范秀英，趙 曼

（空軍航空大學(xué)特種專(zhuān)業(yè)系，吉林 長(zhǎng)春 130022）

為使新裝備盡快形成戰(zhàn)斗力，必須增加使用維護(hù)人員的訓(xùn)練時(shí)間，而裝備數(shù)量卻又十分有限。為解決此矛盾，提出了研制某型飛機(jī)照相專(zhuān)業(yè)仿真訓(xùn)練系統(tǒng)。

半實(shí)物仿真是工程領(lǐng)域內(nèi)一種應(yīng)用較為廣泛的仿真技術(shù)，是計(jì)算機(jī)仿真回路中接入一些實(shí)物進(jìn)行的試驗(yàn)，因而更接近實(shí)際情況[1]。同時(shí)具有提高系統(tǒng)研制品質(zhì)、縮短研制周期、節(jié)約研制經(jīng)費(fèi)等優(yōu)點(diǎn)，已成為仿真領(lǐng)域研究的重要方向[2]。

為此，某型飛機(jī)照相專(zhuān)業(yè)仿真訓(xùn)練系統(tǒng)，采用以計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)為核心的半實(shí)物仿真訓(xùn)練平臺(tái)。半實(shí)物仿真系統(tǒng)，又稱(chēng)硬件在回路仿真系統(tǒng)[3]，在綜合考慮部件的使用頻率和系統(tǒng)的成本的情況下，采用實(shí)物直接參與和計(jì)算機(jī)圖形仿真相結(jié)合的方式仿真飛機(jī)座艙內(nèi)的硬件，再利用軟件編程驅(qū)動(dòng)圖形部件和模擬照相專(zhuān)業(yè)通電檢測(cè)程序。

1 設(shè)計(jì)原則

某型飛機(jī)照相專(zhuān)業(yè)仿真訓(xùn)練系統(tǒng)，用以完成照相設(shè)備專(zhuān)業(yè)對(duì)各種照相設(shè)備配掛方案的地面、機(jī)上通電檢查訓(xùn)練、虛擬設(shè)備掛裝訓(xùn)練等。該仿真系統(tǒng)能替代實(shí)裝進(jìn)行訓(xùn)練，減少因訓(xùn)練產(chǎn)生的各種消耗和人員保障，節(jié)省維修訓(xùn)練經(jīng)費(fèi)，提高訓(xùn)練品質(zhì)和效率，縮短戰(zhàn)斗力的生成周期，達(dá)到科學(xué)有效地提高地勤人員使用維護(hù)技能的目的。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)滿(mǎn)足實(shí)用性、仿真性和系統(tǒng)性要求。

（1）實(shí)用性。突出某型飛機(jī)照相專(zhuān)業(yè)通電檢查訓(xùn)練需要，符合部隊(duì)實(shí)際的訓(xùn)練科目，操作界面設(shè)計(jì)具有易操作性和友好性。

（2）仿真性。本程序以盡量貼近實(shí)際該型飛機(jī)座艙內(nèi)操作為目標(biāo)，力求盡量貼近真實(shí)環(huán)境，給予操縱人員貼近實(shí)際的體驗(yàn)，以收到較好的訓(xùn)練效果。

（3）系統(tǒng)性。可以模擬該型飛機(jī)所有配掛方案的從照相方案加載、地面通電檢查直至空中通電檢查，具有一定的系統(tǒng)性，可以使受訓(xùn)人員對(duì)整個(gè)通電檢查過(guò)程有一個(gè)系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。

2 硬件設(shè)計(jì)

某型飛機(jī)照相專(zhuān)業(yè)仿真訓(xùn)練系統(tǒng)，是由主機(jī)、顯示器、控制面板構(gòu)成的立式控制臺(tái)。將照相專(zhuān)業(yè)訓(xùn)練常用的硬件，如偵察控制盒、火控盒、配電盤(pán)、DTC卡（數(shù)據(jù)傳輸卡）和主機(jī)電源開(kāi)關(guān)集成在控制臺(tái)的面板上，其他相關(guān)硬件及多功能顯示器在模擬訓(xùn)練系統(tǒng)軟件操作界面上，采用圖形化設(shè)計(jì)，通過(guò)軟件編程驅(qū)動(dòng)。

控制面板上的偵察控制盒、火控盒及配電盤(pán)組件，由按鍵、指示燈和斷路器，采用實(shí)物進(jìn)行仿真，即用真實(shí)的民品替代器件，以降低成本，其大小、功能和操作方法與飛機(jī)座艙內(nèi)部的部件完全相同；而DTC卡則采用仿制件，其外觀(guān)與飛機(jī)座艙內(nèi)部的DTC卡相同，操縱方法相同，其功能通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于輸入、輸出量均為數(shù)字量，且信號(hào)數(shù)量較多，故選用研祥智能科技股份有限公司研發(fā)的具有32路輸入、32路輸出通道的PCI-I64IOT光隔離開(kāi)關(guān)量 I/O卡[3]。

2.1 開(kāi)關(guān)量信號(hào)輸入

本卡的DI0～DI31都是光耦輸入的信號(hào)正端，DIGND1和DIGND2是信號(hào)負(fù)端，使用光耦芯片PS2801，每一輸入通道接線(xiàn)方法見(jiàn)圖1所示。

圖1 開(kāi)關(guān)量信號(hào)輸入電路圖

采用+5V電源供電，當(dāng)訓(xùn)練系統(tǒng)控制面板的DTC卡在位或斷路器接通時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入通道提供一個(gè)外接+5V信號(hào)，有電流通過(guò)板卡內(nèi)部的500 Ω限流電阻流過(guò)發(fā)光二極管，二極管發(fā)光，光線(xiàn)入射到光電三極管的基極，三極管導(dǎo)通，在發(fā)射極輸出高電平信號(hào)。發(fā)射極的輸出信號(hào)通過(guò)PCI槽與主機(jī)連接，繼而實(shí)現(xiàn)主機(jī)對(duì)面板按鍵、斷路器等信息的采集。對(duì)于斷路器、DTC卡的信息，通過(guò)輸入通道直接讀取高、低電平信號(hào)，即可獲取其真實(shí)狀態(tài)——接通或斷開(kāi)（在位或不在位），而對(duì)于偵控盒和火控盒上的按鍵，每按一次，獲取一個(gè)脈沖信號(hào)，還需借助軟件記錄按鍵次數(shù)為奇數(shù)次還是偶數(shù)次，判定其為接通還是斷開(kāi)狀態(tài)。

2.2 開(kāi)關(guān)量信號(hào)輸出

本卡的DO0～DO31都是光耦輸出端，使用光耦芯片PS2802，接線(xiàn)方法見(jiàn)圖2所示。

圖2 開(kāi)關(guān)量信號(hào)輸出電路圖

結(jié)合本訓(xùn)練系統(tǒng)控制面板的操作，當(dāng)某一按鍵被按下，需要指示燈明亮?xí)r，通過(guò)程序控制使對(duì)應(yīng)的輸出通道發(fā)出高電平信號(hào)，有電流流過(guò)發(fā)光二極管，二極管發(fā)光，光線(xiàn)入射到光電三極管的基極，光電三極管導(dǎo)通，使面板按鍵指示燈明亮；當(dāng)再次按鍵時(shí)，通過(guò)程序控制使對(duì)應(yīng)的輸出通道發(fā)出低電平信號(hào)，面板按鍵指示燈熄滅，顯示按鍵狀態(tài)。

通過(guò)以上分析，可以看出PCI-I64IOT的光隔開(kāi)關(guān)量輸入輸出特點(diǎn)，能很好滿(mǎn)足系統(tǒng)控制面板與主機(jī)之間的信息交換。

2.3 接口電路

主機(jī)選用具有PCI插槽的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，控制面板與主機(jī)通過(guò)PCI-I64IOT I/O卡進(jìn)行信息交換，訓(xùn)練系統(tǒng)界面操作，利用觸摸屏來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)USB接口給主機(jī)輸入信息，主機(jī)通過(guò)顯卡更新界面，為此選用觸摸顯示屏。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 硬件結(jié)構(gòu)圖

PCI-I64IOT I/O卡插入主機(jī)內(nèi)的PCI插槽內(nèi)，其與外電路的連接通過(guò)J1、J2連接器，圖中卡上的數(shù)字代表兩個(gè)連接器的引腳號(hào)，輸入、輸出通道分別用DIn、DOn表示，n代表通道號(hào)，從圖中漢字表示，就可以看出每一輸入、輸出信號(hào)所占用的通道及與I/O卡的連接關(guān)系。

3 軟件設(shè)計(jì)

該仿真訓(xùn)練系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，選用Windows XP操作系統(tǒng)，應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境為Microsoft Visual C++6.0，界面采用對(duì)話(huà)框方式，采用模塊化設(shè)計(jì)，以增強(qiáng)系統(tǒng)的操作性、可靠性、通用性、可維護(hù)性和升級(jí)能力。其分別由系統(tǒng)主控模塊、虛擬掛裝模塊、數(shù)據(jù)采集與驅(qū)動(dòng)模塊、故障設(shè)置模塊、通電檢查模塊、系統(tǒng)操作演示模塊組成。

（1）主控模塊。主控模塊負(fù)責(zé)訓(xùn)練系統(tǒng)界面的靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示，具體包括模擬飛機(jī)座艙內(nèi)的兩個(gè)多功能顯示器的外觀(guān)模擬，亮度調(diào)節(jié)旋鈕、對(duì)比度調(diào)節(jié)旋鈕、周邊鍵和顯示區(qū)的功能模擬；座艙內(nèi)照相專(zhuān)業(yè)用到駕駛桿和油門(mén)桿等的部分按鍵、斷路器及ICP（綜合控制面板）上旋鈕、開(kāi)關(guān)的靜態(tài)顯示和進(jìn)行各種操作時(shí)的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)更新。

（2）虛擬掛裝模塊。虛擬掛裝模塊負(fù)責(zé)模擬通電檢查前各種配掛方案的配掛過(guò)程，采用下拉列表框，顯示所有允許的配掛方案。

（3）數(shù)據(jù)采集與驅(qū)動(dòng)模塊。數(shù)據(jù)采集模塊包括板卡的初始化程序、數(shù)據(jù)采集、分析及處理程序，主要負(fù)責(zé)通過(guò)I/O卡的輸入端口獲取控制面板上按鍵、開(kāi)關(guān)狀態(tài)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析后，通過(guò)I/O卡的輸出端口，控制按鍵上的指示燈的亮暗。

（4）故障設(shè)置模塊。故障設(shè)置模塊主要對(duì)照相設(shè)備進(jìn)行虛擬故障設(shè)置，以模擬故障狀態(tài)下通電檢查畫(huà)面的顯示，受訓(xùn)者可以看到照相設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，故障清單的查驗(yàn)畫(huà)面。

（5）通電檢查模塊。通電檢查模塊是該訓(xùn)練系統(tǒng)的核心部分，包括地面通電檢查和空中通電檢查兩個(gè)部分，地面通電檢查，包括照相任務(wù)加載（分為自動(dòng)加載和手動(dòng)加載）、參數(shù)匹配、故障清單的查驗(yàn)和系統(tǒng)時(shí)間查詢(xún)或修改、操縱員啟動(dòng)自檢測(cè)等操作；空中通電檢查，包括照相設(shè)備參數(shù)設(shè)置，相機(jī)準(zhǔn)備、工作、傳輸?shù)让畈僮鳌?/p>

（6）系統(tǒng)操作演示模塊。系統(tǒng)操作演示模塊是為了幫助受訓(xùn)人員盡快學(xué)會(huì)使用該模擬訓(xùn)練系統(tǒng)設(shè)置的，以圖片、文字、聲音和視頻相結(jié)合的形式，詳細(xì)地演示了該系統(tǒng)的操作使用方法。

4 結(jié)束語(yǔ)

某型飛機(jī)照相專(zhuān)業(yè)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)，是基于部隊(duì)使用維護(hù)人員和院校培訓(xùn)需要而研制的，已配備于院校專(zhuān)業(yè)實(shí)習(xí)室，目前已培訓(xùn)學(xué)員兩期，使用結(jié)果表明：其具有很強(qiáng)的實(shí)用性，受訓(xùn)人員畢業(yè)到部隊(duì)后，很快能勝任崗位需要；系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，只需觸摸顯示屏和手動(dòng)操作控制面板即可完成；可移植性好，通電檢查程序采用模塊化操作，可以根據(jù)需要移植到其他仿真訓(xùn)練系統(tǒng)或多媒體課件中，因仿真系統(tǒng)數(shù)量有限，為滿(mǎn)足更多培訓(xùn)任務(wù)的需要，已將其移植到通用計(jì)算機(jī)上。當(dāng)然其也具有一定的局限性：軟件界面的圖形化設(shè)計(jì)視覺(jué)效果較好，缺乏真實(shí)感；仿真系統(tǒng)的各操作按鍵的空間位置關(guān)系與真實(shí)飛機(jī)座艙中有出入，操作的環(huán)境真實(shí)感不強(qiáng)。

[1]單家元，孟秀云.半實(shí)物仿真[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2008.

[2]高江林，吳曉燕，李勇君，等.半實(shí)物仿真系統(tǒng)VV&A研究[J].航天控制，2011，29（1）：67-71.

[3]康鳳舉.現(xiàn)代仿真技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2001.

[4]研祥智能科技股份有限公司.PCI-I64IOT用戶(hù)使用手冊(cè)[K].北京：研祥智能科技股份有限公司，2009.