劉貴行 魏國 趙世偉

摘 ?要： 為了實現(xiàn)機載測距機測試設(shè)備的國產(chǎn)化，設(shè)計并開發(fā)了機載測距機測試平臺。平臺采用模塊化設(shè)計，以VME總線為基礎(chǔ)聯(lián)結(jié)各個測試資源。平臺能夠模擬測距機多種工作環(huán)境，使用甚高頻信號源向測距機加載相應(yīng)信號，對測距機各輸出信號進行測量與分析，實現(xiàn)對測距機、接收機的自動/手動測試。另外，系統(tǒng)內(nèi)置模擬測試模塊以及故障設(shè)置功能，可以用于相關(guān)專業(yè)技能訓(xùn)練。平臺應(yīng)用于一線維修企業(yè)與我校實踐教學(xué)中，達到了設(shè)計效果，具有較高的實用價值。

關(guān)鍵詞： 測距機; 測試平臺; VME總線; 自動測試; 模擬測試; 實踐教學(xué)

中圖分類號： TN98?34; V243 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號： 1004?373X（2019）11?0165?04

Abstract： In order to realize the localization of the airborne distance measuring equipment （DME）， the testing platform of the airborne DME was designed and developed. The platform adopts modular design， and is connected with each test resource through VME bus. With the platform， a variety of working environments of the DME can be simulated， the VHF signal source is used to load the corresponding signals to DME， and the output signals of DME are measured and analyzed to realize the automatic/manual testing of the DME receiver. In addition， the simulation test module built in the system and fault setting function can be used for the relevant professional skills training. The platform is applied to front?line maintenance companies and practical teaching in CAUC， which achieves the design effect and has high practical value.

Keywords： DME; testing platform; VME bus; automatic test; simulation test; practical teaching

0 ?引 ?言

測距機（Distance Measuring Equipment，DME），作為國際標準航空導(dǎo)航設(shè)備，通過機上發(fā)射機發(fā)射詢問信號，地面信標臺應(yīng)答的方式，為駕駛員提供飛機到DME地面信標臺的斜距、飛機地速和飛行時間等信息。常與甚高頻全向信標地面臺同臺安裝，為飛機提供航路和終端區(qū)的定位與導(dǎo)航信息。隨著國際民航組織基于性能導(dǎo)航（PBN）的實施，將會出現(xiàn)更多單獨安裝的DME地面臺，為飛機的區(qū)域?qū)Ш教峁┓?wù)。目前針對此類航電設(shè)備的維修渠道主要是返回原廠維修或者購買昂貴的測試設(shè)備，國內(nèi)尚無成熟的維修方案。因此，有必要設(shè)計與開發(fā)符合國情、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的DME測試系統(tǒng)。

依據(jù)部件維護手冊（CMM），設(shè)計符合行業(yè)規(guī)范，遵循行業(yè)標準的DME測試平臺，通過外接IFR6000外場測試儀，實現(xiàn)對DME收發(fā)機的自動測試。該系統(tǒng)不但能夠應(yīng)用于一線維修環(huán)境，亦能通過內(nèi)置的仿真模塊實現(xiàn)對人員的教學(xué)與訓(xùn)練。

1 ?DME?700測距機系統(tǒng)

1.1 ?系統(tǒng)概述

DME歷經(jīng)多次標準制定過程，最終采用塔康（TACAN）的測距部分作為國際標準測距系統(tǒng)，也就是現(xiàn)在廣泛使用的DME系統(tǒng)。

DME的功能是向飛行員提供飛機與地面信標臺之間的直線距離[R]，由于飛機與地面信標臺相對地面均具有一定高度，現(xiàn)代民用航空運輸飛機一般都將DME獲得的斜距轉(zhuǎn)化為水平距離進行導(dǎo)航參數(shù)解算。水平距離計算方式如下：

DME系統(tǒng)工作在[L]波段的962～1 213 MHz。機載詢問頻道分配在1 025～1 150 MHz之間，波道間隔為1 MHz，共有126個詢問頻道。地面轉(zhuǎn)發(fā)頻道分配在962～1 213 MHz之間，波道間隔為1 MHz，共有252個應(yīng)答頻道。由DME系統(tǒng)的頻率分配可以發(fā)現(xiàn)，一個詢問頻道對應(yīng)兩個應(yīng)答頻道，由此形成兩個波道，在波道對應(yīng)的序號加上[X]和[Y]加以區(qū)分。波道分配表如表1所示。

表1 ?波道分配表

DME系統(tǒng)由機載收發(fā)機和地面信標臺兩部分組成，圖1為DME系統(tǒng)的工作過程框圖。其中，上半部分為機載收發(fā)機工作過程，下半部分為DME地面信標臺工作過程。

圖1 ?系統(tǒng)工作框圖

1.2 ?DME?700收發(fā)機

DME?700系統(tǒng)是由科林斯公司研制并生產(chǎn)的機載測距機系統(tǒng)，由接收機、導(dǎo)航控制面板、天線及相應(yīng)指示器組成。

DME?700收發(fā)機為一個在電子設(shè)備艙占據(jù)4個模塊化單元大小的長方形電子設(shè)備。在收發(fā)機背面安裝有系統(tǒng)狀態(tài)指示燈和測試按鈕，收發(fā)機內(nèi)部由9個不同的功能模塊組成，分別是機架組件A1、電源組件A2、合成器組件A3、驅(qū)動器組件A4、電源放大器組件A5、收發(fā)組件A6、視頻處理器A7、距離處理器A8和監(jiān)視組件A9。

2 ?測試模型

目前航電設(shè)備采用的測試方法主要為信號激勵法，即向待測設(shè)備輸入與其工作時相一致的信號，檢查設(shè)備輸出是否與激勵信號匹配，CMM手冊提供的測試方法與測試模型如圖2所示。

圖2 ?系統(tǒng)測試模型

2.1 ?測試內(nèi)容

由于民航業(yè)對于安全隱患持零容忍態(tài)度，因此其檢測與維護過程必須嚴格遵循科林斯公司提供的CMM手冊。一個完整的DME收發(fā)機測試過程包括14個步驟，共計63個小項的測試，詳見表2。

表2 ?DME收發(fā)機測試程序

2.2 ?ARINC429總線

ARINC429總線協(xié)議又稱為數(shù)字信息傳輸系統(tǒng)（Digital Information Transfer System，DITS），是美國航空電子工程委員會（Airlines Engineering Committee）在20世紀70年代提出并批準使用。協(xié)議對航空電子設(shè)備及與其相交聯(lián)的其他電子或電氣系統(tǒng)間的數(shù)字信息傳輸規(guī)范做出了要求。由于ARINC429總線具有簡單的結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定的性能和較強的抗干擾性能，因此在很長的時間內(nèi)為航空公司提供了優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)服務(wù)，并且在軍用飛機與通用飛機領(lǐng)域也得到了廣泛應(yīng)用。根據(jù)官方發(fā)布的技術(shù)手冊，每個ARINC429字由32位組成，在不同的應(yīng)用場景中有五種不同的應(yīng)用格式：二?十進制數(shù)據(jù)字、二進制數(shù)據(jù)字、維護數(shù)據(jù)字、離散數(shù)據(jù)字和AIM數(shù)據(jù)字。1～8位為標號（label），ARINC429對傳輸?shù)拿恳粋€參數(shù)都規(guī)定了標號，用以識別信息類型。在DME收發(fā)機測試過程中將會出現(xiàn)035，201和202三個不同的標號。編碼格式如表3所示。

表3中，BCD代表二?十進制數(shù)據(jù)字，BNR代表二進制數(shù)據(jù)字，SDI為源目的識別碼，用于當需要將某信息傳送到總線上的某一確定接收設(shè)備時，或者總線上輸出設(shè)備需要根據(jù)信息的內(nèi)容被某接收器識別時，就需要用到源目的識別碼。例如，一個控制盒的調(diào)諧字要送至2個測距機發(fā)射機，就需要標示出信息的接收設(shè)備，即把調(diào)諧字輸送至哪個測距機發(fā)射機。DATA代表數(shù)據(jù)區(qū)，BCD格式數(shù)據(jù)區(qū)為11～29位，BNR格式數(shù)據(jù)區(qū)為11～28位，它所代表的是所確定的特定數(shù)據(jù)。SSM代表符號狀態(tài)矩陣，根據(jù)字的類型號為29或30～31，它能夠表明數(shù)據(jù)字的特性和數(shù)據(jù)發(fā)生器的硬件狀態(tài)。P代表奇偶校驗位，數(shù)據(jù)發(fā)送器根據(jù)當前1～31位的邏輯“1”來決定第32位的邏輯值，使整個32位的邏輯“1”的個數(shù)始終是奇數(shù)。

3 ?系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

DME測試過程中需要操作的開關(guān)與面板較多，DME工作于特高頻波段，測試過程中經(jīng)常需要進行連續(xù)多次測量以測試可靠性。若按照CMM手冊提供的測試模型與測試程序進行，則需要人工手動逐步操作，不但消耗大量時間，而且難免出現(xiàn)人為差錯?？紤]到對測試準確度和測試時間的因素，設(shè)計并開發(fā)以VME總線為基礎(chǔ)的DME收發(fā)機自動測試平臺，并且獨創(chuàng)性地設(shè)計了模擬測試模塊，能夠?qū)ME接收機模擬器進行仿真測試，以此對測試人員進行培訓(xùn)與教學(xué)。

VME總線是一種在全球使用非常廣泛的計算機總線，結(jié)合摩托羅拉公司維薩總線的電氣標準和在歐洲建立的歐卡標準的機械標準。它定義了一個在高度集成的硬件結(jié)構(gòu)中可以進行數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)存儲和其他控制器聯(lián)結(jié)的系統(tǒng)。經(jīng)過持續(xù)的優(yōu)化改進，VME系統(tǒng)技術(shù)上已經(jīng)十分成熟，以其為基礎(chǔ)進行二次開發(fā)覆蓋了工業(yè)控制、軍用系統(tǒng)、航空航天、交通運輸和醫(yī)療等領(lǐng)域。

圖3 ?系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

整個系統(tǒng)由系統(tǒng)接口模塊、測試資源模塊、模擬測試模塊與人機界面組成。

系統(tǒng)接口模塊通過適配器與待測件相連，提供測試系統(tǒng)與待測件之間的電氣接口，包括ARINC600接口、射頻輸入/輸出接口、抑制信號接口、模擬輸出接口、音頻輸出接口、ARINC429多通道輸入/輸出接口、串口以及相對應(yīng)的指示燈。

測試資源模塊包括IFR6000外場測試儀、數(shù)字多用表、示波器、ARINC429卡、主控器、開關(guān)卡、信號調(diào)理卡以及電源等，用來完成測試程序。

模擬測試模塊通過系統(tǒng)內(nèi)置的信號調(diào)理電路及測試資源，能夠模擬DME?700接收機在測試過程中的所有輸出信號，并且可以通過人機界面對模擬測試進行故障設(shè)置。人機界面提供人機交互環(huán)境，實現(xiàn)相應(yīng)測試功能。

3.1 ?虛擬控制面板

科林斯公司提供的測試程序中需要用到部分配套設(shè)備，為了打破其壟斷并且考慮到成本因素，系統(tǒng)在設(shè)計過程中采用虛實結(jié)合的方法，即將ARINC429控制面板與串口控制面板虛擬化，采用軟件操作的方法進行。

另外，系統(tǒng)能夠?qū)Υ郎y件進行仿真測試，設(shè)計了虛擬IFR6000外場測試儀。為了保證測試的正常進行，所有的虛擬控制面板如果參數(shù)設(shè)置不符合CMM手冊要求，則提示“參數(shù)設(shè)置不正確，請檢查！”。一旦設(shè)置成功，參數(shù)不可更改，直到下一次需要設(shè)置參數(shù)時，各功能鍵權(quán)限才會放開。圖4為虛擬ARINC429與虛擬串口參數(shù)設(shè)置窗口。

圖4 ?虛擬ARINC429與虛擬串口界面

3.2 ?軟件設(shè)計

軟件設(shè)計遵循開放式的理念，系統(tǒng)UI采用Microsoft Visual Studio風(fēng)格設(shè)計，各模塊可以自定義布局，提供一個友好而易用的人機界面。在結(jié)構(gòu)設(shè)計上采用“UI/Plugin”方式，UI和Plugin之間通過預(yù)定義的接口庫進行連接，從而使多個測試程序能被同一個應(yīng)用程序進行統(tǒng)一管理。用戶甚至可以在不關(guān)閉軟件系統(tǒng)的情況下進行測試程序的變更。在擴展性方面，開發(fā)人員只需要通過調(diào)用系統(tǒng)API編寫插件，并將該插件導(dǎo)入系統(tǒng)指定目錄下就可以輕松完成測試程序集的擴展，這意味著開發(fā)人員將不再關(guān)心UI設(shè)計，而只專注于測試過程的設(shè)計。在移植性方面，系統(tǒng)采用獨立的硬件接口設(shè)計，開發(fā)人員可以通過更換系統(tǒng)API的形式將該系統(tǒng)移植到任意測試平臺進行使用。另外，在保證系統(tǒng)穩(wěn)定運行的同時也更重視其測試的安全性，各個關(guān)鍵環(huán)節(jié)均采取適當?shù)陌踩Ｗo措施，最大程度確保被測件、系統(tǒng)及測量儀器的安全。系統(tǒng)具有開放性、擴展性、可移植性及安全可靠等諸多優(yōu)點。

系統(tǒng)軟件主要由設(shè)備初始化、信息輸入、系統(tǒng)控制、信息顯現(xiàn)、狀態(tài)指示、文件操作、報表打印、數(shù)據(jù)庫匯總、菜單擴展、網(wǎng)絡(luò)通信、虛擬IFR6000等主要部分組成。

4 ?結(jié) ?論

本文在目前國內(nèi)航電設(shè)備維護現(xiàn)狀的大環(huán)境下，設(shè)計并開發(fā)機載測距機測試平臺。開發(fā)過程嚴格依照DME?700型接收機部件維護手冊，遵循行業(yè)規(guī)范與行業(yè)標準。平臺實現(xiàn)了兩大突破與創(chuàng)新：首先實現(xiàn)了相關(guān)型號設(shè)備的自動與手動測試，彌補了國內(nèi)在此類航電設(shè)備檢測方面的不足，具有較高的實用價值;平臺還首創(chuàng)了模擬測試功能，通過虛擬信號源等方式，能夠?qū)ME?700型接收機進行模擬測試，實現(xiàn)對測試人員的教學(xué)與培訓(xùn)。通過設(shè)計開發(fā)過程，不但積累了航電設(shè)備檢測經(jīng)驗，也對國內(nèi)航電維護提供了思路，為航電檢測維修設(shè)備全面國產(chǎn)化提供了基礎(chǔ)。

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