CN103823207B - 直升机高度表外场信号模拟器 - Google Patents

Abstract

本发明属于直升机航电技术领域，特别是涉及一种直升机高度表外场信号模拟器。本发明包括测试控制组件、高度电压转换电路、高度信号发生电路和适配器接口等四部分组成。本发明满足某型直升机高度表外场信号模拟器的实际需要，采用单片机控制、数字采集、通用性强等特点，能够快速、准确地完成机上原位高度信号模拟，并对高度表产品的性能进行检测，使专业人员快速、准确的判断、排除故障，提高工作效率。该设备具备很强的扩展性，可以通过扩展编程软件完成各分系统的自动测试与维护工作，以达到某型直升机自动化维护水平的提高。该设备所应用的测试理念和技术在航电系统检测领域内属行业领先水平。

Description

直升机高度表外场信号模拟器

技术领域

本发明属于直升机航电技术领域，特别是涉及一种直升机高度表外场信号模拟器。

背景技术

随着航空电子产品不断升级换代，技术含量、集成度越来越高，传统的手动测试设备已逐渐被淘汰，根据直升机机载自动驾驶仪系统、综合火控系统、飞行控制系统和测高系统的通电检测的实际需要，采用模拟电压变换和控制、数字信号采集和处理等技术研制高度表外场信号模拟器。

在某型直升机机载自动驾驶仪系统、综合火控系统、飞行控制系统等设备的总装生产和通电检查过程中，需要高度表提供精准的高度信息，高度表外场信号模拟器替代或控制机载高度表提供所需的高度信号。

发明内容

本发明要解决的技术问题：

本发明能够准确、可靠的生成系统所需信号，快速、准确地完成机载产品的检测工作，为专业人员快速、准确的判断、排除故障提供有利的检测手段，提高工作效率。

本发明的技术方案：

高度表外场信号模拟器包括测试控制组件、高度电压转换电路、高度信号发生电路和适配器接口等四部分组成。

测试控制组件是模拟器的控制部件，包括工作方式控制电路、状态和信息显示和信号测量端口，用于外部电源的给入控制、被测产品通电控制、供电方式选择、测试方式选择、工作状态显示与监控、高度调节和高度信息测量端输出，测试控制组件连接适配器接口、高度信号发生电路和高度电压转换电路。其中，工作方式控制电路与适配器端口相连，用于完成技术条件要求范围内的方式选择和功能控制；状态和信息显示电路与工作方式控制电路相连接，用于接收工作方式控制电路控制命令，显示产品工作状态和相关信息；信号测量端口包含高度模拟电压接口和ARINC429数据信息端口。

高度电压转换电路用来调节模拟器和产品工作所需供电和相关电压，经工作方式控制电路将转换后的电压转到状态和信息显示电路、高度信号发生电路和适配器接口。

高度信号发生电路产生高度模拟功能所需的信号，受工作方式控制电路控制，输出信号通过工作方式控制电路传输到机载高度表或机载自动驾驶仪系统。

适配器接口连接被测产品与工作方式控制电路，在被测产品与工作方式控制电路之间传递信息。

本发明的有益效果：

满足某型直升机高度表外场信号模拟器的实际需要，采用单片机控制、数字采集、通用性强等特点，能够快速、准确地完成机上原位高度信号模拟，并对高度表产品的性能进行检 测，使专业人员快速、准确的判断、排除故障，提高工作效率。

该设备具备很强的扩展性，可以通过扩展编程软件完成各分系统的自动测试与维护工作，以达到某型直升机自动化维护水平的提高。

该设备所应用的测试理念和技术在航电系统检测领域内属行业领先水平。

附图说明

图1为高度表外场信号模拟器原理框图；

图2为高度表外场信号模拟器详细原理图；

图3为高度信号发生电路框图；

图4为高度信号发生电路原理图；

图5为试验连接电缆连接图。

具体实施方式

分析与检测微波信号能力是检验测试高度表测高设备性能优劣的重要指标，因此，高度表外场信号模拟器设备检测新型数字式、脉冲式的雷达测高系统从理念上和设计上彻底改变原来的检测手段。解决了小信号的噪声抑制、模拟高度信号转换、方式控制和仿真脉冲生成器等关键技术。

从理念上高度表外场信号模拟器摒弃了原有众多设备的罗列组合的方式，更新为集合微波信号检测和低频信号检测功能于一体，应用了全新的数字采集、脉冲边沿变换、微波信号的衰减、延迟和切换等技术手段，通过对离散的、高频的、脉冲信号进行调制和解调方法对测试信号进行变换，达到信号转移和模拟高度变化的目的。

从设计实施上，按照国军标5095.2-1997电子设备用机电元件基本试验规程及测量方法、GJB2547－1995装备测试性大纲、SJ2524－微波信号发生器技术条件和电子部附件测试测量规范执行，严格控制器件的设计、选购和布局。

该模拟器在设计思路上采用模块化、标准化设计，以满足系统性能测试要求为前提，兼顾接口和功能的扩展性，在部件选择上以标准的货架产品为原则。

用该模拟器已完成某型直升机自动驾驶仪系统、综合火控系统、飞行控制系统等设备的总装通电检查，以及高度表机上原位检测工作，效果良好，完全满足了为交联系统提供精准的高度信号，技术性能可靠，已达到同领域内领先水平节省大量的采购资金，缩短飞机生产周期，同时，该设备扩展性强、应用范围广，具有良好的应用价值和可观的经济效益。

高度表外场信号模拟器由测试电缆、适配器接口、测试控制组件、高度电压转换电路、高度信号发生电路组成，模拟器原理框图参见图1。高度表外场信号模拟器是通过测试控制组件将适配器接口（含连接电缆）和信号发生电路连接起来，通过开关控制信号发生电路启动与关闭，同时也控制电压变换电路工作模式。

研制针对特定信号的外场信号模拟器，摒弃了原有陈旧的测试理念，应用离散数字测试技术、高频脉冲调制与解调技术理论，通过精准的脉冲信号采集、边沿捕捉技术提高信号变 换的准确性和稳定性。

测试控制组件

测试控制组件包括工作方式控制电路、状态和信息显示电路和信号测量端口等3部分。

测试控制组件位于操作面板上，用于外部电源的给入控制、被测产品通电控制、供电方式选择、测试方式选择、工作状态显示与监控、高度调节和高度信息测量端输出。

工作方式控制电路由方式选择断开/启动开关、电源保险、失效开关和高度调节电位器构成，方式选择断开/启动开关是4刀2位置开关，可以同时控制4个信号转换，失效开关选用了按压式复位开关，便于操作。电源保险使用0.5A限流保险管，为模拟器供电提供电流保护，避免因电流过大影响供电线路正常工作，高度调节电位器选择多圈、线绕的、同轴、功率为2W、阻值为50KΩ的电位器。

状态和信息显示电路由有效指示灯、失效指示灯、断开指示灯和启动指示灯组成，其中有效指示灯指示高度表外场信号模拟器输出的高度信号是有效的，失效指示灯高度表外场信号模拟器输出的高度信号是无效的，断开指示灯指示断开高度表外场信号模拟器电源，启动指示灯指示高度表外场信号模拟器启动电源。

信号测量端口对工作状态的电压及高度表的输出信号包括跟踪信号、输出高度信号1电压、输出高度信号2电压、高度电压调节、串行429总线输入数据和串行429总线输出数据进行测量。

高度电压转换电路

高度电压转换电路以DC-DC电压转换电路和输出电路组成，高度电压变换组件通过方式选择断开/启动开关选择所需的控制高度信息。其中，DC-DC电压转换电路包括固定的15V电路和可调的-0.5～23V变换电路，固定的15V电路是用DC-DC模块实现的，输出电流可达1A；可调的-0.5～23V变换电路是以正电压调节器为核心部件的电压调整电路，正电压调节器输入电压为15～40V，输出电压范围2～37V，输出电流150mA,为满足测试要求的-0.5～23V范围，必须使用正电压调节器控制负电压的控制，选取了DC-DC模块输出反相使用的方法，使正电压调节器的控制范围由2～37V扩展到-5～37V，通过调节测试控制组件中的高度调节电位器，控制正电压调节器线性采样信号，达到输出-0.5～23V范围的目的。正电压调节器电路选自《交直流电源变换电路精选》，具有较高的可靠性，参见图2中高度电压转换电路部分。高度电压转换电路产生高度信号发生电路工作所需要的-0.5～23V、+15VDC、电源电压能在测试控制组件上用外接电压表进行监测。高度电压转换电路通过距离调节可产生一个从0～1200m连续可调模拟的高度信号电压，满足高度表性能检查。

高度信号发生电路

高度信号发生电路由单片机、延迟校验电路、脉宽调节电路A、脉宽调节电路B、幅值调整电路A和幅值调整电路B组成，单片机产生时钟的脉冲信号同时输出到延迟校验电路和脉宽调节电路B，时钟脉冲经延迟校验电路传输到脉宽调节电路A，延迟校验电路将脉宽调节电路A与时钟脉冲时间上的延迟反馈到单片机，单片机进行时间修正，脉宽调节电路A和脉宽调节电路B分别对时钟脉冲进行宽度调节，脉宽调节电路A产生宽度1us的脉冲信号，脉宽调节电路B产生宽度10us的脉冲信号，1us的脉冲信号经过幅值调整电路A得到高度输出信号To，10us的脉冲信号经过幅值调整电路B得到高度输出信号Tx，连接和信号走向原理框图参见图3。

单片机：单片机产生精准的时钟信号和同步信号，控制延迟校验电路、脉宽调节电路A和脉宽调节电路器B的工作状态，产生精准方波脉冲、测试尖脉冲和同步脉冲信号。

延迟校验电路：用来检验脉宽调制器产生的信号与单片机产生的时钟信号之间的延迟时间，调整脉宽调制电路信号起始点的上升沿与时钟的延迟。

脉宽调节电路：脉宽调节器接收、处理单片机和延迟校验电路的脉冲信号，分为脉宽调节电路A和脉宽调节电路B两部分，分别生成的1us和10us两种宽度的脉冲信号，并传递给幅值调整电路A和幅值调整电路B。

幅值调整电路：幅值调整电路分为幅值调整电路A和幅值调整电路B，用于提高信号输出幅度，满足高度表测试要求。

详细电路原理图参见图4所示。

单片机选用高速、稳定的可擦写的程序器芯片，按照写入的控制程序控制晶体振荡器产生初始10KHz视频脉冲信号，同时接收延迟校验电路反馈的校验脉冲，调整时钟信号的初始脉冲点。

延迟校验电路（IC2A）取单片机输出的脉冲信号的下降沿作为触发信号，同脉宽调制电路A中采样得到的信号进行对比，生成时基校验脉冲，即延迟校验信号，起到调节高度时基基准信号的作用，解决了由于硬件的门限带来的延迟限度问题。

脉宽调节电路A(IC2)和脉宽调节电路B（IC3）分别由两只脉宽调节器电路组成，该调节器对延迟后的信号（10KHz）的脉冲宽度进行调整，产生一个方波脉冲（T0）和一个尖脉冲(TX)信号,分别从V1和V2端口输出。

幅值驱动电路选用了两块相同的双栅极三极管作为功率变换器件，利用双栅极三极管宽范围负载和超强的功率输出的特点，可以驱动高度表人工高度模拟电路前端模块。

适配器接口

适配器接口是一个标准航空接插器件，选择航空器件标准的通用接插件，属军品级的通用器件，符合国家电子设备测试标准。适配器接口连接试验连接电缆，参见图5。

交联系统的检查

按要求连接被测产品与高度表外场信号模拟器。在通电检测过程中，不允许断开射频环路电缆。

连接：将试验连接电缆按照标识分别连接到模拟器、被测产品和机上电缆。

本发明的使用过程如下：

1初始设置：

在高度表外场信号模拟器使用前需要进行初始状态设置，即断开模拟器电源，将高度调节电压调至最小，将高度表外场信号模拟器与机载高度表进行连接。

2对高度表外场模拟器通电：

（1）分别为高度表外场信号模拟器和机载自动驾驶仪系统供电，等待机载自动驾驶仪系统进入正常工作状态后,再高度表外场信号模拟器；

（2）选择高度表外场信号模拟器工作方式为启动方式，启动指示灯应燃亮，缓慢增加高度调节电压，观察机载自动驾驶仪显示的高度数值，用数字三用表所测高度输出电压应不小于-0.5～+13VDC范围。

（3）在需要测量高度输出电压和高度调节电压时，用数字电压表在“高度输出电压”或“高度调节电压”测试孔测量相应电压。

关闭电源，拆除连线。

3实测数据

应用高度表外场信号模拟器输出高度电压信号数据见表1

表1实测数据记录表

Claims (4)

1.高度表外场信号模拟器，包括测试控制组件、高度电压转换电路、高度信号发生电路和适配器接口四部分组成；其特征是，

所述的测试控制组件是模拟器的控制部件，包括工作方式控制电路、状态和信息显示和信号测量端口，用于外部电源的给入控制、被测产品通电控制、供电方式选择、测试方式选择、工作状态显示与监控、高度调节和高度信息测量端输出，测试控制组件连接适配器接口、高度信号发生电路和高度电压转换电路，其中，工作方式控制电路与适配器端口相连，用于完成技术条件要求范围内的方式选择和功能控制；状态和信息显示电路与工作方式控制电路相连接，用于接收工作方式控制电路控制命令，显示产品工作状态和相关信息；信号测量端口包含高度模拟电压接口和ARINC429数据信息端口；

所述的高度电压转换电路用来调节模拟器和产品工作所需供电和相关电压，经工作方式控制电路将转换后的电压转到状态和信息显示电路、高度信号发生电路和适配器接口；

所述的高度信号发生电路产生高度模拟功能所需的信号，受工作方式控制电路控制，输出信号通过工作方式控制电路传输到机载高度表或机载自动驾驶仪系统；

所述的适配器接口连接被测产品与工作方式控制电路，在被测产品与工作方式控制电路之间传递信息；所述的测试控制组件包括工作方式控制电路、状态和信息显示电路和信号测量端口；其中，

测试控制组件位于操作面板上，用于外部电源的给入控制、被测产品通电控制、供电方式选择、测试方式选择、工作状态显示与监控、高度调节和高度信息测量端输出；

工作方式控制电路由方式选择断开/启动开关、电源保险、失效开关和高度调节电位器构成，方式选择断开/启动开关是4刀2位置开关，同时控制4个信号转换，失效开关选用按压式复位开关，电源保险使用0.5A限流保险管，高度调节电位器选择多圈、线绕的、同轴、功率为2W、阻值为50KΩ的电位器；

状态和信息显示电路由有效指示灯、失效指示灯、断开指示灯和启动指示灯组成，其中，有效指示灯指示高度表外场信号模拟器输出的高度信号是有效的，失效指示灯高度表外场信号模拟器输出的高度信号是无效的，断开指示灯指示断开高度表外场信号模拟器电源，启动指示灯指示高度表外场信号模拟器启动电源；

信号测量端口对工作状态的电压及高度表的输出信号包括跟踪信号、第一输出高度信号(1)电压、第二输出高度信号(2)电压、高度电压调节、串行429总线输入数据和串行429总线输出数据进行测量。

2.如权利要求1所述的高度表外场信号模拟器，其特征是，

所述的高度电压转换电路以DC-DC电压转换电路和输出电路组成，高度电压变换组件通过方式选择断开/启动开关选择所需的控制高度信息，其中，DC-DC电压转换电路包括固定的15V电路和可调的-0.5～23V变换电路，固定的15V电路是用DC-DC模块实现的，输出电流最大值为1A；可调的-0.5～23V变换电路是以正电压调节器为核心部件的电压调整电路，正电压调节器输入电压为15～40V，输出电压范围2～37V，输出电流150mA，使用正电压调节器控制负电压的控制，选取了DC-DC模块输出反相使用的方法，使正电压调节器的控制范围由2～37V扩展到-5～37V，通过调节测试控制组件中的高度调节电位器，控制正电压调节器线性采样信号，达到输出范围为-0.5～23V的目的；高度电压转换电路产生高度信号发生电路工作所需要的-0.5～23V、+15VDC、电源电压能在测试控制组件上用外接电压表进行监测，高度电压转换电路通过距离调节产生一个从0～1200m连续可调模拟的高度信号电压。

3.如权利要求1所述的高度表外场信号模拟器，其特征是，所述的高度信号发生电路由单片机、延迟校验电路、脉宽调节电路A、脉宽调节电路B、幅值调整电路A和幅值调整电路B组成，单片机产生时钟的脉冲信号同时输出到延迟校验电路和脉宽调节电路B，时钟脉冲经延迟校验电路传输到脉宽调节电路A，延迟校验电路将脉宽调节电路A与时钟脉冲时间上的延迟反馈到单片机，单片机进行时间修正；脉宽调节电路A和脉宽调节电路B分别对时钟脉冲进行宽度调节，脉宽调节电路A产生宽度1us的脉冲信号，脉宽调节电路B产生宽度10us的脉冲信号，1us的脉冲信号经过幅值调整电路A得到高度输出信号To，10us的脉冲信号经过幅值调整电路B得到高度输出信号Tx；

所述的单片机产生时钟信号和同步信号，控制延迟校验电路、脉宽调节电路A和脉宽调节电路器B的工作状态，产生方波脉冲、测试尖脉冲和同步脉冲信号；

所述的延迟校验电路用来检验脉宽调制器产生的信号与单片机产生的时钟信号之间的延迟时间，调整脉宽调制电路信号起始点的上升沿与时钟的延迟；

所述的脉宽调节电路接收、处理单片机和延迟校验电路的脉冲信号，分为脉宽调节电路A和脉宽调节电路B两部分，分别生成的1us和10us两种宽度的脉冲信号，并传递给幅值调整电路A和幅值调整电路B。

4.如权利要求1所述的高度表外场信号模拟器，其特征是，所述的测试控制组件包括工作方式控制电路、状态和信息显示电路和信号测量端口；其中

测试控制组件位于操作面板上，用于外部电源的给入控制、被测产品通电控制、供电方式选择、测试方式选择、工作状态显示与监控、高度调节和高度信息测量端输出；

工作方式控制电路由方式选择断开/启动开关、电源保险、失效开关和高度调节电位器构成，方式选择断开/启动开关是4刀2位置开关，同时控制4个信号转换，失效开关选用按压式复位开关，电源保险使用0.5A限流保险管，高度调节电位器选择多圈、线绕的、同轴、功率为2W、阻值为50KΩ的电位器；

状态和信息显示电路由有效指示灯、失效指示灯、断开指示灯和启动指示灯组成，其中，有效指示灯指示高度表外场信号模拟器输出的高度信号是有效的，失效指示灯高度表外场信号模拟器输出的高度信号是无效的，断开指示灯指示断开高度表外场信号模拟器电源，启动指示灯指示高度表外场信号模拟器启动电源；

信号测量端口对工作状态的电压及高度表的输出信号包括跟踪信号、第一输出高度信号(1)电压、第二输出高度信号(2)电压、高度电压调节、串行429总线输入数据和串行429总线输出数据进行测量；

所述的高度电压转换电路以DC-DC电压转换电路和输出电路组成，高度电压变换组件通过方式选择断开/启动开关选择所需的控制高度信息，其中，DC-DC电压转换电路包括固定的15V电路和可调的-0.5～23V变换电路，固定的15V电路是用DC-DC模块实现的，输出电流最大值为1A；可调的-0.5～23V变换电路是以正电压调节器为核心部件的电压调整电路，正电压调节器输入电压为15～40V，输出电压范围2～37V，输出电流150mA，使用正电压调节器控制负电压的控制，选取了DC-DC模块输出反相使用的方法，使正电压调节器的控制范围由2～37V扩展到-5～37V，通过调节测试控制组件中的高度调节电位器，控制正电压调节器线性采样信号，达到输出范围为-0.5～23V的目的；高度电压转换电路产生高度信号发生电路工作所需要的-0.5～23V、+15VDC、电源电压能在测试控制组件上用外接电压表进行监测，高度电压转换电路通过距离调节产生一个从0～1200m连续可调模拟的高度信号电压；

所述的高度信号发生电路由单片机、延迟校验电路、脉宽调节电路A、脉宽调节电路B、幅值调整电路A和幅值调整电路B组成，单片机产生时钟的脉冲信号同时输出到延迟校验电路和脉宽调节电路B，时钟脉冲经延迟校验电路传输到脉宽调节电路A，延迟校验电路将脉宽调节电路A与时钟脉冲时间上的延迟反馈到单片机，单片机进行时间修正；脉宽调节电路A和脉宽调节电路B分别对时钟脉冲进行宽度调节，脉宽调节电路A产生宽度1us的脉冲信号，脉宽调节电路B产生宽度10us的脉冲信号，1us的脉冲信号经过幅值调整电路A得到高度输出信号To，10us的脉冲信号经过幅值调整电路B得到高度输出信号Tx；

所述的单片机产生时钟信号和同步信号，控制延迟校验电路、脉宽调节电路A和脉宽调节电路器B的工作状态，产生方波脉冲、测试尖脉冲和同步脉冲信号；

所述的延迟校验电路用来检验脉宽调制器产生的信号与单片机产生的时钟信号之间的延迟时间，调整脉宽调制电路信号起始点的上升沿与时钟的延迟；

所述的脉宽调节电路接收、处理单片机和延迟校验电路的脉冲信号，分为脉宽调节电路A和脉宽调节电路B两部分，分别生成的1us和10us两种宽度的脉冲信号，并传递给幅值调整电路A和幅值调整电路B。