用于航電系統(tǒng)健康診斷的故障注入設(shè)備及故障注入方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于航電系統(tǒng)健康診斷的故障注入設(shè)備，包括工控單元、波形產(chǎn)生單元和信號(hào)調(diào)理單元，工控單元根據(jù)故障模型負(fù)責(zé)各個(gè)協(xié)議的解析與數(shù)據(jù)的封裝，波形產(chǎn)生單元完成數(shù)據(jù)解析，緩存波形數(shù)據(jù)，對(duì)波形數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生的模擬波形輸出到信號(hào)調(diào)理單元，信號(hào)調(diào)理單元對(duì)模擬波形進(jìn)行再調(diào)理最終根據(jù)要求輸出電氣層面的信號(hào)至接口連接器。利用該設(shè)備模擬實(shí)際工作環(huán)境中的可能隨機(jī)/突發(fā)故障現(xiàn)象，從而保證在最短時(shí)間內(nèi)驗(yàn)證被診斷系統(tǒng)的可靠性以及正確性，縮短系統(tǒng)的研發(fā)、測(cè)試和產(chǎn)品化時(shí)間，降低非飛行狀態(tài)下地面維修以及后勤保障成本。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于航電系統(tǒng)健康診斷的故障注入設(shè)備及故障注入方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬航空電子測(cè)試【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航電系統(tǒng)復(fù)雜度的提高，對(duì)綜合保障和故障診斷維護(hù)能力也提出了越來(lái)越高的要求。故障診斷方法由外部測(cè)試、機(jī)內(nèi)測(cè)試(BIT)進(jìn)化為當(dāng)前的預(yù)測(cè)與健康管理(PHM)系統(tǒng)，從狀態(tài)監(jiān)控向健康管理轉(zhuǎn)變，這種轉(zhuǎn)變引入了對(duì)系統(tǒng)未來(lái)可靠性的預(yù)測(cè)能力，借助這種能力識(shí)別和管理航空電子系統(tǒng)故障的發(fā)生、規(guī)劃維修和供應(yīng)保障，其主要目的是降低使用與保障費(fèi)用，提高航電系統(tǒng)安全性、完好性和任務(wù)成功性，從而以較少的維修投入，實(shí)現(xiàn)基于狀態(tài)的維修。目前，PHM已成為新一代航空電子可靠性與可維護(hù)性發(fā)展的必然趨勢(shì)。
[0003]PHM包含兩方面的內(nèi)容，即預(yù)測(cè)和健康管理，健康是指與期望的正常性能狀態(tài)相比較的性能下降或偏差程度在允許的范圍內(nèi)；故障預(yù)測(cè)是指根據(jù)系統(tǒng)現(xiàn)在或歷史性能狀態(tài)預(yù)測(cè)性地診斷部件或系統(tǒng)完成其功能的狀態(tài)(未來(lái)的健康狀態(tài))，包括確定部件或者系統(tǒng)的剩余壽命或正常工作的時(shí)間長(zhǎng)度；健康管理是根據(jù)診斷/預(yù)測(cè)信息、可用維修資源和使用要求對(duì)維修活動(dòng)做出適當(dāng)決策的能力。PHM系統(tǒng)一般應(yīng)具備如下功能:故障檢測(cè)、故障隔離、故障診斷、故障預(yù)測(cè)、健康管理和壽命追蹤。對(duì)于復(fù)雜航電設(shè)備和系統(tǒng)，PHM應(yīng)能實(shí)現(xiàn)不同層次、不同級(jí)別的綜合診斷、預(yù)測(cè)和健康管理。
[0004]健康診斷的實(shí)現(xiàn)方法主要包括分析故障模式、機(jī)理和影響分析，它包括了設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、故障模式、故障機(jī)理、故障模型、壽命周期剖面和維修記錄，傳感器數(shù)據(jù)、總線監(jiān)視數(shù)據(jù)和BIT測(cè)試結(jié)果也用于確定異常狀態(tài)和參數(shù)。通過(guò)故障分析，有針對(duì)性地進(jìn)行故障注入，來(lái)確定故障可能發(fā)生的模式和幾率。
[0005]故障注入是指按照事先選定的故障模型，采用特定的策略人為地將故障引入到系統(tǒng)中，以加速故障和錯(cuò)誤的發(fā)生。通過(guò)觀察和分析系統(tǒng)在被注入故障情況下的工作狀態(tài)，評(píng)估系統(tǒng)的可靠性。
[0006]由于故障注入一般直接針對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)，因此可以避免產(chǎn)生類(lèi)似解析方法的因模型假設(shè)不準(zhǔn)確而帶來(lái)的不精確性。此外在目標(biāo)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段，模擬故障注入可以作為研究系統(tǒng)故障行為的一種手段，因?yàn)椴捎霉收献⑷氲哪康木褪菫榱思铀偈?，在較短時(shí)間內(nèi)獲得足夠多的失效數(shù)據(jù)，以便于統(tǒng)計(jì)分析。作為一種有效的技術(shù)，故障注入已引起越來(lái)越多的工程設(shè)計(jì)人員和研究者的重視。
[0007]根據(jù)故障注入實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方法，分為三類(lèi)故障注入:硬件故障注入、軟件故障注入、輻射誘發(fā)的故障注入。
[0008]目前故障注入作為一種可靠性測(cè)試手段，被廣泛應(yīng)用于計(jì)算系統(tǒng)、芯片可靠性分析測(cè)試，關(guān)于在航電系統(tǒng)的可靠性測(cè)試方面，國(guó)內(nèi)外故障注入相關(guān)設(shè)備的研究及實(shí)踐處于起步階段。因此，研究開(kāi)發(fā)一種針對(duì)航電系統(tǒng)專(zhuān)用的綜合故障注入設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)航電系統(tǒng)健康診斷具有十分重要的意義。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的發(fā)明目的在于提供一種用于航電系統(tǒng)健康診斷的故障注入設(shè)備，可以在電氣層引入波形可編輯的、多種類(lèi)故障信號(hào)的綜合故障注入平臺(tái)。利用該平臺(tái)模擬實(shí)際工作環(huán)境中的可能隨機(jī)/突發(fā)故障現(xiàn)象，從而保證在最短時(shí)間內(nèi)驗(yàn)證被診斷系統(tǒng)的可靠性以及正確性，縮短系統(tǒng)的研發(fā)、測(cè)試和產(chǎn)品化時(shí)間，降低非飛行狀態(tài)下地面維修以及后勤保障成本。
[0010]本發(fā)明的發(fā)明目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0011]一種用于航電系統(tǒng)健康診斷的故障注入設(shè)備，包含工控單元、波形產(chǎn)生單元、信號(hào)調(diào)理單元，所述工控單元根據(jù)人機(jī)界面對(duì)各種故障注入類(lèi)型進(jìn)行選擇，調(diào)用不同故障數(shù)據(jù)接口模型進(jìn)行協(xié)議封裝生成波形數(shù)據(jù)通過(guò)PCI總線送至波形產(chǎn)生單元，以及通過(guò)RS232總線向信號(hào)調(diào)理單元分發(fā)控制命令以及信號(hào)的參數(shù)配置和干擾的參數(shù)配置；
[0012]所述波形產(chǎn)生單元通過(guò)PCI總線接收波形數(shù)據(jù)并解析，緩存波形數(shù)據(jù)，對(duì)波形數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生的各類(lèi)模擬信號(hào)波形和干擾波形的數(shù)據(jù)模型輸出到信號(hào)調(diào)理單元；
[0013]信號(hào)調(diào)理單元處理接收工控單元分發(fā)的控制命令及信號(hào)的參數(shù)配置和干擾的參數(shù)配置，同時(shí)也接收波形產(chǎn)生單元的各類(lèi)信號(hào)波形和干擾波形的數(shù)據(jù)模型，產(chǎn)生滿足總線協(xié)議和電氣要求的數(shù)據(jù)，并通過(guò)相應(yīng)的連接器注入到被測(cè)試設(shè)備，這些數(shù)據(jù)包括總線數(shù)據(jù)和干擾數(shù)據(jù)等。
[0014]優(yōu)選地，所述波形產(chǎn)生單元包含DSP模塊、FPGA模塊、DAC模塊、電源模塊、時(shí)鐘模塊；
[0015]所述DSP模塊用于完成工控單元與波形產(chǎn)生單元之間的接口轉(zhuǎn)換解析數(shù)據(jù)，以及數(shù)據(jù)緩存；
[0016]所述FPGA模塊包含緩存RAM、異步FIFO以及FIFO控制邏輯芯片，用于完成DSP模塊到DAC模塊的接口轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)緩存以及將數(shù)據(jù)按照待定刷新率送給DAC做數(shù)模轉(zhuǎn)換；
[0017]所述DAC模塊用于完成數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)化，并將模擬信號(hào)輸出到信號(hào)調(diào)理單元；
[0018]所述電源模塊主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)各單元提供直接電源，其通過(guò)AC-DC電源轉(zhuǎn)換芯片，然后通過(guò)穩(wěn)壓、濾波、DC-DC電路轉(zhuǎn)換成各模塊所需的直流電源；
[0019]所述時(shí)鐘模塊主要功能是為各模塊提供時(shí)鐘輸入，保證傳輸過(guò)程的信號(hào)完整性。
[0020]優(yōu)選地，所述信號(hào)調(diào)理單元包含信號(hào)耦合及分發(fā)模塊、調(diào)理板控制模塊、電源模塊、各信號(hào)調(diào)理模塊；
[0021]所述電源模塊為各模塊提供電源保障；
[0022]所述信號(hào)耦合及分發(fā)模塊，將波形產(chǎn)生單元輸出的信號(hào)耦合到本單元，并在調(diào)理板控制模塊的控制下將信號(hào)分發(fā)至各信號(hào)調(diào)理模塊；
[0023]所述信號(hào)調(diào)理模塊，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行調(diào)理變換，產(chǎn)生滿足總線協(xié)議和電氣要求的數(shù)據(jù)，并根據(jù)工控單元輸出的增益控制指令進(jìn)行信號(hào)增益；
[0024]所述調(diào)理板控制模塊，用于將波形產(chǎn)生單元輸出的信號(hào)根據(jù)工控單元的控制命令進(jìn)行分發(fā)控制。
[0025]進(jìn)一步，所述信號(hào)調(diào)理單元包含過(guò)流檢測(cè)模塊，過(guò)流檢測(cè)模塊對(duì)將要輸出到被測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，如果超過(guò)設(shè)定幅值，通知工控單元停止故障注入，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)設(shè)備的保護(hù)。
[0026]優(yōu)選地，所述信號(hào)調(diào)理模塊包含AFDX接口信號(hào)調(diào)理模塊、RS232信號(hào)調(diào)理模塊、ARINC429接口信號(hào)調(diào)理模塊、電源故障調(diào)理模塊以及1553信號(hào)調(diào)理模塊，實(shí)現(xiàn)不同總線信號(hào)的通信協(xié)議要求和電氣要求以及非總線信號(hào)的電氣特性要求。
[0027]本發(fā)明的另一目的在于提供一種用于航電系統(tǒng)健康診斷的故障注入方法，包括以下步驟:
[0028]A、工控單元根據(jù)人機(jī)界面對(duì)各種故障注入類(lèi)型進(jìn)行選擇，調(diào)用不同故障數(shù)據(jù)接口模型進(jìn)行協(xié)議封裝生成波形數(shù)據(jù)通過(guò)PCI總線送至波形產(chǎn)生單元，以及通過(guò)RS232總線向信號(hào)調(diào)理單元分發(fā)控制命令以及信號(hào)的參數(shù)配置和干擾的參數(shù)配置；
[0029]B、波形產(chǎn)生單元通過(guò)PCI總線接收波形數(shù)據(jù)并解析，緩存波形數(shù)據(jù)，對(duì)波形數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生的各類(lèi)模擬信號(hào)波形和干擾波形的數(shù)據(jù)模型輸出到信號(hào)調(diào)理單元；
[0030]C、信號(hào)調(diào)理單元處理接收工控單元分發(fā)的控制命令及信號(hào)的參數(shù)配置和干擾的參數(shù)配置，同時(shí)也接收波形產(chǎn)生單元的各類(lèi)信號(hào)波形和干擾波形的數(shù)據(jù)模型，產(chǎn)生滿足總線協(xié)議和電氣要求以及非總線信號(hào)的電氣特性要求的數(shù)據(jù)，并通過(guò)相應(yīng)的連接器注入到被測(cè)試設(shè)備。進(jìn)一步，所述步驟C中還包含如果輸出的數(shù)據(jù)超過(guò)設(shè)定幅值，信號(hào)監(jiān)測(cè)模塊將實(shí)施檢測(cè)到并通知工控單元停止故障注入，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的保護(hù)。
[0031]本發(fā)明通過(guò)故障注入設(shè)備的使用，按照事先選定的故障模型，采用某種策略認(rèn)為地將故障引入被測(cè)系統(tǒng)中，通過(guò)觀察和分析系統(tǒng)在被注入故障情況下的行為，可以為實(shí)驗(yàn)者提供所需的定性和定量的評(píng)價(jià)結(jié)果。通過(guò)故障注入的測(cè)試，可以在產(chǎn)品研制階段發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)缺陷，提供系統(tǒng)的可靠性。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0032]圖1是故障注入設(shè)備硬件架構(gòu)框圖；
[0033]圖2是信號(hào)調(diào)理單元的架構(gòu)框圖；
[0034]圖3是電源故障注入模塊的架構(gòu)圖；
[0035]圖4是ARINC429故障注入的軟件架構(gòu)框圖；
[0036]圖5是RS232故障注入的硬件架構(gòu)圖
具體實(shí)現(xiàn)方式
[0037]下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明的實(shí)施方式，以詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0038]圖1是本發(fā)明故障注入設(shè)備的總體架構(gòu)圖。本發(fā)明主要實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)設(shè)備的模擬故障輸入，主要是模擬故障的電氣信號(hào)進(jìn)行故障注入，主要包括以下故障注入信號(hào):電源的故障注入，1553信號(hào)的故障注入，ARINC429故障信號(hào)注入，AFDX故障信號(hào)注入，RS232故障信號(hào)注入以及干擾信號(hào)的疊加注入。本設(shè)備采用人機(jī)界面的形式，可對(duì)各種故障注入類(lèi)型進(jìn)行選擇，當(dāng)選擇某一種故障模式時(shí)，通過(guò)主界面的參數(shù)配置和命令分發(fā)，對(duì)該類(lèi)型數(shù)據(jù)接口進(jìn)行調(diào)用，通過(guò)解析來(lái)自底層的數(shù)據(jù)協(xié)議包，并根據(jù)不同的接口協(xié)議進(jìn)行組包，協(xié)議封裝完成后，就可以進(jìn)行波形繪制，顯示在該故障注入的編輯界面上，編輯完成后，通過(guò)輸出接口輸出到網(wǎng)絡(luò)接口上。因此，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同故障注入類(lèi)型的選擇，實(shí)際上就是調(diào)用不同故障數(shù)據(jù)接口模型，經(jīng)過(guò)協(xié)議封裝、波形繪制及編輯，最終輸出到被測(cè)試設(shè)備上。[0039]圖1中的工控單元通過(guò)人機(jī)界面發(fā)送指令，根據(jù)人機(jī)界面對(duì)各種故障注入類(lèi)型進(jìn)行選擇，調(diào)用不同故障數(shù)據(jù)接口模型進(jìn)行協(xié)議封裝生成波形數(shù)據(jù)通過(guò)PCI總線送至波形產(chǎn)生單元，波形產(chǎn)生單元根據(jù)各個(gè)協(xié)議的選擇來(lái)生成信號(hào)的時(shí)序信息，同時(shí)做一些信號(hào)的預(yù)處理；之后數(shù)據(jù)會(huì)被送至信號(hào)調(diào)整單元，信號(hào)調(diào)整單元再處理接收到的數(shù)據(jù)，最終根據(jù)要求輸出電氣層面的信號(hào)至接口連接器。如果輸出超過(guò)設(shè)定幅值，過(guò)流檢測(cè)裝置將實(shí)施檢測(cè)到并通知工控單元停止故障注入，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的保護(hù)。
[0040]其中波形產(chǎn)生單元由DSP模塊、FPGA模塊、DAC模塊、電源模塊以及時(shí)鐘模塊組成，該單元主要功能是與工控單元的接口，完成PCI總線數(shù)據(jù)解析，緩存波形數(shù)據(jù)，對(duì)波形數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生的模擬波形輸出到信號(hào)調(diào)理單元。DSP模塊主要用于完成工控單元與波形產(chǎn)生單元之間的接口，以及數(shù)據(jù)緩存功能，其主要是以PCI總線作為接口，DSP處理器選擇TMS320C6416，以及FLASH、SDRAM等作為外圍芯片，實(shí)現(xiàn)DSP模塊的處理功能。FPGA模塊主要功能是完成DSP模塊到DAC模塊的接口轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)緩存以及將數(shù)據(jù)按照待定刷新率送給DAC做數(shù)模轉(zhuǎn)換，其主要是通過(guò)緩存RAM、異步FIFO以及FIFO控制邏輯芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)FPGA模塊的控制功能。DAC模塊主要功能是完成數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)化，并將模擬信號(hào)進(jìn)行交流耦合傳輸?shù)叫盘?hào)調(diào)理單元，DAC模塊主處理芯片選擇AD公司的AD9777可編程器件，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過(guò)中心抽頭變壓器進(jìn)行交流耦合，實(shí)現(xiàn)DAC的輸出功能。電源模塊主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)各單元提供直接電源，其通過(guò)AC-DC電源轉(zhuǎn)換芯片，然后通過(guò)穩(wěn)壓、濾波、DC-DC電路轉(zhuǎn)換成各模塊所需的直流電源。時(shí)鐘模塊主要功能是為各模塊提供時(shí)鐘輸入，保證傳輸過(guò)程的信號(hào)完整性。
[0041]圖2是本發(fā)明的核心單元信號(hào)調(diào)理單元，信號(hào)調(diào)理單元由信號(hào)耦合及分發(fā)模塊、調(diào)理板控制模塊、電源模塊、過(guò)流檢測(cè)模塊、AFDX接口信號(hào)調(diào)理模塊、RS232信號(hào)調(diào)理模塊、ARINC429接口信號(hào)調(diào)理模塊以及離散信號(hào)調(diào)理模塊。
[0042]信號(hào)耦合及分發(fā)模塊，將DAC輸出信號(hào)耦合到本單元，并在調(diào)理板控制模塊的控制下將信號(hào)分發(fā)至各接口信號(hào)的信號(hào)調(diào)理模塊；
[0043]信號(hào)調(diào)理模塊，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行調(diào)理變換，使之滿足各接口要求，信號(hào)的增益由工控單元的主界面軟件的波形區(qū)通過(guò)波形的縮放操作(幅度的放大縮小等)，向信號(hào)調(diào)理模塊輸出增益控制指令，信號(hào)調(diào)理模塊解析工控單元的幅值，選擇不同的增益控制，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的增益控制。
[0044]調(diào)理板控制模塊，負(fù)責(zé)調(diào)理板與工控單元的通信，DAC信號(hào)分發(fā)控制以及過(guò)流保護(hù)等功能。
[0045]圖3是電源故障注入模塊的架構(gòu)圖，采用波形合成技術(shù)，工控單元把所需要的電源輸出合成一個(gè)波形，如果沒(méi)有干擾，就是一個(gè)恒定的電平信號(hào)，如果有干擾信號(hào)，把干擾信號(hào)數(shù)字化后和輸出的電平信號(hào)合成，然后輸出到波形產(chǎn)生單元進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，再通過(guò)信號(hào)調(diào)理單元的電源故障調(diào)理模塊進(jìn)行大功率運(yùn)放，驅(qū)動(dòng)輸出，產(chǎn)生所需要的電源電壓；
[0046]圖4是ARINC429故障注入的架構(gòu)框圖，通過(guò)工控單元的Π設(shè)計(jì)的用戶界面，設(shè)置生成波形的參數(shù)，添加需要輸出的原始數(shù)據(jù)開(kāi)始生成波形，將數(shù)據(jù)模擬ARINC429幀結(jié)構(gòu)在工控單元中開(kāi)始組包，然后進(jìn)行曼徹斯特編碼和濾波，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)物理傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，然后將結(jié)果存放到一個(gè)事先開(kāi)放的緩存中，UI界面在生成波形時(shí)按照緩存里的數(shù)據(jù)生成波形，當(dāng)需要配置輸出故障激勵(lì)數(shù)據(jù)時(shí)，可根據(jù)需要疊加干擾波或增加毛刺，最終將這些信號(hào)通過(guò)信號(hào)調(diào)理單元輸出到被測(cè)設(shè)備的ARINC429網(wǎng)絡(luò)中；除了對(duì)電氣層進(jìn)行故障注入以外，協(xié)議層錯(cuò)誤也可對(duì)各個(gè)字段進(jìn)行可靠性測(cè)試，可靠性測(cè)試類(lèi)型包括錯(cuò)誤:位取反、隨機(jī)數(shù)、常值替換，可以隨機(jī)、按時(shí)間間隔、按字節(jié)間隔、對(duì)數(shù)據(jù)幀種特定數(shù)據(jù)位替換，對(duì)數(shù)據(jù)幀的定位支持最多4個(gè)連續(xù)WORD，可進(jìn)行位屏蔽，幀定位故障數(shù)據(jù)支持4組，每組I個(gè)WORD，可進(jìn)行位屏蔽，各組的故障類(lèi)型可調(diào)整。
[0047]AFDX故障注入的軟件架構(gòu)和硬件架構(gòu)與ARINC429的基本相同，AFDX故障注入采用的是UDP/IP協(xié)議來(lái)進(jìn)行組包處理，依次在工控單元中進(jìn)行UDP組包，IP組包，MAC組包，等協(xié)議封裝完成后，開(kāi)始繪制波形，然后進(jìn)行曼徹斯特編碼和濾波，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)物理傳輸?shù)臄?shù)據(jù)；將結(jié)果存放到一個(gè)事先開(kāi)放的緩沖區(qū)中，當(dāng)輸出波形的時(shí)候，將數(shù)據(jù)輸出到波形產(chǎn)生單元中的FPGA模塊，然后FPGA將其輸出到DAC模塊轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)輸出。AFDX電氣層可注入頻率漂移錯(cuò)誤，MAC層可注入幀間隙(IFG)錯(cuò)誤，短前導(dǎo)碼(short preamble)錯(cuò)誤，循環(huán)冗余碼校驗(yàn)(CRC)錯(cuò)誤，以太網(wǎng)類(lèi)型錯(cuò)誤；AFDX協(xié)議層可注入幀長(zhǎng)度錯(cuò)誤，冗余序列數(shù)(RSN)錯(cuò)誤，BAG錯(cuò)誤，VL/Port錯(cuò)誤，報(bào)文格式錯(cuò)誤等。
[0048]MIL-STD-1553總線故障注入的軟件架構(gòu)和硬件架構(gòu)與上述兩種總線的基本相同，通過(guò)工控單元中生成MIL-STD-1553接口數(shù)據(jù)，在波形產(chǎn)生單元的FPGA模塊中進(jìn)行濾波生成帶毛刺的加噪信號(hào)，這些信號(hào)輸入到波形產(chǎn)生單元的DAC模塊中，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換輸出的1553信號(hào)在信號(hào)調(diào)理板中調(diào)整為要求的電平，最終耦合到被測(cè)產(chǎn)品的1553總線上去。1553總線故障輸出電氣層可進(jìn)行信號(hào)占空比調(diào)節(jié)，輸出斜率調(diào)節(jié)以及總線信號(hào)噪聲和毛刺模擬，協(xié)議層可對(duì)總線響應(yīng)延遲，總線信號(hào)位錯(cuò)誤以及消息替換等故障的模擬。
[0049]圖5是RS232故障注入的硬件架構(gòu)圖，RS232故障注入通過(guò)應(yīng)用界面控制，故障信號(hào)的產(chǎn)生、RS232原始數(shù)據(jù)塊的產(chǎn)生，并添加奇偶校驗(yàn)位、起始位、停止位、插值濾波等在工控單元中處理后輸出給波形產(chǎn)生單元，DSP通過(guò)PCIe總線接收數(shù)據(jù)，通過(guò)FPGA控制DAC輸出和調(diào)理板控制模塊增益控制處理，最終通過(guò)信號(hào)調(diào)理單元的信號(hào)耦合及分發(fā)模塊和信號(hào)調(diào)理模塊輸出RS232信號(hào)。RS232的故障模式可分為傳輸錯(cuò)誤和數(shù)據(jù)位錯(cuò)誤，傳輸錯(cuò)誤包括提供起始位、停止位錯(cuò)誤模式，數(shù)據(jù)位錯(cuò)誤可進(jìn)行取反、隨機(jī)數(shù)以及常值替換以及可進(jìn)行位屏蔽。
【權(quán)利要求】
1.一種用于航電系統(tǒng)健康診斷的故障注入設(shè)備，包含工控單元、波形產(chǎn)生單元、信號(hào)調(diào)理單元，其特征在于所述工控單元根據(jù)人機(jī)界面對(duì)各種故障注入類(lèi)型進(jìn)行選擇，調(diào)用不同故障數(shù)據(jù)接口模型進(jìn)行協(xié)議封裝生成波形數(shù)據(jù)通過(guò)PCI總線送至波形產(chǎn)生單元，以及通過(guò)RS232總線向信號(hào)調(diào)理單元分發(fā)控制命令以及信號(hào)的參數(shù)配置和干擾的參數(shù)配置； 所述波形產(chǎn)生單元通過(guò)PCI總線接收波形數(shù)據(jù)并解析，緩存波形數(shù)據(jù)，對(duì)波形數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生的各類(lèi)模擬信號(hào)波形和干擾波形的數(shù)據(jù)模型輸出到信號(hào)調(diào)理單元； 信號(hào)調(diào)理單元處理接收工控單元分發(fā)的控制命令及信號(hào)的參數(shù)配置和干擾的參數(shù)配置，結(jié)合波形產(chǎn)生單元的各類(lèi)信號(hào)波形和干擾波形的數(shù)據(jù)模型，產(chǎn)生滿足總線協(xié)議和電氣要求的數(shù)據(jù)，并通過(guò)相應(yīng)的連接器注入到被測(cè)試設(shè)備，這些數(shù)據(jù)包括總線數(shù)據(jù)和干擾數(shù)據(jù)坐寸ο
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的故障注入設(shè)備，其特征在于所述波形產(chǎn)生單元包含DSP模塊、FPGA模塊、DAC模塊、電源模塊、時(shí)鐘模塊； 所述DSP模塊用于完成工控單元與波形產(chǎn)生單元之間的接口轉(zhuǎn)換解析數(shù)據(jù)，以及數(shù)據(jù)緩存； 所述FPGA模塊包含緩存RAM、異步FIFO以及FIFO控制邏輯芯片，用于完成DSP模塊到DAC模塊的接口轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)緩存以及將數(shù)據(jù)按照待定刷新率送給DAC做數(shù)模轉(zhuǎn)換； 所述DAC模塊用于完成數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)化，并將模擬信號(hào)輸出到信號(hào)調(diào)理單元。 所述電源模塊主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)各單元提供直接電源，其通過(guò)AC-DC電源轉(zhuǎn)換芯片，然后通過(guò)穩(wěn)壓、濾波、DC-DC電路轉(zhuǎn)換成各模塊所需的直流電源； 所述時(shí)鐘模塊主要功能是為各模塊提供時(shí)鐘輸入，保證傳輸過(guò)程的信號(hào)完整性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的故障注入設(shè)備，其特征在于所述波形產(chǎn)生單元中共有2塊功能完全一樣的DAC模塊，由FPGA模塊的緩存RAM控制將波形數(shù)據(jù)送到相對(duì)應(yīng)DAC模塊的通道，最終完成該波形數(shù)據(jù)的數(shù)模轉(zhuǎn)換。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的故障注入設(shè)備，其特征在于所述信號(hào)調(diào)理單元包含信號(hào)耦合及分發(fā)模塊、調(diào)理板控制模塊、電源模塊、各信號(hào)調(diào)理模塊； 所述電源模塊為各模塊提供電源保障； 所述信號(hào)耦合及分發(fā)模塊，將波形產(chǎn)生單元輸出的信號(hào)耦合到本單元，并在調(diào)理板控制模塊的控制下將信號(hào)分發(fā)至各信號(hào)調(diào)理模塊； 所述信號(hào)調(diào)理模塊，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行調(diào)理變換，產(chǎn)生滿足總線協(xié)議和電氣要求的數(shù)據(jù)，并根據(jù)工控單元輸出的增益控制指令進(jìn)行信號(hào)增益； 所述調(diào)理板控制模塊，用于將波形產(chǎn)生單元輸出的信號(hào)根據(jù)工控單元的控制命令進(jìn)行分發(fā)控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的故障注入設(shè)備，其特征在于所述信號(hào)調(diào)理單元包含過(guò)流檢測(cè)模塊，過(guò)流檢測(cè)模塊對(duì)將要輸出到被測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，如果超過(guò)設(shè)定幅值，通知工控單元停止故障注入，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)設(shè)備的保護(hù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的故障注入設(shè)備，其特征在于所述信號(hào)調(diào)理模塊包含AFDX接口信號(hào)調(diào)理模塊、RS232信號(hào)調(diào)理模塊、ARINC429接口信號(hào)調(diào)理模塊、電源故障調(diào)理模塊以及1553信號(hào)調(diào)理模塊，實(shí)現(xiàn)不同總線信號(hào)的通信協(xié)議要求和電氣要求以及非總線信號(hào)的電氣特性要求。
7.一種用于航電系統(tǒng)健康診斷的故障注入方法，包括以下步驟: A、工控單元根據(jù)人機(jī)界面對(duì)各種故障注入類(lèi)型進(jìn)行選擇，調(diào)用不同故障數(shù)據(jù)接口模型進(jìn)行協(xié)議封裝生成波形數(shù)據(jù)通過(guò)PCI總線送至波形產(chǎn)生單元，以及通過(guò)RS232總線向信號(hào)調(diào)理單元分發(fā)控制命令以及信號(hào)的參數(shù)配置和干擾的參數(shù)配置； B、波形產(chǎn)生單元通過(guò)PCI總線接收波形數(shù)據(jù)并解析，緩存波形數(shù)據(jù)，對(duì)波形數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生的各類(lèi)模擬信號(hào)波形和干擾波形的數(shù)據(jù)模型輸出到信號(hào)調(diào)理單元； C、信號(hào)調(diào)理單元處理接收工控單元分發(fā)的控制命令及信號(hào)的參數(shù)配置和干擾的參數(shù)配置，同時(shí)也接收波形產(chǎn)生單元的各類(lèi)信號(hào)波形和干擾波形的數(shù)據(jù)模型，產(chǎn)生滿足總線協(xié)議和電氣要求以及非總線信號(hào)的電氣特性要求的數(shù)據(jù)，并通過(guò)相應(yīng)的連接器注入到被測(cè)試設(shè)備。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的故障注入方法，其特征在于所述步驟C中還包含如果輸出的數(shù)據(jù)超過(guò)設(shè)定幅值，信號(hào)監(jiān)測(cè) 模塊將實(shí)施檢測(cè)到并通知工控單元停止故障注入，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的保護(hù)。
【文檔編號(hào)】H04L12/26GK103631255SQ201310642372
【公開(kāi)日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2013年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月3日
【發(fā)明者】周衛(wèi)春, 浦建開(kāi), 陳稀亮, 王泰真 申請(qǐng)人:中國(guó)航空無(wú)線電電子研究所