Automatic Testing System for Navigation Receivers

 ■ 封世领 1 蒋武林 2 冯众保 1 /1 中电科航空电子有限公司 2 成都华太航空科技股份有限公司 

摘要：无线电导航接收机在航空领域中扮演着至关重要的角色，确保了飞机的导航性能和安全。然而，传统 的手动测试方法存在效率低、成本高等问题，因此本文提出了一种面向无线电导航接收机的自动测试系统 设计方案。该系统利用先进的测试技术和自动化方法，实现了对无线电导航接收机的全面测试，包括性能 测试、功能测试和可靠性测试等。本文首先介绍了无线电导航接收机的特点和测试需求，然后分析了现有 测试方法存在的问题，提出了自动测试系统的设计思路和关键技术，并给出了测试系统的整体架构和实现步骤。 

关键词：无线电导航接收机；机载设备；自动测试系统；数据分析 

Keywords：radio navigation receiver；airborn equipment；automatic test system；data analysis

0 引言 

    无线电导航系统属于路基导航，在 飞机航电系统中具有极其重要的作用。 一方面，无线电导航系统在巡航阶段能 够为飞行员提供准确的飞机航向、位置、 高度等信息；另一方面，无线电导航系 统即使在在恶劣天气条件下，也可以精 确地引导飞行员进行飞机着陆。无线电 导航系统可有效提高飞行管理效率，引 导精准着陆，保障飞行安全。

    无线电导航接收机作为一款先进 的航空导航设备，综合了多种无线电 导 航 功 能， 具 备 VOR（VHF 全向信 标）、ILS（仪表着陆系统，包括：航 向道 LOC、下滑道 GS）、ADF（自动 定向仪）和 MB（指点信标）等功能， 目前被广泛应用于航空领域。由于无 线电导航接收机对导航精度偏差的要求 非常高，因此其设备维修率也相对较 高。开展无线电导航接收机的自动测试 系统的研究，具有较高的经济和社会 效益。

    本文通过对无线电导航接收机测试 需求进行分析，结合先进的测试技术和 自动化方法，开展面向无线电导航接收 机的自动测试系统的研发，提出一种面 向无线电导航接收机的自动测试系统的 解决方案。

1 需求分析 

无线电导航接收机其工作原理是 接收来自地面导航站发射的无线电信号，这些信号包括 VOR、LOC、GS、 ADF、MB 等导航信号，并对接收到的 无线电信号进行解调、识别和处理后， 为所交联的其他航电设备或系统提供 飞机的方位、水平及垂直引导数据。 无线电导航接收机典型工作原理如图 1 所示。

图1　无线电导航接收机典型工作原理图

    其 中， 无 线 电 导 航 接 收 机 可 通 过 ARINC429 或商业标准数据总线（CSDB）接口接收飞机音频管理单元 等设备的调谐控制指令；通过 VOR/ LOC、MB、GS 等天线接口接收地面导 航站发射的无线电信号，设备解算出导 航信息后，经 ARINC429 接口为自动驾 驶仪、电子飞行仪表系统（EFIS）和飞 行管理系统（FMS）计算机提供航路导 航和着陆数据。此外，无线电导航接收 机的工作电源为直流 28V。

    通过以上分析，结合无线电导航接 收机接口特性，可梳理出无线电导航接 收机主要测试需求如下：

    1）工作电源测试； 2）ARINC429/CSDB 输入输出接口 测试； 3）离散量输入输出接口测试； 4）音频信号输出接口测试； 5）VOR/LOC、MB、GS 等功能、 性能测试。

2 总体测试方案 

    基于对无线电导航接收机测试需求 的分析，本文提出的面向无线电导航接 收机的自动测试系统由测控计算机、电 源模块、ARINC429 卡、串口卡、离散 量 IO 卡、无线电综测仪等组成，其总 体架构采用基于PCI标准控制总线设计， 如图 2 所示。

3 测试组件设计 

3.1 无线电综测仪 

无线电综测仪（见图 3）主要用于 向被测无线电导航接收机提供 VOR、 LOC、GS、MB 射频激励信号，同时完 成导航接收机的性能测试。无线电导航 接收机对射频激励信号的要求如下。

1）VOR 激励信号要求 a. 频 率 范 围：108.000MHz 至 117.950MHz； b. 频道间距：50kHz； c. 频道数：160； d. 输入阻抗：50Ω。

2）LOC 激励信号要求 a. 频 率 范 围：108.100MHz 至 111.950MHz； b. 频道间距：50kHz； c. 频道数：40； d. 输入阻抗：50Ω。

3）GS 激励信号要求 a. 频 率 范 围：329.150MHz 至 335.000MHz； b. 频道间距：150kHz； c. 频道数：40； d. 输入阻抗：50Ω

4）MB 激励信号要求： a. 频率：75.000MHz； b. 输入阻抗：50Ω。

3.2 串口卡 

CSDB 总线是由 ROCKWELL COLLINS 制定的航空电子设备间互联的串 行总线标准，被广泛应用于机载无线电 设备之间的互联通信，CSDB 是单向广 播式异步串行总线标准，数据格式与 RS-232-C 标准完全相同，电气标准为 RS-422-A。故本文选择串口卡用于对被 测无线电导航接收机进行 CSDB 接口和 通信测试。

3.3 离散量 IO 卡 

无线电导航接收机共有 20 个 离 散量输入端口，通过这 19 个离散量输入端口接收互联的离散量控制信号 （见表 1）。

图2　自动测试系统总体架构图

    从表 1 可知，除 ROTOR MOD 引脚 端口有效电气信号为地 / 开 /+27.5VDC 外，其余端口有效电气信号均为地 / 开 信号。故本案选择通道数量为 32 通道的输出地 / 开信号的离散量输出板卡即 可，并对 ROTOR MOD 端口信号采用 继电器处理为地 / 开 /+27.5VDC 输出端 口即可实现对无线电导航接收机的输入 端口的自动化激励。

3.4 ARINC429 卡 

    ARINC429 卡用于为被测无线电导 航接收机提供 ARINC429 通信接口， 测控计算机通过 ARINC429 卡与被测 无线电导航接收机连接，向被测无线电 导航接收机输出调谐等信号，同时接收 被测无线电导航接收机输出的相关数 据并解析。本自动测试系统选用符合 ARINC429 标准的通用货架 PCI 架构的 ARINC429 卡即可，要求输入输出通道 符合无线电导航接收机测试要求，且每 个通道可配置高低速率。

    被测无线电导航接收机具有 4 路 ARINC429 串 行 总 线 输 入 接 口：3 路 ARINC429 串行总线输入接口为自适应 高低速 ARINC429 输入接口，用于作为 调谐指令接收端口（PORT A、PORT B、 PORT C）；1 路 ARINC429 串行总线为 ARINC429 输入接口，作为维护端口在 排故和校准时使用。

    被测无线电导航接收机提供 7 路 ARINC429 总 线 输 出 接 口： 其 中 2 路 ARINC429 串行总线输入接口为低速 ARINC429 输出接口，用于为互联航电 设备输出导航数据；5 路 ARINC429 串 行总线输入接口为高速 ARINC429 输出 接口，其中 3 路为互联航电设备输出导 航数据，2 路作为维护端口在排故和校 准时输出维护数据。

4 软件设计 

    自动测试系统启动后，首先进行 系统自检测，确认检测结果无故障后， 系统进入正常工作模式，测试人员调用 被测无线电导航接收机的测试程序序 列，自动测试系统将自动调度输出激 励信号并实时监控被测无线电导航接收机输出，实现对被测无线电导航接 收机的闭环测试。自动测试系统软件 退出时，软件向自动测试系统发送退 出状态报告，自动测试系统将关闭系 统内所有资源。软件操作流程图如图 4 所示。

    每次测试完成后，自动测试系统将 自动生成测试报告，测试人员可直接读 取或打印测试报告。

5 结束语 本文通过对无线电导航接收机的测 试需求进行分析，提出一种经济实用的 面向被测无线电导航接收机的自动测试 系统设计方案。

    本自动测试系统基于标准的 PCI 控 制总线进行开发，大大提高了系统的可 移植性和互换性，系统内重要组件即可 自行开发，也可直接选用标准货架仪器。 通过配合被测无线电导航接收机部附件 维修手册，实现被测无线电导航接收机 故障快速、准确定位，大大缩短被测无 线电导航接收机的维修周期。