CN108521348B - 一种1553b总线网络测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种1553B总线网络测试系统，其特征在于，包括信号发送器、信号接收器和用于校准信号发送器和信号接收器的标准衰减器，信号发送器和信号接收器分别用于通过1553B总线网络不同的子端口发送和接收信号，并根据发送信号的电流或接收信号的插入损耗判断1553B总线网络的故障状态；通过简单的数学模型，推导出1553B总线网络各类故障与插入损耗的关系，采用一套由信号发生器、信号接收器组成的测试系统，对1553B总线网络的插入损耗进行测量，就可对各类故障模式进行物理层面定位，提示故障点、记录测试参数，为使用、维护1553B总线网络人员提供了一种直接查找故障和定位故障、例行巡检排查故障隐患、直接查找和定位疑存故障的有效手段。

Description

一种1553B总线网络测试系统及方法

【技术领域】

本发明属于电子测量领域，尤其是一种1553B总线网络测试系统及方法。

【背景技术】

MIL-STD-1553B总线网络在应用了MIL-STD-1553B数据总线技术的武器装备领域得到了广泛应用。如何快速、准确的测试MIL-STD-1553B网络，确认其网络系统的完整性、可靠性，是使用和维护部门迫切需要解决的问题。以往对MIL-STD-1553B总线网络测试与维护大多采用定性的方法，初步判断MIL-STD-1553B总线网络是否完好，但是，无法判定故障类型和对故障进行定位。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种1553B总线网络测试系统及方法，可以精确判定故障类型以及对故障点进行定位。

本发明采用以下技术方案：一种1553B总线网络测试方法，包括信号发送器、信号接收器和标准衰减器，具体包括以下步骤：

步骤1、通过标准衰减器对信号发送器和信号接收器进行初始化校准；

步骤2、将信号发送器和信号接收器分别与1553B总线网络的不同子端口相连接，并开启信号发送器和信号接收器；

步骤3、信号发送器包括故障指示功能单元、信号发生及控制单元、工作模式控制单元和信号电流检测单元，信号接收器包括CPU处理单元和输出驱动单元；

通过工作模式控制单元将信号发送器的工作模式调为正常测试状态并发出测试信号，通过信号电流检测单元检测测试信号的实际电流I_out，还通过信号接收器接收测试信号，并检测测试信号的实际插入损耗

当I_out＞2.5I₁且

时，则得出信号发送器连接的子端口短路；其中，I₁为测试信号的理论电流；

当1.3I₁＜I_out＜2.5I₁且

时，则得出1553B总线网络的总线端口短路；

当3I₁/80＜I_out＜I₁/4且

或-7.96dB时，则得出1553B总线网络的总线端口开路；

当I_out＜3I₁/80时，则得出信号发送器连接的子端口开路；

当I_out＞5I₁时，则通过信号发生及控制单元切断输出信号；

当I_out∈I₁时，则1553B总线网络为正常状态；

通过工作模式控制单元将信号发送器的工作模式调为屏蔽测试状态，并通过信号电流检测单元检测测试信号发送器中的实际电流I_out，将实际电流I_out与理论电流I₁进行对比：

当I_out＞2.5I₁时，则信号发送器连接的子端口与其屏蔽短路；

当1.5I₁＜I_out＜2.5I₁时，则1553B总线网络的总线端口与其屏蔽短路；

当I_out＞5I₁时，通过信号发生及控制单元切断输出信号；

当I_out∈I₁时，则1553B总线网络为正常状态；

步骤4、信号发生及控制单元和CPU处理单元根据检测结果分别发送故障信息至故障指示功能单元和输出驱动单元，故障指示功能单元和输出驱动单元根据故障信息发出警示。

本发明的另一种技术方案：一种上述的1553B总线网络测试方法使用的1553B总线网络测试系统，包括信号发送器、信号接收器和用于校准信号发送器和信号接收器的标准衰减器，信号发送器和信号接收器分别用于通过1553B总线网络的不同子端口发送和接收测试信号，并根据发出测试信号的电流和接收测试信号的插入损耗判断1553B总线网络的故障状态；

信号发送器包括信号发生及控制单元，信号发生及控制单元分别连接有故障指示单元、工作模式控制单元、信号输出驱动单元和信号电流检测单元，信号输出驱动单元还与信号电流检测单元相连接，信号发生及控制单元、信号输出驱动单元和信号电流检测单元均连接至同一供电单元；

信号发生及控制单元用于产生正常测试信号和屏蔽测试信号，并发送至信号输出驱动单元；还用于将电流检测结果与理论输出电流进行对比，且在电流检测结果异常时，通过故障指示功能单元发出警示；

信号输出驱动单元用于将正常测试信号或屏蔽测试信号进行放大并经信号电流检测单元发送至1553B总线网络的子端口；

信号电流检测单元用于对正常测试信号或屏蔽测试信号进行电流检测，并将电流检测结果发送至信号发生及控制单元；

工作模式控制单元用于调节信号发送器的工作模式。

进一步地，工作模式包括屏蔽测试模式和正常测试模式。

进一步地，信号接收器包括通道选择单元，通道选择单元依次通过信号放大器、差分放大器、程控增益放大器、高速A/D采集单元连接至CPU处理单元，CPU处理单元还分别连接有USB总线接口、输出驱动单元、键盘缓冲输入单元和供电单元；

通道选择单元用于选择不同的通道，以对1553B总线网络子端口的输出信号进行采集，并将采集到的信号通过信号放大器发送至差分放大器；

差分放大器用于将接收的差分信号转换成单端信号并发送至程控增益放大器；

程控增益放大器用于为接收的信号提供不同增益的放大，并发送至高速A/D采集单元；

高速A/D采集单元用于将接收的模拟信号转换为数字信号，并发送至CPU处理单元；

CPU处理单元用于对接收的信号进行分析，得出信号的插入损耗，并根据插入损耗和内部预置模型判断得出1553B总线网络的故障状态；还用于将检测结果发送至输出驱动单元，以通过输出驱动单元向检测人员进行提示。

进一步地，供电单元包括储能单元，储能单元分别连接有电压变换单元和充电及保护单元，电压变换单元分别连接至信号发生及控制单元、信号输出驱动单元和信号电流检测单元。

本发明的另一种技术方案：一种上述的1553B总线网络测试方法使用的信号发送器，包括信号发生及控制单元，信号发生及控制单元分别连接有故障指示单元、工作模式控制单元、信号输出驱动单元和信号电流检测单元，信号输出驱动单元还与信号电流检测单元相连接，信号发生及控制单元、信号输出驱动单元和信号电流检测单元均连接至同一供电单元；

信号发生及控制单元用于产生正常测试信号和屏蔽测试信号，并发送至信号输出驱动单元；还用于将电流检测结果与标准输出电流进行对比，且在电流检测结果异常时，通过故障指示功能单元发出警示；

信号输出驱动单元用于将正常测试信号或屏蔽测试信号进行放大并经信号电流检测单元发送至1553B总线网络的子端口；

信号电流检测单元用于对正常测试信号或屏蔽测试信号进行电流检测，并将电流检测结果发送至信号发生及控制单元；

工作模式控制单元用于调节信号发送器的工作模式。

本发明的另一种技术方案：一种上述的1553B总线网络测试方法使用的信号接收器，包括通道选择单元，通道选择单元依次通过信号放大器、差分放大器、程控增益放大器、高速A/D采集单元连接至CPU处理单元，CPU处理单元还分别连接有USB总线接口、输出驱动单元、键盘缓冲输入单元和供电单元；

通道选择单元用于选择不同的通道，以对1553B总线网络子端口的输出信号进行采集，并将采集到的信号通过信号放大器发送至差分放大器；

差分放大器用于将接收的差分信号转换成单端信号并发送至程控增益放大器；

程控增益放大器用于为接收的信号提供不同增益的放大，并发送至高速A/D采集单元；

高速A/D采集单元用于将接收的模拟信号转换为数字信号，并发送至CPU处理单元；

CPU处理单元用于对接收的信号进行分析，得出信号的插入损耗，并根据插入损耗和内部预置模型判断得出1553B总线网络的故障状态；还用于将检测结果发送至输出驱动单元，以通过输出驱动单元向检测人员进行提示。

本发明的有益效果是：通过简单的数学模型，推导出1553B总线网络各类故障与插入损耗的关系，且采用一套由信号发生器、信号接收器组成的测试系统，对1553B总线网络的插入损耗进行测量，就可对各类故障模式进行物理层面定位，提示故障点、记录测试参数，为使用、维护1553B总线网络人员提供了一种直接查找故障和定位故障、例行巡检排查故障隐患、直接查找和定位疑存故障的有效手段。

【附图说明】

图1为标准1553B总线网络电气结构示意图；

图2为图1的等效电路数学模型示意图；

图3为本发明中信号发送器的原理框图；

图4为本发明中信号接收器的功能框图；

图5为本实施例中不含电池电压变换电路的信号发送器的原理简图；

图6为信号发送器或信号接收器中+3.3V和+5V的电池电压原理图；

图7为本发明实施例中信号接收器中CPU处理单元电路原理图；

图8为本发明实施例中高速A/D采集单元电路原理图；

图9为本发明实施例中程控增益放大器的电路原理图；

图10为本发明实施例中差分放大器的电路原理图；

图11为本发明实施例中信号放大器的电路原理图；

图12为本发明实施例中通道选择单元的电路原理图。

其中：10.故障指示功能单元；11.信号发生及控制单元；12.工作模式控制单元；13.信号输出驱动单元；14.信号电流检测单元；15.充电及保护单元；16.储能单元；17.电压变换单元；20.CPU处理单元；21.USB总线接口；22.输出驱动单元；23.键盘缓冲输入接口；24.高速A/D采集单元；25.通道选择单元；26.信号放大器；27.差分放大器；28.程控增益放大器；。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明公开了一种1553B总线网络测试方法，本方法中使用信号发送器、信号接收器和标准衰减器。如图1所示，一个标准的MIL-STD-1553B总线网络其子节点可以有N个。按《GJB 289A-97数字式时分制指令-响应型多路传输数据总线》标准的规定，图1中的终端匹配电阻Zo的阻值相等，耦合器的故障隔离电阻R＝0.75Zo，耦合变压器的绕组匝数比为

其等效数学模型如图2所示，在子线端口的负载、线缆传输损耗以及网络上其它耦合器的影响可忽略不计的情况下：

AB点的电压＝Vin；

CD点的

GH点的

故在A-B间输入信号、在G-H点测量信号时：

为插入损耗理论值；

在一个可正常运行的1553B总线网络中，其发生故障的可能性有：

1)总线端口或子线端口信号线之间的短路：

当总线端口或子线端口信号线之间短路时，V_CD＝V_GH＝0，即Vout趋于0，此时

另一方面，由图2可看出，当子线端口短路时，对信号发送器而言，相当于输出短路，而当总线端口短路时，由于隔离电阻的作用，对信号发送器而言，相当于输出超载。

不难算出，在正常状态时，信号发送器的理论电流I₁：

总线端口短路时，实际电流I_out：

电流比

1553B总线网络正常时信号发送器理论输出电流I₁为40～60mA，本实施例中我们以I₁＝40mA为例。在信号发送器内设置信号电流检测单元14，当检测到输出信号电流(即信号发生器的工作电流)大于130％且小于250％的正常电流(即60mA＜I_out＜100mA)，且信号接收器中测量的插入损耗

小于-20dB时，可以认为总线端口短路。

当检测到输出信号电流＞250％正常电流(即I_out＞100mA)，且

时，可以认为子端口短路。

一般的，当

为实际测量值，可认为总线或子线信号线之间短路。电流检测单元仅设置在信号发生单元，但为了小型化，信号发生单元没有精确的显示单元；仅给出故障/正常信号，信号接收单元仅能读出电压信号，由于多种故障均能导致插入损耗的变异，因此需结合信号发生器是否短路来确认故障类型。

2)总线端口信号线连接开路：

总线端口开路故障一般可等效为一个或两个终端匹配电阻Zo开路。

当一个终端匹配电阻Zo开路时；

CD点的

GH点的

当两个终端匹配电阻Zo开路时：

CD点的

GH点的

因此，当

时，且1.5mA＜I_out＜10mA，则可判断为总线端口开路。

3)子端口信号线连接开路：

子端口开路故障一般可等效为隔离电阻R开路，当隔离电阻R开路时，依据《GJB289A-97数字式时分制指令-响应型多路传输数据总线》标准的规定，其输入开路阻抗＞3000Ω；当网络正常时，其子端口输入阻抗应为：

电流比

按《GJB 289A-97数字式时分制指令-响应型多路传输数据总线》标准的规定，Zo＝75Ω。显然，当R开路时，出现子端口开路故障，信号发送器的输出电流会远远小于正常工作电流，因此，在信号发送器内设置电流检测单元14，当检测到输出信号电流＜3.75％正常电流时(即I_out＜1.5mA)，可以认为子端口开路。

4)子端口信号线与屏蔽层之间短路：

信号发送器输出的是一组差分信号，因此，当信号线一侧与屏蔽层之间短路时，信号可以正常传输，但存在信息泄露等故障隐患。在信号发送器内部，设有屏蔽接地开关，当将屏蔽接地时，如果子端口信号线与屏蔽层之间无短路，则信号发送器输出电流正常；一旦子端口信号线与屏蔽层之间存在短路，则将屏蔽层与信号发送器地线相连后，输出电流会明显变大，即大于2.5倍正常电流(即I_out＞100mA)。因此，检测信号发送器的输出电流，配合接地开关，就可判断子端口信号线与屏蔽层之间是否短路。

5)总线信号线与屏蔽层之间短路：

同样道理，当将屏蔽接地时，如果总线端口信号线与屏蔽层之间无短路，则信号发送器输出电流正常；一旦总线端口信号线与屏蔽层之间存在短路，则将屏蔽层与信号发送器地线相连后，输出电流会明显变大，但由于隔离电阻的存在，其输出电流会小于子端口信号线与屏蔽层之间存在短路时的电流，即大于正常电流的1.5倍且小于正常电流的2.5倍(即60mA＜I_out＜100mA)。因此，检测信号发送器的输出电流，配合接地开关，就可判断总线信号线与屏蔽层之间是否短路。

6)总线的终端电阻的阻值超差(即终端电阻精度不够，误差超过10％)

由2)可知，当1553B总线网络的终端电阻的阻值变大时(一个终端电阻的阻值变大或两个终端电阻的阻值变大)，

当总线的终端电阻的阻值变小时(一个终端电阻的阻值变小或两个终端电阻的阻值变小)，

7)某个子线间的插入损耗变大：

分析图2可知，当某个子端口的插入损耗变大时，

因此，如果在某个子端口测得

而换一个子线端口后

就可判断

的那个子端口插入损耗变大，即该子线端口电阻变大。

8)另外，当I_out＞200mA时，信号发生及控制单元11切断输出信号，并禁止电压输出，达到保护目的。

具体包括以下步骤：

步骤1、通过标准衰减器对信号发送器和信号接收器进行初始化校准。

在测试开始前对信号发送器、和信号接收器进行校准、在同一网络的不同子端口依次逐个测量两组子线间的插入损耗，监视信号发送器的输出电流、插入损耗等相关电性能参数。

总线网络系统发生各类故障时均会引起插入损耗值的异常变化，这种异常变化与所发生的故障类型和部位有一定的对应关系，尽管这种对应关系在某些状况下并不是唯一的，但是在检测总线时仍可以根据其插入损耗值的异常变化，并综合其它因素来分析判断所发生故障的类型和部位。

步骤2、将信号发送器和信号接收器分别与1553B总线网络的不同子端口相连接，并开启信号发送器和信号接收器。

步骤3、信号发送器包括故障指示功能单元10、信号发生及控制单元11、工作模式控制单元12和信号电流检测单元14，信号接收器包括CPU处理单元20和输出驱动单元22。

通过工作模式控制单元12将信号发送器的工作模式调为正常测试状态并发出测试信号，通过信号电流检测单元14检测测试信号的实际电流I_out，将实际电流I_out与理论电流I₁进行对比，还通过信号接收器接收测试信号，并检测测试信号的实际插入损耗

当I_out＞2.5I₁且

时，则得出信号发送器连接的子端口短路；

当1.3I₁＜I_out＜2.5I₁且

时，则得出1553B总线网络的总线端口短路；

当3I₁/80＜I_out＜I₁/4且

或-7.96dB时，则得出1553B总线网络的总线端口开路；

当I_out＜3I₁/80时，则得出信号发送器连接的子端口开路；

当I_out＞5I₁时，通过信号发生及控制单元11切断输出信号；

当I_out∈I₁时，则1553B总线网络为正常状态。

通过工作模式控制单元12将信号发送器的工作模式调为屏蔽测试状态，并通过信号电流检测单元14检测测试信号发送器中的实际电流I_out，将实际电流I_out与理论电流I₁进行对比：

当I_out＞2.5I₁时，则信号发送器连接的子端口与其屏蔽短路；

当1.5I₁＜I_out＜2.5I₁时，则1553B总线网络的总线端口与其屏蔽短路；

当I_out＞5I₁时，通过信号发生及控制单元11切断输出信号；

当I_out∈I₁时，则1553B总线网络为正常状态。

步骤4、信号发生及控制单元11和CPU处理单元20根据检测结果分别发送故障信息至故障指示功能单元10和输出驱动单元22，故障指示功能单元10和输出驱动单元22根据故障信息发出警示。

本发明还公开了一种上述1553B总线网络测试方法使用的1553B总线网络测试系统，如图1所示，为标准1553B总线网络电气结构示意图。在1553B总线网络一个子端口发送已知频率和幅度的信号，在另一个子端口接受该信号，并和预设的数学模型进行比较，从而判断1553B网络中各耦合器、终端、接插件、导线是否处于良好状态。

该系统具体包括信号发送器、信号接收器和用于校准信号发送器和信号接收器的标准衰减器(即衰减器)，信号发送器和信号接收器分别用于通过1553B总线网络不同的子端口发送和接收测试信号，并根据发出测试信号的电流和接收测试信号的插入损耗判断1553B总线网络的故障状态。衰减器是确保测试仪正常工作和使用必不可少的重要附件。如图2所示，为衰减器的原理图，Zo＝75欧姆，它的衰减值为-12±0.1dB，被封装在一个屏蔽的铝合金盒中，在每次接通测试系统电源且系统启动成功后，将衰减器的两端分别与信号发生器输出端与信号接收器的输入端连接，以便对信号接收器内的数据处理系统进行初始化校准。

信号发送器产生特定频率的信号，该频率信号通过1553B总线网络中的子端口输入到总线中，通过对输出信号电流的监视及信号接收器的接收、解析、判断，达到对1553B总线网络各项指标的测试。

如图3、图5所示，信号发送器包括信号发生及控制单元11，是信号发送器的核心器件，采用CPLD(EPM3064)编程实现输出波形设定和对输出电流的测量，进而判断MIL-STD-1553B总线网络的以下问题：

MIL-STD-1553B总线网络测试设备正常；

MIL-STD-1553B总线网络测试设备总线端口短路；

MIL-STD-1553B总线网络测试设备总线端口开路；

MIL-STD-1553B总线网络测试设备总线端口与屏蔽短路；

MIL-STD-1553B总线网络测试设备子端口短路；

MIL-STD-1553B总线网络测试设备子端口开路；

MIL-STD-1553B总线网络测试设备子端口与屏蔽短路。

信号发生及控制单元11用于产生正常测试信号和屏蔽测试信号，不仅可以测量1553B总线的连续性，还可以测量其外层屏蔽层的连续性，其将测试信号发送至信号输出驱动单元13。信号发生及控制单元11还用于将电流检测结果与理论输出电流进行对比，且在电流检测结果异常时，通过故障指示功能单元10发出警示，故障指示功能单元10可以根据实际需要设置为警示灯或警笛。

信号发生及控制单元11产生测量1553B总线网络所需的频率信号，为了使信号接收器能自动区分屏蔽测试还是正常测试，又将输出信号分为屏蔽频率信号和正常频率信号，屏蔽频率信号优选为33.333KHz，正常频率信号优选为333.33KHz。

信号发生及控制单元11分别连接有故障指示单元10、工作模式控制单元12、信号输出驱动单元13和信号电流检测单元14。工作模式控制单元12根据需要调节信号发送器的工作模式，即屏蔽测试模式和正常测试模式。

当为屏蔽测试模式时，信号发送器的输出端与15553B总线以及屏蔽层相连接，信号接收器的接收端与15553B总线以及屏蔽层相连接。

当为非屏蔽测试模式，信号发送器的输出端与15553B总线相连接，信号接收器的接收端与15553B总线相连接。

信号输出驱动单元13用于将正常测试信号或屏蔽测试信号进行放大并经信号电流检测单元14发送至1553B总线网络的子端口。

信号电流检测单元14用于对正常测试信号或屏蔽测试信号进行电流检测，并将电流检测结果发送至信号发生及控制单元11。通过测量功率级的电源电流，把电流转换为电压，馈送到信号发生及控制单元11的电流检测端(OVER_A)，电流检测端根据逻辑，对1553B总线网络进行判断，给出故障状态。

信号输出驱动单元13还与信号电流检测单元14相连接，信号发生及控制单元11、信号输出驱动单元13和信号电流检测单元14均连接至同一供电单元。

信号接收器用以接收信号发生器通过1553B总线网络传来的信号，对其进行量化处理，进而计算其插入损耗，通过逻辑分析，判断1553B总线网络发生故障的类型和部位。

如图4所示，信号接收器包括通道选择单元25，通道选择单元25用于选择不同的通道，如图12所示，其原理较为简单，当CPU处理单元20采集到信号发送器的信号频率，根据正常测试、屏蔽测试的要求，控制继电器的吸合/释放，以实现对STUB的高端对低端、高端对屏蔽层、低端对屏蔽层三种信号的采集，并将采集到的信号通过信号放大器26发送至差分放大器27。

如图11所示，为信号放大器26的电路原理图，信号放大器26用于输入信号的预处理，使其在满足输入缓冲的前提下，还能满足输入阻抗要求、带宽要求和单端、差分要求。输入缓冲采用高速高精度运算放大器实现，但当输入信号为差分形式时，信号会有单端时的“信号+”和“信号地”变为“信号+”、“信号-”和“信号地”，如果直接选用差分放大器27，可以实现信号缓冲，但输入阻抗无法满足＞1MΩ要求；如果选用仪表放大器，可以实现输入阻抗要求，但仪表放大器的速度较低，又无法满足信号带宽要求；本发明提出了对差分“信号+”和“信号-”均使用高速高精度运算放大器进行缓冲，然后在后级再使用差分放大器的方法。

当输入为单端模式时，单端“信号+”直接输入到通道的正输入端，把通道的负输入端接地，同时“信号地”与信号接收器的“信号地”连接；当输入为差分模式时，差分“信号+”输入到通道的正输入端，差分“信号-”输入到通道的负输入端，同时差分“信号地”与信号接收器的“信号地”连接。

如图10所示，为差分放大器27的电路原理图，差分放大器27用于将接收的差分信号转换成单端信号，实现差分信号满足A/D输入信号的要求，并发送至程控增益放大器28。差分放大器27在信号输入放大器的后级，这样可以避免差分放大器的低输入阻抗对输入信号的影响。不同的采集通道具有各自独立的差分放大器，这可以有效提高AD采集的通道隔离度。如图9所示，为程控增益放大器28的电路原理图，程控增益放大器28用于为接收的信号提供不同增益的放大，并发送至高速A/D采集单元24，其使用特定的可变增益放大器芯片及其外围电路实现，受CPU处理单元20控制，在不同的输入信号(即输入量程的不同)时，对输入信号提供不同增益的放大，当输入信号量程发生改变时，程控增益放大器28可以改变输入到A/D芯片的信号幅度，使其在满足A/D输入范围的前提下，达到最大的信噪比，提高系统采集精度。

如图8所示，为高速A/D采集单元24的电路原理图，高速A/D采集单元24用于将接收的模拟信号转换为数字信号，并发送至CPU处理单元20。高速A/D采集单元24是整个信号接收器的核心，用于将信号发送器通过1553B总线网络传递过来的模拟信号精确转换为数字信号，供CPU处理单元20依据已建立的数学模型，计算插入损耗，通过逻辑分析，判断1553B总线网络发生故障的类型和部位。高速AD采集单元24是整个信号接收器信号转换核心，直接关系到采集信号质量的优劣和对1553B总线网络故障的正确判断。该单元由AD芯片及其外围电路组成。由于转换的最小信号幅度为mV级，为了提高信号质量，降低采样噪声，在实际电路设计时应注意接地点的选择和采用多种滤波方式，使电源噪声降低到最小。

如图7所示，是CPU处理单元20的设计原理图，CPU处理单元20用于对接收的信号进行分析，得出信号的插入损耗，并根据插入损耗和内部预置模型(即预设阈值)判断得出1553B总线网络的故障状态；还用于将检测结果发送至输出驱动单元22，以通过输出驱动单元22向检测人员进行提示。CPU处理单元20是信号接收器的控制中心，通过该单元实现信号校准、增益控制、差分通道选择、采集数据的存储、USB总线接口、键盘扫描、结果显示、声音报警等。CPU处理单元20主要完成下述工作：

根据信号输入量程改变程控增益放大器28的增益，使其在满足AD输入范围的前提下，达到最大的信噪比，提高系统采集精度。

选择差分通道输入方式，通过通道选择单元25选择继电器实现。

控制采集数据的存储，并从SRAM中依次读出采集数据，通过USB总线接口21传输至上位机。

通过USB总线接口21，实现USB数据读、USB数据写、USB数据写流量控制。

通道选择单元25依次通过信号放大器26、差分放大器27、程控增益放大器28、高速A/D采集单元24连接至CPU处理单元20，CPU处理单元20还分别连接有USB总线接口21、输出驱动单元22、键盘缓冲输入单元23和供电单元。

键盘缓冲输入单元23用于扫描外部按键输入，包括测量、校准、记录和帮助四个按键，该电路实现按键动作到CPU输入逻辑的变换。

输出驱动单元22用于将测试结果显示到外部显示屏上，并在显示屏上为使用者提供操作帮组，当测量结束或者测量异常情况下，驱动外部蜂鸣器发声(测量结束和测量异常发出两种不同的声音)，通过声音提示操作者，便于发送器的远距离操作，满足航空领域的操作要求。

USB总线接口单元可以方便与CPU进行互联，用于外接键盘、鼠标来方便使用者的操作，也可外接U盘，对接收器进行系统升级或存储测试数据。

供电单元方便用户在缺乏供电条件的情况下使用，包括储能单元16，储能单元16可以选用锂电池，其具有寿命高环保等特点，如图6所示，储能单元16分别连接有电压变换单元17和充电及保护单元15，充电及保护单元15可以方便锂电池和外界对接充电，电压变换单元17分别连接至信号发生及控制单元11、信号输出驱动单元13和信号电流检测单元14，其可以将锂电池的输出电压进行转换，转换成可以使用的预设电压值，信号发生及控制单元11供给3.3V电压，信号输出驱动单元13和信号电流检测单元14供给5V电压。电压变换单元17将锂电池不稳定的单一电压变换为接收器所需的各种稳定的工作电压。

本发明还公开了一种上述1553B总线网络测试方法使用的信号发送器，包括信号发生及控制单元11，信号发生及控制单元11分别连接有故障指示单元10、工作模式控制单元12、信号输出驱动单元13和信号电流检测单元14，信号输出驱动单元13还与信号电流检测单元14相连接，信号发生及控制单元11、信号输出驱动单元13和信号电流检测单元14均连接至同一供电单元。

信号发生及控制单元11用于产生正常测试信号和屏蔽测试信号，并发送至信号输出驱动单元13；还用于将电流检测结果与标准输出电流进行对比，且在电流检测结果异常时，通过故障指示功能单元10发出警示；

信号输出驱动单元13用于将正常测试信号或屏蔽测试信号进行放大并经信号电流检测单元14发送至1553B总线网络的子端口；

信号电流检测单元14用于对正常测试信号或屏蔽测试信号进行电流检测，并将电流检测结果发送至信号发生及控制单元11；工作模式控制单元12用于调节信号发送器的工作模式。

本发明还公开了一种上述1553B总线网络测试方法使用的信号接收器，包括通道选择单元25，通道选择单元依次通过信号放大器26、差分放大器27、程控增益放大器28、高速A/D采集单元24连接至CPU处理单元20，CPU处理单元20还分别连接有USB总线接口21、输出驱动单元22、键盘缓冲输入单元23和供电单元；

通道选择单元25用于选择不同的通道，以对1553B总线网络子端口的输出信号进行采集，并将采集到的信号通过信号放大器26发送至差分放大器27；

差分放大器27用于将接收的差分信号转换成单端信号并发送至程控增益放大器28；

程控增益放大器28用于为接收的信号提供不同增益的放大，并发送至高速A/D采集单元24；

高速A/D采集单元24用于将接收的模拟信号转换为数字信号，并发送至CPU处理单元20；

CPU处理单元20用于对接收的信号进行分析，得出信号的插入损耗，并根据插入损耗和内部预置模型判断得出1553B总线网络的故障状态；还用于将检测结果发送至输出驱动单元22，以通过输出驱动单元22向检测人员进行提示。

本发明采用由嵌入式计算机结合数字合成和处理技术构成，通过测量MIL-STD-1553B中各分支线端口之间的插入衰减值，并根据线缆系统发生各类型的故障所导致衰减值不同的相关数学模型，快速精准的判别和确定MIL-STD-1553B总线网络系统是否正常，以及MIL-STD-1553B总线网络系统物理层发生故障的类型和部位。

本发明通过设计一款其频率、电压幅度、电流大小均为已知的信号发生器和增益可控的信号接收器，通过精确检测其和被测MIL-STD-1553B网络相连后的输出电流及插入损耗，运用相关数学模型，从而判断被测MIL-STD-1553B网络总线终端电阻开路、总线终端电阻变异、总线错接、总线开路、总线短路、总线与屏蔽层短路、子线错接、子线开路、子线短路、子线与屏蔽层短路等MIL-STD-1553B网络常见故障，并通过显示屏将故障部位直观的显示。

Claims (7)

1.一种1553B总线网络测试方法，其特征在于，包括信号发送器、信号接收器和标准衰减器，具体包括以下步骤：

步骤1、通过标准衰减器对信号发送器和信号接收器进行初始化校准；

步骤2、将所述信号发送器和信号接收器分别与1553B总线网络的不同子端口相连接，并开启所述信号发送器和信号接收器；

步骤3、所述信号发送器包括故障指示功能单元(10)、信号发生及控制单元(11)、工作模式控制单元(12)和信号电流检测单元(14)，所述信号接收器包括CPU处理单元(20)和输出驱动单元(22)；

通过所述工作模式控制单元(12)将所述信号发送器的工作模式调为正常测试状态并发出测试信号，通过信号电流检测单元(14)检测所述测试信号的实际电流I_out，还通过信号接收器接收所述测试信号，并检测所述测试信号的实际插入损耗Ё₁：

当I_out＞2.5I₁且Ё₁＜-20dB时，则得出所述信号发送器连接的子端口短路；其中，I₁为测试信号的理论电流；

当1.3I₁＜I_out＜2.5I₁且Ё₁＜-20dB时，则得出1553B总线网络的总线端口短路；

当3I₁/80＜I_out＜I₁/4且Ё₁＝-0dB或-7.96dB时，则得出1553B总线网络的总线端口开路；

当I_out＜3I₁/80时，则得出所述信号发送器连接的子端口开路；

当I_out＞5I₁时，则通过所述信号发生及控制单元(11)切断输出信号；

当I_out∈I₁时，则1553B总线网络为正常状态；

通过工作模式控制单元(12)将所述信号发送器的工作模式调为屏蔽测试状态，并通过信号电流检测单元(14)检测所述测试信号发送器中的实际电流I_out，将实际电流I_out与理论电流I₁进行对比：

当I_out＞2.5I₁时，则所述信号发送器连接的子端口与其屏蔽短路；

当1.5I₁＜I_out＜2.5I₁时，则1553B总线网络的总线端口与其屏蔽短路；

当I_out＞5I₁时，通过信号发生及控制单元(11)切断输出信号；

当I_out∈I₁时，则1553B总线网络为正常状态；

步骤4、所述信号发生及控制单元(11)和CPU处理单元(20)根据检测结果分别发送故障信息至故障指示功能单元(10)和输出驱动单元(22)，所述故障指示功能单元(10)和输出驱动单元(22)根据所述故障信息发出警示。

2.一种权利要求1所述的1553B总线网络测试方法使用的1553B总线网络测试系统，其特征在于，包括信号发送器、信号接收器和用于校准所述信号发送器和信号接收器的标准衰减器，所述信号发送器和信号接收器分别用于通过1553B总线网络的不同子端口发送和接收测试信号，并根据发出测试信号的电流和接收测试信号的插入损耗判断1553B总线网络的故障状态；

所述信号发送器包括信号发生及控制单元(11)，所述信号发生及控制单元(11)分别连接有故障指示单元(10)、工作模式控制单元(12)、信号输出驱动单元(13)和信号电流检测单元(14)，所述信号输出驱动单元(13)还与信号电流检测单元(14)相连接，所述信号发生及控制单元(11)、信号输出驱动单元(13)和信号电流检测单元(14)均连接至同一供电单元；

所述信号发生及控制单元(11)用于产生正常测试信号和屏蔽测试信号，并发送至所述信号输出驱动单元(13)；还用于将电流检测结果与理论输出电流进行对比，且在电流检测结果异常时，通过所述故障指示功能单元(10)发出警示；

所述信号输出驱动单元(13)用于将所述正常测试信号或屏蔽测试信号进行放大并经所述信号电流检测单元(14)发送至1553B总线网络的子端口；

所述信号电流检测单元(14)用于对所述正常测试信号或屏蔽测试信号进行电流检测，并将电流检测结果发送至所述信号发生及控制单元(11)；

所述工作模式控制单元(12)用于调节信号发送器的工作模式。

3.如权利要求2所述的一种1553B总线网络测试系统，其特征在于，所述工作模式包括屏蔽测试模式和正常测试模式。

4.如权利要求2或3所述的一种1553B总线网络测试系统，其特征在于，所述信号接收器包括通道选择单元(25)，所述通道选择单元(25)依次通过信号放大器(26)、差分放大器(27)、程控增益放大器(28)、高速A/D采集单元(24)连接至CPU处理单元(20)，所述CPU处理单元(20)还分别连接有USB总线接口(21)、输出驱动单元(22)、键盘缓冲输入单元(23)和供电单元；

所述通道选择单元(25)用于选择不同的通道，以对1553B总线网络子端口的输出信号进行采集，并将采集到的信号通过信号放大器(26)发送至差分放大器(27)；

所述差分放大器(27)用于将接收的差分信号转换成单端信号并发送至所述程控增益放大器(28)；

所述程控增益放大器(28)用于为接收的信号提供不同增益的放大，并发送至所述高速A/D采集单元(24)；

所述高速A/D采集单元(24)用于将接收的模拟信号转换为数字信号，并发送至所述CPU处理单元(20)；

所述CPU处理单元(20)用于对接收的信号进行分析，得出信号的插入损耗，并根据插入损耗和内部预置模型判断得出1553B总线网络的故障状态；还用于将检测结果发送至输出驱动单元(22)，以通过所述输出驱动单元(22)向检测人员进行提示。

5.如权利要求2或3所述的一种1553B总线网络测试系统，其特征在于，所述供电单元包括储能单元(16)，所述储能单元(16)分别连接有电压变换单元(17)和充电及保护单元(15)，所述电压变换单元(17)分别连接至信号发生及控制单元(11)、信号输出驱动单元(13)和信号电流检测单元(14)。

6.一种权利要求1所述的1553B总线网络测试方法使用的信号发送器，其特征在于，包括信号发生及控制单元(11)，所述信号发生及控制单元(11)分别连接有故障指示单元(10)、工作模式控制单元(12)、信号输出驱动单元(13)和信号电流检测单元(14)，所述信号输出驱动单元(13)还与信号电流检测单元(14)相连接，所述信号发生及控制单元(11)、信号输出驱动单元(13)和信号电流检测单元(14)均连接至同一供电单元；

所述信号发生及控制单元(11)用于产生正常测试信号和屏蔽测试信号，并发送至所述信号输出驱动单元(13)；还用于将电流检测结果与标准输出电流进行对比，且在电流检测结果异常时，通过所述故障指示功能单元(10)发出警示；

所述信号输出驱动单元(13)用于将所述正常测试信号或屏蔽测试信号进行放大并经所述信号电流检测单元(14)发送至1553B总线网络的子端口；

所述信号电流检测单元(14)用于对所述正常测试信号或屏蔽测试信号进行电流检测，并将电流检测结果发送至所述信号发生及控制单元(11)；

所述工作模式控制单元(12)用于调节信号发送器的工作模式。

7.一种权利要求1所述的1553B总线网络测试方法使用的信号接收器，其特征在于，包括通道选择单元(25)，所述通道选择单元依次通过信号放大器(26)、差分放大器(27)、程控增益放大器(28)、高速A/D采集单元(24)连接至CPU处理单元(20)，所述CPU处理单元(20)还分别连接有USB总线接口(21)、输出驱动单元(22)、键盘缓冲输入单元(23)和供电单元；

所述通道选择单元(25)用于选择不同的通道，以对1553B总线网络子端口的输出信号进行采集，并将采集到的信号通过信号放大器(26)发送至差分放大器(27)；

所述差分放大器(27)用于将接收的差分信号转换成单端信号并发送至所述程控增益放大器(28)；

所述程控增益放大器(28)用于为接收的信号提供不同增益的放大，并发送至所述高速A/D采集单元(24)；

所述高速A/D采集单元(24)用于将接收的模拟信号转换为数字信号，并发送至所述CPU处理单元(20)；

所述CPU处理单元(20)用于对接收的信号进行分析，得出信号的插入损耗，并根据插入损耗和内部预置模型判断得出1553B总线网络的故障状态；还用于将检测结果发送至输出驱动单元(22)，以通过所述输出驱动单元(22)向检测人员进行提示。

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