综合式航电系统基于半物理仿真的故障注入方法研究
崔启东，汤郡郡
（国营芜湖机械厂，安徽芜湖241007）
摘要：综合式航电系统承载着飞机显示控制、通信导航、信息感知、航路规划、火控攻击等飞机绝大多数任务，是决定飞机任务执行效能的重要因素。根据对综合式航电系统功能组成及特点分析，介绍了综合式航电系统子系统半物理仿真实现方案及软硬件构成，分析了常见故障注入方式及其特点，提出了基于半物理仿真的故障注入方法及流程，最后通过试验证明了基于半物理仿真的故障注入方法对于综合式航电系统复杂交联故障地面复现与模拟的有效性及意义。
关键词：航电系统；故障模式；半物理仿真；故障注入
中图分类号：V24文献标识码：A文章编号：2096-9759（2023）07-0077-04
Fault Injection Method Based on HILS for Integrated Avionics System
CUI Qidong,TANG Junjun
(Stated-owned Wuhu Machinery Factory,Wuhu241007,China)
Abstract：The integrated avionics system carries most of the combat tasks of fighter aircraft,such as display control,communi-cation and navigation,information perception,electronic countermeasures,tactical management,fire control attack,and is an important factor determining the combat effectiveness of fighter aircraft.According to the analysis of the functional composition of integrated avionics system,the implementation scheme of semi-physical simulation of avionics system is introduced,the com-mon fault injection methods are analyzed,and then the fault injection method based on semi-physical simulation is proposed. Finally,the effectiveness and significance of the fault injection method based on semi-physical simulation for the ground recur-rence and simulation of complex cross-linked faults of integrated avionics system are proved through experiments. Keywords:avionics system;failure mode;semi-physical simulation;fault injectio
1引言
随着电子技术的不断进步，航电系统已经成为飞机最为关键的组成部分，其性能决定了作战任务能否顺利完成。随着航电系统从分立式、联合式发展到综合式、高度综合式的迭代更新，其综合化、模块化、集成化程度不断提升。如某型飞机综合式航电系统由显控分系统、雷达分系统、数据管理分系统、惯性导航分系统、大气数据分系统、嵌入式训练分系统等十余个分系统构成，兼具显示控制、导航通信、航路管理、信息感知、航路规划、火控攻击等功能于一体，其内部分系统之间、分系统内设备之间交联关
系故障，且航电系统作为作战任务系统，其使用频次高、故障发生概率大，且往往故障定位难度较大，这个综合式航电系统的安全性及可靠性带来了威胁。为了提前发现故障、
注入
快
图4不同模型的皮肤病理标本检测结果
4结语
为解决皮肤病理标本小目标检测困难的问题，本文使用
辅助网络和注意力机制的方式增强对标本的区域特征提取。
实验结果表明，相较基础网络模型，改进后的皮肤病理标本检
测算法在检测精度上有不错的提升。但是，当采集到的图像
中具有更多的皮肤病理标本，标本所占像素进一步减少时，本
文的方法仍有提升的空间。
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收稿日期：2023-04-06
作者简介：崔启东（1990-），男，安徽芜湖人，研究生，硕士，主要研究方向：航电系统测试技术；汤郡郡（1989-），女，安徽芜湖人，研究生，硕士，主要研究方向：惯性导航与组合导航。
2023年第07期
（总第247期
）
速定位解决故障，提高综合式航电系统质量，结合综合式航电系
统地面集成试验开展故障注入与模拟技术研究显得尤为重要。
现阶段，故障注入技术在综合式航电系统上的应用主要集中在设计、功能验证阶段，且主要针对某个分系统或者设备进行故障注入，如文献1对通信导航分系统软件故障注入方法进行了研究，文献2构建了一套以硬件故障注入为基础的惯导计算机测试性验证评估系统，这些研究一方面对象及故障注入方式比较单一，另一方面应用主要侧重在设计、功能验证阶段，缺少结合分系统故障复现与模拟对航电系统整体进行故障注入相关的研究，因此针对综合式航电系统开展基于半物理仿真的故障注入技术研究来辅助地面故障复现与模拟就显得尤为重要。
2航电分系统半物理仿真实现
系统仿真技术通常可以分为数学仿真、半物理仿真以及全物理仿真3中类型，其中半物理仿真又称为半实物仿真或硬件在回路仿真，是指将被仿真系统的一部分以实物的方式引入仿真回路，另一部分用数学模型来描述，并将其转化为仿真计算模型，借助于物理效应模型，实现数学仿真与实物系统的联合仿真。实际综合式航电系统地面试验时，由于系统复杂涉及的子系统较多，常出现子系统交付无法满足系
统调试的情况，因此，研究航电系统各子系统半物理仿真实现，不仅可以保障综合式航电系统系统级调试，还给故障注入及模拟提供更全面的测试条件，更合理的试验部署。
本文所搭建的综合航电仿真系统，主要应用于支持综合式航空电子系统的地面试验验证工作，同时还具备一定的战术环境以及故障仿真能力，其原理框图如图1所示，具有综合式航电系统子系统的仿真器和完整的硬件I/O 接口，能够实现与航电分系统真实设备之间的功能替换，当试验环境中某个分系统或子部件不齐全时，可以利用仿真软件替代相应产品，配合完成测试脚本中的测试项目。综合航电仿真系统硬件配置主要包括：单板计算机、FC 系列仿真卡、单通道GJB289A 接口卡、双通道GJB289A 接口卡、四通道GJB289A 接口卡及A661解码器，实现航电各分系统FC 接口功能模拟、GJB289A 接口功能模拟等；其软件配置项如图2所示，具备17个软件配置项，实现各分系统具体作战功能模拟等。
综合航电仿真系统通过1553B 总线及FC 光纤总线与综合式航电系统核心部件综合任务处理机相连接，具备综合式航电系统中光电探测设备分系统仿真、雷达系统仿真、大气与极限数据分系统仿真、通信导航与识别分系统仿真、惯性导航分系统仿真等功能，以惯导仿真模块为例，其控制模式、参数计算量、导航参数计算模型等与真实惯导一致，能够模拟惯导的功能、工作方式、工作逻辑、时序、总线接口等特性，由实时网接收飞行数据，通过GJB289A 总线接收系统控制命令及装订数据，经计算仿真输出飞机的飞行数据，同时装订飞行计划完成导航
计算。
图1半物理仿真平台原理框
图图4基于采集终端的故障注入
崔启东等：综合式航电系统基于半物理仿真的故障注入方法研究
Changjiang Information &Communications
基于软件的故障注入技术是指从可编辑测试脚本或者程序从系统应用层入手，通过修改脚本或者测序中的条件、参数，实现故障注入。这种故障注入方法更为灵活，比较容易实现，相对来说应用成本较低，最重要的是对被注入对象的硬件没有损坏
。
图9惯导异常入网故障注入点
按照测试脚本运行，在惯导上电成功，但未按压“惯导1启动”“惯导2启动”状态下，实施故障注入，系统多功能显示器健康画面应显示如图10画面，“惯导”不再灰白显示，表示
惯导已入网，表示故障注入成功
。
图10故障注入示意图
5.3基于总线的故障注入案例
以某型惯性导航分系统“位置偏差大”故障故障，分析该故障产生原因，可能为模拟的卫星经纬度信息与纯惯导解算得出的经纬度位置信息偏差较大导致，因此可通过卫星导航模拟器采用基于软件的故障注入技术实现。通过卫星导航模拟器可编辑脚本，调整经纬度信息，使之与当前惯性导航分系统输出经纬度信息误差足够大，如图11所示
：
图11位置偏差大故障注入点
按照测试脚本运行，在惯导正常导航状态下，系统多功能显示器惯导画面显示如图12画面，报“惯导2与卫星位置偏差大”，表示故障注入成功
。
图12
故障注入示意图
6结语
本文从综合式航电系统功能组成及特点分析出发，强调
了研究基于半物理仿真的故障注入技术对于综合式航电系统地面集成试验过程中故障注入与模拟的重要性；介绍了半物理仿真以及综合航电仿真系统的软硬件构成，并以惯导仿真模块为例介绍了半物理仿真实现原理；分析了基于总线的故障注入、基于采集终端的故障注入及基于软件的故障注入技术及其特点，并结合故障注入模式选择、试验部署等详细梳理了基于半物理仿真的故障注入流程；最后通过三个典型案例证明了基于半物理仿真的故障注入方法对于综合式航电系统复杂交联故障地面复现与模拟的有效性及意义。参考文献：
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