一、应用背景

在高端装备智能化浪潮中，从无人飞行器到工业自动化系统，其核心性能日益依赖于复杂嵌入式控制架构的可靠性、安全性与韧性。这些系统在真实工况下的容错能力，直接决定了任务成败、资产安全乃至公共安全。

以长航时无人机系统为例，其飞控系统需持续处理来自多源传感器（如IMU、GPS、空速管）的数据流，并通过多路总线进行信息交联。若在复杂电磁环境或极端气候条件下，关键导航链路中出现瞬时性数据丢帧、总线电平异常或传感器共模失效等故障，飞控算法能否在毫秒级时间内进行故障诊断与隔离？能否依据预设的余度管理策略，实现无扰切换至备份通道，保障飞行姿态的持续稳定？

这一问题的本质，是对系统故障模式覆盖度与动态响应机制的严峻考验。传统测试方法难以在实验室环境中精准、可重复地模拟上述嵌入式链路中的特定故障场景，从而无法有效验证系统在边界条件下的鲁棒性。为此，故障注入技术已从辅助性的验证手段，演进为高可靠性系统研制流程中不可或缺的一环。它主要针对各类信号链路进行故障模拟，能够精准复现上述传感器矛盾、总线断路、信号短路等成百上千种故障场景，从而全面评估系统的故障检测、隔离与恢复能力，为无人系统、航空、航天等安全苛求领域的研发提供了至关重要的验证基石。

二、解决方案

为满足某单位对飞控系统极端故障场景测试的需求，我们提供了一套集硬件注入、软件管理、多协议支持于一体的故障注入系统，旨在为用户关键系统提供全面、精准、可重复的故障测试解决方案。

系统主要由管理控制计算机、实时仿真机、故障注入设备及相关软件组成。管理控制计算机具备权限管理、故障模式配置、通信管理和自检等功能，并通过以太网对故障注入设备进行控制，故障注入软件运行于管理控制计算机，可实现各类系统接口的故障模拟功能，并以串联方式将故障注入到客户待测设备。

故障注入系统中的各个设备，与被测系统独立，以串行方式接入到被测系统的传输路径中，无需故障环境下，信号可正常通过,故障模式下，可实现物理层、电气层和协议层的故障注入。

多种协议支持：支持ARINC 429，RS422、RS485、CAN、模拟量、ETH总线等故障模拟与注入功能。

全层级故障注入能力：支持物理层（断路/短路/阻抗/容抗）、电气层（共差模调节/斜率控制/噪声叠加）、协议层（起始位/数据位/校验位篡改）的故障注入，覆盖从信号完整性到通信协议的全链路异常模拟。

智能状态机管理与无缝切换：基于FPGA的多层状态机设计，确保故障注入过程中各层级状态平滑切换，避免中间态干扰，保障测试过程的可控性与重复性。

实时性强：集成高性能实时仿真机作为‘动态决策中枢’，具备微秒级响应的硬实时能力，确保故障注入时序与系统响应高度同步，实现故障注入与系统响应的闭环测试，极大提升测试的准确性和可靠性”。

注入与响应联动：支持基于模型状态的实时故障触发，可模拟系统运行中突发的异常状况，实现“故障-响应-记录”全流程自动化。

四、应用价值

故障模拟环境系统不仅是一套测试设备，更是面向未来复杂系统可靠性工程的战略工具。我们致力于通过持续的技术迭代与行业深耕，为更多用户提供“用得放心、测得精准”的故障测试解决方案，助力中国智造迈向更高可靠性时代。