航电半物理测试实现高精度仿真验证与全流程测试能力的方法

航电半物理测试是一种将实际硬件与计算机仿真模型相结合的测试方法，它通过模拟真实的飞行环境和条件，使工程师能够在地面上对航空电子系统进行验证和测试，以确保系统在实际飞行中的性能和可靠性。这种方法允许对系统进行故障注入、环境适应性测试、总线通信测试、系统集成验证、电磁兼容测试等，以提前发现潜在问题，提高系统的安全性和可靠性。

航电半物理测试的历史可以追溯到仿真技术的发展，这一技术随着计算机技术的进步而逐渐形成。最初，仿真 主要应用于航空、航天等少数领域。半物理仿真，也称为硬件在回路仿真（Hardware in the Loop Simulation, HILS），是将部分产品实物引入到仿真回路的一种仿真技术。在半物理仿真过程中，部分数学模型精度较高的部分或者难以用实物替代的部分，用数学模型在计算机运行；部分实物或物理模型直接引入到仿真回路，从而提高仿真的置信水平。

随着系统理论、计算机技术、图形技术和建模技术的发展，仿真技术得到了快速发展。半物理仿真在各种仿真系统中的置信度最高，具有有效性、可重复性、经济性、安全性等诸多优点，受到军事和民用各部门的高度重视。半物理仿真的逼真度取决于接入的实物部件的多寡、仿真计算机的速度、精度和功能，转台和各目标模拟器的性能，通常对三轴机械转台的要求是精度高、转动范围大、动态响应快和框架布置不妨碍光学敏感器的视场。

半物理仿真技术的发展，为航空电子系统的测试和验证提供了重要的手段，使得在地面上就能够对航电系统进行验证和测试，以确保其在实际飞行中的性能和可靠性。这种测试方法允许对系统进行故障注入、环境适应性测试、总线通信测试、系统集成验证、电磁兼容测试等，以提前发现潜在问题，提高系统的安全性和可靠性。随着技术的进步，半物理仿真技术在航电系统中的应用越来越广泛，成为现代高技术的代表之一。

为借助半物理技术更好地服务航空用户，助力航空行业数字化转型。世冠科技推出以GCAir平台为主的系统设计工具链，以航空电子系统为研究对象构建出了一套完整的半物理系统设计架构，如下图所示：

GCAir平台实现了实际控制器与虚拟模型的实时联合仿真，让实际控制器在仿真环境中运行，以验证其性能和可靠性。系统支持多个虚拟模型与实际控制器协同工作，模拟多种场景和情况，从而全面测试控制器的各种响应。为实现实际控制器与虚拟模型之间的通信，系统使用总线板卡进行数据传输和交换，确保仿真的真实性和准确性。

在GCAir平台进行航电半物理测试的显著优势：

• 成本和资源节约：相比于全实物测试，GCAir平台可以减少对实际硬件的依赖，节约成本，同时提高测试的灵活性和可重复性。

  
  

• 实时性能测试：分析实时仿真计算机系统的组建，并对其实时性能进行测试，确保系统在实际使用中的响应速度和处理能力。

• 故障注入和分析：可以有效地进行故障注入，模拟各种故障情况，以测试系统的故障检测和处理能力，这对于提高系统的安全性和可靠性至关重要。

  
  

• 系统集成验证：支持从快速原型验证到半实物仿真、系统级测试验证的全生命周期解决方案，适用于飞控、机电、发动机、航电等产品的测试。

  
  

• 时间同步和精度：能够保证时间精度和同步，解决时间精度、时间同步、累积时间误差等关键问题，这对于需要精确时序的航电系统尤为重要。

  
  

• 提高测试效率：支持批量仿真，实现模型参数自动修正，支持基于用例的自动化测试，从而提高测试效率。

• 动态交联和闭环测试：通过硬件系统激励、实时仿真系统、真实飞机环境三者测试环境的闭环交联，为飞机航电系统测试提供各种有效途径，接近于外场试验。

• 支持复杂场景模拟：能够模拟复杂的飞行场景和环境，包括大气条件、飞行动力学等，为航电系统提供全面的测试条件。