基于VAPSXT的民機顯示系統需求確認方法研究

摘要：民機的顯示系統一直在持續更新，為了能夠更加準確地對民機的航電顯示畫面進行需求確認，需要研發出仿真顯示系統，并且利用該系統來對顯示畫面進行評估，以此來確認開發的機載顯示畫面是否符合相關標準和飛行員的操作習慣。文章介紹了基于VAPSXT開發環境的航電系統的仿真顯示器開發，對航電顯示系統進行了需求確認。

關鍵詞：VAPSXT；民機；顯示系統；需求確認方法；圖形開發工具 文獻標識碼：A

中圖分類號：V221 文章編號：1009-2374（2015）30-0026-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.30.013

民機航電顯示系統目前進入了高集成度、高分辨率和大屏幕顯示系統來替代傳統的小儀表顯示的階段。為了更為準確地對顯示系統進行需求確認，需要有一套強大的圖形界面開發工具，在機載顯示軟件開發的初級階段進行仿真。本文概要地介紹了使用VAPSXT進行仿真顯示系統的開發。

1 航電顯示系統簡介

顯示系統是航電系統的重要部分，主要包括主飛行控制顯示、導航顯示、發動機告警顯示、多功能顯示和系統顯示以及對應的顯示控制板。一般對顯示系統的設計要求是可以將當前飛行條件、飛行導引、飛行控制、導航及飛機系統的狀況清晰完整地顯示給全體機組成員，并提供控制飛機所需信息，監控關于期望航跡的進程，具有一定的冗余能力。在所有正常和非正常的飛行狀況下，按照飛機的無差錯控制要求，信息顯示是準確、易辨認和可靠的，以成功完成飛行的所有基本功能。根據美國機動工程師協會關于運輸機駕駛艙內顯示器的設計、安裝和操作的推薦標準，各個顯示區域顯示應包含的內容如下：

主飛行控制顯示（PFD）主要顯示諸如姿態、空速/馬赫數、高度、垂直速度、航向、AFS狀況、雷達無線電高度、ILS偏差。

導航顯示（ND）主要顯示飛行計劃中側向和縱向的信息；導航信息（相對于輔助導航設備、FMS飛行計劃和地圖數據的飛機位置）、氣象雷達信息、監控信息。

發動機告警顯示（ED）主要顯示發動機信息及其主要參數、告警信息頁、限制和備忘信息頁、異常進程記錄頁。

多功能顯示（MFD）主要顯示飛行計劃、飛機位置、飛機性能；燃料/載荷信息頁；空中交通控制（ATC）信息、監視（SURV）信息、其他系統簡圖頁；為自動飛行系統（AFS）做備份的飛行控制單元（FCU）的數據。

系統顯示（SD）主要溫度、時間、貨倉壓力和飛機重量數據等；ATC信箱區；巡航信息；機艙氧氣系統顯示；輔助電源設備（APU）系統信息顯示頁。

2 VAPSXT概述

VAPSXT是一款基于PC的多功能高級軟件工具。幫助用戶快速完成航空電子設備的動態，交互式圖形界面的開發。可以讓用戶避免手工編程，只通過圖形界面點擊的方式來開發航電顯示仿真。目標可由內部或外部數據驅動。主要有以下特點：（1）基于PC的開發工具；（2）C++面向對象結構；（3）易于配置和使用；（4）既適合非程序員使用，也適合專家使用；（5）易于擴展的體系結構；（6）既適用于仿真應用，也適用于嵌入式應用。

VAPS XT開發同時也符合模塊化的程序設計，整個過程由四個部分組成：顯示畫面繪制、顯示邏輯設計、通信設計和代碼生成（集成編譯）。

3 基于VAPSXT航電顯示系統設計驗證方法

3.1 設計輸入資料整理

在進行設計驗證之前，首先需要對設計輸入資料進行整理，包括航空公司相關需求、相關設計支持文件（如ICD文檔、ARP4102標準、ARINC661標準）以及飛機設計規范。

3.2 設計方案建立

根據對設計輸入資料的進一步細化整理，初步確定航電顯示系統顯示區域的劃分、字符字體的格式大小定義、各顯示單元的顏色定義（對應國際標準色卡代碼）、各顯示單元邏輯及運動軌跡定義、輸入輸出接口定義、顯示控制板布局、顯示控制邏輯，從而確定一個初步設計方案。

3.3 基于VAPSXT設計開發仿真顯示系統

3.3.1 開發前準備。有了初步的設計方案，就能夠開始使用VAPSXT來開發顯示系統仿真模型。在正式對顯示畫面及邏輯模型進行開發之前，首先需要根據設計方案對部分屬性進行定義，主要包括：（1）顯示單位設定；（2）顯示顏色設定；（3）特殊圖元設定。

3.3.2 圖形界面設計。根據初步設計方案，設計人員首先需要劃分好每個顯示區域圖形界面的子對象，如PFD（主飛行顯示器）中可以分為空速/馬赫數帶、高度帶、垂直速度帶、儀表著陸系統顯示、飛行姿態航向顯示、雷達無線電高度顯示、自動飛行狀態顯示、飛機導航模式顯示等子對象。然后將每個子對象繪制成一個獨立的圖形對象，定義好圖形對象行為及屬性并進行歸類，最終將這些圖形對象整合成為一個完整的圖形

界面。

3.3.3 顯示邏輯設計。一般根據顯示系統的接口定義文檔對顯示邏輯進行設計。顯示邏輯包括顯示告警信息邏輯、簡圖頁邏輯、EFIS顯示邏輯以及中央維護系統的顯示邏輯。

顯示邏輯可以使用VAPSXT的內部狀態機或者內部轉換功能來對顯示邏輯進行編寫。通常使用VAPSXT提供的基于UML語言的狀態機來編寫顯示邏輯，根據系統/子系統所需要實現的功能來進行系統狀態的劃分，同時定義事件來觸發狀態轉換和響應。

顯示邏輯設計一般要考慮以下四個部分：

狀態：對系統進行的快照。在系統運行過程中，根據系統/子系統所實現的功能需求，進行系統狀態的劃分。

事件：觸發狀態轉換和響應的條件。通常各種事件都與界面上的操作進行關聯實現狀態的觸發，所有的觸發事件是由界面上的按鍵動作、旋鈕控制、時間定時或者內部邊界條件的跳轉產生。

轉換：不同狀態之間的遷移。此部分通過編輯窗實現，使用之前提到的VAPSXT中的邏輯功能，通過規范的表格形式進行編程，可以很容易地實現狀態的轉換。

響應：應用系統對事件的觸發或狀態轉換所做的相應的動作或行為。

3.3.4 通信設計。VAPSXT的通信主要分為內部通信和外部通信兩種情況。VAPSXT內部通信主要通過數據流（Data Flow）來實現，而外部通信一般通過nCom通信程序來實現。

3.4 通過仿真對顯示系統進行驗證

使用VAPSXT仿真對顯示系統驗證包含以下兩方面的內容：

顯示邏輯的驗證：根據ICD所定義的顯示系統邏輯方程，使用VAPSXT每編寫完一條顯示邏輯，實時地運行VAPS工程及對象，來驗證其是否能夠按邏輯定義以進行顯示。編寫完所有邏輯之后，再次運行工程，來整體驗證顯示是否符合邏輯定義、是否存在邏輯間有相互沖突影響顯示的情況以及邏輯定義超出顯示范圍的情況等。

顯示人機工效的驗證：VAPS XT中直接使用集成編譯模塊運行，來檢測所開發顯示畫面是否符合人機工效，是否能夠正確顯示飛機飛行過程中各類狀態信息的圖形和字符；也可以檢驗程序響應中央控制面板按鈕命令消息的正確性，驗證整體顯示設計的合理性、協調性以及人性化，將開發出的仿真交給用戶去評估，來驗證其人機工效的合理性。

4 結語

VAPSXT以及一些類似的圖形開發軟件將從根本上改變傳統的航電顯示系統設計驗證方法，能夠很輕松地實現人機界面的設計，幫助設計人員更直觀地對設計進行驗證，使整個設計過程的時間得到大大的節省，設計的可靠性也得到提高。而且VAPS使用相應配套工具生成的代碼符合DO178B標準已被美國軍方免測試、免評測，因此設計完的軟件可以直接用于機載使用，為后期開發工作提供了便捷。

參考文獻

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[2] 閆智武，李成貴.飛機座艙儀表顯示器的發展概述

[J].現代顯示，2005，（1）.

作者簡介：汪亞杰（1984-），上海飛機設計研究院國家重點實驗室工程師，碩士，研究方向：航電綜合試驗設計。

（責任編輯：周 瓊）