航空電子綜合化仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

文其龍

（貴州貴飛飛機(jī)設(shè)計(jì)研究有限公司， 貴州 安順 561000）

引言

航空電子綜合模塊化系統(tǒng)，通常用于作戰(zhàn)飛機(jī)定位及導(dǎo)航、數(shù)據(jù)指令傳輸、任務(wù)執(zhí)行等的控制。為保證新型航空電子系統(tǒng)滿足多種功能控制需求，主要采用綜合模塊化的開放式體系架構(gòu)，對航電系統(tǒng)內(nèi)部的工作控制流、數(shù)據(jù)信息流等進(jìn)行仿真試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)不同導(dǎo)航定位、數(shù)據(jù)傳輸、任務(wù)處理和顯示控制等子系統(tǒng)模塊的連接與控制[1]。

1 航空電子綜合化仿真系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

現(xiàn)代化作戰(zhàn)飛機(jī)的航空電子仿真系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，主要由計(jì)算機(jī)、通信網(wǎng)卡、后臺(tái)服務(wù)器、1553B 總線、ARINC429 總線，以及大氣機(jī)仿真器（CADC）、控制器仿真器（SMS）、慣導(dǎo)仿真器（INS）、運(yùn)行監(jiān)控仿真器（RD）、信號(hào)仿真器（IFU）、數(shù)據(jù)傳輸仿真器（FCC）、射頻仿真器等的仿真器件。

1）總線接口。航空電子綜合化系統(tǒng)的總線通訊接口，包括1553B、ARINC 429 等總線接口，主要作為分布式計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)連接工具而存在。其中1553B 總線通訊接口的智能化程度高，可以對不同仿真器仿真數(shù)據(jù)的智能化分類傳輸，完成在總線控制器BC、遠(yuǎn)程終端RT 之間的數(shù)據(jù)通信。

2）實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路。航空電子綜合化系統(tǒng)的仿真過程中，通常會(huì)由于總線傳輸延遲、其他復(fù)雜的隨機(jī)延遲而影響數(shù)據(jù)精度，這就需要引入總線實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘同步機(jī)制（RTC），解決面臨的數(shù)據(jù)傳輸誤差問題。實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路由32 位計(jì)數(shù)器、分頻器、鬧鐘控制器和寄存器等結(jié)構(gòu)組成，主要功能是為1553B 總線接口板提供實(shí)時(shí)時(shí)鐘，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)脈沖周期是20μs，其能夠讀取計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)時(shí)鐘值，以及讀取總線控制器BC 發(fā)送控制命令、遠(yuǎn)程終端RT接收命令的實(shí)時(shí)時(shí)鐘值，并計(jì)算出不同設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳送的時(shí)鐘差△RTC，建立起全局時(shí)鐘、子系統(tǒng)時(shí)鐘之間的對應(yīng)關(guān)系，保證系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)計(jì)算的精度[2]。

2 航空電子綜合化仿真系統(tǒng)的不同仿真控制功能模塊

航空電子仿真系統(tǒng)采用分布式、模塊化架構(gòu)，仿真技術(shù)，建立起用于飛機(jī)飛行演示、驗(yàn)證和測試的系統(tǒng)體系，以及適合多種功能仿真的環(huán)境，該仿真系統(tǒng)具有動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)處理、全局調(diào)度服務(wù)、固定優(yōu)先權(quán)分發(fā)等的技術(shù)優(yōu)勢。通過利用獨(dú)立的支撐服務(wù)程序（RT），定義仿真應(yīng)用程序、仿真對象之間的編程接口（RTI-API），并形成與天線仿真、視頻仿真、處理器仿真、數(shù)據(jù)采集分析仿真、運(yùn)行監(jiān)控仿真、綜合調(diào)度仿真、顯示控制仿真等功能的連接[3]。

1）數(shù)據(jù)采集分析仿真功能模塊。該功能模塊主要負(fù)責(zé)對雷達(dá)、慣導(dǎo)、火控等數(shù)據(jù)的采集和分析。

2）天線仿真、射頻仿真功能模塊。天線或射頻仿真功能模塊是對接收到的數(shù)據(jù)信號(hào)，進(jìn)行處理、分析等的仿真，確定截獲信號(hào)滿足傳輸要求后，將不同信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行天線增益處理，然后傳輸至射頻仿真端。隨后射頻仿真模塊對射頻信號(hào)參數(shù)作出處理，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)信息后發(fā)送至綜合處理器仿真端口，由處理器仿真功能模塊處理后向上位機(jī)傳輸。

3）綜合處理器仿真功能模塊。綜合處理器仿真模塊主要用于飛機(jī)飛行過程中，有關(guān)網(wǎng)絡(luò)通信、定位或?qū)Ш健⒐收细婢鹊姆抡妫w行網(wǎng)絡(luò)通信、定位或?qū)Ш健⒐收细婢姆抡婵刂菩畔ⅲ瑐魉椭磷擄@示控制仿真端口，或者接收由顯示控制仿真模塊傳輸?shù)目刂泼睢?/p>

4）運(yùn)行監(jiān)控仿真功能模塊。運(yùn)行監(jiān)控仿真是對飛機(jī)飛行的武器投射條件、投射指令、發(fā)射程序執(zhí)行等進(jìn)行仿真。如對導(dǎo)彈占位的投射條件、輸出投射指令、發(fā)射運(yùn)行等作出仿真，再經(jīng)由1553B 總線將仿真結(jié)果，傳輸至RTI 運(yùn)行支撐系統(tǒng)的控制端口。

3 航空電子綜合化仿真系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

航空電子綜合模塊化仿真系統(tǒng)，采用Visual C++編程語言進(jìn)行軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，構(gòu)建多個(gè)子系統(tǒng)的仿真器軟件結(jié)構(gòu)，其中單個(gè)仿真器軟件通常包括硬件初始化模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊、通信接口驅(qū)動(dòng)模塊、數(shù)據(jù)仿真管理模塊、顯示與控制模塊等組成部分。

在航空電子綜合化仿真系統(tǒng)中，為保證對不同類別數(shù)據(jù)傳輸處理的安全可靠性，通常采取多線程數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。其中多個(gè)仿真器軟件的第一個(gè)線程為主線程，負(fù)責(zé)系統(tǒng)內(nèi)部消息數(shù)據(jù)的循環(huán)傳送。第二個(gè)線程為1553B 總線接口板卡連接的線程，負(fù)責(zé)多種仿真數(shù)據(jù)的讀取、發(fā)送。第三個(gè)線程為ARINC 429 總線接口板卡連接的線程，負(fù)責(zé)將射頻信號(hào)信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)信息，來完成飛機(jī)飛行員操作程序POP（Pilot Operation Procedure）的可編程邏輯處理，同時(shí)對處理后的畫面消息發(fā)送值顯示器端口。

1）初始化模塊。初始化模塊是根據(jù)當(dāng)前飛機(jī)飛行的任務(wù)狀態(tài)，對雷達(dá)、大氣機(jī)、慣導(dǎo)、信號(hào)和運(yùn)行監(jiān)控等仿真器控制硬件作出初始化。

2）網(wǎng)絡(luò)通信模塊、通信總線驅(qū)動(dòng)模塊。網(wǎng)絡(luò)通信模塊主要用于各個(gè)子系統(tǒng)仿真器中，不同數(shù)據(jù)信息或信號(hào)的發(fā)送、接收控制。而通信總線驅(qū)動(dòng)模塊則負(fù)責(zé)硬件通信信道的驅(qū)動(dòng)，包括1553B 總線、ARINC429 總線數(shù)據(jù)通道的驅(qū)動(dòng)，根據(jù)總線配置安裝對應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序。

3）控制模塊。控制模塊主要負(fù)責(zé)對系統(tǒng)其他模塊的控制，包括網(wǎng)絡(luò)通信、狀態(tài)管理、后臺(tái)顯示等模塊的控制。操作人員根據(jù)ICD 協(xié)議，監(jiān)測與接收飛機(jī)數(shù)據(jù)通信、運(yùn)行狀態(tài)、工作方式等的物理參量，將多種數(shù)據(jù)整合為1553B 總線數(shù)據(jù)塊、ARINC 429 總線數(shù)據(jù)幀，發(fā)送至對應(yīng)的子系統(tǒng)仿真端口。

4）數(shù)據(jù)管理模塊。該模塊是對主系統(tǒng)、子系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)編碼/解碼的模塊，包括對將要發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)作出編碼，對已經(jīng)接收的數(shù)據(jù)塊作出解碼，并將發(fā)送或接收的數(shù)字信號(hào)數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)至緩沖區(qū)，或者將數(shù)字信號(hào)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形畫面數(shù)據(jù)信息，再傳送至顯示模塊。

5）顯示模塊。本模塊主要用于飛機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)顯示。系統(tǒng)顯控仿真器在接收到多種處理的數(shù)據(jù)后，可以確定航空電子綜合化仿真系統(tǒng)的工作狀態(tài)、工作方式，并以上三種總線的任務(wù)調(diào)度、控制和管理結(jié)果，以數(shù)據(jù)信息或圖形字符的方式在后臺(tái)頁面上顯示。

4 航空電子綜合化仿真系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流、工作流仿真試驗(yàn)

在航空電子綜合化仿真系統(tǒng)的工作過程中，要根據(jù)飛機(jī)飛行的當(dāng)前任務(wù)狀態(tài)，對各子系統(tǒng)之間流動(dòng)的數(shù)據(jù)流進(jìn)行仿真，包括導(dǎo)航定位、飛行偏移量、命令執(zhí)行情況等的輸入/輸出數(shù)據(jù)信息，作出功能測試、故障問題的仿真分析，不同數(shù)據(jù)流以15538B、ARINC 429 總線為載體正常運(yùn)行。

航空電子綜合化系統(tǒng)中不同仿真器數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)塊的管理，通常由接口控制鏈表，來完成數(shù)據(jù)流、工作流仿真任務(wù)的安排，在軟件顯示界面上通常以樹形結(jié)構(gòu)進(jìn)行表示，不同數(shù)據(jù)流的仿真執(zhí)行流程如以下程序代碼所示：

5 結(jié)語

在航空電子綜合化仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真中，通過采用1553B 總線、ARINC429 總線，將大氣機(jī)、慣導(dǎo)、信號(hào)、運(yùn)行監(jiān)控等仿真器，與顯示控制管理系統(tǒng)（DOVIS）形成連接，可以調(diào)用相應(yīng)功能模塊，進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)軟件執(zhí)行流程的控制，測試整個(gè)航電系統(tǒng)電子設(shè)備、軟件功能的正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，并將仿真結(jié)果在顯示控制端口進(jìn)行顯示，以達(dá)成航電系統(tǒng)綜合管理調(diào)度、數(shù)據(jù)及工作流仿真的目標(biāo)。