)了基于虛擬儀器軟件平臺的IVI驅(qū)動程序庫。NI開發(fā)的IVI驅(qū)動程序庫包括IVI基金會定義的五類儀器的標準ClassDriver、仿真驅(qū)動程序和軟面板。我們集成的NIPXI系統(tǒng)，使用該軟件包為儀器的交換做了一個標準的接口，通過定義一個可互換性虛擬儀器的驅(qū)動模型來實現(xiàn)儀器的互換性.IVI基金會努力從根本的互操作性〔Interoperability〕到可互換性〔Interchangeability〕，為儀器驅(qū)動程序提升了標準化水平。通過為儀器類制訂一個統(tǒng)一的標準，使測試工程師獲得更大的硬件獨立性，減少了軟件維護和支持費用、縮短了儀器編程時間、提高了運行性能,IVI仿真驅(qū)動程序有內(nèi)置的許多仿真數(shù)據(jù)產(chǎn)生算法，因此可以對儀器硬件進行仿真。當程序員在儀器不能運行或者不完整時，可以用軟件仿真前端儀器的采集、計算和驗證。同時，仿真驅(qū)動程序也可以對儀器的屬性值進行范圍檢查。即當寫測試代碼而沒接儀器時，IVI仿真驅(qū)動程序自動識別所發(fā)送的值是否有效。同時，當輸入?yún)?shù)超過范圍時，強迫給一個正確值。仿真功能在SpmileDriver的控制下發(fā)生，有沒有ClassDriver，都可以用這個特性。因此通過仿真，降低了測試的開發(fā)本錢，縮短了儀器的編程時間。運用IVI技術(shù)可以使許多部門獲益。例如使用IVI技術(shù)的事務處理系統(tǒng)可以把不同的儀器用在其系統(tǒng)中，當儀器陳舊或者有升級的、高性能或低造價的儀器時，可以任意更換，而不需要改變測試程序的源代碼；在航電維修和電子消費產(chǎn)品中，當儀器出現(xiàn)故障或者需要修復時，可以保持他們的生產(chǎn)線正常運行；各種大的制造公司可以很容易地在部門和設備之間復用及共享測試代碼，而沒有必要強迫用同樣的儀器硬件。TPS的可移植、兼容性可移植、互換性也是航空電子ATE設備TPS追求的目標。為此，ARINC頒發(fā)了三個標準：ARINC608A，ARINC626-3和ARINC627-1。ARINC608A規(guī)定了ATE硬件數(shù)量、接口機械尺寸和信號連接方法，以及集成的儀表種類。ARINC626-3和ARINC627-1規(guī)定了軟件語言標準和編程方法。這三個標準構(gòu)成了SMARTTM結(jié)構(gòu)核心。目前，為新機型研制的ATE，如以色列RADA公司CATS、EADS公司ATEC六系列等，都采用這三個標準，以到達不同ATE間TPS可移植、兼容的目的。在國際民航界，淀集了許多機載電子設備的TPS。TPS開發(fā)的投入巨大，不加以利用，是很大的浪費；綜合性ATE成功與否，也就在于其擁有的TPS數(shù)量的多寡程度。8.主要技術(shù)參數(shù)論述：可編程DC電源