新舟60高性能增雨飛機(jī)機(jī)載任務(wù)系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)

張驍拓 胡穎瓊 李宏宇 蘇海周 周旭 高揚(yáng) 張榮

（ 1 中國氣象科學(xué)研究院，北京 100081；2 中國氣象局云霧物理環(huán)境重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，北京 100081；3 中航西飛民用飛機(jī)有限責(zé)任公司，西安 710089）

0 引言

我國多年以來人工影響天氣作業(yè)飛機(jī)主要以運(yùn)12飛機(jī)為主，該型作業(yè)飛機(jī)作業(yè)能力有限，無法滿足跨區(qū)作業(yè)和混合云作業(yè)等對(duì)飛機(jī)航程、載重、升限等要求。此外，人工影響天氣飛機(jī)與地面空地一體化作業(yè)體系也亟待建立。2014年12月國家發(fā)展改革委員會(huì)和中國氣象局聯(lián)合印發(fā)了《全國人工影響天氣發(fā)展規(guī)劃（2014—2020年）》，規(guī)劃結(jié)合新時(shí)期人工影響天氣發(fā)展的特點(diǎn)，明確了重點(diǎn)加強(qiáng)飛機(jī)人工影響天氣能力建設(shè)，建設(shè)系列化作業(yè)飛機(jī)和探測(cè)飛機(jī)，加快續(xù)航能力強(qiáng)、升限高、巡航時(shí)間長、負(fù)載大、抗結(jié)冰能力強(qiáng)的國家作業(yè)飛機(jī)建設(shè)，以滿足大范圍、跨區(qū)域、復(fù)雜天氣的作業(yè)需求。

2012年5月國家發(fā)展改革委員會(huì)批復(fù)立項(xiàng)“新增千億斤糧食工程?hào)|北區(qū)域人工影響天氣能力建設(shè)工程”，新舟60高性能增雨飛機(jī)作為該工程核心建設(shè)任務(wù)，同時(shí)也是整個(gè)工程項(xiàng)目里最重要、最關(guān)鍵技術(shù)裝備。2015年9月和12月東北區(qū)域人工影響天氣能力建設(shè)工程建設(shè)的2架新舟60增雨飛機(jī)正式投入業(yè)務(wù)試運(yùn)行服務(wù)。自運(yùn)行以來，新舟60增雨飛機(jī)邊運(yùn)行、邊改進(jìn)，飛機(jī)任務(wù)系統(tǒng)整體運(yùn)行穩(wěn)定，充分發(fā)揮出其高性能、先進(jìn)性和跨區(qū)域作業(yè)優(yōu)勢(shì)，在東北和全國其他五個(gè)區(qū)域抗旱減災(zāi)、緩解水資源緊缺、改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境和重大活動(dòng)服務(wù)保障及國家重大災(zāi)害應(yīng)急等多方面發(fā)揮出了積極作用，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。作為首批增雨專用的大中型飛機(jī)，新舟60增雨飛機(jī)具有升限高、載重大、續(xù)航時(shí)間長、抗結(jié)冰能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，機(jī)上加裝的人工增雨任務(wù)系統(tǒng)，既可滿足不同目的作業(yè)需要，又能作為空中實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開展大氣科學(xué)相關(guān)試驗(yàn)。東北區(qū)域建設(shè)運(yùn)行的新舟60增雨飛機(jī)建設(shè)運(yùn)行成果和經(jīng)驗(yàn)，為后續(xù)國家增雨飛機(jī)的建設(shè)提供了很好的示范作用。

東北區(qū)域新舟60高性能增雨飛機(jī)系統(tǒng)雖然整體運(yùn)行良好，但在任務(wù)設(shè)備系統(tǒng)設(shè)備艙內(nèi)布局、機(jī)上衛(wèi)星通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面也存在明顯需改進(jìn)之處。2017年西北區(qū)域人工影響天氣能力建設(shè)項(xiàng)目立項(xiàng)建設(shè)，包括2架新舟60和2架空中國王350在內(nèi)的國家高性能增雨飛機(jī)建設(shè)也是項(xiàng)目最重要建設(shè)內(nèi)容。西北區(qū)域新舟60增雨飛機(jī)建設(shè)中充分汲取東北區(qū)域國家增雨飛機(jī)研制成果與經(jīng)驗(yàn)，并對(duì)系統(tǒng)供電管理、催化作業(yè)能力、探測(cè)系統(tǒng)集成、衛(wèi)星通信功能、艙內(nèi)設(shè)備系統(tǒng)和操作臺(tái)布局等方面進(jìn)行了針對(duì)性設(shè)計(jì)改進(jìn)。本文介紹了西北區(qū)域國家新舟60高性能增雨飛機(jī)任務(wù)系統(tǒng)的基本組成、功能、布局以及集成技術(shù)設(shè)計(jì)，同時(shí)為國家和地方高性能人工增雨飛機(jī)建設(shè)提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 系統(tǒng)組成及功能

西北區(qū)域人工影響天氣能力建設(shè)項(xiàng)目2架國家新舟60增雨飛機(jī)的設(shè)計(jì)狀態(tài)完全相同，以新舟60飛機(jī)平臺(tái)為基礎(chǔ)，加改裝的機(jī)上任務(wù)系統(tǒng)均由催化作業(yè)、大氣探測(cè)、空地通信、任務(wù)集成幾個(gè)分系統(tǒng)綜合組成（圖1）。

圖1 新舟60增雨飛機(jī)任務(wù)系統(tǒng)和各分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig. 1 Diagram of mission system and subsystems structure of MA60

1.1 大氣探測(cè)系統(tǒng)

西北新舟60搭載的大氣探測(cè)系統(tǒng)由大氣環(huán)境探測(cè)設(shè)備、氣溶膠粒子探測(cè)設(shè)備、云凝結(jié)核探測(cè)設(shè)備、云和降水粒子探測(cè)設(shè)備、云宏觀影像分析設(shè)備等組成。其中粒子測(cè)量系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)連續(xù)采集探測(cè)云微物理特征參量，實(shí)時(shí)采樣分析大氣氣溶膠、云和降水粒子譜分布、云粒子和降水粒子相態(tài)、云液水含量、溫壓濕風(fēng)環(huán)境氣象要素和飛行高度、經(jīng)緯度、空速、航向等位置參數(shù)信息（表1）。

表1 西北新舟60增雨飛機(jī)機(jī)載探測(cè)儀器配置Table 1 The detection equipment information on Northwest MA60

在西北區(qū)域人工影響天氣能力建設(shè)項(xiàng)目中，新舟60國家增雨飛機(jī)首次采用國產(chǎn)設(shè)備替代進(jìn)口大氣探測(cè)數(shù)據(jù)處理設(shè)備（如DMT公司主機(jī)和PADS、SPEC公司M300），自主研制了基于進(jìn)口各類機(jī)載探測(cè)設(shè)備底層數(shù)據(jù)的國產(chǎn)化機(jī)載探測(cè)集成、處理和顯示系統(tǒng)（圖2、圖3），并與進(jìn)口設(shè)備自帶的處理分析系統(tǒng)輸出顯示的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，驗(yàn)證了國產(chǎn)探測(cè)集成系統(tǒng)功能完整性、數(shù)據(jù)一致性。大氣探測(cè)設(shè)備采集數(shù)據(jù)呈現(xiàn)較為直觀，輸出的原始格式便于應(yīng)用分析。此外，新舟60增雨飛機(jī)上加裝了5套云宏觀成像設(shè)備，包括機(jī)身左右播撒作業(yè)監(jiān)視、艙內(nèi)前后工作環(huán)境監(jiān)視以及置于機(jī)腹下方的環(huán)境全景監(jiān)視，可實(shí)現(xiàn)飛行中對(duì)艙外云體宏觀特征、降水現(xiàn)象和艙內(nèi)工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)視與拍攝，通過飛機(jī)與地面交互，可為飛行安全、科學(xué)指揮作業(yè)以及催化效果監(jiān)測(cè)評(píng)估提供重要觀測(cè)基礎(chǔ)。

圖2 美國DMT公司PADS粒子分析顯示系統(tǒng)（a）、新研新舟60增雨飛機(jī)探測(cè)集成顯示部分（b）Fig. 2 Particle analyze system of PADS from DMT company (a), new developed aircraft integrated detection displayssystem (b)

圖3 大氣探測(cè)設(shè)備采集的飛行中高度、溫度（a）、相對(duì)濕度（b）等原始數(shù)據(jù)處理顯示Fig. 3 Observed altitude, temperature (a), relative humidity (b) collected by the airborne detection equipment

1.2 催化作業(yè)系統(tǒng)

西北新舟60的催化作業(yè)系統(tǒng)由焰條播撒設(shè)備、焰彈播撒設(shè)備、致冷劑播撒設(shè)備、粉劑播撒裝置共四種播撒裝備和手動(dòng)作業(yè)控制器組成，兼?zhèn)涫謩?dòng)和自動(dòng)控制催化劑播撒作業(yè)。其中，焰條播撒器（焰彈發(fā)射器）還能夠?qū)崿F(xiàn)冷云、暖云焰條（焰彈）的單類作業(yè)和雙類混合作業(yè)；粉劑播撒裝置為增雨飛機(jī)首次設(shè)計(jì)應(yīng)用，專為人工消云減雨作業(yè)服務(wù)，同時(shí)兼顧暖云增雨作業(yè)，其裝載量達(dá)1000 kg。飛機(jī)整套播撒系統(tǒng)能夠滿足冷云、暖云不同作業(yè)對(duì)象以及云層不同部位催化作業(yè)需要，并且實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)云的定時(shí)、定點(diǎn)和定量播撒作業(yè)。在表2中給出不同機(jī)型系統(tǒng)能力的對(duì)比。

表2 不同機(jī)型飛機(jī)冷云碘化銀催化能力比較Table 2 Comparisons of the catalytic capacity among different aircrafts

當(dāng)關(guān)閉顯控計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制播撒功能或自動(dòng)播撒控制失效時(shí)，西北新舟60使用作業(yè)控制器執(zhí)行手動(dòng)播撒控制，作業(yè)控制器安裝于右操作臺(tái)上，可完成焰條、焰彈、粉劑和液氮致冷劑的播撒控制和狀態(tài)顯示，包括焰條裝填狀態(tài)、預(yù)選數(shù)量、播撒狀態(tài)、余量；焰彈裝填狀態(tài)、預(yù)選數(shù)量、余量；粉劑播撒狀態(tài)和余量；液氮致冷劑播撒狀態(tài)、壓力、溫度、余量。作業(yè)控制器界面布局及其與東北區(qū)域新舟60增雨飛機(jī)對(duì)比如圖4所示。

圖4 作業(yè)控制器界面布局對(duì)比（a）東北新舟60增雨飛機(jī)；（b）西北新舟60增雨飛機(jī)Fig. 4 Comparisons of seeding control interface(a) MA60 of Northeast project, (b) MA60 of Northwest project

1.3 衛(wèi)星通信系統(tǒng)

新舟60的衛(wèi)星通信系統(tǒng)由機(jī)載通信綜合控制設(shè)備、機(jī)載海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)、機(jī)載北斗衛(wèi)星通信系統(tǒng)和綜合機(jī)內(nèi)通話系統(tǒng)等組成。其中，海事衛(wèi)星通信設(shè)備主要完成飛機(jī)平臺(tái)與地面指揮中心的實(shí)時(shí)語音通信、數(shù)據(jù)文件傳輸以及低碼率視頻的上傳下達(dá)；北斗短報(bào)文通信主要完成飛機(jī)位置參數(shù)和簡(jiǎn)短指令的傳輸。具備作業(yè)飛機(jī)與地面人影業(yè)務(wù)平臺(tái)之間文字、數(shù)據(jù)、語音及低碼率視頻信息的互傳與共享能力。雙衛(wèi)星通信系統(tǒng)對(duì)飛行參數(shù)、作業(yè)信息等關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息互為備份，實(shí)現(xiàn)空地協(xié)同指揮調(diào)度。

海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)由衛(wèi)星數(shù)據(jù)單元、雙工低噪功放單元、高增益機(jī)載天線和輔助話機(jī)組成。能夠在全國范圍內(nèi)使作業(yè)飛機(jī)與地面指揮中心之間利用通信衛(wèi)星進(jìn)行實(shí)時(shí)話音通信、數(shù)據(jù)文件傳輸以及低碼率的視頻圖像的傳輸。空地上下傳信息詳見表3。

表3 衛(wèi)星通信系統(tǒng)上下傳信息Table 3 The upload and download information of satellitecommunication system

作為空地通信系統(tǒng)不可或缺的組成部分，按統(tǒng)一的空地通信標(biāo)準(zhǔn)接口，在地面指揮中心同時(shí)建設(shè)與機(jī)上衛(wèi)星通信系統(tǒng)相配套的空地通信軟硬件，完成對(duì)飛行動(dòng)態(tài)、機(jī)載探測(cè)和播撒信息實(shí)時(shí)監(jiān)控、音視頻通信指揮和各種數(shù)據(jù)信息的交互及共享服務(wù)。

1.4 任務(wù)集成系統(tǒng)

新舟60的任務(wù)集成系統(tǒng)由顯控計(jì)算機(jī)、綜合控制板、信號(hào)切換設(shè)備、機(jī)載千兆網(wǎng)交換機(jī)、操作臺(tái)和任務(wù)設(shè)備機(jī)柜等硬件和集成應(yīng)用軟件組成。該系統(tǒng)采用功能集成、網(wǎng)絡(luò)集成、軟件界面集成等多種集成技術(shù)，將機(jī)載大氣探測(cè)、催化播撒、衛(wèi)星通信各類系統(tǒng)分離的設(shè)備、功能和信息等集成到相互關(guān)聯(lián)的、統(tǒng)一和協(xié)調(diào)的集成系統(tǒng)之中，對(duì)供電管理、數(shù)據(jù)集成、語音集成、設(shè)備綜合控制與顯示、系統(tǒng)操作等進(jìn)行一體化綜合集成設(shè)計(jì)，通過便捷操作實(shí)現(xiàn)對(duì)任務(wù)系統(tǒng)供電與各分系統(tǒng)的集中控制、綜合顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)共享（圖5）。

圖5 新舟60增雨飛機(jī)任務(wù)集成系統(tǒng)應(yīng)用軟件電子航圖顯示界面Fig. 5 Electronic aviation map in mission integration system of MA60 aircraft

另外，新舟60增雨飛機(jī)任務(wù)系統(tǒng)電源由變壓整流器、變頻器、電源顯控器、智能配電箱等組成。通過將飛機(jī)平臺(tái)的三相變頻交流電源轉(zhuǎn)換成28.5 V穩(wěn)壓直流電源和115 V/60 Hz單相交流電源來給任務(wù)系統(tǒng)各用電設(shè)備配電，對(duì)每一路用電線路進(jìn)行保護(hù)；實(shí)現(xiàn)供電的集中控制以及供電電路狀態(tài)參數(shù)的綜合顯示。電源顯控器向任務(wù)系統(tǒng)各設(shè)備加電，各分系統(tǒng)可成組加電，也可對(duì)單獨(dú)設(shè)備加電。

2 任務(wù)系統(tǒng)布局

2.1 外掛設(shè)備布局

新舟60增雨飛機(jī)改裝必須嚴(yán)格遵循中國民航相關(guān)適航性標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。包括改裝布局、飛機(jī)稱重、氣密性、電磁兼容性與飛機(jī)任務(wù)系統(tǒng)的加改裝，必須確保整個(gè)飛機(jī)系統(tǒng)安全運(yùn)行，同時(shí)保證任務(wù)系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行、探測(cè)數(shù)據(jù)真實(shí)可信，播撒作業(yè)穩(wěn)定可靠、空地通信便捷暢通以及集成操作高效便捷。

飛機(jī)任務(wù)系統(tǒng)外掛設(shè)備主要包括探測(cè)、播撒、作業(yè)監(jiān)視、衛(wèi)星通信天線等各類設(shè)備。飛機(jī)中機(jī)身頂部前后分別加裝北斗天線、海事衛(wèi)星天線。飛機(jī)機(jī)翼左掛架以進(jìn)口SPEC探測(cè)設(shè)備為主，包括加裝云粒子成像組合探頭（3V-CPI）、快速云滴探頭（FCDP）、綜合氣象測(cè)量系統(tǒng)（AIMMS-30），機(jī)翼右掛架以進(jìn)口DMT探測(cè)設(shè)備和國產(chǎn)探測(cè)設(shè)備為主，包括加裝氣溶膠粒子譜儀（PCASP-100X+SPP200）、云粒子組合探頭（CCP）和人影大氣參數(shù)綜合采集系統(tǒng)（D/XAS-45）；在左右機(jī)翼的翼尖各加裝1套AIMMS設(shè)備所需GPS天線；飛機(jī)垂尾左側(cè)加裝總水/液水含量?jī)x（TWC/LWC）；機(jī)身左右兩側(cè)各加裝1個(gè)焰條播撒器、焰彈發(fā)射器、作業(yè)監(jiān)控?cái)z像頭，后機(jī)身左側(cè)加裝液氮播撒口；機(jī)身腹部加裝粉劑播撒口、1個(gè)全景攝像頭、光學(xué)照相窗口及保護(hù)艙門，同時(shí)為光學(xué)照相窗口預(yù)留航攝設(shè)備安裝接口。西北新舟60增雨飛機(jī)外掛設(shè)備布局圖見圖6所示。

圖6 西北新舟60增雨飛機(jī)外掛設(shè)備布局（a）西北新舟60增雨飛機(jī)外掛設(shè)備正視圖；（b）西北新舟60增雨飛機(jī)外掛設(shè)備仰視圖Fig. 6 External equipment layout of MA60 in Northwestproject(a) front view of external equipment, (b) bottom view ofexternal equipment

2.2 機(jī)艙內(nèi)設(shè)備布局

新舟60增雨飛機(jī)艙內(nèi)加裝的任務(wù)系統(tǒng)設(shè)備主要包括：部分探測(cè)設(shè)備和播撒裝置、衛(wèi)星通信設(shè)備、系統(tǒng)集成設(shè)備、供電管理設(shè)備以及設(shè)備放置所需機(jī)柜、操作臺(tái)等。按從前向后順序，加裝機(jī)載設(shè)備為：客艙前部左側(cè)加裝云凝結(jié)核計(jì)數(shù)器（CCN-100）、右側(cè)加裝任務(wù)設(shè)備機(jī)柜（其上放置通信控制設(shè)備、電源、探測(cè)信息處理）；客艙中部靠前加裝光學(xué)照相艙門；客艙中部加裝粉劑播撒裝置；客艙中部靠后加裝2個(gè)任務(wù)系統(tǒng)操作臺(tái)（放置顯控計(jì)算器與機(jī)內(nèi)通話設(shè)備、氣象數(shù)據(jù)接入設(shè)備、視頻服務(wù)器等設(shè)備）；休息區(qū)左右側(cè)各加裝1個(gè)網(wǎng)線口和1個(gè)交流115 V/60 Hz電源插座。衛(wèi)星通信電話；后貨倉加裝液氮播撒裝置、總水/液水含量?jī)xTWC/ LWC控制盒、水含量轉(zhuǎn)換器。另外在客艙頂部前后各安裝1個(gè)工作艙攝像頭。新舟60增雨飛機(jī)艙內(nèi)設(shè)備布局圖見圖7所示。

圖7 西北新舟60增雨飛機(jī)機(jī)艙內(nèi)設(shè)布局示意圖Fig. 7 Internal cabin layout of MA60 in Northwest project

3 任務(wù)系統(tǒng)集成設(shè)計(jì)

3.1 架構(gòu)設(shè)計(jì)

為提高新舟60增雨飛機(jī)系統(tǒng)任務(wù)可靠度，避免單點(diǎn)故障對(duì)任務(wù)完成的影響，保證任一設(shè)備功能失效不影響或只影響任務(wù)系統(tǒng)的部分功能，任務(wù)系統(tǒng)集成采用余度設(shè)計(jì)，包括兩套功能完全備份的顯控計(jì)算機(jī)，在探測(cè)信息處理機(jī)、視頻服務(wù)器和顯控計(jì)算機(jī)上進(jìn)行數(shù)據(jù)備份存儲(chǔ)等。

通過交換機(jī)組成機(jī)載信息局域網(wǎng)，分別與機(jī)載氣象數(shù)據(jù)接入設(shè)備、探測(cè)信息處理機(jī)、機(jī)載通訊綜合控制設(shè)備、機(jī)載視頻服務(wù)器、顯控計(jì)算機(jī)（左）、顯控計(jì)算機(jī)（右）等網(wǎng)線連接，組成局域網(wǎng)，網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)互通，實(shí)現(xiàn)信息互傳共享。顯控計(jì)算機(jī)可存儲(chǔ)任務(wù)系統(tǒng)各設(shè)備數(shù)據(jù)，指揮調(diào)度通訓(xùn)控制設(shè)備和北斗計(jì)算機(jī)打包下發(fā)數(shù)據(jù)，與地面指揮中心實(shí)現(xiàn)空地通訊（圖8）。

圖8 新舟60增雨飛機(jī)任務(wù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)Fig. 8 Network structure of MA60 in Northwest project

3.2 硬件設(shè)計(jì)

任務(wù)系統(tǒng)集成設(shè)備主要包含顯控計(jì)算機(jī)、氣象數(shù)據(jù)接入設(shè)備、探測(cè)信息處理機(jī)、機(jī)載視頻服務(wù)器、機(jī)載通信綜合控制設(shè)備。其中，顯控計(jì)算機(jī)由顯控處理模塊、電源模塊、接口模塊、電子盤和機(jī)箱五部分組成，為熱備份工作模式，可存儲(chǔ)任務(wù)系統(tǒng)各設(shè)備數(shù)據(jù)，指揮調(diào)度通信控制設(shè)備和北斗計(jì)算機(jī)打包下發(fā)數(shù)據(jù)，與地面指揮中心實(shí)現(xiàn)空地通信；氣象數(shù)據(jù)接入設(shè)備由數(shù)據(jù)處理模塊、接口模塊、電源模塊和機(jī)箱四部分組成。主要完成對(duì)包括DMT設(shè)備、TWC/LWC和國產(chǎn)設(shè)備D/XAS -45、機(jī)載氣象雷達(dá)等數(shù)據(jù)的采集與處理；探測(cè)信息處理機(jī)由數(shù)據(jù)處理模塊、接口模塊、電源模塊、電子盤和機(jī)箱五部分組成，負(fù)責(zé)完成美國SPEC公司3V-CPI和FCDP探頭的數(shù)據(jù)采集、解析處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并打包通過以太網(wǎng)發(fā)送到顯控計(jì)算機(jī)；機(jī)載視頻服務(wù)器主要完成作業(yè)監(jiān)控?cái)z像機(jī)的數(shù)據(jù)采集、打包、壓縮，并將數(shù)據(jù)發(fā)至顯控計(jì)算機(jī)顯示，同時(shí)提供與地面指揮中心視頻通信畫面。作業(yè)監(jiān)控設(shè)備視頻服務(wù)器主要由電源模塊、X86計(jì)算機(jī)模塊、交換機(jī)模塊、CPLD模塊、主板加溫模塊、電源模塊、硬盤和箱體組成；機(jī)載通信綜合控制設(shè)備主要負(fù)責(zé)管理海事衛(wèi)星鏈路，對(duì)上下傳數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合管理，監(jiān)控海事衛(wèi)星設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)；控制海事衛(wèi)星設(shè)備建/拆鏈；使用調(diào)度、延伸話實(shí)現(xiàn)語音通話；本地?cái)?shù)據(jù)庫管理及維護(hù)。

3.3 應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)

任務(wù)系統(tǒng)集成應(yīng)用軟件根據(jù)系統(tǒng)功能及業(yè)務(wù)邏輯，將其分為數(shù)據(jù)鏈路層、數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)層以及用戶界面層四個(gè)層次結(jié)構(gòu)，分別完成原始鏈路數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、業(yè)務(wù)邏輯處理、氣象數(shù)據(jù)綜合集成、空地?cái)?shù)據(jù)綜合集成、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控與模式控制、人機(jī)交互界面顯示與控制等系統(tǒng)功能。

數(shù)據(jù)鏈路層完成以太網(wǎng)收發(fā)，RS422收發(fā)、RS429收發(fā)、A485收發(fā)以及CAN總線接收五個(gè)軟件模塊，完成原始數(shù)據(jù)在總線接口處的的采集功能。數(shù)據(jù)通過與各個(gè)傳感器之間的接口采集后，氣象數(shù)據(jù)、播撒控制數(shù)據(jù)采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理；圖像數(shù)據(jù)采用數(shù)據(jù)文件的方式進(jìn)行保存，通過文件讀寫的方式使用。數(shù)據(jù)層包括數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)保存、數(shù)據(jù)解析與數(shù)據(jù)打包四個(gè)軟件模塊，實(shí)現(xiàn)各種類型數(shù)據(jù)的分類解析；作為數(shù)據(jù)支持模塊，發(fā)送到對(duì)應(yīng)的軟件模塊，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)層的邏輯功能；數(shù)據(jù)層不需要用戶交互，自動(dòng)完成氣象數(shù)據(jù)與播撒控制作業(yè)的數(shù)據(jù)記錄功能。業(yè)務(wù)層包括系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控、系統(tǒng)故障模式處理、播撒狀態(tài)監(jiān)控、氣象數(shù)據(jù)的綜合與集成、空地?cái)?shù)據(jù)的綜合與集成等五個(gè)軟件模塊；其中，氣象數(shù)據(jù)與空地?cái)?shù)據(jù)的綜合與集成需要做成可動(dòng)態(tài)加載模塊，以保證増雨飛機(jī)任務(wù)系統(tǒng)軟件的開放性，便于用戶加載第三方軟件模塊，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的擴(kuò)展與升級(jí)。用戶界面層完成系統(tǒng)狀態(tài)、氣象信息、空地通信、視頻監(jiān)控顯示功能，電子地圖與機(jī)載氣象雷達(dá)、飛行航跡疊加顯示功能；探測(cè)設(shè)備設(shè)置、播撒控制、空地通信控制、視頻監(jiān)控控制、系統(tǒng)校時(shí)等以及整個(gè)人機(jī)交互界面的操作功能；分為顯示軟件模塊與操作控制模塊兩個(gè)軟件模塊。

依據(jù)系統(tǒng)硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)用軟件按照模塊功能加載到相應(yīng)硬件設(shè)備上。其中，任務(wù)集成系統(tǒng)軟件主要軟件模塊加載在顯控計(jì)算機(jī)上，通過顯控計(jì)算機(jī)完成系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)。顯控計(jì)算機(jī)與探測(cè)信息處理機(jī)軟件采用Windows操作系統(tǒng)，與進(jìn)口設(shè)備數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)兼容，作為備份方案可直接加裝國外原廠探測(cè)數(shù)據(jù)分析軟件，保證機(jī)載探測(cè)功能實(shí)現(xiàn)。氣象接入設(shè)備采用QNX嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，該系統(tǒng)是當(dāng)前M300軟件使用的操作系統(tǒng)，運(yùn)行實(shí)時(shí)、穩(wěn)定、可靠，速度極快，適用于DMT等設(shè)備接口數(shù)據(jù)采集。

3.4 部分設(shè)計(jì)改進(jìn)

前期東北區(qū)域人工影響天氣能力建設(shè)工程建設(shè)的國家新舟60增雨飛機(jī)自2015年投入業(yè)務(wù)運(yùn)行服務(wù)以來，邊運(yùn)行、邊改進(jìn)，飛機(jī)任務(wù)系統(tǒng)整體運(yùn)行良好，但在設(shè)備系統(tǒng)艙內(nèi)布局、機(jī)上衛(wèi)星通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面也存在明顯需要改進(jìn)之處。西北區(qū)域人工影響天氣能力建設(shè)項(xiàng)目國家新舟60增雨飛機(jī)充分汲取了東北區(qū)域國家增雨飛機(jī)研制成果與經(jīng)驗(yàn)，并在以下幾方面進(jìn)行了針對(duì)性設(shè)計(jì)改進(jìn)，詳見表4。

表4 新舟60增雨飛機(jī)任務(wù)系統(tǒng)一些設(shè)計(jì)改進(jìn)Table 4 The enhancement in Northwest MA60 comparedwith Northeast MA60

4 結(jié)語

西北區(qū)域人工影響天氣能力建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)建設(shè)的新舟60增雨飛機(jī)是集催化作業(yè)、云宏微觀探測(cè)以及實(shí)時(shí)通信與綜合集成顯示功能于一體的國家高性能人工增雨飛機(jī)，該飛機(jī)系統(tǒng)建設(shè)中充分汲取了東北區(qū)域國家增雨飛機(jī)研制的成果與經(jīng)驗(yàn)，對(duì)系統(tǒng)供電管理、催化作業(yè)能力、探測(cè)系統(tǒng)集成、衛(wèi)星通信功能、艙內(nèi)設(shè)備系統(tǒng)和操作臺(tái)布局等方面進(jìn)行了針對(duì)性設(shè)計(jì)改進(jìn)，飛機(jī)任務(wù)系統(tǒng)各分系統(tǒng)均采用雙重或多重備份設(shè)計(jì)，既保證機(jī)載任務(wù)系統(tǒng)先進(jìn)性設(shè)計(jì)，同時(shí)保證任務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠和實(shí)現(xiàn)功能完整。先進(jìn)性設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在如下方面：

1）設(shè)計(jì)加裝了焰條、焰彈、液氮和粉劑共四類機(jī)載播撒裝置，能夠滿足人工增雨（雪）或消云減雨不同目的、冷暖云不同對(duì)象或云層不同部位的精準(zhǔn)催化需要，可實(shí)現(xiàn)對(duì)冷云、暖云以及混合云的定時(shí)、定點(diǎn)和定量播撒作業(yè)。

2）飛機(jī)加裝國際先進(jìn)的云粒子測(cè)量系統(tǒng)，并首次自主研制基于進(jìn)口探測(cè)設(shè)備底層數(shù)據(jù)的國產(chǎn)化探測(cè)集成與處理顯示系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)連續(xù)采集飛行中云微物理特征參量與云體宏觀特征參量，通過與地面指揮中心實(shí)時(shí)交互，為科學(xué)指揮作業(yè)和催化效果監(jiān)測(cè)評(píng)估提供重要觀測(cè)手段。

3）設(shè)計(jì)應(yīng)用兼含海事與北斗的雙套衛(wèi)星通信系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)飛機(jī)與地面之間數(shù)據(jù)、文本、圖像、語音和低碼率視頻等各類信息實(shí)時(shí)互傳及共享、空地一體化指揮，提高了飛機(jī)指揮作業(yè)的時(shí)效性和科學(xué)性，同時(shí)空地實(shí)時(shí)監(jiān)控也為飛行與安全作業(yè)提供了重要保障。

4）設(shè)計(jì)應(yīng)用多種集成技術(shù)，對(duì)供電管理、數(shù)據(jù)集成、語音集成、設(shè)備綜合控制與顯示、系統(tǒng)操作等進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)和高度集成，可實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)載任務(wù)系統(tǒng)集中、高效、便捷管理，機(jī)載任務(wù)系統(tǒng)的自動(dòng)化水平、整體應(yīng)用效率和安全可靠性大為提升。