朱曉飛 李震華

摘? 要：設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)航電仿真系統(tǒng)集成驗(yàn)證平臺(tái)是為了能夠保證整個(gè)航電仿真系統(tǒng)成功研制的重要技術(shù)。本文中提出了一種適用多樣系統(tǒng)總線協(xié)議的航電模擬仿真系統(tǒng)集成驗(yàn)證平臺(tái)的設(shè)計(jì)技術(shù)方案，解決了傳統(tǒng)式航電模擬仿真系統(tǒng)集成驗(yàn)證平臺(tái)的單一性和擴(kuò)展性的難題，滿足系統(tǒng)集成度高、交聯(lián)關(guān)系繁雜的航電系統(tǒng)集成驗(yàn)證要求。該平臺(tái)可運(yùn)用于航電系統(tǒng)的半物理集成、全數(shù)字集成以及全實(shí)物動(dòng)態(tài)集成，確保試驗(yàn)各環(huán)節(jié)的銜接、航電系統(tǒng)集成效率高和航電系統(tǒng)集成的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：航電仿真系統(tǒng)? 集成驗(yàn)證? 總線激勵(lì)? 全數(shù)字仿真

中圖分類號(hào)：V243;TP391.9? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：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

綜合航空電子系統(tǒng)簡(jiǎn)稱“航電系統(tǒng)”。是現(xiàn)代民用型飛機(jī)重要的構(gòu)成部分，飛機(jī)的性能和飛機(jī)的安全性與航電系統(tǒng)息息相關(guān)。換句話說(shuō)，沒(méi)有高性能的航電系統(tǒng)，就沒(méi)有高性能的飛機(jī)。因?yàn)槊裼眯惋w機(jī)的研發(fā)必須符合國(guó)際民航的飛行安全各類規(guī)章制度，滿足適航要求，因而針對(duì)飛機(jī)的各類核心技術(shù)，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)再到商產(chǎn)研發(fā)，都要進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)室試驗(yàn)驗(yàn)證到試飛的試驗(yàn)驗(yàn)證工作，最終達(dá)到適航審定的每項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。而在地面試驗(yàn)室開(kāi)展試驗(yàn)室集成試驗(yàn)，完成航電系統(tǒng)的試驗(yàn)室集成，早已變成各航空科研單位、飛機(jī)生產(chǎn)制造單位的普遍選擇。

目前民用型飛機(jī)的航電系統(tǒng)之間利用A429總線和AFDX總線傳送數(shù)據(jù)，另外也有很多的離散量進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的傳送。飛機(jī)在飛行時(shí)，這些數(shù)據(jù)會(huì)頻密地輸入或輸出，而現(xiàn)階段，還沒(méi)有一種專門針對(duì)這類大量數(shù)據(jù)信息的頻密交換、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和管理的專業(yè)集成化驗(yàn)證平臺(tái)。文中對(duì)于傳統(tǒng)式航電模擬仿真系統(tǒng)集成驗(yàn)證平臺(tái)的作用不多樣、擴(kuò)展性不強(qiáng)和操作性不人性化的難題，提出一種適用于多種總線協(xié)議書(shū)的通用性航電仿真系統(tǒng)集成驗(yàn)證平臺(tái)的設(shè)計(jì)技術(shù)方案。

1? 航電仿真系統(tǒng)集成驗(yàn)證思路

為了高效地執(zhí)行逐層化集成策略， 需搭建航電模擬仿真系統(tǒng)集成驗(yàn)證平臺(tái)。該試驗(yàn)平臺(tái)既能夠用于航電系統(tǒng)仿真模型，支持航電系統(tǒng)研發(fā)試驗(yàn)，具有接口數(shù)勵(lì)能力以外，還能有一整套高效率的配線系統(tǒng)，以便對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行真件/仿真件切換。

航電仿真系統(tǒng)集成驗(yàn)證平臺(tái)的關(guān)鍵作用，就是對(duì)航電仿真部件或控制模塊進(jìn)行集成驗(yàn)證。如圖1，該平面圖為通信導(dǎo)航仿真系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)中各系統(tǒng)之間關(guān)系。該平臺(tái)由飛行模擬仿真系統(tǒng)、總線激勵(lì)系統(tǒng)和綜合性顯示系統(tǒng)構(gòu)成，可對(duì)左、右航電系統(tǒng)的通信、導(dǎo)航、監(jiān)視模擬仿真部件或控制模塊進(jìn)行測(cè)試。當(dāng)其余的系統(tǒng)組件模塊需要進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，只需添加相應(yīng)的總線激勵(lì)信號(hào)，即可進(jìn)行。

2? 航電仿真系統(tǒng)集成驗(yàn)證平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

航空電子模擬仿真系統(tǒng)集成驗(yàn)證服務(wù)平臺(tái)為航空電子系統(tǒng)總線接口模擬仿真，航空電子系統(tǒng)真件和航空電子系統(tǒng)模型提供了統(tǒng)一的軟件環(huán)境，在一樣的試驗(yàn)構(gòu)型配置條件下，構(gòu)建一樣的試驗(yàn)構(gòu)型，并且能夠十分便捷地在半物理、全數(shù)字和全實(shí)物三種情況之間切換，適用于從設(shè)備到子系統(tǒng)、系統(tǒng)及飛機(jī)級(jí)不一樣要求的試驗(yàn)。試驗(yàn)平臺(tái)由機(jī)器設(shè)備架，飛行模擬仿真，工程駕駛室，布線系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和故障注入控制模塊等系統(tǒng)組合而成。該試驗(yàn)平臺(tái)整合了航空電子系統(tǒng)及與其有交聯(lián)關(guān)系的飛機(jī)系統(tǒng)。上述系統(tǒng)有兩種不同工作模式，分別為：真實(shí)的航線可替換單元和該系統(tǒng)控制器的仿真器。仿真器使用模擬仿真驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行后臺(tái)管理，而仿真器的仿真是基于接口控制文件的接口仿真。飛行模擬仿真能顯示標(biāo)準(zhǔn)大氣仿真模型、無(wú)線通信導(dǎo)航站仿真模型、摩擦力和機(jī)場(chǎng)等。飛行模擬仿真和飛行環(huán)境模擬仿真分別提供環(huán)境數(shù)據(jù)信息激勵(lì)源和飛機(jī)飛行狀態(tài)，為航空電子系統(tǒng)的測(cè)試進(jìn)行服務(wù)。

3? 航電系統(tǒng)的集成

航電系統(tǒng)集成起初是全數(shù)字集成，之后則用含有物理學(xué)系統(tǒng)總線接口的仿真件來(lái)取而代之，再將所有的仿真件換成真件，最后完成航電全系統(tǒng)情景的試驗(yàn)。在飛機(jī)航電系統(tǒng)集成全過(guò)程中，利用Virtual Avionics Prototyping System（高效航空電子原型系統(tǒng)），設(shè)計(jì)了顯示系統(tǒng)模型及其有關(guān)的頂部控制版，用于對(duì)飛行員操作程序和顯示器接口邏輯進(jìn)行虛擬集成。各系統(tǒng)模型統(tǒng)一運(yùn)行在航電系統(tǒng)全數(shù)字網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，對(duì)航電系統(tǒng)開(kāi)展集成，全面驗(yàn)證系統(tǒng)間數(shù)據(jù)信號(hào)傳送和邏輯接口，并對(duì)每個(gè)仿真模型構(gòu)成的航電系統(tǒng)功能和飛行員操作程序開(kāi)展驗(yàn)證。

根據(jù)航空電子系統(tǒng)仿真建模的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，第一步是構(gòu)建一套通用飛行仿真和飛行環(huán)境仿真模型。該套模型用于整個(gè)飛行過(guò)程中，飛機(jī)的動(dòng)態(tài)仿真，并提供飛行仿真和飛行環(huán)境仿真接口;根據(jù)飛機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范和設(shè)計(jì)接口控制文件，第二步便是構(gòu)建飛機(jī)系統(tǒng)和傳感器模型，利用面向數(shù)據(jù)的發(fā)布機(jī)制，來(lái)完成與飛行仿真和飛行環(huán)境仿真的集成。之后，集成過(guò)程逐漸演變成半物理仿真集成階段。在此階段，模型的輸入和輸出數(shù)據(jù)通過(guò)硬件板卡發(fā)送到用于與其它系統(tǒng)通信的真實(shí)的飛機(jī)網(wǎng)絡(luò)中。某型號(hào)飛機(jī)的航空電子系統(tǒng)主要采用了A429總線，A664總線和A825總線三種總線。系統(tǒng)模型和各種類型的總線板結(jié)合在一起形成一個(gè)半物理環(huán)境，系統(tǒng)在該環(huán)境中完成輸入/輸出接口和邏輯功能驗(yàn)證。在半物理模擬集成階段完成之后，集成過(guò)程逐漸被全實(shí)物集成階段所取代。當(dāng)處于全實(shí)物在環(huán)集成階段時(shí)，每個(gè)航空電子設(shè)備都通過(guò)激勵(lì)器激勵(lì)來(lái)工作。航空電子系統(tǒng)的激勵(lì)器和非航空電子系統(tǒng)的模擬仿真器的數(shù)據(jù)信息來(lái)源于統(tǒng)一的飛行仿真與飛行環(huán)境仿真。在這種構(gòu)型情況下，完成基于真實(shí)飛行情景的航空電子系統(tǒng)全實(shí)物在環(huán)動(dòng)態(tài)集成試驗(yàn)。

4? 航電仿真系統(tǒng)總線激勵(lì)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

依據(jù)總線激勵(lì)系統(tǒng)所要完成的功能，根據(jù)設(shè)計(jì)原理，對(duì)總線激勵(lì)系統(tǒng)從大體上開(kāi)展層級(jí)劃分，創(chuàng)建總線激勵(lì)系統(tǒng)的層級(jí)抽象模型。以離散量數(shù)據(jù)量和A429總線數(shù)據(jù)量的傳送為例子開(kāi)展剖析。總線激勵(lì)系統(tǒng)被劃分成3個(gè)層級(jí)，即功能應(yīng)用層、邏輯映射層和物理資源層。

功能應(yīng)用層包含激勵(lì)控制模塊和響應(yīng)顯示模塊。激勵(lì)控制功能模塊，在動(dòng)態(tài)仿真時(shí)，剖析環(huán)境控制下的飛行參數(shù)，并轉(zhuǎn)成激勵(lì)參數(shù);最終把激勵(lì)參數(shù)編碼成總線數(shù)據(jù)即離散量信號(hào)或A429總線數(shù)據(jù)。航電仿真組件向總線激勵(lì)系統(tǒng)發(fā)出總線數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)物理資源層、邏輯映射層后傳送到功能應(yīng)用層的響應(yīng)顯示功能模塊。在此功能模塊內(nèi)，對(duì)總線數(shù)據(jù)解碼，將解碼后的數(shù)據(jù)顯示出來(lái)。邏輯映射層選用緩沖區(qū)的方式，不管物理資源層選用何種板卡或驅(qū)動(dòng)軟件程序，都是把采集到的A429總線數(shù)據(jù)及離散量數(shù)據(jù)置于“物理A429總線”緩沖區(qū)和“物理離散量”緩沖區(qū)域中，為物理資源層和功能應(yīng)用層提供一致的接收和發(fā)送接口。

5? 航電仿真系統(tǒng)集成驗(yàn)證平臺(tái)總線數(shù)據(jù)激勵(lì)測(cè)試

通過(guò)總線數(shù)據(jù)激勵(lì)測(cè)試來(lái)驗(yàn)證航電仿真系統(tǒng)集成驗(yàn)證平臺(tái)符合最初設(shè)計(jì)要求。以下是通信導(dǎo)航仿真系統(tǒng)的集成測(cè)試中的一條測(cè)試項(xiàng)：當(dāng)測(cè)試仿真系統(tǒng)的A429總線輸入數(shù)據(jù)時(shí)，通過(guò)集成驗(yàn)證平臺(tái)將相應(yīng)的A429總線數(shù)據(jù)發(fā)送到不同的總線通道，并檢查接收到的數(shù)據(jù)是否與相應(yīng)通信導(dǎo)航系統(tǒng)仿真的相應(yīng)模塊中的測(cè)試數(shù)據(jù)一致。以通信導(dǎo)航系統(tǒng)的甚高頻模塊測(cè)試為例，測(cè)試步驟如下：

（1）將甚高頻模塊的總線切換至動(dòng)態(tài)仿真狀態(tài);

（2）在A429總線上找到需要設(shè)置的總線，并設(shè)置該頻率為30Hz;

（3）發(fā)送端設(shè)置完成后，在A429總線接收窗口中找到相應(yīng)的總線，觀察到接收端收到并最終顯示出的值與發(fā)送端上設(shè)置的值一致，為30Hz。

由上可知，實(shí)際測(cè)試值與理論值保持一致，說(shuō)明航電仿真系統(tǒng)集成驗(yàn)證平臺(tái)滿足要求。

6? 結(jié)語(yǔ)

本文提出了一種適用與多種總線協(xié)議數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮诫姺抡嫦到y(tǒng)集成驗(yàn)證平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案，并搭建了航電模擬仿真系統(tǒng)集成驗(yàn)證平臺(tái)。該平臺(tái)可以靈活地切換各種試驗(yàn)構(gòu)型配置，以支持航電系統(tǒng)系統(tǒng)級(jí)別，子系統(tǒng)級(jí)別，原型原理級(jí)別和飛機(jī)級(jí)別的集成驗(yàn)證。整項(xiàng)驗(yàn)證在飛行仿真環(huán)境一致的情況下進(jìn)行，向各系統(tǒng)真件和仿真模型提供了統(tǒng)一的動(dòng)態(tài)集成環(huán)境。航電模擬仿真系統(tǒng)集成驗(yàn)證平臺(tái)設(shè)計(jì)技術(shù)使各個(gè)階段集成的繼承性和集成效率得到了大大的提升，在確保了集成質(zhì)量的同時(shí)，更提高了航電系統(tǒng)集成驗(yàn)證的有效性和可信度。

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