CN104243585A - 基于分布式健康诊断的信道模拟与综合验证系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于分布式健康诊断的信道模拟与综合验证系统，包含中央控制单元、机载激励仿真单元、空域环境模拟单元、命令解析与执行单元、测控诊断界面、设备监控跟踪单元、设备诊断单元、设备电缆交联实现单元以及本地/远程控制终端，利用网络将被测设备、现场诊断设备及远程诊断中心有机的结合起来，使得多套ACAS可以共享同一套综合验证系统，或者必要时多个远程诊断中心同时对同一或不同ACAS进行远程监控与诊断。本发明有利于融合数据，复用资源，减轻重量、体积、功耗、成本，增加设备可靠性和可扩展性；提高验证系统的准确度和可靠性以及测试验证的覆盖率，增强监视故障诊断的精确性、灵活性及工作效率。

Description

基于分布式健康诊断的信道模拟与综合验证系统及其方法

技术领域

本发明涉及航空电子技术领域，特别涉及一种基于分布式健康诊断的信道模拟与综合验证系统。 

背景技术

ACAS系统是防止空域中飞行器相撞的最有效手段，为了确保飞行安全，国际民航组织已经要求跨航线的大中型运输类机型和通用飞机必须装备ACAS系统，伴随着航空运输业的发展，ACAS呈现出越来越大的需求，而目前国际上能提供ACAS系统测试验收、诊断维护的公司为AEROFLEX，采用的技术手段主要是通过通用测试设备(如射频信号源、脉冲信号发生器、RGS2000等)对ACAS系统进行分部测试，该方法的缺陷是效率低，测试覆盖面补全，不具备信道模拟和系统维护能力。 

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的发明目的在于提供一种基于分布式健康诊断的信道模拟与综合验证系统，通过将空域与机载环境模拟、资源综合化及分布式网络拓扑进行综合，融合数据，复用资源，减轻重量、体积、功耗、成本，增加设备可靠性和可扩展性；通过资源和环境的数据库动态配置、半物理仿真结果比对分析、测试统计模型评估提高验证系统的准确度和可靠性以及测试验证的覆盖率，增强监视故障诊断的精确性、灵活性及工作效率。 

本发明的发明目的通过以下技术方案实现： 

一种基于分布式健康诊断的信道模拟与综合验证系统，包含中央控制单元、机载激励仿真单元、空域环境模拟单元、命令解析与执行单元、测控诊断界面、设备监控跟踪单元、设备诊断单元、设备电缆交联实现单元： 

所述中央控制单元响应本地控制终端、多个远程诊断控制中心的控制指令集，完成控制指令集解析，按照功能将控制指令集分解为系统测试、系统监控和系统维护三类功能指令帧传输给命令解析与执行单元，并将ACAS系统的测试、诊断和维护信息上报本地控制终端、多个远程诊断控制中心； 

所述命令解析与执行单元用于负责对中央控制单元的功能指令帧进行分解，转化为可直接执行的命令，按照通讯协议要求完成机载激励仿真单元、空域环境模拟单元、设备电缆交联实现单元的控制，所述命令解析与执行单元还用于将测控诊断界面、设备监控跟踪单元、设备诊断单元生成的报文回传到中央控制单元和总线控制； 

所述机载激励仿真单元用于在执行系统测试、系统监控功能时，模拟本机飞机机型和飞 机状态的动态配置，为ACAS系统提供机载激励数据，辅助信道模拟与综合验证系统完成ACAS系统在不同飞机平台和不同飞行状态条件的性能分析；在执行系统维护功能时，所述机载激励仿真单元则配置成为ACAS维护状态； 

所述空域环境模拟单元用于在执行系统测试、系统监控功能时模拟相对本机空域中的它机目标，构造两机或多机相对场景的配置信息，通过天线将配置信息输送到ACAS系统的，当执行系统维护功能时，所述空域环境模拟单元处于静默状态，即不产生它机目标。 

所述测控诊断界面利用机载激励仿真单元和空域环境模拟单元，实现防撞模型的半物理仿真，从而与ACAS系统的实际性能进行对比分析，完成ACAS系统核心性能评估。 

所述设备监控跟踪单元用于通过监测ACAS系统运行的关键信号来监控其运行状态，为故障的诊断提供支持，并将被测的ACAS系统的运行情况输出给设备诊断单元； 

所述设备诊断单元完成对ACAS系统的系统级/部件级的测试验证、故障诊断和系统维护。 

所述设备电缆交联实现单元用于实现被测设备的配置和逻辑实现，将所述机载激励仿真单元生成的机载激励数据传输到被测的ACAS系统上，以及从被测的ACAS系统获取数据传输到设备监控跟踪、设备诊断单元。 

依据上述特征，所述机载激励仿真单元装载大/中型运输机和中小型通用飞机的飞机气动数据库，并实时计算本机飞行轨迹和姿态，通过ARINC407、ARINC429等总线由设备电缆交联实现单元输出给被测的ACAS系统。 

依据上述特征，所述空域环境模拟单元通过四通道射频收发控制、二次雷达信号处理技术、波束成型技术等实现基于空间衰落和干扰的空域电磁环境，模拟多架功率、方位、距离和模式可调的静止/运动的飞机目标，通过八相射频通道辐射给被测的ACAS系统。 

本发明还提供了一种信道模拟与综合验证系统的使用方法，包含以下步骤： 

步骤一、一个或者多个本地控制终端、远程诊断控制中心通过网络总线发出一个或多个ACAS系统的控制指令集； 

步骤二、中央控制单元响应本地控制终端、远程诊断控制中心的控制指令集，完成控制指令集解析，按照功能将控制指令集分解为系统测试、系统监控和系统维护三类功能指令帧； 

步骤三、命令解析与执行单元对中央控制单元的功能指令帧进行分解，转化为可直接执行的命令，按照通讯协议要求完成机载激励仿真单元、空域环境模拟单元、设备电缆交联实现单元的控制； 

步骤四、机载激励仿真单元、空域环境模拟单元和设备电缆交联实现单元根据中央控制单元解析的三种功能完成相应的配置：机载激励仿真单元在执行系统测试和系统监控功能时根据不同飞机环境的测试用例完成不同飞机状态的配置，在执行系统维护功能时，机载激励仿真单元则配置成为ACAS维护状态；空域环境模拟单元在执行系统测试和系统监控功能时模拟相对本机空域中的它机目标，构造两机或多机相对场景，通过天线发射给ACAS被测设备，在执行系统维护功能时，空域环境模拟单元恢复为“静默”状态；设备电缆交联实现单元用于实现被测设备的配置和逻辑实现，它分别根据系统测试、监控和维护模式完成ACAS测试环境的配置，将机载激励仿真单元生成的配置信息传输到被测的ACAS系统上，满足测试验证需求； 

步骤五、完成了系统功能的配置后，设备电缆交联实现单元从被测的ACAS系统获取数据，测控诊断界面、设备监控跟踪单元、设备诊断单元开始工作，测控诊断界面利用机载激励仿真单元和空域环境模拟单元的配置数据，完成防撞模型计算，半物理仿真数据与被测的ACAS系统的数据进行比对分析，将被测的ACAS系统的核心性能评估结论上报给命令解析与执行单元；设备监控跟踪单元用于通过监测被测的ACAS系统运行的关键信号来监控其运行状态，将被测的ACAS系统的运行情况输出给设备诊断单元，同时形成报文实时上传给命令解析与执行单元；设备诊断单元完成对ACAS系统级/部件级的测试验证、故障诊断和系统维护，并将测试验证和诊断维护信息上传给命令解析与执行单元； 

步骤六、命令解析与执行单元按照协议规范将测控诊断界面、设备监控跟踪单元、设备诊断单元上传的测试信息、验证信息、监控信息、维护信息和诊断信息组帧编码，由中央控制单元最终上报给本地控制终端、远程诊断控制中心。 

依据上述特征，所述机载激励仿真单元装载大/中型运输机和中小型通用飞机的飞机气动数据库，并实时计算本机飞行轨迹和姿态，通过ARINC407、ARINC429等总线由设备电缆交联实现单元输出给被测的ACAS系统。 

依据上述特征，所述空域环境模拟单元通过四通道射频收发控制、二次雷达信号处理技术、波束成型技术等实现基于空间衰落和干扰的空域电磁环境，模拟多架功率、方位、距离和模式可调的静止/运动的飞机目标，通过八相射频通道辐射给被测的ACAS系统。 

与现有技术相比，本发明的有益效果在于不仅支持ACAS系统在实验、验收等条件下的系统级/部件级一键式全功能检验测试和远程自动化测试与监控，而且可以对系统健康运行状况进行实时监测、采集系统工作状态信息、实时分析诊断ACAS故障，必要时进行远程健康诊断并根据远程中心诊断结果对ACAS系统进行维护。ACAS综合验证系统改善了ACAS系 统验证过程中的规范性、完整性、智能性，提高了验证系统的准确度和可靠性以及测试验证的覆盖率，增强了ACAS健康诊断的精确性、灵活性及工作效率为ACAS系统批量验收和交付以及维护保障提供了可靠支持。 

系统复用资源，减轻重量、体积、功耗、成本，增加了设备可靠性和可扩展性。 

附图说明

图1为基于分布式健康诊断的信道模拟与综合验证系统的总体架构； 

图2基于分布式健康诊断的信道模拟与综合验证系统的原理图； 

图3为基于分布式健康诊断的信道模拟与综合验证系统，系统过程流程图。 

具体实施方式

信道模拟与综合验证系统利用网络将被测的ACAS系统、现场诊断设备及远程诊断中心有机的结合起来，使得多套ACAS系统可以共享同一套综合验证系统，或者必要时多个远程诊断中心同时对同一或不同ACAS系统进行远程监控与诊断。 

本文介绍了一种系统实施方法，描述了整个系统的执行流程，如图1-图3所示：一个或者多个本地/远程终端同步控制多个ACAS系统，通过网络总线发出控制指令；中央控制单元是整个信道模拟与综合验证系统的中枢单元，它通过网络总线响应本地/远程终端的控制指令集，完成指令集解析，按照功能将指令分解为系统测试、系统监控和系统维护。命令解析与执行单元用于负责对中央控制单元的功能指令帧进行分解，转化为可直接执行的命令，按照通讯协议要求完成机载激励仿真单元、空域环境模拟单元、设备电缆交联实现单元的控制； 

机载激励仿真单元、空域环境模拟单元和设备电缆交联实现单元根据三种工作模式完成相应的设计：机载激励仿真单元实现本机飞机机型和飞机状态的动态配置，通过ARINC407、ARINC429等总线输出给被测的ACAS系统，执行系统测试和系统监控时，机载激励仿真单元根据不同飞机环境的测试用例完成不同飞机状态的配置，执行系统维护时，机载激励仿真单元则配置成为ACAS维护状态；空域环境模拟单元完成相对本机空域中的它机目标，构造两机或多机相对场景，空域环境模拟单元通过四通道射频收发控制、二次雷达信号处理技术、波束成型技术等实现基于空间衰落和干扰的空域电磁环境，模拟多架功率、方位、距离和模式可调的静止/运动的飞机目标，最终通过八相射频通道辐射给ACAS系统，系统测试和系统监控时，空域环境模拟单元按照测试要求完成它机目标和无线环境模拟，系统维护时，空域环境模拟单元恢复为“静默”状态；设备电缆交联实现单元用于实现被测设备的配置和逻辑实现，它分别根据系统测试、监控和维护模式完成ACAS测试环境的配置，满足测试验证需求。 

完成了系统工作模式的配置后，测控诊断界面、设备监控跟踪单元、设备诊断单元开始 工作，测控诊断界面利用机载激励仿真单元和空域环境模拟单元的配置数据，完成防撞模型计算，半物理仿真数据与ACAS数据进行比对分析，将被测设备核心性能评估结论上报；设备监控跟踪单元用于通过监测ACAS被测设备运行的关键信号来监控其运行状态，将ACAS运行情况输出给设备诊断单元，同时形成报文实时上传给中央控制单元；设备诊断单元完成对ACAS系统级/部件级的测试验证、故障诊断和系统维护，并将测试验证和诊断维护信息上传给中央控制单元。 

命令解析与执行单元按照协议规范将测试信息、验证信息、监控信息、维护信息和诊断信息组帧编码，由中央控制单元最终上报给终端，到此，整个信道模拟与综合验证系统执行流程完成。 

Claims (6)

1.一种基于分布式健康诊断的信道模拟与综合验证系统，包含中央控制单元、机载激励仿真单元、空域环境模拟单元、命令解析与执行单元、测控诊断界面、设备监控跟踪单元、设备诊断单元、设备电缆交联实现单元，其特征在于：

所述中央控制单元响应本地控制终端、多个远程诊断控制中心的控制指令集，完成控制指令集解析，按照功能将控制指令集分解为系统测试、系统监控和系统维护三类功能指令帧传输给命令解析与执行单元，并将ACAS系统的测试、诊断和维护信息上报本地控制终端、多个远程诊断控制中心；

所述命令解析与执行单元用于负责对中央控制单元的功能指令帧进行分解，转化为可直接执行的命令，按照通讯协议要求完成机载激励仿真单元、空域环境模拟单元、设备电缆交联实现单元的控制，所述命令解析与执行单元还用于将测控诊断界面、设备监控跟踪单元、设备诊断单元生成的报文回传到中央控制单元和总线控制；

所述机载激励仿真单元用于在执行系统测试、系统监控功能时，模拟本机飞机机型和飞机状态的动态配置，为ACAS系统提供机载激励数据，辅助信道模拟与综合验证系统完成ACAS系统在不同飞机平台和不同飞行状态条件的性能分析；在执行系统维护功能时，所述机载激励仿真单元则配置成为ACAS维护状态；

所述空域环境模拟单元用于在执行系统测试、系统监控功能时模拟相对本机空域中的它机目标，构造两机或多机相对场景的配置信息，通过天线将配置信息输送到ACAS系统的，当执行系统维护功能时，所述空域环境模拟单元处于静默状态，即不产生它机目标。

所述测控诊断界面利用机载激励仿真单元和空域环境模拟单元，实现防撞模型的半物理仿真，从而与ACAS系统的实际性能进行对比分析，完成ACAS系统核心性能评估。

所述设备监控跟踪单元用于通过监测ACAS系统运行的关键信号来监控其运行状态，为故障的诊断提供支持，并将被测的ACAS系统的运行情况输出给设备诊断单元；

所述设备诊断单元完成对ACAS系统的系统级/部件级的测试验证、故障诊断和系统维护。

所述设备电缆交联实现单元用于实现被测设备的配置和逻辑实现，将所述机载激励仿真单元生成的机载激励数据传输到被测的ACAS系统上，以及从被测的ACAS系统获取数据传输到设备监控跟踪、设备诊断单元。

2.根据权利要求1所述的信道模拟与综合验证系统，其特征在于所述机载激励仿真单元装载大/中型运输机和中小型通用飞机的飞机气动数据库，并实时计算本机飞行轨迹和姿态，通过ARINC407、ARINC429等总线由设备电缆交联实现单元输出给被测的ACAS系统。

3.根据权利要求1所述的信道模拟与综合验证系统，其特征在于所述空域环境模拟单元通过四通道射频收发控制、二次雷达信号处理技术、波束成型技术等实现基于空间衰落和干扰的空域电磁环境，模拟多架功率、方位、距离和模式可调的静止/运动的飞机目标，通过八相射频通道辐射给被测的ACAS系统。

4.根据权利要求1所述的信道模拟与综合验证系统的使用方法，包含以下步骤：

步骤一、一个或者多个本地控制终端、远程诊断控制中心通过网络总线发出一个或多个ACAS系统的控制指令集；

步骤二、中央控制单元响应本地控制终端、远程诊断控制中心的控制指令集，完成控制指令集解析，按照功能将控制指令集分解为系统测试、系统监控和系统维护三类功能指令帧；

步骤三、命令解析与执行单元对中央控制单元的功能指令帧进行分解，转化为可直接执行的命令，按照通讯协议要求完成机载激励仿真单元、空域环境模拟单元、设备电缆交联实现单元的控制；

步骤四、机载激励仿真单元、空域环境模拟单元和设备电缆交联实现单元根据中央控制单元解析的三种功能完成相应的配置：机载激励仿真单元在执行系统测试和系统监控功能时根据不同飞机环境的测试用例完成不同飞机状态的配置，在执行系统维护功能时，机载激励仿真单元则配置成为ACAS维护状态；空域环境模拟单元在执行系统测试和系统监控功能时模拟相对本机空域中的它机目标，构造两机或多机相对场景，通过天线发射给ACAS被测设备，在执行系统维护功能时，空域环境模拟单元恢复为“静默”状态；设备电缆交联实现单元用于实现被测设备的配置和逻辑实现，它分别根据系统测试、监控和维护模式完成ACAS测试环境的配置，将机载激励仿真单元生成的配置信息传输到被测的ACAS系统上，满足测试验证需求；

步骤五、完成了系统功能的配置后，设备电缆交联实现单元从被测的ACAS系统获取数据，测控诊断界面、设备监控跟踪单元、设备诊断单元开始工作，测控诊断界面利用机载激励仿真单元和空域环境模拟单元的配置数据，完成防撞模型计算，半物理仿真数据与被测的ACAS系统的数据进行比对分析，将被测的ACAS系统的核心性能评估结论上报给命令解析与执行单元；设备监控跟踪单元用于通过监测被测的ACAS系统运行的关键信号来监控其运行状态，将被测的ACAS系统的运行情况输出给设备诊断单元，同时形成报文实时上传给命令解析与执行单元；设备诊断单元完成对ACAS系统级/部件级的测试验证、故障诊断和系统维护，并将测试验证和诊断维护信息上传给命令解析与执行单元；

步骤六、命令解析与执行单元按照协议规范将测控诊断界面、设备监控跟踪单元、设备诊断单元上传的测试信息、验证信息、监控信息、维护信息和诊断信息组帧编码，由中央控制单元最终上报给本地控制终端、远程诊断控制中心。

5.根据权利要求4所述的使用方法，其特征在于所述机载激励仿真单元装载大/中型运输机和中小型通用飞机的飞机气动数据库，并实时计算本机飞行轨迹和姿态，通过ARINC407、ARINC429等总线由设备电缆交联实现单元输出给被测的ACAS系统。

6.根据权利要求4所述的使用方法，其特征在于所述空域环境模拟单元通过四通道射频收发控制、二次雷达信号处理技术、波束成型技术等实现基于空间衰落和干扰的空域电磁环境，模拟多架功率、方位、距离和模式可调的静止/运动的飞机目标，通过八相射频通道辐射给被测的ACAS系统。