航空电子综合化仿真系统的设计与实现

文其龙

（贵州贵飞飞机设计研究有限公司， 贵州 安顺 561000）

引言

航空电子综合模块化系统，通常用于作战飞机定位及导航、数据指令传输、任务执行等的控制。为保证新型航空电子系统满足多种功能控制需求，主要采用综合模块化的开放式体系架构，对航电系统内部的工作控制流、数据信息流等进行仿真试验，实现不同导航定位、数据传输、任务处理和显示控制等子系统模块的连接与控制[1]。

1 航空电子综合化仿真系统的硬件设计

现代化作战飞机的航空电子仿真系统硬件结构，主要由计算机、通信网卡、后台服务器、1553B 总线、ARINC429 总线，以及大气机仿真器（CADC）、控制器仿真器（SMS）、惯导仿真器（INS）、运行监控仿真器（RD）、信号仿真器（IFU）、数据传输仿真器（FCC）、射频仿真器等的仿真器件。

1）总线接口。航空电子综合化系统的总线通讯接口，包括1553B、ARINC 429 等总线接口，主要作为分布式计算机的网络连接工具而存在。其中1553B 总线通讯接口的智能化程度高，可以对不同仿真器仿真数据的智能化分类传输，完成在总线控制器BC、远程终端RT 之间的数据通信。

2）实时时钟电路。航空电子综合化系统的仿真过程中，通常会由于总线传输延迟、其他复杂的随机延迟而影响数据精度，这就需要引入总线实时时钟电路、实时时钟同步机制（RTC），解决面临的数据传输误差问题。实时时钟电路由32 位计数器、分频器、闹钟控制器和寄存器等结构组成，主要功能是为1553B 总线接口板提供实时时钟，计数器的计数脉冲周期是20μs，其能够读取计算机实时时钟值，以及读取总线控制器BC 发送控制命令、远程终端RT接收命令的实时时钟值，并计算出不同设备之间数据传送的时钟差△RTC，建立起全局时钟、子系统时钟之间的对应关系，保证系统内数据计算的精度[2]。

2 航空电子综合化仿真系统的不同仿真控制功能模块

航空电子仿真系统采用分布式、模块化架构，仿真技术，建立起用于飞机飞行演示、验证和测试的系统体系，以及适合多种功能仿真的环境，该仿真系统具有动态数据处理、全局调度服务、固定优先权分发等的技术优势。通过利用独立的支撑服务程序（RT），定义仿真应用程序、仿真对象之间的编程接口（RTI-API），并形成与天线仿真、视频仿真、处理器仿真、数据采集分析仿真、运行监控仿真、综合调度仿真、显示控制仿真等功能的连接[3]。

1）数据采集分析仿真功能模块。该功能模块主要负责对雷达、惯导、火控等数据的采集和分析。

2）天线仿真、射频仿真功能模块。天线或射频仿真功能模块是对接收到的数据信号，进行处理、分析等的仿真，确定截获信号满足传输要求后，将不同信号数据进行天线增益处理，然后传输至射频仿真端。随后射频仿真模块对射频信号参数作出处理，转换为数字信号信息后发送至综合处理器仿真端口，由处理器仿真功能模块处理后向上位机传输。

3）综合处理器仿真功能模块。综合处理器仿真模块主要用于飞机飞行过程中，有关网络通信、定位或导航、故障告警等的仿真，并将飞行网络通信、定位或导航、故障告警的仿真控制信息，传送至座舱显示控制仿真端口，或者接收由显示控制仿真模块传输的控制命令。

4）运行监控仿真功能模块。运行监控仿真是对飞机飞行的武器投射条件、投射指令、发射程序执行等进行仿真。如对导弹占位的投射条件、输出投射指令、发射运行等作出仿真，再经由1553B 总线将仿真结果，传输至RTI 运行支撑系统的控制端口。

3 航空电子综合化仿真系统的软件设计

航空电子综合模块化仿真系统，采用Visual C++编程语言进行软件结构设计，构建多个子系统的仿真器软件结构，其中单个仿真器软件通常包括硬件初始化模块、网络通信模块、通信接口驱动模块、数据仿真管理模块、显示与控制模块等组成部分。

在航空电子综合化仿真系统中，为保证对不同类别数据传输处理的安全可靠性，通常采取多线程数据传输的方式进行软件设计。其中多个仿真器软件的第一个线程为主线程，负责系统内部消息数据的循环传送。第二个线程为1553B 总线接口板卡连接的线程，负责多种仿真数据的读取、发送。第三个线程为ARINC 429 总线接口板卡连接的线程，负责将射频信号信息转换为数字信号信息，来完成飞机飞行员操作程序POP（Pilot Operation Procedure）的可编程逻辑处理，同时对处理后的画面消息发送值显示器端口。

1）初始化模块。初始化模块是根据当前飞机飞行的任务状态，对雷达、大气机、惯导、信号和运行监控等仿真器控制硬件作出初始化。

2）网络通信模块、通信总线驱动模块。网络通信模块主要用于各个子系统仿真器中，不同数据信息或信号的发送、接收控制。而通信总线驱动模块则负责硬件通信信道的驱动，包括1553B 总线、ARINC429 总线数据通道的驱动，根据总线配置安装对应的驱动程序。

3）控制模块。控制模块主要负责对系统其他模块的控制，包括网络通信、状态管理、后台显示等模块的控制。操作人员根据ICD 协议，监测与接收飞机数据通信、运行状态、工作方式等的物理参量，将多种数据整合为1553B 总线数据块、ARINC 429 总线数据帧，发送至对应的子系统仿真端口。

4）数据管理模块。该模块是对主系统、子系统数据进行实时编码/解码的模块，包括对将要发送的数据信号作出编码，对已经接收的数据块作出解码，并将发送或接收的数字信号数据，存储至缓冲区，或者将数字信号数据转换为图形画面数据信息，再传送至显示模块。

5）显示模块。本模块主要用于飞机运行状态、数据信息的实时显示。系统显控仿真器在接收到多种处理的数据后，可以确定航空电子综合化仿真系统的工作状态、工作方式，并以上三种总线的任务调度、控制和管理结果，以数据信息或图形字符的方式在后台页面上显示。

4 航空电子综合化仿真系统的数据流、工作流仿真试验

在航空电子综合化仿真系统的工作过程中，要根据飞机飞行的当前任务状态，对各子系统之间流动的数据流进行仿真，包括导航定位、飞行偏移量、命令执行情况等的输入/输出数据信息，作出功能测试、故障问题的仿真分析，不同数据流以15538B、ARINC 429 总线为载体正常运行。

航空电子综合化系统中不同仿真器数据流、数据块的管理，通常由接口控制链表，来完成数据流、工作流仿真任务的安排，在软件显示界面上通常以树形结构进行表示，不同数据流的仿真执行流程如以下程序代码所示：

5 结语

在航空电子综合化仿真系统的设计与仿真中，通过采用1553B 总线、ARINC429 总线，将大气机、惯导、信号、运行监控等仿真器，与显示控制管理系统（DOVIS）形成连接，可以调用相应功能模块，进行整个系统软件执行流程的控制，测试整个航电系统电子设备、软件功能的正常运转状况，并将仿真结果在显示控制端口进行显示，以达成航电系统综合管理调度、数据及工作流仿真的目标。