機載航空電子通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)數(shù)字建模研究

倪翔 鄭海

摘 要：機載航空電子導(dǎo)航設(shè)備為飛機的正確航行提供指導(dǎo)，關(guān)系著飛機飛行的安全性和穩(wěn)定性，從而影響著人們的生命財產(chǎn)安全。本文將針對機載航空電子通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)數(shù)字建模展開研究，通過仿真模型的建立測試系統(tǒng)的功能和性能，不斷優(yōu)化通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計，提高空中交通運行水平，更好的為國家社會服務(wù)。

關(guān)鍵詞：機載航空；電子通信設(shè)備；導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)；數(shù)字建模；研究分析

Communication Navigation and Surveillance簡稱CNS，即通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)，它是機載航空電子系統(tǒng)的基本組成部分，主要可以分為通信子系統(tǒng)、綜合監(jiān)視系統(tǒng)、導(dǎo)航子系統(tǒng)三個部分，其中通信子系統(tǒng)可以實現(xiàn)飛機與地面、飛機與飛機之間的數(shù)據(jù)通信和可靠通話，綜合監(jiān)視系統(tǒng)可以實現(xiàn)氣象告警、近地、防撞等功能，導(dǎo)航子系統(tǒng)可以實現(xiàn)起飛、巡航、著陸的導(dǎo)航和定位功能。下面我們將針對CNS系統(tǒng)數(shù)字建模展開研究。

一、簡析機載航空電子通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)數(shù)字建模的內(nèi)涵

1. CNS系統(tǒng)數(shù)字建模的重要意義

機載航空電子通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)數(shù)字建模仿真具有如下作用：實現(xiàn)CNS系統(tǒng)的架構(gòu)定義、架構(gòu)優(yōu)化和分解安全性指標；實現(xiàn)系統(tǒng)性能、功能、接口仿真；進行系統(tǒng)內(nèi)外總線傳輸延遲分析以及使用率分析，等等。通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)數(shù)字建?？梢詾樾滦惋w機研發(fā)先進航空電子系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)和理論支持，提高飛機飛行的安全性、穩(wěn)定性、高效性，從而維護空中交通的正常運行，保證人們生命財產(chǎn)安全。

2. CNS系統(tǒng)數(shù)字建模的基本框架

CNS系統(tǒng)數(shù)字建?？梢圆捎肧IMULINK軟件，它是一種可視化的仿真工具，可以提供動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真、綜合分析的設(shè)計環(huán)境，而且不需要編寫大量程序便可以構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。然后我們應(yīng)用自上而下的設(shè)計方法、模塊化的建模方法、分離式仿真技術(shù)以及分布式仿真技術(shù)等方法和技術(shù)，實現(xiàn)一體化架構(gòu)設(shè)計，提高系統(tǒng)集成度、靈活性、可維護性，同時實現(xiàn)CNS仿真系統(tǒng)的人機功效【1】。

二、研究機載航空電子通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)數(shù)字建模的重點環(huán)節(jié)

1.通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)備仿真建模

通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)備仿真建模是CNS系統(tǒng)數(shù)字建模的核心部分，可以實現(xiàn)仿真通信、導(dǎo)航、監(jiān)視系統(tǒng)各種設(shè)備的數(shù)據(jù)與功能通信，從而檢測各種設(shè)備的仿真運行狀態(tài)。通信導(dǎo)航監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備仿真模型是通過航空電子雙向以太網(wǎng)（AFDX）、離散、ARINC429總線等信號進行通信的，而且可以交換通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)。

1.1 CNS通信子系統(tǒng)仿真模型

CNS通信子系統(tǒng)仿真模型主要用來實現(xiàn)仿真無線電通信收發(fā)機的話音通信功能、輸入輸出數(shù)據(jù)傳輸功能、數(shù)據(jù)鏈功能、接受調(diào)諧控制功能、離散控制功能、VHF應(yīng)急調(diào)諧功能等等，通信子系統(tǒng)主要由高頻收發(fā)機仿真模型（HF）、衛(wèi)星通信仿真模型（SATCOM）、甚高頻收發(fā)機仿真模型（VHF）等部分組成。

1.2 CNS導(dǎo)航子系統(tǒng)仿真模型

CNS導(dǎo)航子系統(tǒng)仿真模型需要實現(xiàn)仿真無線電導(dǎo)航收發(fā)機的離散控制功能、導(dǎo)航功能、自檢功能、接受飛管調(diào)諧控制功能、接受調(diào)諧控制功能、ILS應(yīng)急調(diào)節(jié)功能等等，導(dǎo)航子系統(tǒng)主要由GPS即全球定位系統(tǒng)接收機、多模導(dǎo)航接收機（NAV）、無線電高度表（RA）、測距儀（DME）、北斗定位系統(tǒng)（BDS）等仿真模型組成。

1.3 CNS監(jiān)視子系統(tǒng)仿真模型

CNS監(jiān)視子系統(tǒng)仿真模型包括了綜合監(jiān)視系統(tǒng)（ISS）模型，用來滿足防撞及近地警告、氣象雷達等多樣化監(jiān)視需求，監(jiān)視子系統(tǒng)主要由空中交通防撞系統(tǒng)（TCAS）、異步接收機（XPDR）、地形識別和預(yù)警系統(tǒng)（TAWS）、氣象雷達（WXR）等仿真設(shè)備組成

1.4 CNS系統(tǒng)數(shù)字建模的其他仿真模型

除了上述三個子系統(tǒng)仿真模型，我們還要建立調(diào)諧控制面板仿真模型（TCP）和無線電數(shù)據(jù)接口單元（RDIU）仿真模型，其中調(diào)諧控制面板仿真模型用來實現(xiàn)仿真調(diào)諧控制設(shè)備對通信導(dǎo)航監(jiān)視設(shè)備的應(yīng)急調(diào)諧功能、調(diào)諧控制功能、飛管調(diào)諧數(shù)據(jù)同步功能、多個調(diào)諧控制面板之間的數(shù)據(jù)同步功能等，而無線電數(shù)據(jù)接口單元仿真模型用來實現(xiàn)外部與CNS系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互，它分為左右兩側(cè)，用來實現(xiàn)CNS外部與CNS系統(tǒng)左右兩側(cè)各仿真模型的數(shù)據(jù)收發(fā)，同時無線電數(shù)據(jù)接口單元仿真模型具備航空電子雙向以太網(wǎng)和ARINC429之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換功能，從而保證CNS對外數(shù)據(jù)交互接口統(tǒng)一。

2.通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)激勵仿真建模

通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)激勵仿真模型主要功能有飛行管理系統(tǒng)調(diào)諧控制功能、起落架信號功能、多功能顯示導(dǎo)航數(shù)據(jù)功能、慣導(dǎo)輔助GPS快速定位功能等。通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)激勵仿真模型可以分為左右兩側(cè)，根據(jù)兩側(cè)預(yù)定的軌跡生成飛行路線，然后依據(jù)航線產(chǎn)生飛行狀態(tài)信息，從而激勵通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)各設(shè)備仿真模型，并且顯示各仿真模型的輸出數(shù)據(jù)。設(shè)備激勵仿真模型和設(shè)備仿真模型共同組成了通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)仿真模型，有利于系統(tǒng)順利進行測試工作，我們可以對系統(tǒng)其中某一設(shè)備仿真模型進行測試，并且實時修改設(shè)備激勵仿真模型的激勵參數(shù)，觀察測試結(jié)果。

3.通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)仿真建模的優(yōu)點

通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)仿真模型應(yīng)用了模塊化設(shè)計結(jié)構(gòu)和標準化的開放體系架構(gòu)，各設(shè)備模型符合相關(guān)規(guī)范標準，有利于設(shè)備的按需組合和重復(fù)使用。模塊化建模方便CNS系統(tǒng)設(shè)計不同架構(gòu)，比較性能差異，實現(xiàn)快速定義和設(shè)計。同時模型接口特性符合真實設(shè)備接口需求，因此該仿真模型具備良好的功能擴充和系統(tǒng)擴展性能，方便日后維護，滿足未來發(fā)展需求。CNS系統(tǒng)仿真模型的建立是以TSO標準、ARINC標準以及國內(nèi)外適航產(chǎn)品為基礎(chǔ)，所以具備高度的復(fù)原性，能夠真實反映機載航空電子設(shè)備的相互關(guān)系、功能、輸入輸出接口數(shù)據(jù)傳輸邏輯，該模型可以使用真實航空飛行數(shù)據(jù)包進行激勵，保證了仿真模型的系統(tǒng)功能和性能得到了充分的檢驗。另外，該仿真模型是根據(jù)未來通信技術(shù)的發(fā)展趨勢建立的，拓展了AFDX的數(shù)據(jù)借口和功能，利用該模型設(shè)計完善系統(tǒng)架構(gòu)，可以提升機載電子系統(tǒng)的開發(fā)效率和質(zhì)量，并且有效降低了研發(fā)成本【2】。

綜上所述，我們對機載航空電子通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)數(shù)字建模展開了研究，首先明確了CNS系統(tǒng)數(shù)字建模的重要意義和基本框架，然后分析了通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)備仿真模型和激勵仿真模型的建立，二者共同構(gòu)成了通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)仿真模型閉環(huán)，從而使整個系統(tǒng)更具可測試性，最后分析了CNS系統(tǒng)仿真建模的優(yōu)點，便于現(xiàn)代航行系統(tǒng)的功能驗證、接口定義、架構(gòu)設(shè)計、總線數(shù)據(jù)分析等，為日后的機載航空電子通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計提供參考。

參考文獻：

[1]趙育良，許兆林. 飛機導(dǎo)航數(shù)據(jù)仿真系統(tǒng)設(shè)計[J]. 飛機設(shè)計，2007（01）：40-42.

[2]馮眾保，馮曉波. 機載航空電子通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)數(shù)字建模[J]. 兵工自動化，2018，37（08）：83-86.