趙燁　范軍華

摘? 要：自動飛行控制計算機已經(jīng)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(shè)計路徑，闡述了該平臺的關(guān)鍵技術(shù)路徑以及功能模塊實現(xiàn)方法。

關(guān)鍵詞：自動飛行計算機;自動測試技術(shù);系統(tǒng)測試

中圖分類號：V249? ? ? ? ? 文獻標(biāo)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(jié)構(gòu)

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(tǒng)采集關(guān)鍵數(shù)據(jù)，包括慣性導(dǎo)航信息、大氣數(shù)據(jù)以及無線電高度等飛行姿態(tài)參數(shù);同時該系統(tǒng)可以記錄飛機航行期間的關(guān)鍵數(shù)據(jù)變化，包括飛行設(shè)備的偏航距、飛機引導(dǎo)模式、數(shù)據(jù)差等。該系統(tǒng)能反饋飛機的工作狀態(tài)、飛行參數(shù)，通過HB6096總線設(shè)定的方法完成飛行引導(dǎo)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(shè)計，在背板總線設(shè)計中，實現(xiàn)不同功能模塊之間的信息數(shù)據(jù)交流，其中的關(guān)鍵部件包括：（1）多路總線接口板;（2）CPU板;（3）電源模塊轉(zhuǎn)換板;（4）模擬信號接口板等。在功能界定上，上述關(guān)鍵部件能夠?qū)崿F(xiàn)自由插播更換，為了確保系統(tǒng)功能順利實現(xiàn)，要確保飛機能夠自動檢測系統(tǒng)功能，且地勤工作人員能夠在短時間內(nèi)完成計算機修復(fù)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(xiàn)

2.1 自動測試平臺的設(shè)計思路

從系統(tǒng)功能角度來看，自動測試系統(tǒng)如果想要實現(xiàn)通用化設(shè)計，首先在硬件設(shè)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?qū)崿F(xiàn)這一目標(biāo)，在系統(tǒng)功能設(shè)計上需要構(gòu)建一個標(biāo)準(zhǔn)化的自動測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，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(biāo)準(zhǔn)以及ATML描述要求。

該自動測試平臺設(shè)計應(yīng)滿足IEEE標(biāo)準(zhǔn)化體系，相關(guān)功能也應(yīng)該滿足該標(biāo)準(zhǔn)。通過標(biāo)準(zhǔn)化體系來進一步滿足自動化測試系統(tǒng)中全生命周期內(nèi)的信息流復(fù)用需求;要嚴(yán)格控制硬件平臺上功能升級成本，增強整個系統(tǒng)的可操作性。該系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在圖1所介紹的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，通過GPIB、PXIe、PXI總線等連接測試器，基礎(chǔ)測試儀器包括測試儀表、控制電源等，其他專業(yè)測試儀器包括模擬信號、總線信號以及其他專業(yè)測試模塊等。

2.2 平臺硬件設(shè)計

（1）為實現(xiàn)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(tǒng)，通過TCP/IP局域網(wǎng)測試程序，識別測試指令數(shù)據(jù)，并能接收下載工作站的測試結(jié)果。（2）為確保能夠?qū)崟r監(jiān)測工作站的運行過程，使用研華工控

機，通過該設(shè)備運行Vxwork實時操作系統(tǒng)，測控工作站的運行程序。該設(shè)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(jiān)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?qū)﹄x散量以及模擬量等關(guān)鍵信號進行仿真，仿真結(jié)果已經(jīng)成為影響通用自動測試平臺功能實現(xiàn)的關(guān)鍵點。

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

2.3 通用自動測試平臺軟件系統(tǒng)實現(xiàn)

2.3.1 軟件系統(tǒng)的設(shè)計方法

為了確保通用自動測試平臺的軟件系統(tǒng)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(tài)機理論，作為一種常用于計算機科學(xué)以及自動化領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)研究工具，能夠研究自動飛行系統(tǒng)內(nèi)在復(fù)雜關(guān)系，該方法通過對一系列狀態(tài)以及狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，判斷其中存在的內(nèi)在關(guān)系，最終形成完整的系統(tǒng)設(shè)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(yīng)該對離散事件的切換進行描述，這樣才能提高系統(tǒng)的性能[2]。

有限狀態(tài)機理論能表示某個離散狀態(tài)以及這些狀態(tài)之間出現(xiàn)的轉(zhuǎn)移與動作等行為，這個過程可以按照圖2的結(jié)構(gòu)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(tài)，包括LOFF（水平自動駕駛關(guān)閉狀態(tài)）、LOC（航跡）、VOFF（垂直自動駕駛關(guān)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(tǒng)控制指令，將其設(shè)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(gòu)建一個完整的軟件系統(tǒng)邏輯轉(zhuǎn)換模式，滿足通用自動測試需求，根據(jù)測試過程中相關(guān)模式的變化，就能對自動飛行控制系統(tǒng)的狀態(tài)進行評估。

2.3.2 軟件系統(tǒng)關(guān)鍵功能

（1）狀態(tài)輸入。在通用自動測試系統(tǒng)中，測試對象的運行狀態(tài)是由多個變量組成的，這些變量體現(xiàn)了飛機自動飛行過程中處于何種控制狀態(tài)下，彰顯了自動駕駛的功能性。所以，系統(tǒng)能夠識別自動飛行控制系統(tǒng)是否接入，并且顯示自動駕駛過程中的狀態(tài)變化。（2）輸入。系統(tǒng)能夠根據(jù)自動飛行控制系統(tǒng)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(tǒng)的狀態(tài)。因此需要實現(xiàn)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(tǒng)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(tǒng)中。（3）輸出。按照不同輸入，系統(tǒng)能夠在改變狀態(tài)的基礎(chǔ)上完成輸出。此時的數(shù)據(jù)能夠指示自動飛行控制系統(tǒng)計的狀態(tài)，也是制定飛機控制中作為命令指控的各項執(zhí)行結(jié)構(gòu)。例如，飛機指引儀輸出的數(shù)據(jù)是正確的，則證明自動飛行控制系統(tǒng)中飛行指引儀是開啟狀態(tài)。除此之外，還能設(shè)計輸出矩陣，顯示不同變量的輸出狀態(tài)變化。

2.3.3 系統(tǒng)實現(xiàn)

為實現(xiàn)上文所介紹的相關(guān)功能，本文提出的開發(fā)管理平臺主要包括系統(tǒng)集成環(huán)境、測試程序開發(fā)環(huán)境以及系統(tǒng)管理模塊等，在軟件功能的界定上，該系統(tǒng)能完成有限狀態(tài)機理論測試程序應(yīng)用需求;在系統(tǒng)集成階段，系統(tǒng)集成環(huán)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(qū)動開發(fā)之后，確保該系統(tǒng)能夠符合IEEE標(biāo)準(zhǔn)，并通過ATML語言完成開發(fā)描述。

執(zhí)行管理平臺測試程序的運行環(huán)境要時刻處于測控計算機功能架構(gòu)內(nèi)，系統(tǒng)通過執(zhí)行管理平臺，依靠COM結(jié)構(gòu)與測試運行環(huán)境之間的關(guān)鍵功能交互，為實現(xiàn)實時管理奠定基礎(chǔ)，且同時滿足運行編譯等功能。出于對軟件系統(tǒng)“輸入”與“輸出”功能的考慮，在軟件設(shè)計上還應(yīng)該增加關(guān)聯(lián)信號仿真模擬驅(qū)動功能，該功能主要是在已有的驅(qū)動程序上實現(xiàn)。

3 自動飛行控制計算機的狀態(tài)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(tǒng)型號情況，此時根據(jù)計算機針腳阻抗測試結(jié)果，先判斷計算機內(nèi)部是否存在故障;安排除系統(tǒng)存在故障之后，系統(tǒng)執(zhí)行準(zhǔn)備工作，此時的重點內(nèi)容，就是引導(dǎo)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(shè)備[3]。此時相關(guān)人員可以觀察交聯(lián)仿真設(shè)備是否返回正常的仿真信號為標(biāo)準(zhǔn)，判斷系統(tǒng)的狀態(tài)。（2）地勤人員可以根據(jù)系統(tǒng)測試要求，選擇不同的系統(tǒng)測試方向，如單項功能測試、系統(tǒng)集成測試等。（3）在測試結(jié)束后，生成系統(tǒng)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(tǒng)功能進行評價。（2）保證計算機啟動后，自動飛控系統(tǒng)處于正常模態(tài)，根據(jù)模態(tài)變化來綜合評估系統(tǒng)的運行狀態(tài)。（3）測試結(jié)果的接收端，能夠通過總線記錄各種信號，并對數(shù)據(jù)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(biāo)串口的發(fā)送信息情況。（4）根據(jù)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(shè)備的描述以及接口配適器描述等。

通過上述方法采集系統(tǒng)的運行狀態(tài)信息之后，就能完成自動飛行控制計算機的狀態(tài)測試，根據(jù)測試結(jié)果，判斷通用自動測試平臺的性能。

4 結(jié)束語

本文設(shè)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(tǒng)系統(tǒng)相比具有易于拓展等要求，能實現(xiàn)復(fù)雜程序的功能優(yōu)化，簡化了系統(tǒng)性能評估過程，具有顯著優(yōu)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(tǒng)研究[J].中外企業(yè)家，2018（02）：140.

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

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