用于航電集成測試的仿真規范研究

摘 要:航空電子已經發展到高度集成階段，要對高度集成的航空電子設備進行驗證和測試，同時符合航空領域的V字設計流程規范，必須使用大量的仿真模型。而不同廠商的模型要集成于同一平臺，必然要遵循統一的仿真規范，本文對基于航電集成測試的仿真規范進行了研究。探討了用于航電集成的仿真模型類型，通用模型的輸入、輸出接口，著重研究了仿真模型的各種仿真狀態。各個廠商依據此規范建立的仿真模型可集成在航電仿真平臺，用于航電設備的集成測試。

關鍵詞:航空電子仿真規范仿真模型類型仿真模型特性仿真模型狀態

中圖分類號:tp1文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)08(a)-0016-02

航空電子技術得到了日新月異的發展，航空電子設備越來越趨向于小型化、集成化，大大降低了設備的重量并提高了設備性能，但對于集成設備的測試也趨于復雜。這便需要建立不同系統的模型用于航電集成測試。由于V字型設計流程已經廣泛應用于航空領域，更需要在設計時便開發模型，做到驗證測試。不同設備的生產廠商只有遵從相同的建模規范，才能將模型集成于同一仿真平臺，用于航電集成測試。本文對用于航電集成測試的仿真規范進行了研究，包括用于航電集成的仿真模型種類、特性和狀態。

1 用于航電集成的仿真模型類型

1.1 系統/設備仿真模型

仿真飛機系統或者飛機設備的性能。模型的輸入、輸出信號與相關ICD(接口控制文件)中定義的系統/設備輸入、輸出信號相符合。

1.2 過程仿真模型

仿真一個物理過程的模型，例如飛機的氣動特性，客艙空氣分配，燃油分配等。此類模型的輸入、輸出是一些物理值。

1.3 環境模型

一個仿真SUT(被測系統)/UUT(被測設備)外部環境的仿真模型。環境模型包括過程仿真模型和系統/設備仿真模型，仿真被測飛機系統的環境包括與被測SUT/UUT通信的其它系統和其它物理過程，圖1。

2 用于航電集成的仿真模型特性

用于航電測試的通用仿真模型是基于幀的仿真模型。模型周期執行，在一個執行幀中，利用輸入和內部狀態計算出輸出。仿真的接口在圖2中說明。

a)功能輸入:模型每幀都要接收的數據失量。這是飛機的功能數據。如果仿真模型代表了ICD描述的飛機設備，這些與設備有關的輸入與ICD定義相符合。

b)功能輸出:模型每幀都要發出的數據失量。這是飛機的功能數據。如果仿真模型代表了ICD描述的飛機設備，這些與設備有關的輸出與ICD定義相符合。

c)控制輸入:用來控制仿真模型的執行(開始，停止，重啟等)。

d)狀態輸出:用來向環境模型報告執行的狀態(狀態，幀號等)。

e)可調參數:仿真模型的構型或初始化參數，在初始階段由環境提供給模型。

f)狀態變量:仿真模型的內部狀態參數，這些參數在一些狀態被存儲，在重啟模型時，模型可進入這個狀態。

仿真模型必須具備這些通用的輸入、輸出接口，再進一步確定了ICD(接口控制文件)和其它輸入、輸出的格式后，主仿真程序可以對各個仿真模型進行控制，達到模型的集成。

3 用于航電集成的仿真模型狀態

一個仿真模型必須支持多種通用狀態，這些狀態獨立于仿真過程和設備。仿真環境或平臺(在仿真平臺中重啟仿真模型)可控制狀態之間的轉換，錯誤或者進程終止等仿真模型的內部事件也可以控制狀態之間的轉換(比如初始化過程)，圖3。

下面詳細描述了在不同狀態下仿真模型的含義和特性。

3.2.1 開始狀態

開始狀態是仿真模型的初始狀態，在仿真模型運行時觸發。在這個狀態，仿真模型僅僅監控控制輸入和設置狀態輸出，不執行功能代碼。

這個狀態模型僅僅接收下載指令，將模型推進到下載狀態。

3.2.2 下載狀態

在下載狀態，仿真模型運行初始化之前操作，這個狀態模型將進行如下一些操作:a)獲取可調輸入;b)下載構型文件，仿真詳細數據文件(要下載的文件名將通過可調輸入進入模型);c)建立網絡連接(socket，pipe等);d)打開輸出文件;e)分配內存。這個狀態運行的特性是:這些操作只運行一次并且不在實時模式下運行。只有在下載狀態可讀取可調輸入。下載狀態下沒有指令輸出，當所需的下載操作結束，狀態自動進入空閑狀態。

3.2.3 空閑狀態

在空閑狀態，仿真模型僅僅監控控制輸入同時設置狀態輸出，不執行功能代碼。仿真模型是實時模式，因此必須滿足時間約束。這個階段的唯一輸出指令是初始化指令，它將仿真模型推進到初始化狀態。

3.2.4 初始狀態

在初始狀態，仿真模型必須初始內部變量到一個已知狀態。a)初始狀態依據下載階段讀入的數據和可調輸入;b)初始狀態將依據先前的運行結果(比如內部變量);c)初始狀態依據功能輸入。這個狀態的目的是滿足仿真模型的可重復性。這意味著，當輸入一致的情況下，通過初始狀態模型的初始結果將唯一。這個狀態沒有輸出指令。如果初始結束，狀態將自動轉入初始化狀態。

3.2.5 初始化狀態

在初始化狀態，仿真模型僅僅監控控制輸入同時設置狀態輸出，不執行功能代碼。仿真模型是實時模式，因此必須滿足時間約束。這個階段的唯一輸出指令是設置指令，它將仿真模型推進到設置狀態。

3.2.6 設置狀態

在設置狀態，模型工作點的穩定性要完成。在這個狀態，利用功能輸入和潛在的狀態輸入計算輸出狀態。這個狀態是自動轉化的，當設置狀態結束時(比如模型已經穩定)，進入準備狀態。

3.2.7 準備狀態

在準備狀態，仿真模型僅僅監控控制輸入同時設置狀態輸出，不執行功能代碼。仿真模型是實時模式，因此必須滿足時間約束。這個階段有如下輸出指令:a)運行:轉入運行狀態b)設置:轉入設置狀態并開始設置程序c)初始:轉入初始狀態并開始初始程序

3.2.8 運行狀態

這是一個主運行狀態，在這個狀態仿真模型周期的運行功能代碼，依據輸入和時間計算出輸出。這個狀態有如下輸出指令:a)停止:轉入準備狀態b)保持:轉入保持狀態。

3.2.9 保持狀態

在保持狀態，仿真模型的運轉和運行狀態一致，但全部停止。這種凍結包括飛機的運動狀態，比如燃油消耗量。在保持狀態，仿真模型的運轉依據仿真平臺的輸入指令。

3.2.10 最終狀態

當撤銷操作執行完畢后，到達最終狀態。

仿真模型必須具備這些仿真狀態，并依據先前的描述在這幾種仿真狀態之間轉換，同時可以與仿真平臺交互數據。主仿真程序可以依據這些狀態對仿真模型進行控制，并監控各個仿真模型的狀態。

4 結語

隨著航空運輸業的發展及科學技術的進步，小型化、集成化的航電設備必將成為航空電子技術發展的趨勢。對于集成的航電設備進行測試，必然要建立統一的模型規范。本文研究了用于航電集成測試模型的種類、特性和狀態。各廠商需要以此建立仿真模型運行于航電仿真平臺。

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