某型航空偵察平臺模擬訓練系統(tǒng)的研制

趙育良，許兆林，趙宏強

（海軍航空工程學院 青島分院，山東 青島 266041）

目前，很多新型偵察裝備陸續(xù)引進和采用，這些裝備往往引進費用高，數量少，而且系統(tǒng)集光、機、電、計于一身，這對其維護、使用提出了更高的要求。但由于教學中無實裝，教學效果較差，故傳統(tǒng)的教學訓練方法無法滿足教學轉型及教學施訓的要求；而對于部隊在實裝上進行訓練，訓練的時間不可能太長，同時參訓的人數很少，訓練的費用高，訓練的效果和效率很差，無法保證大規(guī)模，高強度的訓練。也就無法快速地提高維護和使用水平。這就急需研制一套模擬仿真訓練系統(tǒng)，以解決院校無實裝教學問題，可以全天候、大量人次的進行學習訓練。配發(fā)部隊，也能夠提高訓練效果?；谏鲜鰡栴}，研制了新型航空偵察設備的模擬訓練系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)硬件設計

對于傳統(tǒng)的偵察裝備，往往是一個獨立的系統(tǒng)，一部相機配一個操縱裝置，這樣一來，如果一個平臺配置多種偵察裝備使其操控就更為復雜，較難做到協(xié)調統(tǒng)一的完成偵照任務。而隨著偵察技術的日益發(fā)展，先進的偵察平臺已出現以多功能顯控為控制終端，利用偵控機通過ARINC429航空總線為不同的偵察設備發(fā)送控制指令及所需導航及大氣數據，實現對這些設備的綜合控制，以達到協(xié)同偵照的目的[1]。而作為相機本身，則利用內置的429總線數據通訊接口板實現與偵控機之間的信息交換，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，本模擬訓練系統(tǒng)進行了如下設計。系統(tǒng)硬件主要由多功能顯示器、工控機及429PCI板卡等組成。偵察設備是利用顯控通過機上ARINC429總線完成對相機的控制與參數傳輸的。本模擬系統(tǒng)利用江蘇昆山航理生產的高仿殲偵八多功能顯示器作為控制終端，模擬機上顯控的控制，并通過工控機結合AEC429-PCI-44板卡模擬相機及顯控輸出的ARINC429信號，供信號檢測使用，其系統(tǒng)原理圖如圖2所示。

1.1 多功能顯示器（MFD）

由于偵控機對相機的控制是飛行員通過多功能顯示器及其周邊鍵實現的。為了使操作過程與實際裝備更加接近，本系統(tǒng)采用由江蘇昆山航理公司研制的高仿某型飛機多功能顯示器對系統(tǒng)進行控制。該顯示器內置PowerPC和接口圖形板，完成數據的采集與預置顯示圖像；工控機則通過串口利用其控制盒采集波特率為57 600的RS-422鍵值數據。

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

1.2 ARINC429總線信號模擬

1）ARINC429總線

ARINC429數據信息傳輸規(guī)范闡述了通過一對屏蔽雙絞線從一個端口向系統(tǒng)和設備以串行方式傳輸數字數據信息的方法。 其傳輸介質為屏蔽雙絞線，調制方式采用雙極歸零制的三態(tài)碼方式，具有很強的抗干擾能力。ARINC429規(guī)范規(guī)定，一個數據字有32位。數據字有 5種形式：二進制補碼（BNR）數據、十進制（BCD）數據、離散數據、維護數據、AIM（即應答、ISO5號字母表和用 ISO5號字母表表示的維護數據）數據。它們被分為5段，如圖3所示。

圖3 ARINC429總線數據格式Fig.3 ARINC429 bus data format

2）ARINC429總線數據的模擬[2-4]

本系統(tǒng)通過工控機結合AEC429-PCI-44總線接口卡實現ARINC429總線數據的發(fā)送與接收。

AEC429-PCI-44接口卡是北京神州飛航有限責任公司開發(fā)的 ARINC429總線接口卡[5]，其硬件結構如圖 4所示，板卡采用 PCI總線接口，有4個接收通道 4個發(fā)送通道，提供中斷和查詢 2種接收數據的方式，具有定時發(fā)送和非定時發(fā)送數據 2種方式，數據輸入輸出通過標準 DB62連接器。提供若干個接口函數，在使用時只需將公司提供的配套開發(fā)庫文件 AEC429A.dll和 AEC429A.lib添加到應用程序目錄中，在應用程序中加入頭文件AEC429A_lib.h即可。

系統(tǒng)的主機選用 PCI插槽的寬溫工業(yè)控制計算機，保證其在-40～+60℃范圍內工作正常，選用便攜式一體機。將AEC429-PCI-44接口卡的每個發(fā)送通道和接收通道分別作為相機及偵控機的模擬輸入及輸出端口，也可直接與相應相機的檢測設備相連進行總線數據通訊，按照ARINC429協(xié)議采用屏蔽雙絞電纜，實現對相機及偵控機的工作狀態(tài)數據和故障信息的模擬。

圖4 AEC429-PCI-44卡硬件結構圖Fig.4 AEC429-PCI-44 card hardware structure chart

2 系統(tǒng)軟件設計

2.1 開發(fā)平臺及仿真程序架構

本模擬系統(tǒng)選用C#為開發(fā)平臺，結合Flash及EON Studio完成模擬訓練系統(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實現相機所在機上及實驗室場景的開發(fā)，并利用AEC429-PCI-44總線接口卡實現對相機及偵控機的工作狀態(tài)數據和故障信息的模擬。單獨的EON Studio仿真程序及Flash仿真通電程序，無法互相調用及通信，且交互性較差，也不能時時進行動態(tài)仿真。通過在C#中安裝EonX及ShockWave Flash的標準控件，可以調用、控制EON仿真程序和Flash仿真通電程序，進行仿真程序的二次開發(fā)，加深了人機交互的深度，拓寬了人機交互的范圍，實現了較復雜的虛擬仿真，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總線數據仿真軟件設計

在利用MFD操控相機的同時，系統(tǒng)也利用AEC429-PCI-44接口卡實現偵控機（控制指令、導航數據等）及相機（回傳相機信息）端口總線數據的輸出模擬。

輸出數據的模擬采用非定時的發(fā)送方式，當系統(tǒng)開機，相機加載后，便利用偵控機輸出端口發(fā)送對應的相機控制字、工作方式字、經緯度及飛行高度等信息，同時相機端口輸出相機狀態(tài)、故障代碼等信息。以上信息的模擬嚴格按照系統(tǒng)預定的總線協(xié)議通過相應端口輸出，供檢測儀器檢測使用。

3 結論

本模擬訓練系統(tǒng)的建設，可滿足院校新裝備教學需求，為院校在新形勢下的任職教育提供了先進的輔助教學手段，滿足院校教學的必備實踐教學條件。如果系統(tǒng)投入使用，將大幅度降低院校培訓時間和部隊訓練費用，提高院校教學質量和減少部隊負擔，加速新裝備戰(zhàn)斗力的快速形成。

[1]趙育良，張國棟.基于ARINC429總線的某型CCD航空相機總線數據接口板[J].兵工自動化，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綜合控制系統(tǒng) [J].兵工自動化，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實現.微計算機應用.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[Z].北京神州飛航科技有限責任公司，2008.

[6]申 蔚，夏立文.虛擬現實技術 [M].北京:希望電子出版社，2002.