2009年10月21-24日，由航空工业测控技术发展中心（以下简称测控中心）、航空学会测试专业委员会（以下简称测试分会）和《测控技术》杂志社联合主办的“2009年航空试验测试技术峰会”暨“航空工业测控技术发展中心理事会、中国航空学会测试专业委员会换届工作会议”在京召开。

中科泛华测控技术有限公的副总经理高向东做了“下一代测试系统架构” 的研究报告。

以下是报告的内容。

 首先我代表中科泛华对大会组委会给我们机会在这里进行交流表示感谢。

中科泛华长时间在军工测试测量领域工作中看到的趋势是什么呢？就是我们看到的这个曲线，从质量标准、产品复杂性、从产量上，实际上都在提高，要求在不断提高，但是产品周期在降低。实际上，这也是大量电子设备的应用到军工航天航空以及民用产品里面之后，我们看到的一个趋势。

图1  测控领域的工业趋势

这个给测试技术系统搭建带来了一个挑战，就是如何能够在价格不断降低、产品周期不断降低情况下，保证我们的产品质量，同时系统复杂度在不断增加。在2002年，美国国防部就提出基于软件的下一代测试系统架构的建议，这个建议在当时给国会的报告中提到，就是单个软件可以代替多个分立系统，从而减少装备的体积，解决设备过时的问题。设备过时问题主要是模块化仪器通过软件定制产品功能的时候，我们可以通过局域升级来完成需求，从而达到延长设计系统使用寿命的目的。

这个很好迎合了我们所代理的产品——美国NI公司的虚拟仪器的设计理念。这个公司20多年来在这个行业里面，立足于基于软件的测试测量的模块化系统架构。我们认为，下一代测试系统目标也是：第一是灵活性，第二缩短开发周期，同时降低总成本，减小物理体积，第三，改善设计质量，通过局部升级，延长产品寿命。那么，到目前为止，我们认为，虚拟仪器很好的应对了这样的挑战。虚拟仪器的定义就是使用以软件为中心的模块化解决方案，这些模块化仪器通过以软件为核心来定制自己的需要，主要是三个部分：高效的软件、模块化的硬件和用于集成的软硬件平台。

多年来，PXI、PXIe、VXI、CPCI、LXI等这些所有的硬件平台，都是在不同的厂家根据自己需要推出自己的一些标准。我自己本身专业背景是搞航天的，不是搞航空的，所以我后面有一个例子是航天方面的，当然了，我们在航空测试的几年的时间里，也遇到一些问题，就是军工系统里面定制化设备的一些问题，总体来说，是测试人员在获取测试结果同时对测试结果可以进行判别，但是现在航空航天军工里面的应用，由于没有实行标准化，就造成了测试系统开发人员大量时间花费在测试系统搭建上面。那么我们这么多年积累，我们见过各种五花八门的总线，从CPCI到PXI、VXI到LXI，到1553，429，232。各种各样甚至自定制的总线，从操作系统角度来看，我们见过DOS、RTS，也见过windows和vxworks，各种各样的。这个时候，有的单位把分系统拿过来的时候，联合在一起工作的时候，实际上是一个相当大的挑战，就是为了提高军工产品质量，产品研制以及生产实现标准化，这个方向已经做了不错。但是测试系统本身标准化需要提高，我们提出的对策就是，测试系统本身需要硬件平台标准化，软件平台标准化，针对操作系统开发环境，开发环境标准化，测试管理标准化。

我们见过卫星测试，很多大量相同重复性操作，从整体测试、从分析中检查，按照预期的测试程序测试，报告结果出来以后，开分析会。这里有一个问题，就是大量人工重复性操作会造成效率不高，另外一个就是最恐怖的问题就是操作失误。实际上在测试系统操作的时候，如果出现问题，最难以查询和排查的就是操作上带来的原因。因为，在原理上没有办法进行debug。怎样减少操作失误这方面的问题，我们认为测试系统自动化程度需要提高，那么这些重复性工作交给自动化系统来做，家电设备操作、包括判读、报表生成、事后分析。有一系列这方面的工作，都交给自动化测试系统来做，那么这个时候，就提高了系统的可靠性。同时呢，有一个很好方式，就是未来产品，因为研制周期缩短了，这个时候我们把自动化测试系统程度提高的话，也可以充分节省成本，提高人力资源价值。

实际上，我们这些年的工作不仅在航空航天军工上面，我们也同很过民用产品打交道，消费电子像摩托罗拉、诺基亚的手机测试系统。从我这些年做测试的经验上看，我感觉做民用消费电子这里面形成了一套非常好的经验。例如，手机测试，生命周期非常短，从研制到新产品引入，搭建测试系统到研制到推出至少需要一年多的时间，而且要保证质量，要保证测试系统快速完成搭建，完成你的任务。那么这个时候，怎么应对这些挑战呢？测试软硬件平台上花了大量的功夫，像我在看到摩托罗拉手机测试平台，他们实际上把手机测试平台的共性全部显示出来了，一个测试平台可以测试上百款手机，每一次针对手机里面个别增加的功能，大概增加的功能，实际上各有各的特点，但是同时又有共性，例如打电话的、还有一些上网功能的，都放在一个测试系统管理软件里面。在根据每一款手机不同，定制一些专用化模块，可以很快开发出它的测试系统。那么，像我们认为接触到的民用消费电子的构架，实际上有5个层次。我们也认为自动化测试系统应该就是这样5个层次结构比较合理。从最底下呢，是系统硬件测试层，大家可以看到，根据选用的信号和通道数字，选择我们的模块化设备。那么在这个之上呢，选择一个处理总线平台，主要是通过一些要求，数据网络传送、总线延迟要求，包括距离长短的要求，这些方面综合考虑，选择我们合适的平台。在这之上，选择驱动层，在设备上，也就是模块化仪器在设计开发时的驱动层，驱动层一般是针对设备进行校准，包括配置管理等方面。还有一个就是测试开发软件，我们大部分测试开发单位有使用像LabView，Lab windows CVI，C++，Visual Basic，这些不同的开发工具，包括MatLab这些各种各样开发工具。一般小型开发系统到了第4层的时候，一般就结束了。那么，很多大型设备会遇见每一个模块不同单位开发的时候，需要一个测试管理软件，调动非系统的测试，有效地管理，包括提高测试效果。我们认为，这5个层次形成了下一代测试系统的基本架构。

图2  自动化测试系统5个层次结构

作为我们来说，是美国NI公司在中国的总代理，我们当然倡导的就是PXI产品平台。PXI产品平台主要有3个方面的结构。第一个呢，嵌入式控制器，实际上是一种商用技术在专业测试系统里面的延伸。它分三个方面，嵌入式控制器是一台嵌入式计算机，拥有操作系统、CPU、硬盘内存等内容。另外就是模块，在PXI平台上，不只是NI包括全世界大概有70多个厂商在这个平台上生产各种各样的模块化设备，像采集、信号发生，包括射频信号源、射频信号分析仪，各种各样的产品。

在航空方面的案例是，在美国波音公司麦克风阵列的一个案例。在2001年时候，美国民用航空提出一个“安静飞行技术”这样倡议，目的是从2001年开始花费10年时间，把飞机噪声减少50%，那么，花费25年时间，把飞机噪声减少75%。目的主要是为了保护波音在未来航空市场上的竞争力，在减少50%之后呢，在国会上就会要求飞住美国的飞机必须在噪声上符合他们的规范，如果不符合规范，实际上每一次进出美国国境都要罚款。这个实际上为了保护本国的航空事业。像我们的大飞机如果将来要是走出国门，飞到美国去，如果不解决这个问题，那么我们的产品在世界市场上就会没有竞争力。他在减少噪声时候，必须把噪声来源找到，这个时候，波音公司使用NI产品对设备做了一个试验，在飞行的机场，看到地上白色的点是一个麦克风阵列，到后来扩展到600个通道，我们叫做声学照相机，他是精确定位的螺旋阵，它通过飞机过顶的时候，可以高速采集。圈在绿色圈子里面的都是PXI的机箱，里面有我们高速的动态信号采集卡。这里面的挑战主要有两点，一个是分布这么广的采集设备要在时间上严格一致，就是它的相位关系要严格一致，否则的话，采集信号的从时间上对不齐的话，噪声信号就没有办法做，所以，分布在飞机跑道上的所有采集的信号都需要严格同步。第2个，每一次过去，在78分钟的连续采集过程里面，飞机是反复飞行的，300次过去，大概是在78分钟左右，产生1个T的数据，这1个T的数据要存储到红色的服务器上面高速存储，就是进行数据存储和数据分析，这里面要看总线的支持和大量数据能够传送过去，能够存储下来。随着麦克风越来越多，也需要定位精度也越来越高。我们看到，在不同频率下面，两个发动机尾喷是主要的噪声160HZ，在200-250HZ是起落架的结构产生很大噪声。也是针对这个噪声做了一些改进和研制，使用两个发动机做试验的，一个是改进的外形结构波浪状的尾喷，另外一个是没有的，作对比，实际上改变了几何外形以后，后来极大改进了噪声问题。是一个巨大的改进。大家感兴趣的话，中科泛华也有一个麦克风阵列的产品，可以给大家展示。

图3  美国波音飞机麦克风阵列案例

还有一个案例就是在航空里面大家熟的不能再熟的F35战斗机，2001年，洛克马丁公司获得了美国国防部最大订单，2000亿美金的订单，设计生产制造，同时交纳测试系统，全生命周期的，包括设计、生产、试验到最后的出厂，包括售后服务方面，要交纳一套完整的测试系统。在这个完整测试系统里面，供应商很多，分系统有很多合同商，必须要统一到同一个软件平台，才能提高开发效率。这个时候，他们选用了NI的LabView CAI测试管理，整合各个分系统供应商测试代码和测试系统的管理。下面的一个试验，使用NI的硬件和软件，做了发动机风洞试验，在各种工况下面，使用NI动态信号采集卡检查和消除共振。

如果大家对NI和中科泛华的产品感兴趣，可以访问NI的网站：ni.com/china和中科泛华的网站：www.pansino.com.cn。