一种无人机综合测试系统

一种无人机综合测试系统

【摘要】本文根据无人机综合保障设备对自动化测试和地面仿真测试的综合需求，在对无人机航电设备包括导航控制、电气和机电设备测试项目和测试流程进行分析的基础上，提出了完整的综合测试系统总体框架和设计思路。

【关键词】无人机;综合测试系统;PXI总线

1.引言

无人机机载设备综合测试系统是采用现代计算机软件、硬件技术，现代测试和控制技术、测量仪器与仪器总线以及信息综合处理等技术，通过系统硬件和软件的集成构成一个集采集、分析、记录于一体的自动化综合测试系统。该系统采用模块化硬件设计和虚拟仪器软件开发，具有操作操作简便、使用灵活并且易于扩展等特点。

2.系统总体框架

无人机机载设备一般由飞控系统、导航系统、遥控遥测系统、电气系统、发动机电控系统、发射回收装置、有效载荷系统、武器火控系统等组成，综合测试系统主要完成对各个子系统进行单元测试和对无人机系统的综合检测。无人机自动综合测试系统包括以下几个部分组成：

（1）测试计算机——主要是工控计算机，是测试系统监测、控制中心。

（2）采集板卡——包括各种程控仪器仪表、激励源、程控开关、程控伺服系统、数据采集板卡等设备，能完成一定具体的测试控制任务。

（3）总线与接口——是连接控制器与各程控仪器、设备的通路，完成消息、命令、数据的传输与交换，包括机械接口插件、插槽、电缆等。

（4）测试与控制软件——为了完成系统测试任务而编制的各种应用软件。例如，测试主程序、驱动程序、I/O软件等。

3.系统硬件设计

3.1 硬件构架

综合测试系统由硬件设备层、设备驱动层、测试任务应用层、人机交互界面四部分组成。系统架构如图1所示：

图1 系统硬件架构框图

硬件设备层是执行测试任务的物理实体，包括接口匹配模块、信号调理模块和PXI仪器，主要功能是采集被测设备的各种模拟、数字信号并实现测试系统与被测设备间的通信接口。设备驱动层是连接测试应用层与硬件设备层的桥梁和纽带。

3.2 总线选型

综合测试系统采用PCI总线。常用的测试系统总线主要有：GPIB总线、VXI 总线，ISA总线，PCI总线，Compact PCI总线和PXI总线等。PXI总线是NI公司1997年发布的开放型、模块化的仪器总线规范，它吸取了VXI总线的技术优点并与Compact PCI总线兼容。其在Compact PCI总线的基础上，扩展了触发总线、参考时钟、本地总线和星形触发总线，能适应于工控实时应用要求的坚固、可靠、模块化、热切换，以及使用维护方便等需求。

因此，PXI产品具有级别更高、定义更严谨的环境一致性指标，符合工业环境下振动、撞击、温度与湿度等条件。同时PXI系统具有很多固化的规范特性，帮助缩短开发时间，也使测试测量工程师的工作更加轻松。

3.3 信号调理模块

由于无人机机载设备的特殊性，与测试系统上的通用设备进行信号传输时部分信号需要进行调理。具体调理部分主要包含：TTL电平的PWM信号转换为RS422电平的差分信号;TTL数字量信号转换为0/27V电平信号;OC门信号转换为TTL电平信号;同时还需要对部分被测的模拟电压信号进行AD信号调理，以便实现电平匹配和噪声滤波。

以其中的AD信号调理为例，其原理图如图2所示：

图2 AD信号调理原理图

3.4 电源管理模块

电源管理模块采用嵌入式系统实现，以TI公司MSP430F149系列16位单片机作为主控芯片，配以电流采集、继电器控制、手动开关、串口通信等外围电路。电源管理模块实现了系统工作电流状态监测、自动上电/断电控制、以及系统工作异常时自动断电保护功能。

电源管理模块原理框图如图3所示：

图3 电源管理模块原理框图

4.系统软件设计

4.1 构架设计

无人机综合测试软件（ITSnv）的架构设计是对软件的程序结构进行描述，明确ITSnv软件的组织结构和控制层次。由于ITSnv是ATSys系统的软件部分，功能上对系统的计算机硬件具有依附性，以及受到测试/仿真功能需求的约束。

根据对ITSnv软件需求将上级模块结构划分为自检维护模块、测试/仿真模块和文挡生成模块。其中：（1）自检维护模块负责测试仿真系统自身的设备自检，给出自身设备的工作状态，进行相应的故障诊断和修复提示。（2）测试/仿真模块负责在测试和仿真过程中通过计算机接口和利用测试操作或仿真算法实现系统需求的具体功能。（3）文档生成模块允许用户以word格式对测试结果进行输出，生成测试报告，方便用户对测试结果进行保存、打印、查看。

4.2 软件界面设计

用户界面的开发将基于Visual C++6.0和Xtreme Toolkit Pro v9.60软件来实现。Xtreme Toolkit Pro v9.60是基于MFC重新封装的类集，基本上支持了基于对话框、单文档和多文档界面的所有内容。软件中对Visual C++6.0下的常用控件进行了二次开发，使界面更加美观，功能更强大。

主界面布局如下图4所示，界面语言为英文，主要包含如下区域：菜单条、工具栏、测试任务显示区、测试结果显示区、测试曲线显示区以及已发送命令显示区。

图4 界面布局图

测试曲线显示区（PE Pane）曲线绘制部分的实现将通过ProEssentials V6软件来实现，最终通过静态库和动态连接的方式被本软件调用。ProEssentials是一款专门用于实现曲线和图表显示的软件，它支持二维和三维的动态和静态曲线绘制，曲线支持缩放、保存和拷贝等多种功能，能够满足本项目在曲线显示上的需求。曲线绘制示意图如图5所示：

图5 曲线示例图

5.总结

本文以无人机对机载航电设备的综合测试和地面仿真测试的实际需求为背景，结合某型无人机综合保障系统研制过程，基于一项实际工作完成了综合测试系统ITS的设计和实现工作。在深入分析无人机系统机载航电系统特点和国内外现有无人机自动测试设备现状的基础上，探讨了整个设计理论、技术及方法，由面到点、层层深入地构思并实现之。

参考文献

[1]丛书全，吕晓林，刘志强等.一种基于虚拟仪器的无人机综合检测控制系