趙育良，許兆林，趙宏強(qiáng)

（海軍航空工程學(xué)院 青島分院，山東 青島 266041）

目前，很多新型偵察裝備陸續(xù)引進(jìn)和采用，這些裝備往往引進(jìn)費(fèi)用高，數(shù)量少，而且系統(tǒng)集光、機(jī)、電、計(jì)于一身，這對(duì)其維護(hù)、使用提出了更高的要求。但由于教學(xué)中無實(shí)裝，教學(xué)效果較差，故傳統(tǒng)的教學(xué)訓(xùn)練方法無法滿足教學(xué)轉(zhuǎn)型及教學(xué)施訓(xùn)的要求；而對(duì)于部隊(duì)在實(shí)裝上進(jìn)行訓(xùn)練，訓(xùn)練的時(shí)間不可能太長(zhǎng)，同時(shí)參訓(xùn)的人數(shù)很少，訓(xùn)練的費(fèi)用高，訓(xùn)練的效果和效率很差，無法保證大規(guī)模，高強(qiáng)度的訓(xùn)練。也就無法快速地提高維護(hù)和使用水平。這就急需研制一套模擬仿真訓(xùn)練系統(tǒng)，以解決院校無實(shí)裝教學(xué)問題，可以全天候、大量人次的進(jìn)行學(xué)習(xí)訓(xùn)練。配發(fā)部隊(duì)，也能夠提高訓(xùn)練效果。基于上述問題，研制了新型航空偵察設(shè)備的模擬訓(xùn)練系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

對(duì)于傳統(tǒng)的偵察裝備，往往是一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，一部相機(jī)配一個(gè)操縱裝置，這樣一來，如果一個(gè)平臺(tái)配置多種偵察裝備使其操控就更為復(fù)雜，較難做到協(xié)調(diào)統(tǒng)一的完成偵照任務(wù)。而隨著偵察技術(shù)的日益發(fā)展，先進(jìn)的偵察平臺(tái)已出現(xiàn)以多功能顯控為控制終端，利用偵控機(jī)通過ARINC429航空總線為不同的偵察設(shè)備發(fā)送控制指令及所需導(dǎo)航及大氣數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)這些設(shè)備的綜合控制，以達(dá)到協(xié)同偵照的目的[1]。而作為相機(jī)本身，則利用內(nèi)置的429總線數(shù)據(jù)通訊接口板實(shí)現(xiàn)與偵控機(jī)之間的信息交換，如圖1所示。

圖1 新型偵察系統(tǒng)通訊原理圖Fig.1 New scout system communication diagram

基于此，本模擬訓(xùn)練系統(tǒng)進(jìn)行了如下設(shè)計(jì)。系統(tǒng)硬件主要由多功能顯示器、工控機(jī)及429PCI板卡等組成。偵察設(shè)備是利用顯控通過機(jī)上ARINC429總線完成對(duì)相機(jī)的控制與參數(shù)傳輸?shù)?。本模擬系統(tǒng)利用江蘇昆山航理生產(chǎn)的高仿殲偵八多功能顯示器作為控制終端，模擬機(jī)上顯控的控制，并通過工控機(jī)結(jié)合AEC429-PCI-44板卡模擬相機(jī)及顯控輸出的ARINC429信號(hào)，供信號(hào)檢測(cè)使用，其系統(tǒng)原理圖如圖2所示。

1.1 多功能顯示器（MFD）

由于偵控機(jī)對(duì)相機(jī)的控制是飛行員通過多功能顯示器及其周邊鍵實(shí)現(xiàn)的。為了使操作過程與實(shí)際裝備更加接近，本系統(tǒng)采用由江蘇昆山航理公司研制的高仿某型飛機(jī)多功能顯示器對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。該顯示器內(nèi)置PowerPC和接口圖形板，完成數(shù)據(jù)的采集與預(yù)置顯示圖像；工控機(jī)則通過串口利用其控制盒采集波特率為57 600的RS-422鍵值數(shù)據(jù)。

圖2 系統(tǒng)原理框圖Fig.2 System principle block diagram

1.2 ARINC429總線信號(hào)模擬

1）ARINC429總線

ARINC429數(shù)據(jù)信息傳輸規(guī)范闡述了通過一對(duì)屏蔽雙絞線從一個(gè)端口向系統(tǒng)和設(shè)備以串行方式傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信息的方法。 其傳輸介質(zhì)為屏蔽雙絞線，調(diào)制方式采用雙極歸零制的三態(tài)碼方式，具有很強(qiáng)的抗干擾能力。ARINC429規(guī)范規(guī)定，一個(gè)數(shù)據(jù)字有32位。數(shù)據(jù)字有 5種形式：二進(jìn)制補(bǔ)碼（BNR）數(shù)據(jù)、十進(jìn)制（BCD）數(shù)據(jù)、離散數(shù)據(jù)、維護(hù)數(shù)據(jù)、AIM（即應(yīng)答、ISO5號(hào)字母表和用 ISO5號(hào)字母表表示的維護(hù)數(shù)據(jù)）數(shù)據(jù)。它們被分為5段，如圖3所示。

圖3 ARINC429總線數(shù)據(jù)格式Fig.3 ARINC429 bus data format

2）ARINC429總線數(shù)據(jù)的模擬[2-4]

本系統(tǒng)通過工控機(jī)結(jié)合AEC429-PCI-44總線接口卡實(shí)現(xiàn)ARINC429總線數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收。

AEC429-PCI-44接口卡是北京神州飛航有限責(zé)任公司開發(fā)的 ARINC429總線接口卡[5]，其硬件結(jié)構(gòu)如圖 4所示，板卡采用 PCI總線接口，有4個(gè)接收通道 4個(gè)發(fā)送通道，提供中斷和查詢 2種接收數(shù)據(jù)的方式，具有定時(shí)發(fā)送和非定時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù) 2種方式，數(shù)據(jù)輸入輸出通過標(biāo)準(zhǔn) DB62連接器。提供若干個(gè)接口函數(shù)，在使用時(shí)只需將公司提供的配套開發(fā)庫(kù)文件 AEC429A.dll和 AEC429A.lib添加到應(yīng)用程序目錄中，在應(yīng)用程序中加入頭文件AEC429A_lib.h即可。

系統(tǒng)的主機(jī)選用 PCI插槽的寬溫工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，保證其在-40～+60℃范圍內(nèi)工作正常，選用便攜式一體機(jī)。將AEC429-PCI-44接口卡的每個(gè)發(fā)送通道和接收通道分別作為相機(jī)及偵控機(jī)的模擬輸入及輸出端口，也可直接與相應(yīng)相機(jī)的檢測(cè)設(shè)備相連進(jìn)行總線數(shù)據(jù)通訊，按照ARINC429協(xié)議采用屏蔽雙絞電纜，實(shí)現(xiàn)對(duì)相機(jī)及偵控機(jī)的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)和故障信息的模擬。

圖4 AEC429-PCI-44卡硬件結(jié)構(gòu)圖Fig.4 AEC429-PCI-44 card hardware structure chart

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 開發(fā)平臺(tái)及仿真程序架構(gòu)

本模擬系統(tǒng)選用C#為開發(fā)平臺(tái)，結(jié)合Flash及EON Studio完成模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的開發(fā)[6]。其中，利用Flash完成多功能顯示器仿真畫面的開發(fā)，而選用EON實(shí)現(xiàn)相機(jī)所在機(jī)上及實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)景的開發(fā)，并利用AEC429-PCI-44總線接口卡實(shí)現(xiàn)對(duì)相機(jī)及偵控機(jī)的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)和故障信息的模擬。單獨(dú)的EON Studio仿真程序及Flash仿真通電程序，無法互相調(diào)用及通信，且交互性較差，也不能時(shí)時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真。通過在C#中安裝EonX及ShockWave Flash的標(biāo)準(zhǔn)控件，可以調(diào)用、控制EON仿真程序和Flash仿真通電程序，進(jìn)行仿真程序的二次開發(fā)，加深了人機(jī)交互的深度，拓寬了人機(jī)交互的范圍，實(shí)現(xiàn)了較復(fù)雜的虛擬仿真，如圖5所示。

圖5 控件與事件處理器的交互圖Fig.5 Control and event processor interaction diagram

2.2 ARINC429總線數(shù)據(jù)仿真軟件設(shè)計(jì)

在利用MFD操控相機(jī)的同時(shí)，系統(tǒng)也利用AEC429-PCI-44接口卡實(shí)現(xiàn)偵控機(jī)（控制指令、導(dǎo)航數(shù)據(jù)等）及相機(jī)（回傳相機(jī)信息）端口總線數(shù)據(jù)的輸出模擬。

輸出數(shù)據(jù)的模擬采用非定時(shí)的發(fā)送方式，當(dāng)系統(tǒng)開機(jī)，相機(jī)加載后，便利用偵控機(jī)輸出端口發(fā)送對(duì)應(yīng)的相機(jī)控制字、工作方式字、經(jīng)緯度及飛行高度等信息，同時(shí)相機(jī)端口輸出相機(jī)狀態(tài)、故障代碼等信息。以上信息的模擬嚴(yán)格按照系統(tǒng)預(yù)定的總線協(xié)議通過相應(yīng)端口輸出，供檢測(cè)儀器檢測(cè)使用。

3 結(jié)論

本模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的建設(shè)，可滿足院校新裝備教學(xué)需求，為院校在新形勢(shì)下的任職教育提供了先進(jìn)的輔助教學(xué)手段，滿足院校教學(xué)的必備實(shí)踐教學(xué)條件。如果系統(tǒng)投入使用，將大幅度降低院校培訓(xùn)時(shí)間和部隊(duì)訓(xùn)練費(fèi)用，提高院校教學(xué)質(zhì)量和減少部隊(duì)負(fù)擔(dān)，加速新裝備戰(zhàn)斗力的快速形成。

[1]趙育良，張國(guó)棟.基于ARINC429總線的某型CCD航空相機(jī)總線數(shù)據(jù)接口板[J].兵工自動(dòng)化，2008，27（8）:7-8.ZHAO Yu-liang，ZHANG Guo-dong.Bus data interface board of certain CCD erial camera based on ARINC429 bus[J].O.I.Automation， 2008，27（8）:7-8.

[2]范秀英，范鵬飛，谷 峰，等.基于 ARINC429總線接口卡的航空相機(jī)綜合控制系統(tǒng) [J].兵工自動(dòng)化，2010，1（1）:72-73.FAN Xiu-ying， FAN Peng-fei， GU Feng，et al.An integrated control system of aerial camera based on ARINC429 bus interface card[J].O.I.Automation， 2010， 01（1）:72-73.

[3]雷艷靜，胡紅明，王玉梅，等.基于PC104的ARINC429總線接口模塊的FPGA實(shí)現(xiàn).微計(jì)算機(jī)應(yīng)用.2006，1（27）:87-90.LEI Yan-jing， HU Hong-ming， WANG Yu-mei，et al.Implementation of a PC/104-based ARINC429 bus interface module with FPGA[J].Microcomputer Applications， 2006，1（27）:87-90.

[4]ARINC Specification 429.Digital I nformation Transfer System[S].America:ARINC，1991:52-80.

[5]AEC429-PCI/CPCI用戶手冊(cè)[Z].北京神州飛航科技有限責(zé)任公司，2008.

[6]申 蔚，夏立文.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) [M].北京:希望電子出版社，2002.