本发明专利技术公开了一种用于航电系统健康诊断的故障注入设备，包括工控单元、波形产生单元和信号调理单元，工控单元根据故障模型负责各个协议的解析与数据的封装，波形产生单元完成数据解析，缓存波形数据，对波形数据通过数模转换，产生的模拟波形输出到信号调理单元，信号调理单元对模拟波形进行再调理最终根据要求输出电气层面的信号至接口连接器。利用该设备模拟实际工作环境中的可能随机/突发故障现象，从而保证在最短时间内验证被诊断系统的可靠性以及正确性，缩短系统的研发、测试和产品化时间，降低非飞行状态下地面维修以及后勤保障成本。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属航空电子测试
。
技术介绍
随着航电系统复杂度的提高，对综合保障和故障诊断维护能力也提出了越来越高的要求。故障诊断方法由外部测试、机内测试(BIT)进化为当前的预测与健康管理(PHM)系统，从状态监控向健康管理转变，这种转变引入了对系统未来可靠性的预测能力，借助这种能力识别和管理航空电子系统故障的发生、规划维修和供应保障，其主要目的是降低使用与保障费用，提高航电系统安全性、完好性和任务成功性，从而以较少的维修投入，实现基于状态的维修。目前，PHM已成为新一代航空电子可靠性与可维护性发展的必然趋势。PHM包含两方面的内容，即预测和健康管理，健康是指与期望的正常性能状态相比较的性能下降或偏差程度在允许的范围内；故障预测是指根据系统现在或历史性能状态预测性地诊断部件或系统完成其功能的状态(未来的健康状态)，包括确定部件或者系统的剩余寿命或正常工作的时间长度；健康管理是根据诊断/预测信息、可用维修资源和使用要求对维修活动做出适当决策的能力。PHM系统一般应具备如下功能:故障检测、故障隔离、故障诊断、故障预测、健康管理和寿命追踪。对于复杂航电设备和系统，PHM应能实现不同层次、不同级别的综合诊断、预测和健康管理。健康诊断的实现方法主要包括分析故障模式、机理和影响分析，它包括了设计数据、故障模式、故障机理、故障模型、寿命周期剖面和维修记录，传感器数据、总线监视数据和BIT测试结果也用于确定异常状态和参数。通过故障分析，有针对性地进行故障注入，来确定故障可能发生的模式和几率。故障注入是指按照事先选定的故障模型，采用特定的策略人为地将故障引入到系统中，以加速故障和错误的发生。通过观察和分析系统在被注入故障情况下的工作状态，评估系统的可靠性。由于故障注入一般直接针对目标系统，因此可以避免产生类似解析方法的因模型假设不准确而带来的不精确性。此外在目标系统的设计阶段，模拟故障注入可以作为研究系统故障行为的一种手段，因为采用故障注入的目的就是为了加速失效，在较短时间内获得足够多的失效数据，以便于统计分析。作为一种有效的技术，故障注入已引起越来越多的工程设计人员和研究者的重视。根据故障注入实现的技术方法，分为三类故障注入:硬件故障注入、软件故障注入、辐射诱发的故障注入。目前故障注入作为一种可靠性测试手段，被广泛应用于计算系统、芯片可靠性分析测试，关于在航电系统的可靠性测试方面，国内外故障注入相关设备的研究及实践处于起步阶段。因此，研究开发一种针对航电系统专用的综合故障注入设备，实现对航电系统健康诊断具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于提供一种用于航电系统健康诊断的故障注入设备，可以在电气层引入波形可编辑的、多种类故障信号的综合故障注入平台。利用该平台模拟实际工作环境中的可能随机/突发故障现象，从而保证在最短时间内验证被诊断系统的可靠性以及正确性，缩短系统的研发、测试和产品化时间，降低非飞行状态下地面维修以及后勤保障成本。本专利技术的专利技术目的通过以下技术方案来实现:一种用于航电系统健康诊断的故障注入设备，包含工控单元、波形产生单元、信号调理单元，所述工控单元根据人机界面对各种故障注入类型进行选择，调用不同故障数据接口模型进行协议封装生成波形数据通过PCI总线送至波形产生单元，以及通过RS232总线向信号调理单元分发控制命令以及信号的参数配置和干扰的参数配置；所述波形产生单元通过PCI总线接收波形数据并解析，缓存波形数据，对波形数据进行数模转换，产生的各类模拟信号波形和干扰波形的数据模型输出到信号调理单元；信号调理单元处理接收工控单元分发的控制命令及信号的参数配置和干扰的参数配置，同时也接收波形产生单元的各类信号波形和干扰波形的数据模型，产生满足总线协议和电气要求的数据，并通过相应的连接器注入到被测试设备，这些数据包括总线数据和干扰数据等。优选地，所述波形产生单元包含DSP模块、FPGA模块、DAC模块、电源模块、时钟模块；所述DSP模块用于完成工控单元与波形产生单元之间的接口转换解析数据，以及数据缓存；所述FPGA模块包含缓存RAM、异步FIFO以及FIFO控制逻辑芯片，用于完成DSP模块到DAC模块的接口转换、数据缓存以及将数据按照待定刷新率送给DAC做数模转换；所述DAC模块用于完成数字信号的转化，并将模拟信号输出到信号调理单元；所述电源模块主要功能是实现对各单元提供直接电源，其通过AC-DC电源转换芯片，然后通过稳压、滤波、DC-DC电路转换成各模块所需的直流电源；所述时钟模块主要功能是为各模块提供时钟输入，保证传输过程的信号完整性。优选地，所述信号调理单元包含信号耦合及分发模块、调理板控制模块、电源模块、各信号调理模块；所述电源模块为各模块提供电源保障；所述信号耦合及分发模块，将波形产生单元输出的信号耦合到本单元，并在调理板控制模块的控制下将信号分发至各信号调理模块；所述信号调理模块，对输入信号进行调理变换，产生满足总线协议和电气要求的数据，并根据工控单元输出的增益控制指令进行信号增益；所述调理板控制模块，用于将波形产生单元输出的信号根据工控单元的控制命令进行分发控制。进一步，所述信号调理单元包含过流检测模块，过流检测模块对将要输出到被测设备的数据进行检测，如果超过设定幅值，通知工控单元停止故障注入，实现对被测设备的保护。优选地，所述信号调理模块包含AFDX接口信号调理模块、RS232信号调理模块、ARINC429接口信号调理模块、电源故障调理模块以及1553信号调理模块，实现不同总线信号的通信协议要求和电气要求以及非总线信号的电气特性要求。本专利技术的另一目的在于提供一种用于航电系统健康诊断的故障注入方法，包括以下步骤:A、工控单元根据人机界面对各种故障注入类型进行选择，调用不同故障数据接口模型进行协议封装生成波形数据通过PCI总线送至波形产生单元，以及通过RS232总线向信号调理单元分发控制命令以及信号的参数配置和干扰的参数配置；B、波形产生单元通过PCI总线接收波形数据并解析，缓存波形数据，对波形数据进行数模转换，产生的各类模拟信号波形和干扰波形的数据模型输出到信号调理单元；C、信号调理单元处理接收工控单元分发的控制命令及信号的参数配置和干扰的参数配置，同时也接收波形产生单元的各类信号波形和干扰波形的数据模型，产生满足总线协议和电气要求以及非总线信号的电气特性要求的数据，并通过相应的连接器注入到被测试设备。进一步，所述步骤C中还包含如果输出的数据超过设定幅值，信号监测模块将实施检测到并通知工控单元停止故障注入，实现对设备的保护。本专利技术通过故障注入设备的使用，按照事先选定的故障模型，采用某种策略认为地将故障引入被测系统中，通过观察和分析系统在被注入故障情况下的行为，可以为实验者提供所需的定性和定量的评价结果。通过故障注入的测试，可以在产品研制阶段发现产品设计设计缺陷，提供系统的可靠性。【附图说明】图1是故障注入设备硬件架构框图；图2是信号调理单元的架构框图；图3是电源故障注入模块的架构图；图4是ARINC429故障注入的软件架构框图；图5是RS232故障注入的硬件架构图具体实现方式下面结合附图给出本专利技术的实施方式，以详细说明本专利技术的技术方案。图1是本专利技术故障注入设本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于航电系统健康诊断的故障注入设备，包含工控单元、波形产生单元、信号调理单元，其特征在于所述工控单元根据人机界面对各种故障注入类型进行选择，调用不同故障数据接口模型进行协议封装生成波形数据通过PCI总线送至波形产生单元，以及通过RS232总线向信号调理单元分发控制命令以及信号的参数配置和干扰的参数配置；所述波形产生单元通过PCI总线接收波形数据并解析，缓存波形数据，对波形数据进行数模转换，产生的各类模拟信号波形和干扰波形的数据模型输出到信号调理单元；信号调理单元处理接收工控单元分发的控制命令及信号的参数配置和干扰的参数配置，结合波形产生单元的各类信号波形和干扰波形的数据模型，产生满足总线协议和电气要求的数据，并通过相应的连接器注入到被测试设备，这些数据包括总线数据和干扰数据等。
【技术特征摘要】
1.一种用于航电系统健康诊断的故障注入设备，包含工控单元、波形产生单元、信号调理单元，其特征在于所述工控单元根据人机界面对各种故障注入类型进行选择，调用不同故障数据接口模型进行协议封装生成波形数据通过PCI总线送至波形产生单元，以及通过RS232总线向信号调理单元分发控制命令以及信号的参数配置和干扰的参数配置； 所述波形产生单元通过PCI总线接收波形数据并解析，缓存波形数据，对波形数据进行数模转换，产生的各类模拟信号波形和干扰波形的数据模型输出到信号调理单元； 信号调理单元处理接收工控单元分发的控制命令及信号的参数配置和干扰的参数配置，结合波形产生单元的各类信号波形和干扰波形的数据模型，产生满足总线协议和电气要求的数据，并通过相应的连接器注入到被测试设备，这些数据包括总线数据和干扰数据坐寸ο2.根据权利要求1所述的故障注入设备，其特征在于所述波形产生单元包含DSP模块、FPGA模块、DAC模块、电源模块、时钟模块； 所述DSP模块用于完成工控单元与波形产生单元之间的接口转换解析数据，以及数据缓存； 所述FPGA模块包含缓存RAM、异步FIFO以及FIFO控制逻辑芯片，用于完成DSP模块到DAC模块的接口转换、数据缓存以及将数据按照待定刷新率送给DAC做数模转换； 所述DAC模块用于完成数字信号的转化，并将模拟信号输出到信号调理单元。 所述电源模块主要功能是实现对各单元提供直接电源，其通过AC-DC电源转换芯片，然后通过稳压、滤波、DC-DC电路转换成各模块所需的直流电源； 所述时钟模块主要功能是为各模块提供时钟输入，保证传输过程的信号完整性。3.根据权利要求1或2所述的故障注入设备，其特征在于所述波形产生单元中共有2块功能完全一样的DAC模块，由FPGA模块的缓存RAM控制将波形数据送到相对应DAC模块的通道，最终完成该波形数据的数模转换。4.根据权利要求1所述的故障注入设备，其特征在于所述信号调理单元包含信号耦合及分发模块、调理板控制模块、电源模块...
【专利技术属性】
技术研发人员：周卫春，浦建开，陈稀亮，王泰真，
申请(专利权)人：中国航空无线电电子研究所，
类型：发明
国别省市：
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