CN114415630B - 一种飞机管理系统综合测试平台及方法 - Google Patents

Abstract

本申请属于计算机仿真技术领域，特别涉及一种飞机管理系统综合测试平台及方法。本申请的飞机管理系统综合测试平台，针对飞机管理系统需要反复设计、改进、优化、验证的特点，基于通用化、模块化和综合化设计思想，采用分布式、开放式的体系架构设计，构建了一个软硬件模块易于扩张的仿真测试和集成验证环境，能实现飞机全机机载系统的顶层架构分析和全机机载系统控制器的联合数字仿真和综合验证。

Description

一种飞机管理系统综合测试平台及方法

技术领域

本申请属于计算机仿真技术领域，特别涉及一种飞机管理系统综合测试平台及方法。

背景技术

飞机管理系统是有人机/无人机的核心系统，通过综合控制与管理各子系统，实现子系统协调、资源共享、功能合理分配，使飞机全局飞行性能得以优化，减轻驾驶员的负担。飞机管理系统需要反复设计、改进、优化、验证，才能达到最优的系统整体功能和性能。因此，在飞机研制前期无真实硬件支持的情况下，采用分布式仿真单元提前开展软件设计、开发和验证，将飞机管理系统设计缺陷暴露在前期，对把控飞机研制技术风险、保证飞机研制进度起到了重要作用。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

本申请的目的是提供了一种飞机管理系统综合测试平台及方法，以解决现有技术存在的至少一个问题。

本申请的技术方案是：

本申请的第一个方面提供了一种飞机管理系统综合测试平台，包括：

综合控制单元，所述综合控制单元中配置有集成控制设备软件以及ICD设计管理软件，用于对各类资源进行集中管理、配置、控制和监控；

测试验证单元，所述测试验证单元中配置有自动测试软件，用于提供飞机管理系统双V试验测试用例开发界面，并对测试用例进行管理，用于提供飞机管理系统双V试验测试用例执行控制界面，并在用例执行过程中显示用例执行状态，还用于自动根据测试用例定义完成测试结果判读；

飞机管理仿真单元，用于为控制律软件、机电管理软件以及航电任务软件预留调用接口，通过软件调试单元直接加载以上软件将其移植到飞机管理系统仿真单元应用分区进行系统验证；

飞控系统仿真单元，用于实现飞控系统仿真功能；

总线监控仿真单元，用于将1394总线拓扑图形化显示；将飞机管理仿真单元通道状态、发送总线数据包心跳状态、SVPC状态实时显示；将飞控及机电二级控制器发送总线数据包心跳状态、SVPC状态实时显示；将监控到的总线复位次数、数据CRC错误数、VPC错误数实时显示；用于总线数据管理，将飞机管理系统运行时的飞行数据和试验数据进行保存和管理；

飞机管理效能评估单元，用于实现系统运行时间、延迟统计及分析，系统数据吞吐量统计及分析；

软件调试单元，用于实现飞机管理仿真单元底层软件调试功能；

综合仿真系统，用于实现多个子系统仿真功能；

仿真管理软件，用于实现工程管理、仿真配置、模型剖析、模型下载与编译、仿真控制、仿真过程监控、仿真数据显示和存储功能；

飞行管理软件，用于通过仿真管理软件的接口实现与模型的交互，从而实现飞行参数、环境参数以及模型运行状态的控制与监测；

总线监控仿真软件，用于实现1394总线的采集监控，静态激励-响应测试应用场景的监控，在飞机管理系统实验过程中，采集整个实验网络中的指定数据，存储到采集数据库中；

视景系统，用于根据飞机状态信息驱动飞机模型，实时仿真和显示飞机的飞行状态；

模拟座舱，用于实现座舱模拟；

各个单元和系统之间通过1394网络或者集线箱实现数据的交互。

在本申请的至少一个实施例中，所述综合控制单元包括仿真管理模块、ICD数据管理模块、I/O配置和管理模块、数据采集与监控模块、数据记录与分析模块、数据激励模块以及试验健康监控模块。

在本申请的至少一个实施例中，所述飞机管理仿真单元、所述飞控系统仿真单元以及总线监控仿真单元基于上下位机架构，在上位机端进行软件开发、调试，在下位机端进行实时环境中仿真运行与验证。

在本申请的至少一个实施例中，所述综合仿真系统包括：

作动器控制仿真单元，用于对作动器控制系统的功能、性能以及失效故障进行模拟；

远程数据接口仿真单元，用于实现飞控系统以及机电系统传感器的仿真信号采集和远程输入输出功能，将其转换为数字信号并通过总线发送至所述飞机管理仿真单元；

动力系统仿真单元，用于实现发动机启动逻辑、故障注入功能，与飞控系统进行综合控制解算；

机电系统仿真单元，用于实现机电管理分系统仿真功能；

航电系统仿真单元，用于实现航电分系统仿真功能；

任务系统仿真单元，用于实现任务核心处理机仿真功能；

维护设备仿真单元，用于实现维护设备和飞机管理仿真单元交互；

飞行系统，用于在试验环境下实时计算飞机运动方程，并将计算所得飞机的运动变量通过网络发送至激励仿真单元，所述激励仿真单元包括所述远程数据接口仿真单元、所述机电系统仿真单元以及所述航电系统仿真单元。

在本申请的至少一个实施例中，所述飞机状态信息包括：高度、速度、俯仰角、倾斜角、偏航角、迎角以及过载。

本申请的第二个方面提供了一种飞机管理系统综合测试方法，基于如上所述的飞机管理系统综合测试平台，包括：

在ICD设计管理软件中进行ICD录入，生成ICD接口文件，并编译成模型，然后与其他待测试仿真模型上传至仿真管理软件；

仿真管理软件将各模型下载到目标下位机中，飞行系统作为数据激励源，能够接收仿真操纵组件的指令完成飞机飞行过程模拟，驱动仿真仪表和视景系统画面变化，辅助评估系统功能和性能，其他仿真单元进行实时仿真；

自动测试软件和集成控制设备软件通过分布式仿真后端接口获取仿真管理软件的节点信息，并通过获取的节点信息，调用仿真管理软件接口实现自动化测试、各类资源的集中显示以及工作状态的监控；

飞行管理软件通过仿真管理软件的接口实现与模型的交互，从而实现飞行参数、环境参数以及模型运行状态的控制与监测；

飞机管理效能评估单元在获取系统运行时间、延迟以及系统数据吞吐量进行对比分析后，不断优化飞机管理系统。

发明至少存在以下有益技术效果：

本申请的飞机管理系统综合测试平台，针对飞机管理系统需要反复设计、改进、优化、验证的特点，基于通用化、模块化和综合化设计思想，采用分布式、开放式的体系架构设计，构建了一个软硬件模块易于扩张的仿真测试和集成验证环境，能实现飞机全机机载系统的顶层架构分析和全机机载系统控制器的联合数字仿真和综合验证。

附图说明

图1是本申请一个实施方式的飞机管理系统综合测试平台示意图；

图2是本申请一个实施方式的飞机管理系统综合测试方法流程图。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

下面结合附图1至图2对本申请做进一步详细说明。

本申请的第一个方面提供了一种飞机管理系统综合测试平台，该平台采用分布式架构，如图1所示，主要包括综合控制单元、测试验证单元、飞机管理仿真单元、飞控系统仿真单元、总线监控仿真单元、飞机管理效能评估单元、软件调试单元、综合仿真系统、仿真管理软件、飞行管理软件、总线监控仿真软件、视景系统、模拟座舱以及集线箱。

具体的，综合控制单元中配置有集成控制设备软件以及ICD设计管理软件，用于对各类资源进行集中管理、配置、控制和监控。本实施例中，综合控制单元包括仿真管理模块、ICD数据管理模块、I/O配置和管理模块、数据采集与监控模块、数据记录与分析模块、数据激励模块以及试验健康监控模块。综合控制单元采用高性能工作站为载体，部署安装集成控制设备软件，提供仿真管理、ICD数据管理、I/O配置和管理、数据采集与监控、数据记录与分析、数据激励、试验健康监控等人机交互功能，试验人员通过综合控制单元对飞机管理系统综合验证平台资源进行集中管理、配置、控制和监控，能够实现电源控制、远程操控、总线节点配置、仿真单元软件加载等。

测试验证单元中配置有自动测试软件，用于提供飞机管理系统双V试验测试用例开发界面，并对测试用例进行管理，用于提供飞机管理系统双V试验测试用例执行控制界面，并在用例执行过程中显示用例执行状态，还用于自动根据测试用例定义完成测试结果判读。其中，用例执行状态包括用例已执行、正在执行、未执行；测试结果包括用例执行通过、执行失败、执行未通过。

飞机管理系统仿真单元和飞控系统仿真单元作为核心系统，仿真软件基于DeltaSVM分区实时操作系统完成开发和调试；其他仿真单元的仿真软件基于Linux实时操作系统完成编译、运行。同时，飞机管理系统仿真软件框架程序为控制律软件、机电管理软件以及航电任务软件预留调用接口，可以通过开发调试工具直接加载以上软件将其移植到飞机管理系统仿真单元应用分区进行系统验证。

总线监控仿真单元的主要功能包括将整个1394总线拓扑图形化显示；将飞机管理仿真单元通道状态、发送总线数据包心跳状态、SVPC状态实时显示；将飞控及机电二级控制器发送总线数据包心跳状态、SVPC状态实时显示；将监控到的总线复位次数、数据CRC错误数、软件VPC错误数实时显示；还用于总线数据管理，将飞机管理系统运行时的飞行数据和试验数据进行保存和管理。

本实施例中，各仿真单元均采用嵌入式单元设计，基于上下位机架构，在上位机端进行软件开发、调试，目标下位机处在实时环境中仿真运行与验证。

飞机管理效能评估单元用于实现系统运行时间、延迟统计及分析，系统数据吞吐量统计及分析。

软件调试单元用于实现飞机管理仿真单元底层软件调试功能。软件调试单元可以完成软件开发，包括代码编辑、编译、下载和集成功能；支持多余度飞机管理仿真单元同步、异步、单步调试/测试功能，软件二进制文件擦除、烧写和校验功能；支持控制多余度飞机管理仿真单元同步复位、停止和运行的功能。

综合仿真系统用于实现多个子系统仿真功能。本实施例中，综合仿真系统主要包括作动器控制仿真单元、远程数据接口仿真单元、动力系统仿真单元、机电系统仿真单元、航电系统仿真单元、任务系统仿真单元、维护设备仿真单元和飞行系统。其中，作动器控制仿真单元用于对作动器控制系统的功能、性能以及失效故障进行模拟。远程数据接口仿真单元主要实现飞控以及机电系统传感器等仿真信号采集和远程输入输出功能，将其转换为数字信号并通过总线发送至飞机管理仿真单元。动力系统仿真单元实现发动机启动逻辑、故障注入等功能，与飞控系统进行综合控制解算。机电系统仿真单元主要仿真机电管理分系统功能。航电系统仿真单元主要仿真航电分系统功能。任务系统仿真单元主要进行任务核心处理机的仿真。维护设备仿真单元主要实现维护设备和飞机管理仿真单元交互。飞行系统主要功能是在试验环境下实时计算飞机运动方程，并将计算所得飞机的运动变量通过网络发送至激励仿真单元(即为1394总线环境下的远程数据接口仿真单元、机电系统仿真单元、航电系统仿真单元等可以将仿真激励/接口信号转换为总线信号的仿真单元)，由后者完成相关转换，并传递到飞机管理仿真单元进行控制计算，实现系统闭环试验验证。

仿真管理软件基于WEB技术，可实现工程管理、仿真配置、模型剖析、模型下载与编译、仿真控制、仿真过程监控、仿真数据显示和存储功能。集成控制设备软件用于仿真验证试验过程中仿真服务器、1394服务、工作站、数据服务器、仿真模型等软硬件资源的远程管理与控制。ICD设计管理软件用于ICD数据的录入、导出以及接口模型的生成。总线监控仿真软件主要应用于系统1394总线的采集监控，静态激励-响应测试等应用场景，能够在飞机管理系统实验过程中，根据要求，采集整个实验网络中的指定数据，存储到采集数据库中，支持在线对数据进行实时监控，并且在实验结束后，可以查看历史数据。自动测试软件用于仿真验证试验过程中测试用例的编、执行以及测试报告的生成。

视景系统能够根据飞机系统提供的飞机各种状态信息，如高度、速度、俯仰角、倾斜角、偏航角、迎角、过载等，驱动飞机模型，实时仿真和显示飞机的飞行状态。模拟座舱用于实现座舱模拟。

各个单元和系统之间通过1394网络或者集线箱实现数据的交互。集线箱将所有外部电缆(1394总线除外)采用上架式设计，串入被测线路中使用，支持信号的调理和滤波。

本申请的飞机管理系统综合测试平台，由内部高速总线实现全机信息源的共享，在此基础上通过不同的机载系统物理综合和功能综合设计，进行飞机级性能和系统设计技术成熟度的对比，实现飞机全机机载系统的顶层架构分析和全机机载系统控制器的联合数字仿真和综合验证。该平台基于以太网组成试验网络，应用软件部署在各上位机工作站，用于提供人机界面进行数据监控、存储、回放、自动化测试等试验操作；各仿真单元作为目标下位机，根据控制指令进行逻辑解算，通过1394网络完成数据交互通信。飞行系统作为数据激励源，接收仿真操纵组件的指令完成飞机飞行过程模拟，驱动仿真仪表和视景系统画面变化，辅助评估系统功能和性能。通过调整1394物理系统拓扑和仿真软件在不同分区的部署来实现不同机载系统的物理综合和功能综合，用效能评估软件获取系统延迟、吞吐量等信息，对比分析后，不断优化飞机管理系统。

基于上述的飞机管理系统综合测试平台，本申请的第二个方面提供了一种飞机管理系统综合测试方法，包括：

所有设备上电开机后，在ICD设计管理软件中进行ICD录入，生成ICD接口文件，并在Simulink中编译成模型，然后与其他待测试仿真模型上传至仿真管理软件；

仿真管理软件将各模型下载到目标下位机中，飞行系统作为数据激励源，能够接收仿真操纵组件的指令完成飞机飞行过程模拟，驱动仿真仪表和视景系统画面变化，辅助评估系统功能和性能，其他仿真单元进行实时仿真；

自动测试软件和集成控制设备软件通过分布式仿真后端接口获取仿真管理软件的节点信息，并通过获取的节点信息，调用仿真管理软件接口实现自动化测试、各类资源的集中显示以及工作状态的监控；

飞行管理软件通过仿真管理软件的接口实现与模型的交互，从而实现飞行参数、环境参数以及模型运行状态的控制与监测；

飞机管理效能评估单元在获取系统运行时间、延迟以及系统数据吞吐量进行对比分析后，不断优化飞机管理系统。

本申请的飞机管理系统综合测试平台及方法，可将设计缺陷暴露在前期，能有效地把控飞机研制技术风险，缩短验证周期，保证飞机研制进度。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种飞机管理系统综合测试平台，其特征在于，包括：

综合控制单元，所述综合控制单元中配置有集成控制设备软件以及ICD设计管理软件，用于对各类资源进行集中管理、配置、控制和监控；

测试验证单元，所述测试验证单元中配置有自动测试软件，用于提供飞机管理系统双V试验测试用例开发界面，并对测试用例进行管理，用于提供飞机管理系统双V试验测试用例执行控制界面，并在用例执行过程中显示用例执行状态，还用于自动根据测试用例定义完成测试结果判读；

飞机管理仿真单元，用于为控制律软件、机电管理软件以及航电任务软件预留调用接口，通过软件调试单元直接加载以上软件将其移植到飞机管理仿真单元应用分区进行系统验证；

飞控系统仿真单元，用于实现飞控系统仿真功能；

总线监控仿真单元，用于将1394总线拓扑图形化显示；将飞机管理仿真单元通道状态、发送总线数据包心跳状态、SVPC状态实时显示；将飞控及机电二级控制器发送总线数据包心跳状态、SVPC状态实时显示；将监控到的总线复位次数、数据CRC错误数、VPC错误数实时显示；用于总线数据管理，将飞机管理系统运行时的飞行数据和试验数据进行保存和管理；

飞机管理效能评估单元，用于实现系统运行时间、延迟统计及分析，系统数据吞吐量统计及分析；

软件调试单元，用于实现飞机管理仿真单元底层软件调试功能；

综合仿真系统，用于实现多个子系统仿真功能；

仿真管理软件，用于实现工程管理、仿真配置、模型剖析、模型下载与编译、仿真控制、仿真过程监控、仿真数据显示和存储功能；

飞行管理软件，用于通过仿真管理软件的接口实现与模型的交互，从而实现飞行参数、环境参数以及模型运行状态的控制与监测；

总线监控仿真软件，用于实现1394总线的采集监控，静态激励-响应测试应用场景的监控，在飞机管理系统实验过程中，采集整个实验网络中的指定数据，存储到采集数据库中；

视景系统，用于根据飞机状态信息驱动飞机模型，实时仿真和显示飞机的飞行状态；

模拟座舱，用于实现座舱模拟；

各个单元和系统之间通过1394网络或者集线箱实现数据的交互。

2.根据权利要求1所述的飞机管理系统综合测试平台，其特征在于，所述综合控制单元包括仿真管理模块、ICD数据管理模块、I/O配置和管理模块、数据采集与监控模块、数据记录与分析模块、数据激励模块以及试验健康监控模块。

3.根据权利要求2所述的飞机管理系统综合测试平台，其特征在于，所述飞机管理仿真单元、所述飞控系统仿真单元以及总线监控仿真单元基于上下位机架构，在上位机端进行软件开发、调试，在下位机端进行实时环境中仿真运行与验证。

4.根据权利要求3所述的飞机管理系统综合测试平台，其特征在于，所述综合仿真系统包括：

作动器控制仿真单元，用于对作动器控制系统的功能、性能以及失效故障进行模拟；

远程数据接口仿真单元，用于实现飞控系统以及机电系统传感器的仿真信号采集和远程输入输出功能，将其转换为数字信号并通过总线发送至所述飞机管理仿真单元；

动力系统仿真单元，用于实现发动机启动逻辑、故障注入功能，与飞控系统进行综合控制解算；

机电系统仿真单元，用于实现机电管理分系统仿真功能；

航电系统仿真单元，用于实现航电分系统仿真功能；

任务系统仿真单元，用于实现任务核心处理机仿真功能；

维护设备仿真单元，用于实现维护设备和飞机管理仿真单元交互；

飞行系统，用于在试验环境下实时计算飞机运动方程，并将计算所得飞机的运动变量通过网络发送至激励仿真单元，所述激励仿真单元包括所述远程数据接口仿真单元、所述机电系统仿真单元以及所述航电系统仿真单元。

5.根据权利要求4所述的飞机管理系统综合测试平台，其特征在于，所述飞机状态信息包括：高度、速度、俯仰角、倾斜角、偏航角、迎角以及过载。

6.一种飞机管理系统综合测试方法，基于权利要求4至5任意一项所述的飞机管理系统综合测试平台，其特征在于，包括：

在ICD设计管理软件中进行ICD录入，生成ICD接口文件，并编译成模型，然后与其他待测试仿真模型上传至仿真管理软件；

仿真管理软件将各模型下载到目标下位机中，飞行系统作为数据激励源，能够接收仿真操纵组件的指令完成飞机飞行过程模拟，驱动仿真仪表和视景系统画面变化，辅助评估系统功能和性能，其他仿真单元进行实时仿真；

自动测试软件和集成控制设备软件通过分布式仿真后端接口获取仿真管理软件的节点信息，并通过获取的节点信息，调用仿真管理软件接口实现自动化测试、各类资源的集中显示以及工作状态的监控；

飞机管理效能评估单元在获取系统运行时间、延迟以及系统数据吞吐量进行对比分析后，不断优化飞机管理系统。

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