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试飞机载测试系统架构及配套条件研究

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霍雳+代月松+程莹莹

摘要：以试飞机载测试系统为研究对象，扼要地介绍了新型机载网络化测试系统，分析新型测试系统所对应建筑物的工艺设计要点。

关键词：机载网络化测试；飞行试验；试飞监控；遥测

引言：

目前国内外新一代飞机设计采用的新技术、新材料、新设备在大量增加，随之试飞要求测试参数的类型和参数量也在急剧增加，往往一架试验机上加改装的各种测试设备就可达几千台件，铺设的测试电缆重达几吨，给试飞测试的实现带来了极大的困难。为满足新一代飞机试飞的需求，机载网络化测试系统应运而生，本文对机载测试系统的发展进行分析探讨，并对相应的地面配套条件需求变进行研究。

1、新一代飞机飞行试验的特点

随着计算机技术、网络技术和传感技术的快速发展，国外新一代飞机设计定型试飞的周期越来越短，以前一个型号需要5～6年才能完成的试验，现在要在2～3年内完成。大量新技术、新材料、新设备的应用，使得飞行试验测试的参数数量剧增，新型测试参数类型大大增加。因此，传统PCM测试系统架构无论从系统的设计、配套、扩展、调试、测试、维护和管理，数据传数量，高精度的时间同步和信息共享等方面已无法满足新一代飞机飞行试验的测试要求。

新一代飞机飞行试验与90年代的飞行试验相比，从飞机试飞鉴定的周期，测试参数的类型和参数数量到技术复杂程度都发生了重大的变化，它们具有以下主要特点：

*试飞科目复杂，技术难度大：新一代飞机系统多，结构复杂，同样的试飞科目，在新一代飞机的试飞中，涉及的影响因素要多得多，系统之间的干扰也增加了飞行试验的技术难度。对于很多风险科目，新一代飞机飞行试验中的风险性和技术难度也大的多；

*结构完整性试飞/试验涉及的时间周期长；

*测试参数類型多、测量参数量大、试飞测试技术要求高：以A380飞机为例：一架飞机测试40000多个参数，，其中模拟量参数6000多个参数，遥测传输3000多个参数。各种总线超过800多条，其中ARINC429总线近800条，还有许多400Mbps高速串行总线信号；

*试飞周期紧，时间节点要求严格：国外大型飞机飞行试验周期一般情况下为2年左右。而技术复杂性，试飞难度大的A380飞机的试飞，取证试飞仅用了1.7年时间；

*新型网络的测试：如A380飞机采用了航空全双工数据网络AFDX、ARINC664总线等；

*视频信号多：如A380飞机上安装了各种摄像头、高速摄像机和抽引视频信号多达64路。

通过下面图1可以了解空客公司系列客机机载测试参数数量的快速增长趋势。

2、机载测试技术应用与发展

2.1PCM架构测试技术特点与局限性

多年来在国内外飞行试验领域，机载测试系统架构一直把IRIG–106第四章遥测标准即时分制的脉冲编码调制数据传输协议（简称PCM架构），作为数据传输和记录的标准。这种测试系统架构在以往飞机的飞行试验中一直得到成功的应用。

PCM架构的机载测试系统可以通过软件编程设计PCM帧结构，严格按照预先确定的数据采集格式循环采集数据，并将采取的数据插入PCM数据流，分别送入遥测传输和记录系统。具有稳定、可靠的优势，其系统配置是固定的，带宽是已知的；无数据重复传播；无数据冲突等特点。

然而在实际应用中，随着PCM架构的机载测试系统不断扩展，系统结构越来越复杂，设计、配套、扩展、调试、测试、维护和管理越来越困难，直接影响到了飞行试验的效率和试飞的周期，PCM架构机载测试系统已无法满足大型飞机海量测试参数及测量参数类型多、测量点多、参数分布广、试飞风险高，时间节点要求严格要求的现状。

2.2机载网络化测试系统特点与应用

随着许多商用技术的不断发展，欧、美国家早在九十年代末期就结合航空工业的需要，率先开展了机载网络测试技术的深入研究工作，把许多成熟的技术，尤其是以太网技术开始应用到飞行试验测试系统的架构设计中。

（1）机载网络化测试系统简介

机载网络化测试系统架构具有所有商业货架产品的优势：开放的工业标准，适用于所有IT领域，高可靠性，易于获取、便于使用、成本低廉、维护和升级简单方便；传输距离没有限制；能接入机载航空网络如AFDX和ARINC664。相对于PCM它还有其它的优势：首先，PCM采集系统中数据的采集到发送之间存在一个串行的链路；而以太网以数据包形式发送数据；设备之间连接简单，所需电缆少；设备配套灵活，不需要专用的加载设备；各个采集节点之间可以实现数据共享；另外，目前最先进的PCM数据采集系统的最高位速率约为20Mbps，而以太网则能达到100Mbps、1Gbps。

在一个千兆网络化机载测试系统中，机载网络化测试系统的拓扑结构可以设计为二层至三层。二层或三层根据具体测试参数和飞机上分布的网络节点以及选用的主控交换机交换端口来确定。通常二层网络拓扑