面向半实物仿真飞行平台的通用型飞行参数测试系统设计*

王 健，张会新

(1.中北大学电子测试技术国家重点实验室,山西 太原 030051；2.仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西 太原 030051)

1 引言

随着我国现代化航空技术的飞速发展，应用于航空领域的机载仪表和设备种类日益增多。更多先进机载设备的使用为飞行员、作战员提供了更快速、更全面的飞行器位置和状态信息以及战场态势信息，与此同时也对我们掌握各类机载设备使用操作与原理提出了更高的要求。各飞行学校和部队航校在培养飞行员的过程中，考虑到飞行安全、教学成本和学习效率等因素，不能完全满足飞行学员在实际飞行过程中学习和掌握各类航空仪表使用方法的条件。而半实物仿真飞行平台的出现为上述问题提供了新时代下的解决方案，尤其是得益于当代5G技术的超大带宽和超低延时[1]2大特点，基于增强现实性虚拟现实技术的半实物仿真飞行平台成为各国竞相发展的重点项目。除此之外，半实物仿真飞行平台[2]及其记录系统在缩短飞机研发时间，降低研发成本，建立虚拟学习环境[3]、进行夜航单飞模拟训练[4]和锤炼战士全时段作战能力等方面扮演着不可替代的角色。

Figure 1 Design of universal flight parameter testing system based on LabVIEW

2 系统总体设计

基于LabVIEW的通用型飞行参数测试系统信源发生模块模拟飞机实际飞行过程的模拟量、数字量和离散混合量等参数的产生，其中参数个数、参数类型和参数名称等均可通过操作界面进行添加、删除和配置等操作。设备总线互联模块包括总线设备初始化、设备连接和设备断开3个子模块，通过设备ID、端口号对不同设备进行识别，设备连接完成之后会返回连接状态指示表明是否连接成功，如果设备连接超时则重新发起连接请求。信源参数配置模块包括配置文件操作和配置参数操作2个子模块，配置文件具有编辑、调用、保存和删除等功能模块。信号数据发生模块包括信号数据加噪模块和发生使能操作模块，使能操作模块包括信号发生使能控制模块和信号停止控制模块。基于LabVIEW的通用型飞行参数测试系统总体设计如图1所示。

3 系统主控模块设计

3.1 主控模块决策及处理流程

主控模块是飞行参数测试系统的主体，用于协调各个模块正常运行，是各个模块正常运行的平台。该模块采用图形化编程语言G语言(Graphical Programing Language)[5]编写，主控模块提供系统操作主界面，能够独立启动，系统参数可从配置文件中获得，从而对系统各模块初始化并进行调用，同时支持对各模块操作界面进行通道切换。

在切换到特定通道后，主控模块首先加载各个功能子模块，通过读取相应配置获取相应参数，创建文件并显示程序主界面。由操作员选择系统工作状态。操作员针对相应的工作状态调用系统相应子模块进行模拟指令输入并对相应操作动作编码进行存储模型仿真，最后由主控模块完成程序的退出并关闭系统。

3.2 主控模块数据元素及仿真设计

主控模块包含视景显示接口、系统主界面配置、系统初始化界面设定、飞行数据分析接口[6，7]及配置参数读取等内部数据仿真元素。其中数据分析模块一方面用于实时监测系统仿真过程中的各种状态参数，另一方面用于事后分析系统飞行状态，分析模块包括数据解码、实时监测[8]和事后分析处理3个子模块。数据解码模块包括数据解压缩、有效数据挑选和数据通道分离3个子模块，实时监测模块包括数据抽取、数据刷新、参数量化和异常报警4个子模块，事后分析处理模块包括文件调取、数据解码、参数量化和日志分析4个子模块。

主控模块中的解压缩子模块是压缩编码的逆过程，用来尽可能还原原始数据；数据挑选子模块根据帧标志将原始数据中的无效数据剔除；通道分离子模块是在原始数据中剔除无效数据之后，按照参数波道将表示不同通道的数据进行分离[9]。数据抽取子模块是在大量原始数据中抽取一部分进行解码，这样做的目的是可以在不影响监测状况的前提下减少飞控计算机的工作量，有利于飞行记录系统仿真平台的运行。飞行记录系统仿真平台组成框图如图2所示。

Figure 2 Block diagram of the simulation platform of the flight recording system

4 系统接口与主要功能

系统接口通过AFDX总线与实时仿真机进行数据交互和数据刷新，数据刷新子模块在监测人员视觉观察能力之内刷新显示数据，当接口数据出现异常时，报警模块会将标定后参数值和参考参数值进行比较，如果接口传输异常则发出报警信号；在进行数据传输的同时可以通过文件调取子模块选择并打开之前从实时仿真机[10]回读的数据文件，并根据帧计数的连续性情况分析在系统接口传输过程中是否存在数据丢失的情况，同时在测试结束时生成data格式的测试报告[11]和txt格式的操作评估报告。系统测试接口数据对齐示例如图3所示。

Figure 3 Example of system data alignment

本文系统作为飞控操纵参数记录的工程级验证设备，能将包括模拟座舱[12]操控输入信息、各种告警信号、飞行员通话信息和座舱语音信息[13]在内的55种飞行仿真数据进行实时监测并循环记录，具体参数如表1所示。

5 系统测试

启动系统后仿真模型自动进行设备连接，配置无误情况下右侧列表显示 “设备连接成功”，若显示“设备连接失败”，需点击菜单栏“设备连接”项，选择子菜单项“配置”，修改IP地址和端口号后重新连接。图4所示为平台启动首页。

Figure 4 Launch home page of platform

进入飞行参数信源设置模块，按照设计需要依次设置55种飞行参数，在本次测试中把经纬度分别设置为42.439 6°和314.688°，把存储位置设置为第6块的第62页(每块共64页)，剩余参数不一一列举。点击菜单栏“实时监测”项，弹出并点击子菜单项“开始监测”，软件界面切换至实时监测界面并开始实时监测，消息列表显示相应的状态消息，而监测界面数字显示各参数数据。图5所示为实时采集界面,图6所示为监测界面，图7所示为记录界面。

Figure 5 Real-time acquisition interface of total pressure parameters

图6中飞行经度显示为42.439 5°，设置值为42.439 6°，依次分析飞行数据且对比飞行参数信源设定值，可判定本文系统实现了模拟环境下的飞行参数测试，为复杂环境下的飞行状态评估、飞行状态监测及飞行故障复现提供了有效的工具。

Table 1 Flight data record parameters

Figure 6 Monitoring interface of real-time flight data

Figure 7 Recording interface of flight data

6 结束语

本文提出了一种基于LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)的通用型飞行参数测试平台设计，通过平台操作员不仅可以在不受任何天气、场地、环境、执照和空管等多种因素制约的情况下熟悉仪器仪表的基本界面、使用原理、操作方法、告警条件和处置方式等，更重要的是飞行仿真平台记录系统能如实记录操作员在模拟飞行过程中的空中技战术动作[14]，监控飞机发动机各种参数[15]变化，对于提高训练质量和预防飞行安全事故意义重大。