航电仿真系统集成验证平台设计技术研究

朱晓飞 李震华

摘  要：设计实现航电仿真系统集成验证平台是为了能够保证整个航电仿真系统成功研制的重要技术。本文中提出了一种适用多样系统总线协议的航电模拟仿真系统集成验证平台的设计技术方案，解决了传统式航电模拟仿真系统集成验证平台的单一性和扩展性的难题，满足系统集成度高、交联关系繁杂的航电系统集成验证要求。该平台可运用于航电系统的半物理集成、全数字集成以及全实物动态集成，确保試验各环节的衔接、航电系统集成效率高和航电系统集成的质量。

关键词：航电仿真系统  集成验证  总线激励  全数字仿真

中图分类号：V243;TP391.9                  文献标识码：A                   文章编号：1674-098X（2020）10（a）-0013-03

Abstract： The design and implementation of avionics simulation system integration verification platform is an important technology to ensure the successful development of the whole avionics simulation system. In this paper， a design technology scheme of avionics simulation system integration verification platform which is suitable for various system bus protocols is proposed， which solves the problems of single and expansibility of traditional avionics simulation system integration verification platform， and meets the requirements of avionics system integration verification with high system integration and complex cross-linking relationship. The platform can be used for semi physical integration， full digital integration and all physical dynamic integration of avionics system to ensure the connection of test links， high efficiency of avionics system integration and quality of avionics system integration.

Key Words： Avionic simulation system; Integration verification; Bus excitation; Digital simulation

综合航空电子系统简称“航电系统”。是现代民用型飞机重要的构成部分，飞机的性能和飞机的安全性与航电系统息息相关。换句话说，没有高性能的航电系统，就没有高性能的飞机。因为民用型飞机的研发必须符合国际民航的飞行安全各类规章制度，满足适航要求，因而针对飞机的各类核心技术，从系统设计再到商产研发，都要进行相对应的试验室试验验证到试飞的试验验证工作，最终达到适航审定的每项标准。而在地面试验室开展试验室集成试验，完成航电系统的试验室集成，早已变成各航空科研单位、飞机生产制造单位的普遍选择。

目前民用型飞机的航电系统之间利用A429总线和AFDX总线传送数据，另外也有很多的离散量进行数据信息的传送。飞机在飞行时，这些数据会频密地输入或输出，而现阶段，还没有一种专门针对这类大量数据信息的频密交换、数据统计分析和管理的专业集成化验证平台。文中对于传统式航电模拟仿真系统集成验证平台的作用不多样、扩展性不强和操作性不人性化的难题，提出一种适用于多种总线协议书的通用性航电仿真系统集成验证平台的设计技术方案。

1  航电仿真系统集成验证思路

为了高效地执行逐层化集成策略， 需搭建航电模拟仿真系统集成验证平台。该试验平台既能够用于航电系统仿真模型，支持航电系统研发试验，具有接口数励能力以外，还能有一整套高效率的配线系统，以便对系统进行真件/仿真件切换。

航电仿真系统集成验证平台的关键作用，就是对航电仿真部件或控制模块进行集成验证。如图1，该平面图为通信导航仿真系统试验台中各系统之间关系。该平台由飞行模拟仿真系统、总线激励系统和综合性显示系统构成，可对左、右航电系统的通信、导航、监视模拟仿真部件或控制模块进行测试。当其余的系统组件模块需要进行验证时，只需添加相应的总线激励信号，即可进行。

2  航电仿真系统集成验证平台结构设计

航空电子模拟仿真系统集成验证服务平台为航空电子系统总线接口模拟仿真，航空电子系统真件和航空电子系统模型提供了统一的软件环境，在一样的试验构型配置条件下，构建一样的试验构型，并且能够十分便捷地在半物理、全数字和全实物三种情况之间切换，适用于从设备到子系统、系统及飞机级不一样要求的试验。试验平台由机器设备架，飞行模拟仿真，工程驾驶室，布线系统、数据采集和故障注入控制模块等系统组合而成。该试验平台整合了航空电子系统及与其有交联关系的飞机系统。上述系统有两种不同工作模式，分别为：真实的航线可替换单元和该系统控制器的仿真器。仿真器使用模拟仿真驱动程序进行后台管理，而仿真器的仿真是基于接口控制文件的接口仿真。飞行模拟仿真能显示标准大气仿真模型、无线通信导航站仿真模型、摩擦力和机场等。飞行模拟仿真和飞行环境模拟仿真分别提供环境数据信息激励源和飞机飞行状态，为航空电子系统的测试进行服务。

3  航电系统的集成

航电系统集成起初是全数字集成，之后则用含有物理学系统总线接口的仿真件来取而代之，再将所有的仿真件换成真件，最后完成航电全系统情景的试验。在飞机航电系统集成全过程中，利用Virtual Avionics Prototyping System（高效航空电子原型系统），设计了显示系统模型及其有关的顶部控制版，用于對飞行员操作程序和显示器接口逻辑进行虚拟集成。各系统模型统一运行在航电系统全数字网络环境中，对航电系统开展集成，全面验证系统间数据信号传送和逻辑接口，并对每个仿真模型构成的航电系统功能和飞行员操作程序开展验证。

根据航空电子系统仿真建模的规定标准，第一步是构建一套通用飞行仿真和飞行环境仿真模型。该套模型用于整个飞行过程中，飞机的动态仿真，并提供飞行仿真和飞行环境仿真接口;根据飞机设计规范和设计接口控制文件，第二步便是构建飞机系统和传感器模型，利用面向数据的发布机制，来完成与飞行仿真和飞行环境仿真的集成。之后，集成过程逐渐演变成半物理仿真集成阶段。在此阶段，模型的输入和输出数据通过硬件板卡发送到用于与其它系统通信的真实的飞机网络中。某型号飞机的航空电子系统主要采用了A429总线，A664总线和A825总线三种总线。系统模型和各种类型的总线板结合在一起形成一个半物理环境，系统在该环境中完成输入/输出接口和逻辑功能验证。在半物理模拟集成阶段完成之后，集成过程逐渐被全实物集成阶段所取代。当处于全实物在环集成阶段时，每个航空电子设备都通过激励器激励来工作。航空电子系统的激励器和非航空电子系统的模拟仿真器的数据信息来源于统一的飞行仿真与飞行环境仿真。在这种构型情况下，完成基于真实飞行情景的航空电子系统全实物在环动态集成试验。

4  航电仿真系统总线激励系统的实现

依据总线激励系统所要完成的功能，根据设计原理，对总线激励系统从大体上开展层级划分，创建总线激励系统的层级抽象模型。以离散量数据量和A429总线数据量的传送为例子开展剖析。总线激励系统被划分成3个层级，即功能应用层、逻辑映射层和物理资源层。

功能应用层包含激励控制模块和响应显示模块。激励控制功能模块，在动态仿真时，剖析环境控制下的飞行参数，并转成激励参数;最终把激励参数编码成总线数据即离散量信号或A429总线数据。航电仿真组件向总线激励系统发出总线数据，经过物理资源层、逻辑映射层后传送到功能应用层的响应显示功能模块。在此功能模块内，对总线数据解码，将解码后的数据显示出来。逻辑映射层选用缓冲区的方式，不管物理资源层选用何种板卡或驱动软件程序，都是把采集到的A429总线数据及离散量数据置于“物理A429总线”缓冲区和“物理离散量”缓冲区域中，为物理资源层和功能应用层提供一致的接收和发送接口。

5  航电仿真系统集成验证平台总线数据激励测试

通过总线数据激励测试来验证航电仿真系统集成验证平台符合最初设计要求。以下是通信导航仿真系统的集成测试中的一条测试项：当测试仿真系统的A429总线输入数据时，通过集成验证平台将相应的A429总线数据发送到不同的总线通道，并检查接收到的数据是否与相应通信导航系统仿真的相应模块中的测试数据一致。以通信导航系统的甚高频模块测试为例，测试步骤如下：

（1）将甚高频模块的总线切换至动态仿真状态;

（2）在A429总线上找到需要设置的总线，并设置该频率为30Hz;

（3）发送端设置完成后，在A429总线接收窗口中找到相应的总线，观察到接收端收到并最终显示出的值与发送端上设置的值一致，为30Hz。

由上可知，实际测试值与理论值保持一致，说明航电仿真系统集成验证平台满足要求。

6  结语

本文提出了一种适用与多种总线协议数据传输的航电仿真系统集成验证平台的设计与实现方案，并搭建了航电模拟仿真系统集成验证平台。该平台可以灵活地切换各种试验构型配置，以支持航电系统系统级别，子系统级别，原型原理级别和飞机级别的集成验证。整项验证在飞行仿真环境一致的情况下进行，向各系统真件和仿真模型提供了统一的动态集成环境。航电模拟仿真系统集成验证平台设计技术使各个阶段集成的继承性和集成效率得到了大大的提升，在确保了集成质量的同时，更提高了航电系统集成验证的有效性和可信度。

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