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信息时代测试技术的发展与展望

发明科技控中国仪表网2008年01月22日 08:45人气:578

在国防工业武器系统研制中。测试和评估贯穿于武器系统的研制全过程。测试和评估的基础是数据,这些数据始于被测对象系统中传感器所感受并给出的模型信号,数据采集和处理系统将这些原始数据分步转换成如图 l 测量金字塔所示的高层级的数据,要了解高层级数据就必须弄清所有的初始数据和最终结果之间所发生的函数关系。测量金字塔表明,最终确定系统的效果是建立在低层级数据的处理之上,进一步说是建立在试验数据的采集之上。随着分析变得更为抽象,对每一层的数据都要经过有目的但无定式的取舍,对测试和评估( T & E )界来说,保持最初测量和最终结果间所发生的数据转换的清晰脉络是至关重要的。如果不了解数据是如何在测试系统中采集、转换、处理,那么也就不能对最终结果给出一个很好的解释。

但是,描述这一过程的数码和信息通常有专门的格式和分布在不同的存储区域。目前,实现测试信息间的交流还十分困难,往往数据的转换过程要通过许多相容性很低的组织范畴。必须建立一个测试信息管理系统,可自由地访问每一专有信息分区,从传感器到数据处理系统都实现数字化采集、传输、处理,这就需要一个强大的管理标准基础。在这个基础之上才能建立一个资源共享、功能齐备的测试信息系统,即从传感器采集到的信息源到各专有信息库的信息调用都实现“无缝连接”。在此有以下几个发展方向值得 T & E 界观注和借鉴。

一、从共线方式向网络化迈进

现今,大多数测试仪器系统是基于 20 世纪 70 年代的技术、模拟传感器用硬线连接到接线面板,然后再连接到一个提供信号调制的暂态存储的遥控专用仪器装置。就信息数据总线来说,专用的总线数据监视系统直接连接到 MIL — STD — 1553 〔或其他)的数据总线,并获取所需的命令和关联的数据代码。遥控装置再连接到一台拥有一条总线的共线控制装置、控制装置需要一个命令总线上的数据。遥控装置对反应总线上的数据予以响应,这样控制装置将系统化地采集数据并以特有方式的脉冲码调制成( PCM )数据流输出。图 2 所示为一典型的使用这种概念的现代飞机测试仪的设备系统原理图( AATIS )。

共线测试仪器系统没有自己的规则和自我组构的性能,所有的组码信息都是人工录入的,工程师必须自己设计控制装置和输出的数据格式,用几天或数月的时间从各地收取数据,并取决于测试系统的测试效率。系统需要专门的技术来维护,故障检验也非常耗时。总的来说,共线结构维护要求很高,耗费很高,因此应向低维护性、自我定义、生成的网络结构方向发展,可选择商用网络结构标准的“纤维通道”作为下一代测试仪器设备系统的基础,确定信息规约和交流层面,建立网络标准和安全的总线、网络结构,发展新型数字化传感器。

二、从模拟传感器向数字化新型传感器的技术发展

对一架试验飞机来说,一般也要有 100 — 1000 个以上的传感器,每一个传感器分别连到遥控装置的插件板上,经编码后产生一个完美的调制信号和相应的数字样本再返回到工程设备。它安装的位置到信号调制插件板的距离将成为最终数据质量的关键点。如果导线拉得太长,周围的噪声将覆盖测量信号。通常遥控设备是典型的面包箱形结构,这对在飞机气动弹性结构试飞期间,找到一个安装地方是十分困难和昂贵的。因此,波音等公司早在研发波音 777 时开始在新型传感器上下功夫,以支持波音 777 飞机的飞行试验计划。新型传感器的芯片以自有的规则和自动编程方式对信息进行调制、编码和记忆存储,这种芯片包含适当的信息交流规划界面,允许信息直接连接到数字网络:波音新型传感器研发小组通过与国际电力电子工程协会( IEEE )标准制定小组的合作,目前已拥有了 IEEEl351 标准。一个针对新型传感器的标准演进趋势是网络结构化。

三、 SIMPLE 系统

SIMPLE ( self-integrating , MOdlar,plug-and-P1ay-liveelements )意思是自我综合即插即用的模块化结构系统,这是测试系统技术发展的方向。目前还没有一个标准能够描述信息的处理过程,实现测试系统设备之间、数据之间、网络之间的自动化、标准化工作,这就需要设立一个战略发展计划采实现这种互用性应用的目标。首先是在一个网络中制定一个描述样本的标准方式,包括所有的样本测量信息,将原始数据处理成测量数据,这一标准将提供从样本到适应操作评定的所有数据处理步骤的文件。要解决这些问题,需要最大限度地实现系统内各组件(部件)间的真正互用性,其目标是拥有 SIMPLE 功能的系统。关键是标准而不是硬件。

实现相互可操作性目标的战略应是在其他的一些导致互用性的重要领域也研发一些标准,包括:

( 1 )描述网络样本的标准方法,包括所有的关于样本测量的信息是如何将原始数据加工处理成测量数据,这一标准将从样本到操作运行适应性的全部数据处理过程的每一步都编制成文件形式;

( 2 )现今一个可实现的测试网络配置文件,应包括具有网络与在测系统和指定网络地址实时连通,并适应现有网络运作的能力,同时还包括借助某种网络访问的协议流程访问测试数据和样本;

( 3 )该标准允许网络装置可即插即用、网络组件应具有自动化的插入能力而无需人工编程或其他的偿试。

四、 ILlAD 管理系统

ILIAD 是一个支持测试和飞行测试数据分析的商用结构的信息管理系统,并专门提供了一个核心组件和界面来帮助仪器操作工程师为在测系统进行设计和操作;它同时允许测试工程师将其作为最为方便的飞行前检查、分析和故障诊断工具。目前国外已向 ILIAD 管理系统目标迈出了第一步,并正朝着 SIMPLE 系统目标前进。

在最初的 ILIAD 上的设计和研发工作都集中在数据存储设计、数据标准化和数据在用户间的转换及交换的方式上。

通过查找传统测试仪器的管理系统( TIMS )和各种现有的测试程序及处理软件包( COTS )的数据存储需求,发现没有可描述信息需求对程序和检查测试仪器系统的现成标准。为弥补这一空缺,创立了测试数据交换( IDX )规则来形成一个数据存储结构模型,其目标是提供关于存储的信息内容、存储地址和信息存入数据库中的格式,以便现有的测试程序和软件产品在需要多个信息时,可通过文件交换格式或直接从一个商用二进制数据库中获取打开数据库连接的标准( ODBC ),或从 Active XTM 数据体( ADO )中获得。

如何获得一个可入格式的数据和其所在的重要配置信息、是一项有难度的任务,为了存储描述 AATIS 遥测装置设备是如何编程和如何限制数据格式顺流设计的信息,需要一个遥控设备的抽象概念,然后让用户通过 20 个问题的填写来定义一套属性。这样就给出了关于如何给设备编程的知识,这一抽象问题的填写或许在现行理论( DEVLINl999 )中具有很高的独立性。

对一个急待扩展的信息理论,折衷方案是设汁数据库中的一套表格,定义其特性和在测试系统中设备的关系。设计一个具有连接规则的信号调制卡,它具有特殊的通道,这些通道具有一套程序化属性,每一属性都有一套准入接口,在应用上允许用户使用这些表格,用后继程序发生器为设备产生一个加载模块程序需求的信息去填充数据库。这些程序发生器中的一些信息将存在 ILLAD 工具装置之中、而其他的则是 COTS 产品,将获得使用数据内部变换效用和数据交换( IDX )的信息。

采用比 IDA 方法的强大功效,是应用界面变成表格驱动,为了运行一个新的装置。必要的表格关系和字段是可简单填写的,然而一个简单的数据分配程序、驱动程序能够提供表格信息到顺流的软件,例如、一个驱动程序可以连接到一个加载图像发生器、以便为测试系统配套和一系列测试需求建立程序,或者可连接到一个现有的数据处理软件包,并建立起一个工程装置的样本变换。

上述方法除了提供 COTS 综合外,还提供了扩展性,当未来技术扩展成熟后,在测系统的测试数据、数据库和数据显示及分析软件包可很容易地与现行系统合为一体,形成一个新型模块,图 3 所示说明了 IL-IAD 驱动程序和现有的产品间的信息的程序块关系图解。

五、研究和突破的方向

1. 自动化遥测格式发生器

目前这一研究项目已进展到中期第二阶段,编制一个软件以便设计遥测压缩格式时减少数天或数月时间,通过对被测对象的测试和采样率的需求选择,测试系统的操作工程师可自动地选择数据格式设计。

2. 遥测频率分配

这是美空军科学研究办公室( AFOSR )批准的一项研究,用于从测试项目中设计编制实时数据流的数据循环流程图的数学基础模型。用遥测频率分配获得高效增益,将减小经遥测线路(网络节)对传输信息通路遥测连接指令位数的需求。

3. 比特速率敏捷遥测格式发生器

这一成果仍处在初期阶段,主要目的是提供硬件和软件,以便从现有的格式中产生一个优化的遥测数据格式,除了通过对进位的回避以节省带宽外,这项发生器仅对所需要的数据进行遥测,而无需更多的硬件设备。

4. 动态频谱分配

这是经美国 AFOSR 批准的一项对遥测频谱需求实时指配的算法基础研究项目。它将在一个测试范围内用多个同时进行的测试任务来优化非常用频谱的使用,用以确保频带资源的高效分配。在重要测试点分配的多一些,在测试点间转变期分配少一些。

5. 机载数字化先进传感器

这项计划将为从现役的测试系统结构到一新型传感器网络提供一个连接界面。

6. 自我合成,即插即用组件

这一建议计划项目将验证驱动程序是如何轻易和用比较低的代价来建立一个综合商用测试程序和数据互换、处理及显示软件包进入 ILIAD 管理系统。

7. 美空军数据通用协作研发协议

该协议的目的是选集支持和分配美空军飞行试验中心( AFFTC )测试和评估测试系统支持软件产品的各种技术状态,其专项主题还包括:研发、测试、销售,引导边缘软件产品向联邦商用领域销售,批准国外客户对这些下一代软件产品的需求。这一协议是将自动遥测格式发生器与遥测频率分配研究结合起来,用于飞行试验的优化数据传输格式、这项研究很注重频谱的空带和侵占。实际上,这些研究项目和动态频谱分布研究结合在一起,将产生一个很高的动态遥测效率。

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