預警機戰(zhàn)勤顯示控制系統(tǒng)的原型設計與仿真驗證

霍萍，辛國華，李輝

（航空工業(yè)第一飛機設計研究院，陜西 西安 710089）

在現(xiàn)代海戰(zhàn)中，預警機作為空中編隊的“眼睛”，是整個指揮控制系統(tǒng)的關鍵節(jié)點。預警機集空中預警、指揮、控制、通信和電子戰(zhàn)等功能于一身，是空中活動雷達站和空中指揮中心，是現(xiàn)代戰(zhàn)爭重要的武器裝備。其中，航空電子系統(tǒng)、飛機平臺、武器系統(tǒng)是飛機作戰(zhàn)效能評估的3 個重要因素，航電系統(tǒng)為作戰(zhàn)飛機實現(xiàn)多功能、全天候的探測能力,武器投放能力和電子對抗能力提供了保證,已經(jīng)成為作戰(zhàn)飛機提高作戰(zhàn)性能的重要手段。

對于現(xiàn)代作戰(zhàn)飛機,戰(zhàn)勤顯示控制系統(tǒng)作為預警機作戰(zhàn)能力的核心,是戰(zhàn)勤人員和機載作戰(zhàn)系統(tǒng)人機交互的重要環(huán)節(jié)，其性能的優(yōu)劣對飛機的總體性能發(fā)揮有重大影響。為適應日益復雜的作戰(zhàn)威脅和聯(lián)合化的未來戰(zhàn)場環(huán)境，預警機機載作戰(zhàn)系統(tǒng)能力需要不斷改進提升，這就使得機載作戰(zhàn)系統(tǒng)的顯示需求變得更加復雜和多樣化，給戰(zhàn)勤顯示控制系統(tǒng)的設計帶來極大的挑戰(zhàn)。因此，在系統(tǒng)研究初期，開展戰(zhàn)勤顯示控制系統(tǒng)的原型設計和仿真驗證是非常必要的。

1 顯示控制系統(tǒng)功能

戰(zhàn)勤顯示控制系統(tǒng)是預警機的重要組成部分,也是機上主要的人機交互系統(tǒng)，負責與作戰(zhàn)任務相關的信息進行集中顯示和集中管理。戰(zhàn)勤顯示控制系統(tǒng)按功能區(qū)可分為傳感器操作臺、指揮官操作臺、引導員操作臺，通過加載運行駐留于顯示控制處理機的顯示控制軟件以驅動顯示器進行界面的動態(tài)顯示，實現(xiàn)戰(zhàn)勤人員對預警監(jiān)視、情報融合、指揮控制等作戰(zhàn)使命的操作控制和信息收發(fā)，完成系統(tǒng)功能的顯示和人機接口的處理。其中，傳感器操作臺用于完成雷達、敵我識別等傳感器的狀態(tài)管理、數(shù)據(jù)融合等功能，指揮官操作臺用于完成本機及目標信息的決策支持、指揮引導、指令收發(fā)等功能，引導員操作臺用于完成鏈路信息的情報融合、信息收發(fā)、狀態(tài)顯示等功能。

2 顯示控制原型系統(tǒng)的總體設計

戰(zhàn)勤顯示控制仿真系統(tǒng)是對戰(zhàn)勤顯示控制系統(tǒng)的系統(tǒng)抽象和原型設計，是連接外界仿真環(huán)境與應用顯示之間的紐帶，也是整個原型系統(tǒng)的核心，負責對外界仿真環(huán)境輸出來的數(shù)據(jù)進行記錄存儲、數(shù)據(jù)融合、數(shù)據(jù)交換、優(yōu)化處理、信息分發(fā)、指令操作等功能仿真。戰(zhàn)勤顯示控制仿真系統(tǒng)包括傳感器仿真模塊、指揮官仿真模塊、引導員仿真模塊，通過對各操作臺的原型建模和功能仿真，能夠更加簡捷、清晰地進行系統(tǒng)需求的顯示，直觀精確觀測飛機及所有目標的戰(zhàn)場態(tài)勢，實現(xiàn)對原型系統(tǒng)作戰(zhàn)流程的仿真驗證。

2.1 顯示控制原型系統(tǒng)的組成

戰(zhàn)勤顯示控制仿真系統(tǒng)由戰(zhàn)勤顯示控制原型系統(tǒng)仿真軟件和顯示處理計算機兩部分組成。顯示處理計算機作為硬件載體，用于駐留顯示控制仿真軟件。戰(zhàn)勤顯示控制原型系統(tǒng)仿真軟件是戰(zhàn)勤顯示控制仿真系統(tǒng)的核心，也是本文研究的重點。

根據(jù)系統(tǒng)顯示需求（如主被動顯示界面、交互控制類顯示界面、邏輯控制處理類、人機交互接口等消息）對顯示控制系統(tǒng)仿真軟件進行分類設計。戰(zhàn)勤顯示控制原型系統(tǒng)仿真軟件采用觸摸屏和主顯示區(qū)兩部分實現(xiàn)虛擬按鍵和顯示畫面的切換調度，主要包括系統(tǒng)初始化、總線數(shù)據(jù)交互、界面顯示、控制處理、自檢管理五大功能。其中，系統(tǒng)初始化主要完成對整個顯示控制軟件系統(tǒng)的初始化?？偩€數(shù)據(jù)交互功能主要完成總線接口的處理；界面顯示完成為飛行員提供各功能參數(shù)的界面顯示；控制處理完成為飛行員提供人機接口功能；自檢管理完成顯示控制各模塊自檢功能。圖1 為顯示控制原型系統(tǒng)仿真軟件功能模塊結構圖。

圖1 顯示控制系統(tǒng)軟件功能模塊結構圖

2.2 顯示控制原型系統(tǒng)的軟件架構

戰(zhàn)勤顯示控制原型系統(tǒng)仿真軟件采用框架分級、組合復用的設計思想，各仿真模塊以構件化形式開發(fā)，不同模塊之間采用標準通用的接口，便于各部件的可移植和可擴展。戰(zhàn)勤顯示控制仿真軟件包括網(wǎng)絡數(shù)據(jù)交互模塊、顯示模塊、控制模塊、數(shù)據(jù)處理模塊等。網(wǎng)絡數(shù)據(jù)交互模塊用于各節(jié)點間的數(shù)據(jù)傳輸和信息交互；顯示模塊用于各操作臺仿真模塊的系統(tǒng)狀態(tài)和界面顯示的管理，控制模塊用于各操作臺仿真模塊的按鍵控制和模式切換，數(shù)據(jù)處理模塊對接收信息的收發(fā)處理和通用計算。圖2 為顯示控制原型系統(tǒng)仿真軟件邏輯架構圖。

圖2 顯示控制原型系統(tǒng)仿真軟件邏輯架構圖

2.3 顯示控制原型系統(tǒng)的交聯(lián)關系

為驗證顯示控制原型系統(tǒng)的系統(tǒng)功能和設計流程，構建以顯示控制原型仿真系統(tǒng)為核心，以外界仿真環(huán)境分系統(tǒng)和輔助作戰(zhàn)仿真分系統(tǒng)為外部激勵的仿真驗證平臺，開展各節(jié)點的系統(tǒng)抽象和仿真建模，通過以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)實時動態(tài)驅動，驗證原型系統(tǒng)的交互流程。其中，戰(zhàn)勤顯示控制原型系統(tǒng)主要完成傳感器操作臺、指揮官操作臺、引導員操作臺與機載作戰(zhàn)任務相關功能的仿真設計和人機接口；外界仿真環(huán)境分系統(tǒng)用于模擬所需要的各種外界環(huán)境數(shù)據(jù)，即提供虛擬的飛行環(huán)境、戰(zhàn)場環(huán)境、慣導等設備的功能仿真接口；輔助作戰(zhàn)仿真分系統(tǒng)用于模擬指控等設備的功能仿真接口。

2.4 顯示控制原型系統(tǒng)的仿真流程

戰(zhàn)勤顯示控制原型系統(tǒng)軟件仿真流程如圖3。首先，進行系統(tǒng)的初始化和上電自檢，接著，主程序根據(jù)系統(tǒng)當前的任務狀態(tài),調用適當?shù)墓δ苣K，完成對各線程的流程控制。

圖3 顯示控制原型系統(tǒng)軟件仿真流程

3 顯示控制原型系統(tǒng)的仿真驗證

本文以預警機對海突擊作戰(zhàn)為例，開展基于想定場景的作戰(zhàn)需求分析和戰(zhàn)勤顯示控制系統(tǒng)的原型設計和仿真開發(fā)，實現(xiàn)一系列復雜作戰(zhàn)過程的仿真演示，驗證各仿真模塊之間數(shù)據(jù)接口和功能設計的合理性。圖4 為本機航跡顯示畫面。

圖4 本機航跡顯示畫面

4 結語

原型設計是對復雜系統(tǒng)的簡單抽象，本文通過對戰(zhàn)勤顯示控制原型系統(tǒng)的系統(tǒng)抽象和仿真設計，可直觀、清晰地進行原型系統(tǒng)顯示需求和系統(tǒng)流程的動態(tài)顯示，驗證原型系統(tǒng)的設計思想和架構設計的可行性，保證系統(tǒng)設計的品質。