某型飛機照相專業(yè)仿真訓練系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

范秀英，趙 曼

（空軍航空大學特種專業(yè)系，吉林 長春 130022）

為使新裝備盡快形成戰(zhàn)斗力，必須增加使用維護人員的訓練時間，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照相專業(yè)仿真訓練系統(tǒng)。

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

為此，某型飛機照相專業(yè)仿真訓練系統(tǒng)，采用以計算機仿真技術(shù)為核心的半實物仿真訓練平臺。半實物仿真系統(tǒng)，又稱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，采用實物直接參與和計算機圖形仿真相結(jié)合的方式仿真飛機座艙內(nèi)的硬件，再利用軟件編程驅(qū)動圖形部件和模擬照相專業(yè)通電檢測程序。

1 設(shè)計原則

某型飛機照相專業(yè)仿真訓練系統(tǒng)，用以完成照相設(shè)備專業(yè)對各種照相設(shè)備配掛方案的地面、機上通電檢查訓練、虛擬設(shè)備掛裝訓練等。該仿真系統(tǒng)能替代實裝進行訓練，減少因訓練產(chǎn)生的各種消耗和人員保障，節(jié)省維修訓練經(jīng)費，提高訓練品質(zhì)和效率，縮短戰(zhàn)斗力的生成周期，達到科學有效地提高地勤人員使用維護技能的目的。系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)滿足實用性、仿真性和系統(tǒng)性要求。

（1）實用性。突出某型飛機照相專業(yè)通電檢查訓練需要，符合部隊實際的訓練科目，操作界面設(shè)計具有易操作性和友好性。

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

（3）系統(tǒng)性?？梢阅M該型飛機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，可以使受訓人員對整個通電檢查過程有一個系統(tǒng)的認識。

2 硬件設(shè)計

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

控制面板上的偵察控制盒、火控盒及配電盤組件，由按鍵、指示燈和斷路器，采用實物進行仿真，即用真實的民品替代器件，以降低成本，其大小、功能和操作方法與飛機座艙內(nèi)部的部件完全相同；而DTC卡則采用仿制件，其外觀與飛機座艙內(nèi)部的DTC卡相同，操縱方法相同，其功能通過軟件編程來實現(xiàn)。由于輸入、輸出量均為數(shù)字量，且信號數(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光隔離開關(guān)量 I/O卡[3]。

2.1 開關(guān)量信號輸入

本卡的DI0～DI31都是光耦輸入的信號正端，DIGND1和DIGND2是信號負端，使用光耦芯片PS2801，每一輸入通道接線方法見圖1所示。

圖1 開關(guān)量信號輸入電路圖

采用+5V電源供電，當訓練系統(tǒng)控制面板的DTC卡在位或斷路器接通時，對應(yīng)的輸入通道提供一個外接+5V信號，有電流通過板卡內(nèi)部的500 Ω限流電阻流過發(fā)光二極管，二極管發(fā)光，光線入射到光電三極管的基極，三極管導通，在發(fā)射極輸出高電平信號。發(fā)射極的輸出信號通過PCI槽與主機連接，繼而實現(xiàn)主機對面板按鍵、斷路器等信息的采集。對于斷路器、DTC卡的信息，通過輸入通道直接讀取高、低電平信號，即可獲取其真實狀態(tài)——接通或斷開（在位或不在位），而對于偵控盒和火控盒上的按鍵，每按一次，獲取一個脈沖信號，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狀態(tài)。

2.2 開關(guān)量信號輸出

本卡的DO0～DO31都是光耦輸出端，使用光耦芯片PS2802，接線方法見圖2所示。

圖2 開關(guān)量信號輸出電路圖

結(jié)合本訓練系統(tǒng)控制面板的操作，當某一按鍵被按下，需要指示燈明亮時，通過程序控制使對應(yīng)的輸出通道發(fā)出高電平信號，有電流流過發(fā)光二極管，二極管發(fā)光，光線入射到光電三極管的基極，光電三極管導通，使面板按鍵指示燈明亮；當再次按鍵時，通過程序控制使對應(yīng)的輸出通道發(fā)出低電平信號，面板按鍵指示燈熄滅，顯示按鍵狀態(tài)。

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

2.3 接口電路

主機選用具有PCI插槽的工業(yè)控制計算機，控制面板與主機通過PCI-I64IOT I/O卡進行信息交換，訓練系統(tǒng)界面操作，利用觸摸屏來實現(xiàn)，通過USB接口給主機輸入信息，主機通過顯卡更新界面，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卡插入主機內(nèi)的PCI插槽內(nèi)，其與外電路的連接通過J1、J2連接器，圖中卡上的數(shù)字代表兩個連接器的引腳號，輸入、輸出通道分別用DIn、DOn表示，n代表通道號，從圖中漢字表示，就可以看出每一輸入、輸出信號所占用的通道及與I/O卡的連接關(guān)系。

3 軟件設(shè)計

該仿真訓練系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺，選用Windows XP操作系統(tǒng)，應(yīng)用軟件開發(fā)環(huán)境為Microsoft Visual C++6.0，界面采用對話框方式，采用模塊化設(shè)計，以增強系統(tǒng)的操作性、可靠性、通用性、可維護性和升級能力。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。主控模塊負責訓練系統(tǒng)界面的靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示，具體包括模擬飛機座艙內(nèi)的兩個多功能顯示器的外觀模擬，亮度調(diào)節(jié)旋鈕、對比度調(diào)節(jié)旋鈕、周邊鍵和顯示區(qū)的功能模擬；座艙內(nèi)照相專業(yè)用到駕駛桿和油門桿等的部分按鍵、斷路器及ICP（綜合控制面板）上旋鈕、開關(guān)的靜態(tài)顯示和進行各種操作時的動態(tài)實時更新。

（2）虛擬掛裝模塊。虛擬掛裝模塊負責模擬通電檢查前各種配掛方案的配掛過程，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，主要負責通過I/O卡的輸入端口獲取控制面板上按鍵、開關(guān)狀態(tài)，進行數(shù)據(jù)分析后，通過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)置模塊主要對照相設(shè)備進行虛擬故障設(shè)置，以模擬故障狀態(tài)下通電檢查畫面的顯示，受訓者可以看到照相設(shè)備發(fā)生故障時，故障清單的查驗畫面。

（5）通電檢查模塊。通電檢查模塊是該訓練系統(tǒng)的核心部分，包括地面通電檢查和空中通電檢查兩個部分，地面通電檢查，包括照相任務(wù)加載（分為自動加載和手動加載）、參數(shù)匹配、故障清單的查驗和系統(tǒng)時間查詢或修改、操縱員啟動自檢測等操作；空中通電檢查，包括照相設(shè)備參數(shù)設(shè)置，相機準備、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人員盡快學會使用該模擬訓練系統(tǒng)設(shè)置的，以圖片、文字、聲音和視頻相結(jié)合的形式，詳細地演示了該系統(tǒng)的操作使用方法。

4 結(jié)束語

某型飛機照相專業(yè)模擬訓練系統(tǒng)，是基于部隊使用維護人員和院校培訓需要而研制的，已配備于院校專業(yè)實習室，目前已培訓學員兩期，使用結(jié)果表明：其具有很強的實用性，受訓人員畢業(yè)到部隊后，很快能勝任崗位需要；系統(tǒng)操作簡單，只需觸摸顯示屏和手動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練系統(tǒng)或多媒體課件中，因仿真系統(tǒng)數(shù)量有限，為滿足更多培訓任務(wù)的需要，已將其移植到通用計算機上。當然其也具有一定的局限性：軟件界面的圖形化設(shè)計視覺效果較好，缺乏真實感；仿真系統(tǒng)的各操作按鍵的空間位置關(guān)系與真實飛機座艙中有出入，操作的環(huán)境真實感不強。

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

[2]高江林，吳曉燕，李勇君，等.半實物仿真系統(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用戶使用手冊[K].北京：研祥智能科技股份有限公司，2009.