国防和航空航天系统的硬件在环仿真测试

通过 硬件 在 环 （HIL） 仿真 测试， 工程 师 能够 经济 高效 地 测试 飞机 组 件， 如 电子 控制 单元 （ECU） 和 线路 可 更换 单元 （LRU）， 在 复杂 的 场景 中 运行 这些 组 件。

HIL 仿真 在 汽车 工业 中 广为人知， 使 工程 师 能够 通过 仿真 真实 场景 来 测试 嵌入式 系统。“HIL 正在 将 硬件 系统 投入 到 控制 或 测量 循环 中， 以 仿真 或 补充 您 可能 从 真实 世界 的 零件 获得 的 行为， ”位于 德克萨斯 州 达 拉斯 的 测试 和 测量 自动 化 公司G Systems的 工程 副总裁 Dave Baker 说。

成本和功能因素会影响系统的任何设计和开发阶段：“HIL测试非常宝贵，因为它允许以很高的保真度进行这些危险或困难的测试，从而节省成本并提高安全性和可靠性，”自动化测试、数据采集和控制系统制造商Bloomy的首席电气工程师Bill Eccles说。在康涅狄格州哈特福德。“尽管制造商总是在现实世界中测试他们的产品，但他们根本不可能在所有条件下都锻炼它们。

该技术 的 可 扩展 性 和 成熟 性 使 航天 和 国防 公司 能够 使用 HIL 仿真 来 测试 RF 信号。“有人将HIL与RF信号一起使用，这是非常革命性的，”德克萨斯州奥斯汀的NI测试系统高级产品经理Adam Foster说。“HIL 对于航空航天和国防来说是一件大事。它允许他们在复杂情况下处理更多极端情况。

HIL 使 部件 “受 与 真实 世界 中 的 信号 和 条件 类似 的 信号 和 条件。这些信号由现实世界的模型控制，这些模型在实时测试环境中运行，“Eccles说。然后，该部分“产生反馈到这些模型的信号，并形成一个完整的循环。结果是，飞行控制、系统计算机、发动机控制或任何“认为”它快乐地飞行或滚动的东西，即使它被卡在实验室某个地方的架子上。

信号测试

HIL 仿真测试在雷达应用中进行共存信号研究时非常有用。对于信号发生器和频谱分析仪，“共存的硬件在环研究的重要元素之一是能够产生雷达回波，”McCarthy说。工程师可以“使用雷达回波发生器建立基准测试。您可以将其放置在跑道上的固定位置，雷达的下方范围，在不同振幅下使用“X”数量的信号。然后，当你引入干扰信号时，它可能是共址的，它可能处于方位角，它可能处于不同的幅度或频率，“麦卡锡解释说。在这一点上，他说，“你可以开始测试雷达的抗扰度了。

该技术也基于无线行业使用的相同技术：“它基本上采用用于创建衰落和多路径条件的通信技术来模拟手机传播模式。McCarthy指出，创建这些多径反射的技术与用于在雷达中创建回波返回的技术相同。

McCarthy说，类似的技术已经在汽车行业中使用了几年，用于在开发和制造环境中对雷达进行功能测试，并且仅在最近一两年内才用于军用雷达系统。“人们已经开始对雷达进行功能测试。

例如，对于军用雷达，“你可以对雷达进行基准测试，并通过输入不同的回波对雷达进行全面的功能性能验证，”位于俄勒冈州比弗顿的罗德与施瓦茨美国公司A&D技术营销经理Darren McCarthy说。“如果你的雷达能够接收-120分贝毫瓦（dBm）的信号，你可以模拟十个目标的频率、幅度和距离偏移，并有十个回波。

“每一步几dB，然后你可以测试雷达的灵敏度或选择性，因为你在某个信道或雷达的频率偏移中引入共存网络，例如LTE用户设备，”他继续说道。“通过改变频率偏移和幅度，可以确定对雷达性能及其敏感性的完整评估。通过将共存信号物理移动到其他入射角，您可以充分表征雷达/天线组合，并为雷达提供性能指南。

一个问题是“雷达不符合任何标准，因此他们并没有真正设定蜂窝网络在频率上有多近并且不影响雷达的指导方针，”麦卡锡继续说道。

罗德与施瓦茨拥有商用现货（COTS）矢量信号发生器和频谱分析仪，如SMW200和FSW43，“基本上接收信号，将其循环回来，然后允许用户使用多普勒控制偏移和目标，进行衰减以模拟不同的雷达横截面。然后，随着目标的移动，您可以选择将典型的链接预算从典型目标中剔除。

对飞机使用 HIL 测试

对于萨博航空航天公司的鹰狮战斗机等机载平台，工程师使用NI的HIL仿真技术对其LRU进行集成测试。“萨博航空航天公司专注于HIL仿真，以帮助降低成本。飞机仿真可以使用物理模型和信号处理来完成。它不是所有的软件，但它确实需要一些硬件功能，“福斯特说。“有一定的安全因素;您希望确保在可以放置该容器或仪器的尽可能多的极端情况下具有尽可能多的测试覆盖率。

可以放置飞机的一些模拟可能是，例如，“如果你的飞机有发动机故障，你需要能够模拟ECU或LRU在这些情况下的行为，”Foster继续说道。“HIL 可以 让 您 模拟 这些 内容， 而 不必 为 它 做 所有 的 物理 测试。因此，您不必构建原型并配备驾驶它的人，并强迫他们进行俯冲或炸毁其中一个引擎。

从本质上讲，“HIL欺骗LRU，ECU或机载控制单元，使其认为它实际上是在飞行，因此它需要大量复杂的仪器来发送刺激信号，因为它将从物理模型记录或确定，或者从经验数据记录，”他说。

福斯特解释说，测试飞机需要工程师了解飞机的每一个细节，从机翼由什么类型的材料制成，到飞机的飞行速度，再到湿度下的风况。“所有这些模拟和信息都需要巨大的处理能力，但你所做的就是基本上插入ECU，并通过飞行条件和故障模式的各种排列来运行它，同时记录数据。

随着软件变得越来越普遍，“硬件在环的微观趋势将是我们将一切数字化，当我们从机械控制转向电子控制时，你有能力测试它并继续从中挤出成本。一直以来，您都在创建物理模型并运行模拟，从而在模拟和真实之间为您提供非常可靠的结果，“他补充道。

信号共存和寻找共同点

推动行业进行HIL仿真测试的不仅仅是成本和功能。频谱继续在军事领域之外出售;McCarthy解释说，由于同一频谱内信号的共存，它使该行业“在通信系统的同时研究共存研究和与雷达的互操作信号”。

将更多 通用 性 引入 整个 行业 的 测试 系统 将 帮助 全面 制定 标准。他说，随着军方采用LTE技术，需要完成标准并由工作组完成功能添加。“你需要对频谱的共存和分配进行频谱研究，出售频谱，但你还需要制定互操作性政策。

一个理想的测试和测量行业应该“具有相同的架构和基本平台设计，”Baker指出。“例如，我们可能有一个I/O映射或互连系统，并且该I / O映射将在六个不同的测试系统之间共享。尽管这六个系统都不使用相同的地图，但我们会在该测试系统中保留常见的位置。你可以复制很多次，并且仍然支持这六篇测试文章中的任何一篇。

审核编辑：郭婷