机载航空电子系统测试平台的设计与实现

引言

在现代航空领域，机载航空电子系统已成为飞机的核心组成部分，其性能优劣直接关乎飞机的安全性、可靠性与综合作战效能。从早期简单的通信、导航设备，发展到如今高度集成化、智能化的综合航空电子系统，涵盖了飞行控制、通信导航、雷达探测、电子对抗、任务管理等多个功能子系统，各子系统之间通过复杂的网络架构实现数据交互与协同工作。例如，先进战斗机的航空电子系统可实时融合来自雷达、光电传感器等多源信息，为飞行员提供全面、精准的战场态势感知，并实现对武器系统的精确控制。

1 机载航空电子系统测试平台设计要点

1.1 算法流程

航空综合电子信息系统故障传递和耦合关系复杂，故障行为描述涉及产品组成结构、功能信号、发生时机、故障条件、故障表现、测试指标等多个要素，如何引导维修人员将不完整、不规范的故障现象文本准确映射到故障空间中某个标准故障模式，是故障推理算法设计的难点。本文采用基于 BERT 的实体抽取和相似度算法，从海量文本数据中提取语义信息，弥补数据不完整性和非结构化的缺陷；同时，利用 BERT 的语义理解能力和擅长处理上下文相关的语义信息方面的优势，挖掘故障记录中的潜在规律和关联，精准识别故障模式，从而提高故障推理的准确性和效率。第一步：故障实体抽取。将飞行员的故障描述文本输入到 BERT 的实体抽取模型，提取出模块信息、关键词和相关的描述词汇。第二步：模块实体消歧。消除提取出来的模块、关键词和相关的描述词汇的歧义。举例来说，超短波又有收发信机、电台和 UV 等别称，但由于模块和功能在航空系统种类在两位数以内，而他们的别称一般也不超过十个，数据量并不算大，可以将别称存入字典中，直接使用字典搜索对应匹配到模块的标准名称，从而再对应到该模块的若干条标准故障模式。第三步：信息重组。将提取出来的模块、关键词和相关的描述词汇组成一个新的更为精简的句子，提高后续匹配精度。第四步：语义相似度计算。将新的句子和匹配到的若干条标准故障模式组成句子对作为 BERT 相似度计算模型的输入，计算出相似度分数后，如果分数超过设定值，则进入结果库。第五步：排序。在对故障描述与该模块所有标准故障模式进行相似度计算后，把存入结果库的标准故障模式及相关排故方案进行排序，推荐给维修人员指导排故。

1.2 信号模拟与采集模块设计

信号模拟与采集模块是测试平台的关键组成部分，用于模拟航空电子系统所需的各种输入信号，并采集系统输出的反馈信号。在信号模拟方面，设计了高精度的电压、电流、频率等信号发生器，能够产生多种标准信号和复杂的调制信号，满足不同航电设备的输入信号需求。例如，通过直接数字频率合成（DDS）技术实现高精度的频率信号模拟，可用于测试通信设备的频率响应特性。在信号采集方面，采用高速、高分辨率的模数转换器（ADC），能够实时采集航电系统输出的模拟信号，并将其转换为数字信号供计算机处理。同时，为提高信号采集的准确性和抗干扰能力，在信号调理电路中采用了滤波、放大、隔离等技术措施。

1.3 测试平台硬件设计

（1）通用硬件设备选型。选用高性能、高可靠性的通用硬件设备构建测试平台硬件基础。例如，采用高精度信号发生器，可生成多种类型、频率范围宽、幅度精度高的模拟信号，用于模拟航空电子系统输入信号，如雷达回波信号、通信调制信号等。示波器则选用具有高带宽、高采样率的型号，能够精确观测被测设备输出信号的波形特征，分析信号质量。数据采集卡具备多通道、高速率、高精度的数据采集能力，可实时采集航空电子设备运行过程中的各类数据，如传感器输出数据、总线通信数据等。（2）定制化接口适配电路设计。由于航空电子系统接口种类繁多且标准不一，为实现测试平台与被测设备的无缝连接，设计定制化接口适配电路。针对ARINC429 接口，设计专用的电平转换与协议转换电路，将测试平台的通用信号转换为符合 ARINC429 标准的差分信号，实现数据的正确收发。对于 MIL-STD-1553B 总线接口，开发基于总线控制器芯片的接口电路，实现对总线通信的精确控制与数据交互。通过定制化接口适配电路，确保测试平台能够适应不同航空电子设备的接口需求，提高测试的准确性与可靠性。（3）环境模拟硬件设计。为满足环境适应性测试需求，配备环境模拟硬件设备。高低温试验箱可模拟飞机在不同飞行高度、不同气候条件下所面临的温度环境，温度控制范围通常为 -70‰ 至 +150^∘C ，温度均匀性与波动度满足航空电子设备测试标准。振动台用于模拟飞机飞行过程中的振动环境，可产生不同频率、振幅的振动激励，通过对被测设备在振动环境下的性能测试，评估其结构可靠性与抗振动能力。电磁干扰发生器可产生不同强度、频率的电磁干扰信号，用于测试航空电子系统在复杂电磁环境下的抗干扰性能。

2 航空电子系统测试平台的实现路径

2.1 复杂数据通信协议解析技术

针对航空电子系统中复杂多样的数据通信协议，研究并实现高效的协议解析技术。通过深入理解协议标准，开发基于状态机的协议解析算法，能够快速、准确地对各类协议数据进行解析。利用正则表达式、语法分析树等技术，对协议数据的格式进行校验与解析，确保数据的完整性与正确性。例如，在解析 ARINC664 协议数据时，通过构建协议状态机，可根据数据帧的不同状态（如起始状态、数据传输状态、结束状态），准确解析出帧头、帧尾、数据字段等信息，实现对复杂网络协议数据的高效处理。

2.2 故障诊断与定位技术

为实现对航空电子系统故障的快速诊断与精准定位，测试平台集成多种先进的故障诊断与定位技术。除基于模型与数据驱动的故障诊断算法外，还采用故障树分析（FTA）技术，将系统故障分解为多个子故障，通过对故障树的遍历分析，确定故障的传播路径与可能原因。利用专家系统技术，将领域专家的经验知识与故障诊断规则相结合，构建知识库与推理机，实现对复杂故障的智能诊断。例如，在对某型航空电子设备的故障诊断中，通过故障树分析确定可能的故障部件，再利用专家系统进一步分析故障原因，最终准确找到故障点，提高了故障诊断的效率与准确性。

结语

机载航空电子系统的测试工作涉及一系列复杂且烦琐的内容，为保证测试质量和效率，要加强对各类高新技术手段的应用，开发功能性与实用性兼备的测试平台，促使测试工作更具时效性与可靠性，为航空电子系统的性能优化与故障检修奠定坚实的理论基础，提高飞机运行的安全性。研究成果具备一定的理论参考和实践指导价值，能够为我国航空航天领域更好地开发设计机载航空电子系统测试平台提供一定的借鉴。

参考文献

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