國(guó)防和航空航天系統(tǒng)的硬件在環(huán)仿真測(cè)試

通過 硬件 在 環(huán) （HIL） 仿真 測(cè)試， 工程 師 能夠 經(jīng)濟(jì) 高效 地 測(cè)試 飛機(jī) 組 件， 如 電子 控制 單元 （ECU） 和 線路 可 更換 單元 （LRU）， 在 復(fù)雜 的 場(chǎng)景 中 運(yùn)行 這些 組 件。

HIL 仿真 在 汽車 工業(yè) 中 廣為人知， 使 工程 師 能夠 通過 仿真 真實(shí) 場(chǎng)景 來 測(cè)試 嵌入式 系統(tǒng)?！癏IL 正在 將 硬件 系統(tǒng) 投入 到 控制 或 測(cè)量 循環(huán) 中， 以 仿真 或 補(bǔ)充 您 可能 從 真實(shí) 世界 的 零件 獲得 的 行為， ”位于 德克薩斯 州 達(dá) 拉斯 的 測(cè)試 和 測(cè)量 自動(dòng) 化 公司G Systems的 工程 副總裁 Dave Baker 說。

成本和功能因素會(huì)影響系統(tǒng)的任何設(shè)計(jì)和開發(fā)階段：“HIL測(cè)試非常寶貴，因?yàn)樗试S以很高的保真度進(jìn)行這些危險(xiǎn)或困難的測(cè)試，從而節(jié)省成本并提高安全性和可靠性，”自動(dòng)化測(cè)試、數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)制造商Bloomy的首席電氣工程師Bill Eccles說。在康涅狄格州哈特福德。“盡管制造商總是在現(xiàn)實(shí)世界中測(cè)試他們的產(chǎn)品，但他們根本不可能在所有條件下都鍛煉它們。

該技術(shù) 的 可 擴(kuò)展 性 和 成熟 性 使 航天 和 國(guó)防 公司 能夠 使用 HIL 仿真 來 測(cè)試 RF 信號(hào)。“有人將HIL與RF信號(hào)一起使用，這是非常革命性的，”德克薩斯州奧斯汀的NI測(cè)試系統(tǒng)高級(jí)產(chǎn)品經(jīng)理Adam Foster說?！癏IL 對(duì)于航空航天和國(guó)防來說是一件大事。它允許他們?cè)趶?fù)雜情況下處理更多極端情況。

HIL 使 部件 “受 與 真實(shí) 世界 中 的 信號(hào) 和 條件 類似 的 信號(hào) 和 條件。這些信號(hào)由現(xiàn)實(shí)世界的模型控制，這些模型在實(shí)時(shí)測(cè)試環(huán)境中運(yùn)行，“Eccles說。然后，該部分“產(chǎn)生反饋到這些模型的信號(hào)，并形成一個(gè)完整的循環(huán)。結(jié)果是，飛行控制、系統(tǒng)計(jì)算機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)控制或任何“認(rèn)為”它快樂地飛行或滾動(dòng)的東西，即使它被卡在實(shí)驗(yàn)室某個(gè)地方的架子上。

信號(hào)測(cè)試

HIL 仿真測(cè)試在雷達(dá)應(yīng)用中進(jìn)行共存信號(hào)研究時(shí)非常有用。對(duì)于信號(hào)發(fā)生器和頻譜分析儀，“共存的硬件在環(huán)研究的重要元素之一是能夠產(chǎn)生雷達(dá)回波，”McCarthy說。工程師可以“使用雷達(dá)回波發(fā)生器建立基準(zhǔn)測(cè)試。您可以將其放置在跑道上的固定位置，雷達(dá)的下方范圍，在不同振幅下使用“X”數(shù)量的信號(hào)。然后，當(dāng)你引入干擾信號(hào)時(shí)，它可能是共址的，它可能處于方位角，它可能處于不同的幅度或頻率，“麥卡錫解釋說。在這一點(diǎn)上，他說，“你可以開始測(cè)試?yán)走_(dá)的抗擾度了。

該技術(shù)也基于無線行業(yè)使用的相同技術(shù)：“它基本上采用用于創(chuàng)建衰落和多路徑條件的通信技術(shù)來模擬手機(jī)傳播模式。McCarthy指出，創(chuàng)建這些多徑反射的技術(shù)與用于在雷達(dá)中創(chuàng)建回波返回的技術(shù)相同。

McCarthy說，類似的技術(shù)已經(jīng)在汽車行業(yè)中使用了幾年，用于在開發(fā)和制造環(huán)境中對(duì)雷達(dá)進(jìn)行功能測(cè)試，并且僅在最近一兩年內(nèi)才用于軍用雷達(dá)系統(tǒng)?！叭藗円呀?jīng)開始對(duì)雷達(dá)進(jìn)行功能測(cè)試。

例如，對(duì)于軍用雷達(dá)，“你可以對(duì)雷達(dá)進(jìn)行基準(zhǔn)測(cè)試，并通過輸入不同的回波對(duì)雷達(dá)進(jìn)行全面的功能性能驗(yàn)證，”位于俄勒岡州比弗頓的羅德與施瓦茨美國(guó)公司A&D技術(shù)營(yíng)銷經(jīng)理Darren McCarthy說?！叭绻愕睦走_(dá)能夠接收-120分貝毫瓦（dBm）的信號(hào)，你可以模擬十個(gè)目標(biāo)的頻率、幅度和距離偏移，并有十個(gè)回波。

“每一步幾dB，然后你可以測(cè)試?yán)走_(dá)的靈敏度或選擇性，因?yàn)槟阍谀硞€(gè)信道或雷達(dá)的頻率偏移中引入共存網(wǎng)絡(luò)，例如LTE用戶設(shè)備，”他繼續(xù)說道?！巴ㄟ^改變頻率偏移和幅度，可以確定對(duì)雷達(dá)性能及其敏感性的完整評(píng)估。通過將共存信號(hào)物理移動(dòng)到其他入射角，您可以充分表征雷達(dá)/天線組合，并為雷達(dá)提供性能指南。

一個(gè)問題是“雷達(dá)不符合任何標(biāo)準(zhǔn)，因此他們并沒有真正設(shè)定蜂窩網(wǎng)絡(luò)在頻率上有多近并且不影響雷達(dá)的指導(dǎo)方針，”麥卡錫繼續(xù)說道。

羅德與施瓦茨擁有商用現(xiàn)貨（COTS）矢量信號(hào)發(fā)生器和頻譜分析儀，如SMW200和FSW43，“基本上接收信號(hào)，將其循環(huán)回來，然后允許用戶使用多普勒控制偏移和目標(biāo)，進(jìn)行衰減以模擬不同的雷達(dá)橫截面。然后，隨著目標(biāo)的移動(dòng)，您可以選擇將典型的鏈接預(yù)算從典型目標(biāo)中剔除。

對(duì)飛機(jī)使用 HIL 測(cè)試

對(duì)于薩博航空航天公司的鷹獅戰(zhàn)斗機(jī)等機(jī)載平臺(tái)，工程師使用NI的HIL仿真技術(shù)對(duì)其LRU進(jìn)行集成測(cè)試。“薩博航空航天公司專注于HIL仿真，以幫助降低成本。飛機(jī)仿真可以使用物理模型和信號(hào)處理來完成。它不是所有的軟件，但它確實(shí)需要一些硬件功能，“福斯特說?！坝幸欢ǖ陌踩蛩?您希望確保在可以放置該容器或儀器的盡可能多的極端情況下具有盡可能多的測(cè)試覆蓋率。

可以放置飛機(jī)的一些模擬可能是，例如，“如果你的飛機(jī)有發(fā)動(dòng)機(jī)故障，你需要能夠模擬ECU或LRU在這些情況下的行為，”Foster繼續(xù)說道。“HIL 可以 讓 您 模擬 這些 內(nèi)容， 而 不必 為 它 做 所有 的 物理 測(cè)試。因此，您不必構(gòu)建原型并配備駕駛它的人，并強(qiáng)迫他們進(jìn)行俯沖或炸毀其中一個(gè)引擎。

從本質(zhì)上講，“HIL欺騙LRU，ECU或機(jī)載控制單元，使其認(rèn)為它實(shí)際上是在飛行，因此它需要大量復(fù)雜的儀器來發(fā)送刺激信號(hào)，因?yàn)樗鼘奈锢砟Ｐ陀涗浕虼_定，或者從經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄，”他說。

福斯特解釋說，測(cè)試飛機(jī)需要工程師了解飛機(jī)的每一個(gè)細(xì)節(jié)，從機(jī)翼由什么類型的材料制成，到飛機(jī)的飛行速度，再到濕度下的風(fēng)況?！八羞@些模擬和信息都需要巨大的處理能力，但你所做的就是基本上插入ECU，并通過飛行條件和故障模式的各種排列來運(yùn)行它，同時(shí)記錄數(shù)據(jù)。

隨著軟件變得越來越普遍，“硬件在環(huán)的微觀趨勢(shì)將是我們將一切數(shù)字化，當(dāng)我們從機(jī)械控制轉(zhuǎn)向電子控制時(shí)，你有能力測(cè)試它并繼續(xù)從中擠出成本。一直以來，您都在創(chuàng)建物理模型并運(yùn)行模擬，從而在模擬和真實(shí)之間為您提供非?？煽康慕Y(jié)果，“他補(bǔ)充道。

信號(hào)共存和尋找共同點(diǎn)

推動(dòng)行業(yè)進(jìn)行HIL仿真測(cè)試的不僅僅是成本和功能。頻譜繼續(xù)在軍事領(lǐng)域之外出售;McCarthy解釋說，由于同一頻譜內(nèi)信號(hào)的共存，它使該行業(yè)“在通信系統(tǒng)的同時(shí)研究共存研究和與雷達(dá)的互操作信號(hào)”。

將更多 通用 性 引入 整個(gè) 行業(yè) 的 測(cè)試 系統(tǒng) 將 幫助 全面 制定 標(biāo)準(zhǔn)。他說，隨著軍方采用LTE技術(shù)，需要完成標(biāo)準(zhǔn)并由工作組完成功能添加。“你需要對(duì)頻譜的共存和分配進(jìn)行頻譜研究，出售頻譜，但你還需要制定互操作性政策。

一個(gè)理想的測(cè)試和測(cè)量行業(yè)應(yīng)該“具有相同的架構(gòu)和基本平臺(tái)設(shè)計(jì)，”Baker指出。“例如，我們可能有一個(gè)I/O映射或互連系統(tǒng)，并且該I / O映射將在六個(gè)不同的測(cè)試系統(tǒng)之間共享。盡管這六個(gè)系統(tǒng)都不使用相同的地圖，但我們會(huì)在該測(cè)試系統(tǒng)中保留常見的位置。你可以復(fù)制很多次，并且仍然支持這六篇測(cè)試文章中的任何一篇。

審核編輯：郭婷