新一代試飛測試系統(tǒng)架構(gòu)及其應(yīng)用

龔川森　杜小陽　周強　劉建輝

摘 要：目前的飛行試驗任務(wù)的要求不斷的增高，很多試飛測試需求的標準以及需求量都開始倍數(shù)遞增。通過對目前國外有代表性的試飛測試系統(tǒng)構(gòu)成以及特點進行研究后，根據(jù)其技術(shù)發(fā)展特點以及試飛測試系統(tǒng)架構(gòu)的特點，對其新一代試飛測試系統(tǒng)的架構(gòu)以及應(yīng)用效果進行了針對性的探討，得出其試飛測試系統(tǒng)的實踐意義。

關(guān)鍵詞：試飛測試；拓撲結(jié)構(gòu)；試驗；脈沖

前言

飛行試驗的目的是對航空器儀器以及發(fā)動機等其技術(shù)構(gòu)成的特點進行研究，其飛行試驗是飛機正式投入應(yīng)用的必要前提工作和保障。目前我國的航空工程處在一個深度發(fā)展和技術(shù)變革的階段，試飛對象的多元化趨勢也開始成為了主要發(fā)展特征。

目前歐美發(fā)達國家在航空業(yè)的位置相對處在前列，處于領(lǐng)先地位。如美國和俄羅斯等國相繼推出了如F35等第五代戰(zhàn)機革新等飛機工業(yè)變革中，其技術(shù)需要建立在大量的試飛試驗中。同時，發(fā)動機領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)實驗，如大涵道比的發(fā)動機研制改進，機載武器好設(shè)備領(lǐng)域等等，很多技術(shù)都是通過測試技術(shù)獲得了系統(tǒng)的發(fā)展。很多國家開始建立一個標準化程度高的試飛測試系統(tǒng)，并基于CAIS來對其試飛測試工作進行技術(shù)上的輔助。目前很多測試技術(shù)都是采用了嶄新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，進而區(qū)別于PCM架構(gòu)，形成了一個嶄新的技術(shù)革命的更新。

1 幾種典型的試飛測試系統(tǒng)

1.1 空中客車A380測試系統(tǒng)

空中客車公司的A380試飛機載測試系統(tǒng)是通過網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)建立的，其具體構(gòu)成為傳感器部分，采集器部分，數(shù)據(jù)交換裝置部分以及分析和記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)的處理層部分。并讓這四個部分分四層進行了從外到內(nèi)的構(gòu)建。并對其測試系統(tǒng)又按照其功能屬性進行了寬帶測試系統(tǒng)，應(yīng)急測試系統(tǒng)以及主控測試系統(tǒng)的區(qū)分。目前這套系統(tǒng)有多達兩萬個參數(shù)通道，其速率相對在65Mbps左右[1]。

1.2 專用總線測試系統(tǒng)

這種測試系統(tǒng)的誕生是美國對其傳統(tǒng)的通用航空儀表總線系統(tǒng)的改進后的一次升級版本，讓系統(tǒng)功能獲得了實質(zhì)上的提高，進而相應(yīng)的各構(gòu)成單元的整體體積相對降低，讓成本維護費用也獲得了降低。這種系統(tǒng)目前在F-35戰(zhàn)機的研制試飛中起到了關(guān)鍵的作用。其系統(tǒng)8000個參數(shù)通道，其速率在35Mbps左右，整體雖然較空中客車公司的A380測試系統(tǒng)較低，但成本和體積相應(yīng)的更為優(yōu)化。

1.3 組合架構(gòu)的測試系統(tǒng)

如P-8A海神飛機就是通過這種數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)的通用結(jié)構(gòu)進行的測試試飛工作的，其系統(tǒng)的構(gòu)成形成了一個大系統(tǒng)中包含小系統(tǒng)的過程。大系統(tǒng)對其設(shè)備配置以及數(shù)據(jù)處理進行一個整體單元的運作，而內(nèi)部又具體分為五個對應(yīng)的局部運作系統(tǒng)，每個系統(tǒng)也都是采用獨立運作的方式，并通過相應(yīng)的接口連接，完成數(shù)據(jù)的收集、數(shù)據(jù)的記錄、數(shù)據(jù)的控制以及處理和顯示等必要過程。讓各個試驗可以通過各局部系統(tǒng)間的運作獲得整體完成的保障，但是目前這種系統(tǒng)還處在一個實驗室的繼續(xù)研究狀態(tài)，在具體飛機應(yīng)用上也較為有限，應(yīng)用范圍并沒有其他兩種系統(tǒng)廣泛。

2 測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析研究

2.1 測試系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

目前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展帶動了相關(guān)的技術(shù)革新的高速轉(zhuǎn)變，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開始在機載測試技術(shù)中獲得了高效的應(yīng)用。如ieee1588精密時鐘技術(shù)，其就是對試飛測試領(lǐng)域的技術(shù)應(yīng)用的有效變革，其高標準的網(wǎng)絡(luò)要求讓很多傳統(tǒng)方式難易解決的問題獲得了合理化的解決，進而讓測試系統(tǒng)開始體現(xiàn)處理了開放性和標準性的優(yōu)勢作用[2]。

2.1.1 基于ieee1588的精密時鐘同步技術(shù)。ieee1588時間同步技術(shù)在其提出的設(shè)計初期，是通過測量和控制系統(tǒng)進行構(gòu)建的。如今在應(yīng)用領(lǐng)域涉及到工業(yè)和軍事的不同方面。其誕生初期的基于網(wǎng)絡(luò)時間同步協(xié)議具有高度的時間時效特點，但是在分布式時間方面并不能夠獲得相對標準的精度要求。進而ieee1588使分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在其同步要求上具有一定的差距表現(xiàn)。同時系統(tǒng)也重新解讀了精確時間協(xié)議的理解范疇。進而通過標準以太網(wǎng)和多通道內(nèi)存技術(shù)的分布式總線系統(tǒng)中涉及到的不同環(huán)節(jié)和連接點，進行著精確到微秒的傳遞。目前ieee1588成為交換式的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為重要技術(shù)標準的試飛測試系統(tǒng)，其提供一種區(qū)別以往的時鐘同步的解決計劃。優(yōu)勢在于數(shù)據(jù)線不用通過增加額外的電纜和時鐘差別較大的信號傳遞，突破了模擬信號傳遞的劣勢，通過IRIG-B碼信號的傳遞讓數(shù)據(jù)在同步上獲得了保障。

2.1.2 新的遙測網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和標準-INET。美國試驗中心和項目評估機構(gòu)（CTEIP）通過自主研發(fā)誕生了增強遙測集成網(wǎng)絡(luò)INET的標準化工作經(jīng)過對候選的通信技術(shù)的調(diào)查和分析后。工作組確定了以太網(wǎng)作為技術(shù)為最終的目標選擇，為了適應(yīng)是不同的試驗單位上的測試系統(tǒng)以及遙測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的一個整體的表現(xiàn)。進而實現(xiàn)飛行試驗測試并通過整合現(xiàn)有資源，形成一個高效集成的集成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。INET就是提供了標準度相對較高的實現(xiàn)途徑。可以多方面的的滿足試飛測試系統(tǒng)以及整體的系統(tǒng)管理要求，實現(xiàn)一個高效的同步時間過程，數(shù)據(jù)采集單元的配置和數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程獲得了極高的性能上的優(yōu)化，進而在多個方面和多個領(lǐng)域滿足了標準試飛測試系統(tǒng)需要提供的必要要求，使得其系統(tǒng)在設(shè)計方面的靈活性和便捷性程度開始進行了遞增式的精準效果等[3]。

2.1.3 網(wǎng)絡(luò)化試飛測試系統(tǒng)的技術(shù)要求。目前的飛行測試系統(tǒng)對設(shè)備的要求最高，要求數(shù)據(jù)的延遲要在極小的范圍內(nèi)，并對其機載環(huán)境要求也更為細致，對局部的設(shè)備保養(yǎng)也較為嚴格，不容許細微的環(huán)節(jié)出現(xiàn)破損現(xiàn)象，從而避免極其微小的細節(jié)破損導(dǎo)致系統(tǒng)面臨崩潰的危險。但是交換式的設(shè)備發(fā)生系統(tǒng)故障問題是不可避免的，進而如何處理好交換式的拓撲結(jié)構(gòu)是一個需要解決的技術(shù)問題。其次，系統(tǒng)時間要求高度精度的同步也是其試飛測試的一個重要的數(shù)據(jù)傳輸保障，如硬件設(shè)備的主控時鐘出現(xiàn)外部環(huán)境的變化讓其工作狀況發(fā)生改變，就需要特別注意。最后，在試飛測試系統(tǒng)階段，很多網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的流量都是要同步到交換機上的，關(guān)于流量上的分配效果也是其整體網(wǎng)絡(luò)的一個傳輸保障構(gòu)成。在數(shù)據(jù)處理的后續(xù)階段，需要對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的合理性進行一定的質(zhì)量評定，讓其結(jié)果可以真實的反映測試需要得到的要求。

2.2 測試系統(tǒng)專用總線結(jié)構(gòu)

相對一個成熟的測試系統(tǒng)，需要對其總線的選擇要進行高標準的建立，進而對其總線進行準確和嚴格的評價。其評價的要求有是否有相對統(tǒng)一的規(guī)格，是否獲得了強有力的商業(yè)支持保障，同時也要保障其具有良好的容錯能力和維護能力，進而在保障帶寬的同時，也可以在嚴酷的環(huán)境中正常的運作等等。

目前美國的波音公司開放的IN總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，把試飛測試當成一個必要的子系統(tǒng)的構(gòu)成，同時對其不同的數(shù)據(jù)總線解讀點的數(shù)據(jù)連接保障，讓多數(shù)據(jù)線以及多路信號調(diào)整裝置模塊獲得最為穩(wěn)定的運作。進而讓系統(tǒng)可以生產(chǎn)更為便捷和高效狀況。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)都是在飛機的相對遠點進行安置，同時進行多個新號調(diào)節(jié)器和功能裝置的連入，當按照多接口模塊的傳感器和新號獲取器進行布置后，其就可以減少傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的連接并聯(lián)數(shù)量，進而通過智能總線的控制，讓連接器以及電纜和安裝設(shè)備等獲得了成本上的降低，讓材料費用也獲得了一定比例的大規(guī)?？s減，其成本控制在300萬美元左右，遠遠低于傳統(tǒng)的連接方式。

3 結(jié)束語

目前不同的總線和網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議都是讓測試獲得更為精準的結(jié)果產(chǎn)生，其需要在系統(tǒng)架構(gòu)上獲得更為清晰和靈活的反映成為了系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的一個趨勢。同時拓撲結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)也讓測試系統(tǒng)的變革產(chǎn)生了一個重要的轉(zhuǎn)變，其成熟的可靠性能和技術(shù)性能保障是其未來試飛測試系統(tǒng)的一個發(fā)展趨勢。

參考文獻

[1]亓盛元.基于IEEE1588時統(tǒng)的機載測試實時局域網(wǎng)設(shè)計[D].西安電子科技大學，2014.

[2]劉明.某型飛機數(shù)字飛控采集器的設(shè)計與實現(xiàn)[D].西安電子科技大學，2012.

[3]田方正，王錦.機載網(wǎng)絡(luò)化測試系統(tǒng)框架設(shè)計技術(shù)研究[J].測控技術(shù)，2013，4：9-11.