基于ARINC661規(guī)范的航電分布式顯控研究

聶 飛,李 健

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十二研究所,上海 201808)

0 概述

隨著航空電子技術(shù)的發(fā)展,20世紀(jì)40年代至90年代航電系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了分立式航電體系[1]、聯(lián)合式航電體系和綜合式航電體系[2-3]3個(gè)階段,由于座艙顯控系統(tǒng)(Cockpit Display System,CDS)中顯示設(shè)備硬件和顯示管理軟件的功能越來(lái)越復(fù)雜,設(shè)備間接口差異問(wèn)題愈加突出[4],因此傳統(tǒng)模式下的座艙顯控系統(tǒng)已不能滿(mǎn)足日益復(fù)雜的設(shè)計(jì)要求[5]。在此背景下,ARINC組織于2001年制定ARINC661規(guī)范[6],該規(guī)范簡(jiǎn)化了顯控開(kāi)發(fā)流程、縮短了開(kāi)發(fā)周期并降低了開(kāi)發(fā)成本,航電系統(tǒng)開(kāi)始步入開(kāi)放式綜合航電體系階段,成為一種基于軟件定義的高度綜合化航空電子體系。事實(shí)上,空客A380是ARINC661規(guī)范的首次應(yīng)用,其主要工作集中于軟件層面,包括控件庫(kù)的實(shí)現(xiàn)、嵌入式顯示圖形的生成以及用戶(hù)程序的設(shè)計(jì)。隨著ARINC661規(guī)范在空客A380的成功應(yīng)用,空客A400M和波音787也基于ARINC661規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)[7],并且ARINC661規(guī)范體現(xiàn)出的優(yōu)勢(shì)得到了國(guó)內(nèi)研究機(jī)構(gòu)和研究人員的高度重視,其相關(guān)工程應(yīng)用也在逐步開(kāi)展,如某國(guó)產(chǎn)飛機(jī)的航電顯示系統(tǒng)就引入了ARINC661規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì),并于近期完成相關(guān)功能驗(yàn)證。本文主要研究ARINC661規(guī)范在航電分布式顯控系統(tǒng)中的應(yīng)用,以解決分布式顯示、競(jìng)爭(zhēng)條件和失效檢測(cè)等問(wèn)題。

1 ARINC661規(guī)范

1.1 ARINC661圖形庫(kù)

ARINC661規(guī)范定義了航空設(shè)備圖形顯示的邏輯分層,將一個(gè)完整的圖形顯示劃分為顯示單元、窗口、層和依附到層上的控件,其中:顯示單元是一個(gè)基本的顯示圖形渲染器;窗口繪制在顯示單元中,類(lèi)似于通用計(jì)算機(jī)桌面顯示窗口;層是窗口的重要組成部分,也是ARINC661消息事件的基本載體;控件依附在層上,是用戶(hù)可視的基本圖形元素。圖1描述了顯示單元、窗口、層和控件之間的邏輯關(guān)系。

圖1 顯示單元、窗口、層和控件之間的邏輯關(guān)系Fig.1 Logical relationship of display unit,window,layers and widgets

1.2 ARINC661通信協(xié)議

ARINC661圖形庫(kù)定義的各類(lèi)圖形顯示控件依據(jù)屬性分為交互式控件和非交互式控件,用戶(hù)應(yīng)用(User Application,UA)按照協(xié)議格式與圖形界面交互式控件進(jìn)行信息交互,通信協(xié)議格式定義如表1所示。1 Byte的幀頭(A661_BEGIN_BLOCK)定義了幀數(shù)據(jù)的開(kāi)始,1 Byte的Layer Id標(biāo)識(shí)了圖形層信息,緊跟其后是2 Byte的Context number數(shù)據(jù)位,4 Byte的Size定義了通信數(shù)據(jù)幀的總長(zhǎng)度,Run-time Parameter定義了修改控件參數(shù)的具體命令,最后是1 Byte的數(shù)據(jù)幀結(jié)束關(guān)鍵字(A661_END_BLOCK)和預(yù)留位(Reserved)[6],基于ARINC661規(guī)范的UA邏輯功能通過(guò)數(shù)據(jù)通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)對(duì)控件屬性參數(shù)的設(shè)置[8]。

表1 ARINC661通信協(xié)議格式定義Table 1 Definition of ARINC661 communication protocol format

2 基于ARINC661規(guī)范的分布式顯控設(shè)計(jì)

2.1 分布式顯控架構(gòu)

分布式顯控需求源于近年來(lái)航電系統(tǒng)任務(wù)的多元化,系統(tǒng)中單個(gè)顯控設(shè)備已經(jīng)不能滿(mǎn)足多任務(wù)顯示需求,多顯示設(shè)備集成的分布式CDS已然成為一種趨勢(shì)[9],由于國(guó)內(nèi)大型飛機(jī)發(fā)展起步晚,國(guó)外航空巨頭技術(shù)封鎖,因此目前基于ARINC661規(guī)范進(jìn)行CDS開(kāi)發(fā)方面的研究工作仍處于起步階段[10]。

開(kāi)放式綜合航電體系將顯控系統(tǒng)分為顯示系統(tǒng)和邏輯控制系統(tǒng)兩部分,顯示系統(tǒng)與邏輯控制系統(tǒng)間通過(guò)物理航電總線(xiàn)(ARINC664/ARINC429)進(jìn)行連接[11-12]。圖2給出了開(kāi)放式綜合航電系統(tǒng)邏輯示意圖。座艙顯示系統(tǒng)包含多個(gè)分布式顯控設(shè)備,這些設(shè)備可以分為頭顯、平顯以及多功能顯示[9],每個(gè)顯控設(shè)備中駐留ARINC661顯示控制服務(wù)應(yīng)用,對(duì)外提供基于ARINC661的圖形顯示和標(biāo)準(zhǔn)ARINC664通信接口。綜合模塊化航空電子(Integrated Modular Avionics,IMA)機(jī)箱中駐留了顯示單元對(duì)應(yīng)的邏輯控制應(yīng)用,通過(guò)邏輯應(yīng)用對(duì)圖形界面顯示的控制完成多個(gè)顯控單元相同界面顯示、數(shù)據(jù)同步、不同界面顯示等功能,操作員可以直觀(guān)地在顯示系統(tǒng)上獲取各類(lèi)傳感器以及系統(tǒng)的信息數(shù)據(jù),同時(shí)通過(guò)對(duì)顯示系統(tǒng)操作實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能[13]。當(dāng)操作員發(fā)送消息到地面服務(wù)站時(shí),消息由顯控設(shè)備封裝為ARINC661數(shù)據(jù)包經(jīng)航電網(wǎng)絡(luò)傳遞到用戶(hù)應(yīng)用,用戶(hù)應(yīng)用解析ARINC661數(shù)據(jù)包交付通信管理單元(Communication Management Unit,CMU)處理后由電臺(tái)發(fā)送到地面基站[14-16]。

圖2 開(kāi)放式綜合航電系統(tǒng)邏輯示意圖Fig.2 Logical schematic diagram of open integrated avionic system

2.2 顯控?cái)?shù)據(jù)同步設(shè)計(jì)

顯控單元間的顯示數(shù)據(jù)同步主要解決多個(gè)操作員操作不同顯示單元的同一顯示界面或不同界面時(shí)顯示數(shù)據(jù)的同步問(wèn)題。文獻(xiàn)[17]中描述了綜合航電系統(tǒng)的典型組成,并對(duì)系統(tǒng)硬件和軟件架構(gòu)進(jìn)行介紹,提出一種基于ARINC661規(guī)范的顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法,該設(shè)計(jì)方法給出了單個(gè)顯控的場(chǎng)景設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)[9]提出一種多顯控單元間的UA畫(huà)面處理技術(shù),使用ARINC661圖形層的特性和會(huì)話(huà)機(jī)制,設(shè)計(jì)一種單個(gè)UA處理不同顯示器畫(huà)面的方法,由于顯示數(shù)據(jù)通過(guò)窗體部件產(chǎn)生事件觸發(fā)顯示刷新,多個(gè)顯示器顯示數(shù)據(jù)具備獨(dú)立性,因此未對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)同步和操作互斥。在ARINC661規(guī)范中,顯示控件屬性改變基于事件觸發(fā),對(duì)圖形顯控的邏輯控制可以簡(jiǎn)化為對(duì)圖形控件的池化管理,所有顯示控件匯聚為一個(gè)公用的資源池,控制層的多個(gè)UA可以根據(jù)顯示需要訪(fǎng)問(wèn)資源池獲取顯示數(shù)據(jù),并周期更新到業(yè)務(wù)層的顯控用戶(hù)端,整個(gè)過(guò)程無(wú)需進(jìn)行UA間的數(shù)據(jù)同步。圖3顯示了圖形庫(kù)池化管理分層設(shè)計(jì)。

圖3 圖形庫(kù)池化管理分層設(shè)計(jì)Fig.3 Layered design of pooling management of graphics library

業(yè)務(wù)層是一組顯示單元的集合,這些顯示單元可以顯示同一窗口,也可以根據(jù)操作員需要切換顯示不同的窗口,每個(gè)顯示單元中駐留了ARINC661顯控服務(wù)、ARINC664通信和失效檢測(cè)節(jié)點(diǎn)應(yīng)用,顯控服務(wù)負(fù)責(zé)對(duì)ARINC661命令解析,通過(guò)圖形單元完成對(duì)窗口、層、控件的顯示控制,ARINC664通信軟件負(fù)責(zé)完成網(wǎng)絡(luò)通信虛鏈路管理、數(shù)據(jù)包解析和發(fā)送,失效檢測(cè)節(jié)點(diǎn)配合控制層顯控管理完成顯控單元失效檢測(cè)。

控制層由不同的用戶(hù)應(yīng)用終端節(jié)點(diǎn)(User Application End Point,UAEP)組成,不同的UAEP通過(guò)應(yīng)用邏輯控制業(yè)務(wù)層的圖形顯示,單個(gè)UAEP可以控制多個(gè)顯控用戶(hù),也可以由多個(gè)UAEP控制一個(gè)顯控用戶(hù),由于底層使用公共的資源池保證了顯控圖形數(shù)據(jù)的一致性,因此控制層接收來(lái)自顯控單元和電臺(tái)的消息事件進(jìn)行事件邏輯處理,并按照預(yù)定設(shè)計(jì)控制業(yè)務(wù)層完成圖形顯示,監(jiān)控CDS運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)失效檢測(cè)和故障管理。

資源池是顯控?cái)?shù)據(jù)同步的關(guān)鍵,圖形控件實(shí)例化對(duì)象池化設(shè)計(jì)保證了圖形元素屬性的一致性,在多個(gè)顯控顯示同一窗口時(shí),UAEP只需檢測(cè)CDS激活狀態(tài)并周期刷新該界面圖形顯示屬性即可保證顯示的一致性,在顯示不同界面時(shí),UAEP分別讀取不同的實(shí)例化對(duì)象進(jìn)行圖形屬性刷新,同時(shí)對(duì)于ARINC661可編輯控件,通過(guò)編輯控制參數(shù)實(shí)現(xiàn)編輯權(quán)控制,保證了多個(gè)操作員操作同一控件的互斥性。

2.3 數(shù)據(jù)記憶競(jìng)爭(zhēng)條件設(shè)計(jì)

ARINC661競(jìng)爭(zhēng)條件產(chǎn)生的原因是數(shù)據(jù)異步交互產(chǎn)生的請(qǐng)求響應(yīng)不一致。為了解決ARINC661規(guī)范的這一缺陷,ARINC組織于2013年發(fā)布的ARINC661-5版本中詳細(xì)描述了競(jìng)爭(zhēng)條件問(wèn)題,并建議開(kāi)發(fā)者使用控件屬性和Context number來(lái)解決系統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)條件問(wèn)題,其中ARINC661控件屬性方案由于具有局限性,只能在一定的場(chǎng)景下降低競(jìng)爭(zhēng)條件發(fā)生的概率。Context number方案建議開(kāi)發(fā)者在數(shù)據(jù)通信過(guò)程中檢測(cè)交互命令的Context number,并主動(dòng)丟棄Context number不一致的數(shù)據(jù)包,該方案會(huì)對(duì)人機(jī)交互流程帶來(lái)影響,操作員在執(zhí)行顯控操作時(shí),顯示界面可能會(huì)出現(xiàn)不響應(yīng)的情況,主動(dòng)丟棄的數(shù)據(jù)幀可能包含重要過(guò)程數(shù)據(jù)[6]。本文設(shè)計(jì)采用網(wǎng)絡(luò)推演算法,搭建競(jìng)爭(zhēng)條件延時(shí)模型,通過(guò)數(shù)據(jù)記憶解決競(jìng)爭(zhēng)條件問(wèn)題。圖4描述了分布式顯控系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)模塊交互延時(shí)模型,為確定網(wǎng)絡(luò)模型中TSysLatencyMax和TPublisherLatencyMax延遲參數(shù)的上確界,在此引入到達(dá)曲線(xiàn)和服務(wù)曲線(xiàn)兩個(gè)概念,按照研究網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延時(shí)定義的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)元素,假設(shè)一個(gè)到達(dá)曲線(xiàn)為α的數(shù)據(jù)流通過(guò)一個(gè)服務(wù)曲線(xiàn)為β的網(wǎng)絡(luò)元素,則延遲表達(dá)式為d(t)≤h(α,β)=max{x2-x1},其中,α(x1)=β(x2),t≥x2≥x1≥0[18-19],h(α,β)表示特定到達(dá)曲線(xiàn)和服務(wù)曲線(xiàn)下的最大延遲值。

圖4 分布式顯控系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)交互延時(shí)模型Fig.4 Network interaction delay model in distributed display and control system

在實(shí)現(xiàn)中對(duì)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)條件的控件參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行Context number信息綁定,使得控件參數(shù)數(shù)據(jù)與Context number數(shù)值強(qiáng)關(guān)聯(lián),依據(jù)網(wǎng)絡(luò)演算數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)調(diào)整節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)鏈表,保持有效數(shù)據(jù)鏈表深度為Ni。用戶(hù)應(yīng)用在更新控件參數(shù)數(shù)據(jù)時(shí),找到待更新控件的參數(shù),若當(dāng)前鏈表中有效數(shù)據(jù)深度小于動(dòng)態(tài)鏈表深度Ni,則更新記憶數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn),否則刪除無(wú)效節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù),并將最新數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)的Context number記錄在數(shù)據(jù)首節(jié)點(diǎn)位置。圖5描述了控件參數(shù)更新過(guò)程,該算法將競(jìng)爭(zhēng)條件時(shí)間域內(nèi)的數(shù)據(jù)完整保存在深度為Ni的鏈表中,當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)條件發(fā)生時(shí),UA通過(guò)遍歷參數(shù)鏈表Context number數(shù)值對(duì)請(qǐng)求命令進(jìn)行響應(yīng),從而將數(shù)據(jù)從競(jìng)爭(zhēng)條件中恢復(fù)出來(lái),保證數(shù)據(jù)請(qǐng)求和響應(yīng)的一致性。

圖5 控件參數(shù)更新過(guò)程Fig.5 Process of updating control parameters

2.4 顯控管理失效檢測(cè)算法

失效檢測(cè)是分布式系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)高可用性的關(guān)鍵技術(shù)之一,也是可靠性通信、失效恢復(fù)和動(dòng)態(tài)重構(gòu)等功能的基礎(chǔ)[20]。文獻(xiàn)[21]提出綜合航電系統(tǒng)故障處理機(jī)制,其中失效檢測(cè)、故障隔離、異常檢測(cè)為故障處理的主要方法。傳統(tǒng)失效檢測(cè)算法多數(shù)集中在通過(guò)統(tǒng)計(jì)到達(dá)心跳消息延遲來(lái)獲得最大的延遲值,并將此值作為網(wǎng)絡(luò)超時(shí)的上限值實(shí)現(xiàn)失效檢測(cè),其檢測(cè)時(shí)間受網(wǎng)絡(luò)波動(dòng)影響較大,其后出現(xiàn)的Chen-FD算法依據(jù)離散心跳延遲來(lái)預(yù)測(cè)下一個(gè)心跳消息的到達(dá)時(shí)間,在此基礎(chǔ)上通過(guò)動(dòng)態(tài)計(jì)算閾值來(lái)調(diào)整心跳超時(shí)時(shí)間,該算法的優(yōu)點(diǎn)是提供了一個(gè)較好的心跳延遲超時(shí)估算方法,提高了實(shí)時(shí)檢測(cè)的準(zhǔn)確性。Ф-FD算法利用心跳到達(dá)時(shí)間的正態(tài)分布特性,計(jì)算出時(shí)間T之前的心跳到達(dá)概率,并以此為可疑級(jí)別與設(shè)定的閾值P比較來(lái)判斷系統(tǒng)是否失效。本文設(shè)計(jì)借鑒Ф-FD失效檢測(cè)算法,結(jié)合機(jī)載航空應(yīng)用環(huán)境和計(jì)算資源條件,提出一種適用于航電顯控的失效檢測(cè)算法,通過(guò)算法模型在系統(tǒng)控制層構(gòu)建一個(gè)自適應(yīng)顯控管理單元(Adaptive Display Management Unit,ADMU),完成系統(tǒng)失效檢測(cè)和管理。假設(shè)顯控單元Dk以固定周期Δt向ADMU發(fā)送心跳消息,發(fā)送消息內(nèi)容為符合ARINC661規(guī)范的握手?jǐn)?shù)據(jù)包,其中消息頭的VL字段標(biāo)明了當(dāng)前消息的來(lái)源,記錄最近一次收到心跳消息的時(shí)間為T(mén)i,當(dāng)前時(shí)間為T(mén),將心跳到達(dá)時(shí)間差記為ΔTi,環(huán)境溫度M∈(-50 ℃,80 ℃),V為第V次獲取心跳差的記錄消息,V為整數(shù),Δ?為ΔTi接收到心跳差的標(biāo)準(zhǔn)均值,具體計(jì)算公式如下:

取滑動(dòng)窗口N,i為獲取心跳差記錄次數(shù),環(huán)境溫度M對(duì)心跳消息到達(dá)時(shí)間差ΔTi的影響因子為λM,由此得到環(huán)境溫度影響因子為λM,具體計(jì)算公式如下:

約定記錄處理器使用率U∈(1%,100%),參照溫度影響因子計(jì)算方式獲得處理器使用率在滑動(dòng)窗口N內(nèi)對(duì)心跳消息到達(dá)時(shí)間差的影響因子為KU,具體計(jì)算公式如下:

λM和KU隨系統(tǒng)運(yùn)行在滑動(dòng)窗口N內(nèi)不斷更新,建立T時(shí)刻心跳失效可疑度模型為:

其中,ФT越逼近于1時(shí),顯控單元與ADMU之間的通信故障可疑度越高,當(dāng)ФT大于系統(tǒng)設(shè)定的失效閾值門(mén)限P時(shí),啟動(dòng)鏈路異常流程,重新建立通信鏈路,駐留在IMA中的ADMU同時(shí)與顯控單元進(jìn)行多路徑失效檢測(cè),通過(guò)舉手表決對(duì)故障進(jìn)行詳細(xì)定位,并依據(jù)故障類(lèi)型執(zhí)行恢復(fù)和告警流程。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中,采用Esterel公司的SCADE顯控仿真器和IMA平臺(tái)搭建地空數(shù)據(jù)鏈通信仿真環(huán)境,實(shí)驗(yàn)邏輯框圖如圖6所示。兩臺(tái)聯(lián)想商用主機(jī)(因特爾i5-6500雙核,4 GB DDR3內(nèi)存)安裝SCADE A661開(kāi)發(fā)套件,并集成A661座艙顯控系統(tǒng)模擬器用作駕駛艙顯控仿真。IMA機(jī)箱內(nèi)置多核處理器,IMA內(nèi)駐留機(jī)載數(shù)據(jù)鏈應(yīng)用,該應(yīng)用符合基于ACRAS空地網(wǎng)絡(luò)的ARINC622-4規(guī)范,數(shù)據(jù)鏈地面服務(wù)應(yīng)用符合ARINC618面向字符的空地通信規(guī)范,仿真設(shè)備間通過(guò)AFDX交換機(jī)進(jìn)行互聯(lián)[22]。

圖6 地空數(shù)據(jù)鏈通信仿真環(huán)境邏輯示意圖Fig.6 Logic schematic diagram of ground-air data link commnuication simulation environment

3.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

3.2.1 分布式顯控功能實(shí)驗(yàn)

本文使用自動(dòng)化測(cè)試工具對(duì)顯控界面切換、控件信息輸入、按鈕事件等業(yè)務(wù)操作進(jìn)行錄制,模擬兩個(gè)操作員同時(shí)操作不同顯控單元的同一顯示窗口、同一顯示層、不同顯示窗口、不同顯示層等工作,實(shí)驗(yàn)共循環(huán)100次,單個(gè)循環(huán)過(guò)程為40 min,TS為自動(dòng)化測(cè)試在兩個(gè)顯控平臺(tái)的同步啟動(dòng)時(shí)差,TR為數(shù)據(jù)同步刷新周期,TD為同步顯示延遲誤差,PE為實(shí)驗(yàn)故障終止率。表2給出了分布式顯控功能測(cè)試結(jié)果,其中“—”表示由于實(shí)驗(yàn)預(yù)置條件限制,因此該項(xiàng)數(shù)據(jù)無(wú)記錄統(tǒng)計(jì)意義。

表2 分布式顯控功能測(cè)試結(jié)果Table 2 Test results of distributed display and control function

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,在兩套顯控仿真平臺(tái)上,通過(guò)航空數(shù)據(jù)鏈軟件進(jìn)行功能覆蓋,ARINC661規(guī)范定義的窗口操作、層操作、控件操作及互斥和業(yè)務(wù)功能能夠正常運(yùn)行,在平臺(tái)同步啟動(dòng)測(cè)試的場(chǎng)景下,顯示刷新延遲誤差在±10 ms以?xún)?nèi),按照人眼對(duì)圖像連續(xù)性24 frame/s的感知要求,滿(mǎn)足圖像顯示的一致性要求。

3.2.2 ARINC661競(jìng)爭(zhēng)條件實(shí)驗(yàn)

表3給出了ARINC661競(jìng)爭(zhēng)條件的3種解決方案的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比,由此可知控件屬性解決方案雖然不存在丟包問(wèn)題,但數(shù)據(jù)錯(cuò)誤率較高。ARINC661推薦Context number解決方案能夠有效檢測(cè)競(jìng)爭(zhēng)條件數(shù)據(jù)包,隨著用戶(hù)應(yīng)用數(shù)據(jù)刷新周期的降低,丟包率逐步增加,極端場(chǎng)景下丟包率高達(dá)100%。數(shù)據(jù)記憶解決方案能夠?qū)Ω?jìng)爭(zhēng)條件數(shù)據(jù)包進(jìn)行完整恢復(fù),實(shí)驗(yàn)條件下PM和PE均為0,有效解決了競(jìng)爭(zhēng)條件帶來(lái)的數(shù)據(jù)丟失和數(shù)據(jù)錯(cuò)誤問(wèn)題。

表3 ARINC661競(jìng)爭(zhēng)條件測(cè)試結(jié)果Table 3 Test results of ARINC661 competition conditions

3.2.3 顯控管理失效檢測(cè)實(shí)驗(yàn)

失效檢測(cè)流程通過(guò)持續(xù)周期地檢測(cè)接收消息來(lái)判斷功能單元是否正確運(yùn)行,并基于檢測(cè)速度和準(zhǔn)確性來(lái)確定失效檢測(cè)能力。為驗(yàn)證顯控管理單元失效檢測(cè)能力,將上述實(shí)驗(yàn)環(huán)境放置在溫箱環(huán)境中,模擬世界范圍內(nèi)熱氣候類(lèi)型的誘發(fā)條件,同時(shí)構(gòu)造ADMU駐留的處理器資源使用場(chǎng)景,單組檢測(cè)周期為120 min,實(shí)驗(yàn)條件如圖7所示。

圖7 失效檢測(cè)環(huán)境預(yù)置條件Fig.7 Preset conditions for failure detection environment

實(shí)驗(yàn)共循環(huán)12次,顯控心跳發(fā)送周期Δt為500 ms,滑動(dòng)窗口N為1 000,失效檢測(cè)閾值門(mén)限為0.4、0.5、0.6、0.8,實(shí)驗(yàn)過(guò)程中隨機(jī)斷開(kāi)虛鏈路連接,模擬分布式顯控失效條件,并統(tǒng)計(jì)有效接收數(shù)據(jù)包數(shù)量、虛警計(jì)數(shù)、失效檢測(cè)時(shí)間,通過(guò)計(jì)算得到失效檢測(cè)虛警率和平均失效檢測(cè)時(shí)間,如表4所示。

表4 顯控管理失效檢測(cè)結(jié)果Table 4 Results of failure detection for display and control management

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在閾值門(mén)限趨向于1時(shí),虛警率無(wú)限逼近于0,同時(shí)平均失效檢測(cè)時(shí)間同步增加,在閾值門(mén)限取值為0.6時(shí),單次虛警率降低至0.048 3%。該失效檢測(cè)模型兼顧了機(jī)載航電系統(tǒng)環(huán)境與資源因素,通過(guò)調(diào)整閾值門(mén)限可有效控制分布式顯控系統(tǒng)的虛警率和平均失效檢測(cè)時(shí)間,滿(mǎn)足航電分布式顯控在不同嚴(yán)酷等級(jí)應(yīng)用場(chǎng)景下的失效檢測(cè)需求。

4 結(jié)束語(yǔ)

ARINC661規(guī)范因其在開(kāi)發(fā)周期、成本和接口標(biāo)準(zhǔn)化方面的優(yōu)勢(shì)已逐步成為航電系統(tǒng)的主流解決方案。為此,本文提出基于ARINC661規(guī)范的航電分布式顯控設(shè)計(jì)方案,解決了座艙顯控系統(tǒng)分布式顯示、競(jìng)爭(zhēng)條件和顯控失效檢測(cè)問(wèn)題,在復(fù)雜航電系統(tǒng)應(yīng)用中具有較高的使用和推廣價(jià)值。今后研究工作將主要集中于探索座艙顯控系統(tǒng)的深度學(xué)習(xí)能力,以期推進(jìn)我國(guó)航空電子領(lǐng)域的技術(shù)水平。