凯云科技：嵌入式系统HIL仿真测试与半实物仿真解决方案

典型案例

航空航天：凯云打造国产自主可控软件平台 + 国产硬件生态 + 仿真模型三位一体半实物仿真测试方案，对标国外技术，全国产可控、高实时高保真，覆盖全电子系统，支撑快速原型、硬件在环及系统集成验证，满足全层级测试需求，降本控险，为适航认证提供可靠数据支撑

兵器船舶：覆盖高速总线、嵌入式监控、电力推进、光电导航等场景，支持接口测试、故障注入、实时仿真与自动化验证，兼容国产软硬件平台，为装备研制、集成验证与外场维保提供高可靠、高实时的测试支撑，保障装备安全与性能达标。

3.通信电子：提供全国产化嵌入式系统测试与半实物仿真解决方案，覆盖高速总线、串行接口、多协议通信等场景，支持接口测试、信号模拟、实时仿真与自动化验证，兼容国产软硬件平台，为装备研发、集成验证与维保提供高可靠测试支撑。

4.教育科研：面向航空航天、自动化、电气工程、车辆工程、人工智能等专业，提供小型化、原型化、标准化解决方案，可实现关键技术及验证（如电机控制系统、飞控系统、发动机控制系统、汽车电气系统等）

测评服务：我们拥有 CNAS/DILAC 认可的专业软件测评中心，面向航空、航天、船舶、兵器、电子及工业控制等领域，提供权威第三方软件测评服务。我们依据国标与行业规范，开展嵌入式软件、应用软件的功能、性能、接口、安全性等全面测试，出具合规认证报告，助力产品定型、适航认证与项目验收，严控质量风险、提升装备可靠性。

6.汽车及轨道交通：我为可为整车厂和供应商提供涵盖整个汽车制造流程的仿真测试与验证服务，涵盖：车辆动力学/电控仿真测试、底盘仿真测试、整车模拟、动力总成仿真测试、三电系统仿真测试系统、自动驾驶（AD）和高级辅助驾驶等。

飞控系统半实物实时仿真测试

研制背景

现代航空电子与控制系统是一个基于“感知-决策-控制-执行”逻辑分层智能系统。感知层（INS、GNSS、ADS、无线电导航）持续采集飞机状态与外界环境数据。规划与显示层的核心：飞行管理计算机，作为大脑，处理信息并生成优化的飞行计划，通过显示系统与飞行员交互。决策与控制层的飞行控制计算机则像神经中枢，将指令转化为具体的舵面控制命令，由飞行员或自动驾驶仪执行。最终，动力系统（发动机、燃油控制）、环境控制系统、电力系统等提供了全面动力与保障，并由飞机健康管理系统全程监控。整个系统通过高速数据总线交联，正向着深度综合化与高度智能化演进，是飞机实现安全、高效自动飞行的核心，也是进行系统设计与测试的基石。

飞控计算机原理

飞控计算机是飞行控制的核心处理器。它实时接收来自传感器（如IMU、GPS、大气数据）的状态信息，并依据预设的控制律进行计算，生成精确的控制指令。随后，这些指令被发送至作动控制器，驱动各个舵面（如副翼、升降舵、方向舵）的作动器，从而控制飞机的姿态与航迹。整个过程形成一个高速闭环：飞控计算机不断比较实际飞行状态与期望指令（来自飞行计划或飞行员输入），通过计算差值并输出纠正信号，实现对飞机的稳定、精确操控，其核心原理是基于反馈的自动控制。

飞控计算机研制过程中，半实物仿真是必不可少的甚至是唯一有效的测试验证手段，它对提高飞控系统设计质量，降低研制成本，缩短研制周期等具有机器重要的作用。据统计，半实物仿真技术可缩短研制周期20%-40%，节约定型试验样本数10%-30%，减少试验次数50%-80%，缩短联调时间40%-60%。

飞控半实物仿真是现代航空研发的安全基石与效率核心。它在实验室中将真实的飞控硬件接入高保真的虚拟飞行环境，构成闭环测试。其首要价值在于绝对安全：可无风险地反复测试传感器失效、舵面卡阻等数百种故障，以及失速、尾旋等危险飞行状态，彻底验证系统的安全边界和保护逻辑。经济上，它能大幅降低成本和周期，将大量缺陷在地面解决，节省数千万美元。同时，它是满足最高适航标准的强制性验证环节，为安全性认证提供关键证据链。随着飞机系统日益复杂，它更是驾驭IMA航电、电传飞控等新技术的唯一可靠手段，确保复杂交互的可靠性。从本质上讲，半实物仿真是连接虚拟设计与真实飞行之间不可替代的质量关口与信任桥梁。

鉴于飞控半实物仿真系统的重要作用，研华联合凯云科技推出了半实物仿真测试系统，覆盖军工、民航和低空行业的飞控计算机半实物仿真测试需求。具有功能强大、配置灵活、强实时性和高稳定性的特点，已在多个场合长周期稳定运行。

系统可支撑的业务功能

飞控半实物仿真测试系统是现代航空工业的核心测试验证手段，它贯穿于飞机从设计、集成、验证到运营维护的全生命周期，支撑着多维度、多层级的关键业务功能。 ① 研发设计阶段 控制律快速原型与验证：算法下载至控制器或RCP，快速迭代和优化算法。 系统架构权衡分析：对比不同余度方案、总线架构的性能与可靠性。 实时性分析与优化：验证任务调度时序，确保关键控制回路的确定性与时效性。 ② 集成验证阶段 硬件接口与协议验证：基于航电总线的接口集成测试，验证系统功能。 系统集成故障注入：模拟总线错误、电气故障、电源扰动等异常工况。 人机交互验证：结合“驾驶员在环”，验证告警逻辑、显示信息和操纵感受。 ③ 系统认证与适航符合性 在系统认证维度，半实物仿真测试系统是依据 ARP4754A（航空器与系统开发指南）和ARP4761（安全性评估方法指南）实现系统级集成验证与安全性评估的核心平台。它在实验室环境中完成系统功能集成测试和故障模式验证，为系统设计保证和安全性评估结论提供关键证据。 在适航认证维度，HIL是支撑证明符合CCAR/FAR/CS 25.1309（设备、系统及安装）等安全性条款以及DO-178C（机载软件）与DO-254（机载硬件）符合性要求的关键工具。它通过可审计的测试，生成验证系统在正常及故障条件下安全性的客观数据，为局方审查和最终颁发型号合格证提供必需的符合性证据。 ④ 运营与维护支持 故障树分析验证：注入特定故障组合，验证维护手册中的故障隔离程序。 预培训与程序验证：为试飞员和工程师提供高保真培训，预演高风险试飞科目。 在役问题调查：精准复现航空公司报告的空中异常事件，定位根本原因。

系统技术优势

凯云自主研发的飞控半实物仿真测试平台，具有如下技术优势： 专业性：软硬件+模型的完整解决方案，丰富项目案例，虚实切换 扩展性：基于ETest/SimuRTS的软硬件生态和扩展能力，单机/分布式部署 国产化：支持国产OS+信创硬件，全自主研发

系统技术特点

总体功能包括： （1）支持simulink环境下的飞行动力学仿真模型搭建； （2）支持多旋翼、固定翼等小型无人机飞控系统设计验证； （3）支持飞控快速控制原型设计； （4）能够模拟飞行器姿态，激励真实陀螺仪的三轴陀螺输出； （5）支持三维视景显示软件FlightGear下的三维可视化仿真，能够演示飞行器姿态、位置动态变化及与参照物的相对运动关系，能够直观、形象的显示仿真过程； （6）支持仿真模型的编译、下载、运行； （7）支持仿真过程中的在线调参和实时监控。 （8）支持硬件接口扩展，可集成多飞控实验箱，实现编队模型系统验证。 （9）支持飞行控制指令的实时响应自动化测试和故障注入测试。 （10）可实现从飞控算法、飞行器动力学模型以及姿态模拟验证到实际飞控与转台的联合测试。 （11）能够通过控制三轴转台动态模拟无人机三轴姿态，激励pixhawk飞控板载的指令信号输出

应用领域

（1）无人机研发与测试 功能验证：模拟风干扰、力矩扰动等条件，测试飞控系统在起降、航线跟踪等模态下的稳定性。 故障注入测试：验证传感器失效（如陀螺仪故障）、通信中断时的容错控制能力，符合《多旋翼无人机飞行控制系统半实物仿真测试方法》团体标准要求。 集群协同仿真：支持多无人机编队控制算法的半实物验证，例如通过模拟通信延迟和定位误差评估协同任务可靠性。 （2）航空航天飞行器研发与测试 舰载机着舰模拟：复现甲板运动、舰尾流等复杂环境，验证着舰引导与控制律的鲁棒性。 火箭飞控测试：在半实物平台上进行动态特性仿真、偏差适应性分析，支撑可重复使用火箭的快速迭代开发。 （3）教学与科研 高校实验室：如某航空学院实验室配备无人机飞控半实物平台，用于学生开展飞控算法设计、硬件调试等实践课程。 科研创新：支持变构型飞行器、高超声速飞行器等前沿课题的控制律开发，例如通过半实物仿真验证跨域飞行时的主动流动调控效果。

航电系统通用测试环境

业务背景

航电系统是飞机的“神经中枢”，涵盖通信、导航、显示、控制等多个电子子系统，其技术水平直接决定了飞机的性能上限。从民用客机的安全高效运营到军用战机的制空权争夺，航电系统均发挥着关键作用。当前，航电系统正沿着综合化、模块化、通用化与智能化的方向深入演进。在飞机设计、制造、运行的全生命周期内，对航电系统实施全面且充分的测试、验证与检测，不仅是确保其符合相关规范及技术标准的必要手段，更是夯实飞行器系统功能性能的核心基础。 在航电系统的集成过程中，各个子系统之间信息交互复杂，需要通过协同工作实现系统的功能性能指标。为更好地验证系统集成过程中的系统状态，需要在贴近实际系统架构的环境下，对系统级功能、系统级性能进行验证，快速发现和定位系统集成问题，同时为航电系统提供相关标准、规范认可的测试验证数据。 为满足不同型号航电系统在不同研制阶段的测试验证需求，我司推出了航电系统通用测试验证环境（下文称“测试验证环境”）解决方案。

解决方案

测试验证环境的总体功能为：

1.基于半实物仿真理念，通过模拟不在位的航电设备以及与航电系统的交联设备/系统，构建完整的航电系统架构，实现对航电系统的测试验证；

2.能够基于任务场景实现多种类型信号的激励和采集，支持ARINC664、ARINC429、ARINC825、ARINC818、FC-AE-ASM、RS232/422/485、1553B、1394B、模拟量、离散量等信号类型；

3.具备ICD管理功能，能够快速适应航电系统研发过程中ICD的升级迭代，能够基于ICD自动实现总线数据的解包和组包；

4.具备测试需求、测试用例管理功能，能够实现测试需求覆盖率的统计；

5.具备测试资源管理功能，能够根据测试需求增减测试资源，并对测试资源进行参数配置；

6.能够实现批量测试用例的自动化执行，并自动生成测试报告；

7.能够实现基于测试界面的交互式测试，并在界面上实时显示关键参数信息；

8.能够实现分布式测试，以满足大型系统跨空间测试需求；

9.能够根据测试场景，自动切换测试构型；

10.能够根据测试需求，自动实现配电管理。

功能架构

基于航电系统的测试验证需求，结合测试验证环境的软硬件构成，测试验证环境的功能架构设计如下。

1.实物设备层：主要包括被测设备/系统和陪测设备。被测设备、陪测设备与测试资源按照航电系统的实际连接关系构建系统架构，并在此架构下对被测设备/系统进行测试验证；

2.测试资源层：主要包括测试主控分系统、测试验证分系统、配线配电分系统，通过测试资源实现被测设备/系统与测试资源的交联，为实现测试构型切换、供电控制、测试验证管控提供必备的硬件资源。

3.系统管理层：在进行测试开发、测试执行、数据监控前进行必要的测试环境的创建、配置，包括需求管理、资源配置、ICD管理。

4.功能实现层：主要实现测试开发、测试执行、数据监控。

5.业务需求层：为测试验证环境最终要实现的业务目标，主要包括：系统级架构验证、系统级功能验证、系统级性能验证、快速发现和定位系统集成故障、提供相关标准规范认可的测试验证数据。

应用领域

测试验证系统适用于航电系统单机设备测试、航电系统集成验证，可实现设备、系统的功能性能测试，以及对设备、系统的故障进行快速定位。

应用案例

机载软件配置项综合测试与验证设备

系统综合仿真控制台

AHMU设备级集成验证平台

中央维护系统级综合验证环境

结冰探测器仿真验证平台