通過 硬件 在 環 （HIL） 仿真 測試， 工程 師 能夠 經濟 高效 地 測試 飛機 組 件， 如 電子 控制 單元 （ECU） 和 線路 可 更換 單元 （LRU）， 在 復雜 的 場景 中 運行 這些 組 件。

HIL 仿真 在 汽車 工業 中 廣為人知， 使 工程 師 能夠 通過 仿真 真實 場景 來 測試 嵌入式 系統。“HIL 正在 將 硬件 系統 投入 到 控制 或 測量 循環 中， 以 仿真 或 補充 您 可能 從 真實 世界 的 零件 獲得 的 行為， ”位于 德克薩斯 州 達 拉斯 的 測試 和 測量 自動 化 公司G Systems的 工程 副總裁 Dave Baker 說。

成本和功能因素會影響系統的任何設計和開發階段：“HIL測試非常寶貴，因為它允許以很高的保真度進行這些危險或困難的測試，從而節省成本并提高安全性和可靠性，”自動化測試、數據采集和控制系統制造商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實世界中測試他們的產品，但他們根本不可能在所有條件下都鍛煉它們。

該技術 的 可 擴展 性 和 成熟 性 使 航天 和 國防 公司 能夠 使用 HIL 仿真 來 測試 RF 信號。“有人將HIL與RF信號一起使用，這是非常革命性的，”德克薩斯州奧斯汀的NI測試系統高級產品經理Adam Foster說。“HIL 對于航空航天和國防來說是一件大事。它允許他們在復雜情況下處理更多極端情況。

HIL 使 部件 “受 與 真實 世界 中 的 信號 和 條件 類似 的 信號 和 條件。這些信號由現實世界的模型控制，這些模型在實時測試環境中運行，“Eccles說。然后，該部分“產生反饋到這些模型的信號，并形成一個完整的循環。結果是，飛行控制、系統計算機、發動機控制或任何“認為”它快樂地飛行或滾動的東西，即使它被卡在實驗室某個地方的架子上。

信號測試

HIL 仿真測試在雷達應用中進行共存信號研究時非常有用。對于信號發生器和頻譜分析儀，“共存的硬件在環研究的重要元素之一是能夠產生雷達回波，”McCarthy說。工程師可以“使用雷達回波發生器建立基準測試。您可以將其放置在跑道上的固定位置，雷達的下方范圍，在不同振幅下使用“X”數量的信號。然后，當你引入干擾信號時，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。在這一點上，他說，“你可以開始測試雷達的抗擾度了。

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

McCarthy說，類似的技術已經在汽車行業中使用了幾年，用于在開發和制造環境中對雷達進行功能測試，并且僅在最近一兩年內才用于軍用雷達系統。“人們已經開始對雷達進行功能測試。

例如，對于軍用雷達，“你可以對雷達進行基準測試，并通過輸入不同的回波對雷達進行全面的功能性能驗證，”位于俄勒岡州比弗頓的羅德與施瓦茨美國公司A&D技術營銷經理Darren McCarthy說。“如果你的雷達能夠接收-120分貝毫瓦（dBm）的信號，你可以模擬十個目標的頻率、幅度和距離偏移，并有十個回波。

“每一步幾dB，然后你可以測試雷達的靈敏度或選擇性，因為你在某個信道或雷達的頻率偏移中引入共存網絡，例如LTE用戶設備，”他繼續說道。“通過改變頻率偏移和幅度，可以確定對雷達性能及其敏感性的完整評估。通過將共存信號物理移動到其他入射角，您可以充分表征雷達/天線組合，并為雷達提供性能指南。

一個問題是“雷達不符合任何標準，因此他們并沒有真正設定蜂窩網絡在頻率上有多近并且不影響雷達的指導方針，”麥卡錫繼續說道。

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

對飛機使用 HIL 測試

對于薩博航空航天公司的鷹獅戰斗機等機載平臺，工程師使用NI的HIL仿真技術對其LRU進行集成測試。“薩博航空航天公司專注于HIL仿真，以幫助降低成本。飛機仿真可以使用物理模型和信號處理來完成。它不是所有的軟件，但它確實需要一些硬件功能，“福斯特說。“有一定的安全因素;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試覆蓋率。

可以放置飛機的一些模擬可能是，例如，“如果你的飛機有發動機故障，你需要能夠模擬ECU或LRU在這些情況下的行為，”Foster繼續說道。“HIL 可以 讓 您 模擬 這些 內容， 而 不必 為 它 做 所有 的 物理 測試。因此，您不必構建原型并配備駕駛它的人，并強迫他們進行俯沖或炸毀其中一個引擎。

從本質上講，“HIL欺騙LRU，ECU或機載控制單元，使其認為它實際上是在飛行，因此它需要大量復雜的儀器來發送刺激信號，因為它將從物理模型記錄或確定，或者從經驗數據記錄，”他說。

福斯特解釋說，測試飛機需要工程師了解飛機的每一個細節，從機翼由什么類型的材料制成，到飛機的飛行速度，再到濕度下的風況。“所有這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行它，同時記錄數據。

隨著軟件變得越來越普遍，“硬件在環的微觀趨勢將是我們將一切數字化，當我們從機械控制轉向電子控制時，你有能力測試它并繼續從中擠出成本。一直以來，您都在創建物理模型并運行模擬，從而在模擬和真實之間為您提供非常可靠的結果，“他補充道。

信號共存和尋找共同點

推動行業進行HIL仿真測試的不僅僅是成本和功能。頻譜繼續在軍事領域之外出售;McCarthy解釋說，由于同一頻譜內信號的共存，它使該行業“在通信系統的同時研究共存研究和與雷達的互操作信號”。

將更多 通用 性 引入 整個 行業 的 測試 系統 將 幫助 全面 制定 標準。他說，隨著軍方采用LTE技術，需要完成標準并由工作組完成功能添加。“你需要對頻譜的共存和分配進行頻譜研究，出售頻譜，但你還需要制定互操作性政策。

一個理想的測試和測量行業應該“具有相同的架構和基本平臺設計，”Baker指出。“例如，我們可能有一個I/O映射或互連系統，并且該I / O映射將在六個不同的測試系統之間共享。盡管這六個系統都不使用相同的地圖，但我們會在該測試系統中保留常見的位置。你可以復制很多次，并且仍然支持這六篇測試文章中的任何一篇。

審核編輯：郭婷