顯示控制模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

，，

(海軍航空工程學(xué)院 青島校區(qū)，山東 青島 266041)

顯示控制模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

楊建新，彭海軍，錢玉瑩

(海軍航空工程學(xué)院青島校區(qū)，山東青島266041)

顯示控制管理分系統(tǒng)作為第三代戰(zhàn)斗機(jī)綜合航電系統(tǒng)的核心分系統(tǒng)，采用綜合顯示和集中控制的方式完成飛行員與飛機(jī)之間的人機(jī)交互功能;針對(duì)院校缺乏實(shí)裝難以滿足綜合航電專業(yè)教學(xué)需求的現(xiàn)實(shí)問題，論述了顯示控制模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的功能需求，搭建了基于TCP通信的總體框架，分析了顯示控制模擬設(shè)備的集成方案，以構(gòu)建逼真的半實(shí)物操作環(huán)境；分析了模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)軟件的總體結(jié)構(gòu)、主控、界面管理、畫面顯示與管理、通信、設(shè)備功能仿真等模塊的設(shè)計(jì)，以及反映教學(xué)需求實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開發(fā)，為進(jìn)一步的軟件代碼實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)，也為其他機(jī)型航電模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的研制提供了切實(shí)可行的技術(shù)途徑。

航電系統(tǒng)；顯示控制；模擬；硬件集成；軟件開發(fā)；總體設(shè)計(jì)

0 引言

綜合航電系統(tǒng)是第三代戰(zhàn)斗機(jī)的大腦，對(duì)飛機(jī)作戰(zhàn)效能的發(fā)揮具有重要作用。不同機(jī)型戰(zhàn)斗機(jī)綜合航電系統(tǒng)均由數(shù)量不等的分系統(tǒng)組成，它們分布處理，并通過MIL-STD- 1553B總線連接實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，達(dá)到信息共享的目的。顯示控制管理分系統(tǒng)作為綜合航電系統(tǒng)的核心分系統(tǒng)，在其統(tǒng)一調(diào)度下有序?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)綜合顯示、集中控制的功能[1-2]。

由于實(shí)裝價(jià)格昂貴，短時(shí)間內(nèi)不可能裝備院校。缺乏相應(yīng)的系統(tǒng)級(jí)的實(shí)裝或者有效的模擬訓(xùn)練設(shè)備，已嚴(yán)重影響綜合航電專業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量。雖然校內(nèi)已開發(fā)有多型基于3D座艙顯示環(huán)境的飛機(jī)虛擬仿真訓(xùn)練系統(tǒng)，可以滿足初學(xué)者熟悉座艙環(huán)境的學(xué)習(xí)需求，但由于這些仿真訓(xùn)練系統(tǒng)提供的虛擬操作畫面不夠完善，只能達(dá)到了解座艙設(shè)備的分布情況和少量通電步驟的目的，而綜合航電系統(tǒng)物理連接復(fù)雜，信息傳遞關(guān)系復(fù)雜，為提高綜合航電專業(yè)實(shí)踐教學(xué)條件，滿足綜合航電專業(yè)的培訓(xùn)需求，急需研制不同機(jī)型的綜合航電模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，但考慮到經(jīng)費(fèi)條件，采取分步建設(shè)的方式，前期建設(shè)綜合航電系統(tǒng)核心分系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的顯示控制模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

1 功能分析

1.1 功能組成

綜合航電系統(tǒng)采用的是兩級(jí)集中控制架構(gòu)形式，其中系統(tǒng)級(jí)采用2條1553B總線作為通信介質(zhì)，核心分系統(tǒng)的顯示控制管理分系統(tǒng)采用RS-485總線作為通信介質(zhì)[3-4]。顯示控制模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)本質(zhì)上是綜合航電模擬系統(tǒng)，可以采用的實(shí)現(xiàn)技術(shù)也比較多[5-8]。為降低成本，突出顯示控制部分的地位，顯示控制模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由顯示控制模擬和交聯(lián)環(huán)境模擬兩個(gè)功能部分組成，兩者之間通過TCP通信實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，共同構(gòu)成綜合航電模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 功能組成

顯示控制模擬部分提供綜合航電系統(tǒng)的顯示控制人機(jī)界面及其交互功能，其中顯示控制人機(jī)界面既可以是純虛擬的操作界面，也可以是顯示控制模擬硬件設(shè)備；交互功能是顯示控制模擬部分的核心。

交聯(lián)環(huán)境模擬部分為一個(gè)純應(yīng)用軟件，為顯示控制模擬部分提供一個(gè)虛擬的航電交聯(lián)環(huán)境。

顯示控制模擬部分和交聯(lián)環(huán)境模擬部分的軟件既可運(yùn)行于同一臺(tái)計(jì)算機(jī)，也可分別運(yùn)行于兩臺(tái)計(jì)算機(jī)。

1.2 功能設(shè)計(jì)

顯示控制模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)能提供如下功能：

1) 設(shè)計(jì)制作綜合航電系統(tǒng)的顯示控制仿真件，并按實(shí)裝布局搭建一個(gè)逼真的簡(jiǎn)易座艙(操作硬件環(huán)境)；

2)提供所有顯示控制仿真件的控制信號(hào)采集和顯示信號(hào)的輸出功能，構(gòu)建一套顯示控制模擬硬件系統(tǒng)；

3)嚴(yán)格按照操作邏輯實(shí)現(xiàn)綜合航電系統(tǒng)的顯示控制人機(jī)交互功能；

4)提供必要的顯示控制交聯(lián)環(huán)境功能；

5)提供一定的故障模擬功能；

顯示控制模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的層次可劃分為物理層、虛擬層、功能層和應(yīng)用層等4個(gè)層次，如圖2所示。

圖2 顯示控制模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的層次劃分

其中物理層主要包含顯示控制操作環(huán)境中的顯示控制模擬硬件設(shè)備；虛擬層主要包含顯示控制虛擬設(shè)備和交聯(lián)虛擬設(shè)備，是顯示控制模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)；功能層主要是指綜合航電模擬系統(tǒng)的功能邏輯仿真，是顯示控制模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的核心；應(yīng)用層主要針對(duì)是實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，通過特定的操作順序，反映特定的概念或動(dòng)作，以達(dá)到一定的實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

1.3 設(shè)計(jì)要求

1) 應(yīng)用軟件具有一定的適應(yīng)性，能適應(yīng)多種運(yùn)行環(huán)境，如表1所示；

表1 運(yùn)行環(huán)境

2)兼顧多種操作方式?？紤]到經(jīng)費(fèi)因素，不可能研制多套對(duì)應(yīng)于硬件操作方式半實(shí)物的模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，無(wú)法滿足大規(guī)模教學(xué)需求，為此同步設(shè)計(jì)有純軟件操作方式的模擬系統(tǒng)，只需要一臺(tái)計(jì)算機(jī)即可。硬件操作方式和純軟件操作方式。

2 硬件集成方案

2.1 硬件組成

純軟件操作方式所對(duì)應(yīng)的硬件主要包括一臺(tái)或兩臺(tái)計(jì)算機(jī)；硬件操作方式對(duì)應(yīng)的硬件主要包括顯示控制模擬計(jì)算機(jī)、顯示控制模擬設(shè)備、集線器、串口服務(wù)器和電源箱，以及交聯(lián)環(huán)境模擬計(jì)算機(jī)，其組成關(guān)系如圖3所示。

圖3 硬件集成

1) 顯示模擬設(shè)備：顯示模擬設(shè)備主要包括3臺(tái)多功能顯示器、平視顯示器、備份控制顯示器、參數(shù)顯示器等含有VGA顯示接口的座艙高仿設(shè)備。所有顯示模擬設(shè)備的位置和布局參照飛機(jī)座艙的儀表板、左右水平控制臺(tái)的布局設(shè)計(jì)制作加工。顯示模擬設(shè)備的視頻信號(hào)均由顯示控制模擬計(jì)算機(jī)提供。

2) 控制模擬設(shè)備：模擬設(shè)備主要包括3臺(tái)多功能顯示器、參數(shù)顯示器、備份控制顯示器的周邊鍵、正前方控制板、航空電子啟動(dòng)板、綜合控制板、配電控制裝置、綜合告警燈盒、發(fā)動(dòng)機(jī)控制盒、照明控制盒、電傳控制盒、操縱系統(tǒng)集中控制盒等座艙高仿設(shè)備。

所有顯示控制模擬硬件設(shè)備參照戰(zhàn)斗機(jī)座艙的儀表板、左右水平控制臺(tái)及側(cè)壁設(shè)備、配套組件及設(shè)備的布局設(shè)計(jì)制作加工，并通過RS-485總線實(shí)現(xiàn)所有控制模擬設(shè)備的信號(hào)采集和控制輸出，構(gòu)建一個(gè)簡(jiǎn)易模擬座艙顯示控制環(huán)境。所有顯示控制模擬設(shè)備的電源、輸入與輸出信號(hào)均由集線箱轉(zhuǎn)接。

3) 電源箱：電源箱將市電轉(zhuǎn)換輸出經(jīng)集線箱送到各顯示控制模擬設(shè)備，提供所需的工作電源和照明電源。

4) 串口服務(wù)器：串口服務(wù)器采用虛擬串口技術(shù)實(shí)現(xiàn)各顯示控制模擬設(shè)備與顯示控制模擬計(jì)算機(jī)之間的物理連接與RS485←→TCP轉(zhuǎn)換通信，通過配置實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)化了通信接口。采用固定長(zhǎng)度的消息格式。

5)集線箱：集線箱主要完成電源箱與各顯示控制模擬設(shè)備之間的電源轉(zhuǎn)接，以及各顯示控制模擬設(shè)備與串口服務(wù)器之間的RS-485總線轉(zhuǎn)接。

6) 顯示控制模擬計(jì)算機(jī)：顯示控制模擬計(jì)算機(jī)為顯示控制模擬部分的核心組成，主要完成所有顯示器的顯示驅(qū)動(dòng)、顯示控制人機(jī)界面的交互和綜合航電系統(tǒng)模擬功能的實(shí)現(xiàn)，并實(shí)現(xiàn)與串口服務(wù)器和交聯(lián)模擬環(huán)境之間的TCP通信。

7) 交聯(lián)環(huán)境模擬計(jì)算機(jī)：交聯(lián)環(huán)境模擬計(jì)算機(jī)主要用于提供顯示控制模擬部分的各類交聯(lián)分系統(tǒng)/設(shè)備的模擬功能，以及相應(yīng)的狀態(tài)指示和狀態(tài)設(shè)置，便于與顯示控制模擬部分協(xié)同工作模擬綜合航電系統(tǒng)的工作情景。

2.2 視頻顯示驅(qū)動(dòng)

硬件操作模式下，綜合航電系統(tǒng)共有6個(gè)顯示器。顯示控制模擬計(jì)算機(jī)的主板上插有2塊4輸出的多屏顯卡，驅(qū)動(dòng)三臺(tái)多功能顯示器、左參數(shù)顯示器、備份控制顯示器、平視顯示器，其連接關(guān)系如圖4所示。當(dāng)處于單機(jī)模式時(shí)，還需驅(qū)動(dòng)交聯(lián)環(huán)境顯示器。

圖4 顯示控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)顯示交聯(lián)關(guān)系

2.3 控制信號(hào)采集和顯示信號(hào)輸出

顯示控制模擬部分內(nèi)部信號(hào)采集和控制輸出關(guān)系如圖2所示。

控制信號(hào)的采集：所有顯示控制模擬設(shè)備的控制部件的動(dòng)作采用自動(dòng)發(fā)送的方式，即有顯示控制模擬設(shè)備的處理器采集識(shí)別控制部件的動(dòng)作，形成相應(yīng)的發(fā)送數(shù)據(jù)經(jīng)RS-485總線傳送到串口服務(wù)器，轉(zhuǎn)換成TCP傳輸字符串后再通過網(wǎng)線傳送到顯示控制模擬計(jì)算機(jī)。

顯示信號(hào)輸出：顯示控制模擬計(jì)算機(jī)將顯示命令轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的TCP傳輸字符串，通過網(wǎng)線送到串口服務(wù)器，自動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)到對(duì)應(yīng)的RS-485總線端口，再由顯示控制模擬設(shè)備的處理器輸出到相應(yīng)的顯示部件。

3 軟件開發(fā)

3.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

顯示控制模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)用軟件主要包括顯示控制模擬應(yīng)用軟件和交聯(lián)環(huán)境模擬應(yīng)用軟件兩部分，兩者之間通過TCP通信完成交換數(shù)據(jù)的雙向傳輸，如圖5所示。

圖5 軟件總體框圖

其中顯示控制模擬應(yīng)用軟件提供綜合航電系統(tǒng)的顯示控制人機(jī)界面及其交互功能；交聯(lián)環(huán)境模擬應(yīng)用軟件提供顯示控制管理分系統(tǒng)的航電交聯(lián)模擬環(huán)境。

3.2 主控模塊

顯示控制模擬應(yīng)用軟件和交聯(lián)環(huán)境模擬應(yīng)用軟件的主控模塊主要負(fù)責(zé)兩個(gè)應(yīng)用軟件的流程控制，具體流程如圖6所示，按照時(shí)間順序和劃分為初始化和動(dòng)作響應(yīng)兩個(gè)階段。

初始化階段需要完成的任務(wù)主要有所有虛擬面板的初始化(但不顯示)、TCP服務(wù)器的注冊(cè)、等待交聯(lián)環(huán)境模擬部分進(jìn)行TCP連接，根據(jù)顯示器的數(shù)量確定操作模式(硬件操作模式和純軟件操作模式)；純軟件操作模式下的主界面初始化和顯示初始化；硬件操作模式下的串口TCP服務(wù)器的注冊(cè)，并等待串口服務(wù)出去進(jìn)行TCP連接，主界面初始化和顯示初始化；顯示初始化結(jié)束后，進(jìn)入動(dòng)作響應(yīng)階段，循環(huán)等待用戶的操作，負(fù)責(zé)動(dòng)作數(shù)據(jù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)的傳輸?shù)取?/p>

圖6 主控模塊流程

3.3 界面管理模塊

在硬件操作模式下，顯示控制模擬部分的人機(jī)界面均通過座艙顯示控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。其控制界面主要是各顯示控制設(shè)備上的控制部件；其顯示界面主要包括3臺(tái)多功能顯示器、左參數(shù)顯示器、BPU顯示器和平視顯示器，以及單機(jī)模式下交聯(lián)環(huán)境顯示器，還有各顯示控制設(shè)備上的指示燈，其中各顯示器的畫面對(duì)應(yīng)于整個(gè)顯存，分別映射到各個(gè)顯示器的顯示屏上，實(shí)現(xiàn)所有的顯示窗口在空間上的有序布局。

在純軟件操作模式下，顯示控制模擬部分所有的顯示控制設(shè)備虛擬面板均顯示在一個(gè)顯示器，參照座艙布局以一定的比例縮小顯示，實(shí)現(xiàn)所有的顯示控制設(shè)備虛擬面板在空間上的有序布局。通過鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)各顯示控制設(shè)備的模擬操作。任何一個(gè)虛擬設(shè)備的面板均可放大顯示，便于觀察與操作。如果采用單屏顯示，則需有效控制兩個(gè)應(yīng)用軟件，為此，采用快捷菜單的形式引導(dǎo)操作者快速完成兩者之間的切換。

3.4 畫面顯示與管理模塊

顯示控制模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中共有3臺(tái)多功能顯示器、1臺(tái)平視顯示器、1臺(tái)參數(shù)顯示器、1臺(tái)BPU顯示器和交聯(lián)環(huán)境顯示器等7臺(tái)顯示器，其中3臺(tái)多功能顯示器、參數(shù)顯示器、BPU顯示器含有周邊鍵，通過各自的周邊鍵實(shí)現(xiàn)畫面的轉(zhuǎn)換，此外，正前方控制板具有自己的4行顯示器和8個(gè)周邊鍵。由此可見，顯示器的數(shù)量比較多，各自的畫面數(shù)量也比較多；依據(jù)顯示器的類型、實(shí)際顯示的畫面內(nèi)容和各自的顯示方法，畫面可劃分為多功能顯示器畫面、BPU顯示器畫面、參數(shù)顯示器畫面、正前方控制板畫面和平顯畫面5大類，其中前4種均含有周邊鍵，畫面的管理方法是相似的，可統(tǒng)稱為含周邊鍵的顯示器；由于平顯畫面的圖形比較復(fù)雜，與含周邊鍵的顯示器畫面的顯示技術(shù)不同，平顯畫面采用Open GL技術(shù)顯示。

所有顯示器窗口上的內(nèi)容均是通過畫布(Canvas)控件實(shí)現(xiàn)的，其畫面顯示模型如圖7所示。

圖7 顯示器畫面顯示模型

通過畫布的位置和比例屬性完成畫面的位置和大小的設(shè)置；通過一系列的畫布繪圖函數(shù)(或Open GL函數(shù))實(shí)現(xiàn)畫面的顯示。

對(duì)于含周邊鍵的顯示器而言，首先整理各個(gè)顯示器的畫面調(diào)用關(guān)系，構(gòu)建各自的畫面轉(zhuǎn)換矩陣，便于畫面的直接調(diào)用；對(duì)于參數(shù)修改等畫面的局部處理需要單獨(dú)處理。

為了避免平顯畫面大小變化時(shí)顯示符號(hào)的顯示失真，平顯畫面采用OpenGL編程來(lái)顯示。平顯畫面的顯示與組織可劃分為字符、參數(shù)字符串和平顯畫面3個(gè)層次，其中字符是由筆畫構(gòu)成的序列；參數(shù)字符串是由字符構(gòu)成的序列；平顯畫面是由參數(shù)字符串構(gòu)成的序列。

依據(jù)平顯畫面的顯示與組織的層次關(guān)系，平顯畫面的顯示與組織的核心任務(wù)就是OpenGL矢量字庫(kù)的設(shè)計(jì)。根據(jù)參數(shù)信息顯示字符串的格式組成生成相應(yīng)的參數(shù)顯示字符串；再結(jié)合綜合航電系統(tǒng)的狀態(tài)和平顯畫面的布局組織平顯畫面的顯示。

3.5 通信模塊

顯示控制模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的TCP通信主要包括顯示控制模擬計(jì)算機(jī)分別與交聯(lián)環(huán)境模擬部分和串口服務(wù)器的TCP通信。其中顯示控制模擬計(jì)算機(jī)與交聯(lián)環(huán)境模擬部分的TCP通信是完全自定義的；顯示控制模擬計(jì)算機(jī)與串口服務(wù)器的TCP通信須嚴(yán)格按照各顯示控制模擬設(shè)備的RS-485總線通信協(xié)議格式。

3.5.1 與交聯(lián)環(huán)境模擬部分的TCP通信設(shè)計(jì)

依據(jù)時(shí)間順序，顯示控制模擬計(jì)算機(jī)首先完成TCP服務(wù)器的注冊(cè)，交聯(lián)環(huán)境模擬部分連接TCP服務(wù)器，建立兩者之間的TCP鏈路，然后進(jìn)行必要的機(jī)型匹配檢查和顯示部件/控件的初始位置檢查，顯示初始化結(jié)束后，實(shí)現(xiàn)顯示控制模擬計(jì)算機(jī)與交聯(lián)環(huán)境模擬部分的數(shù)據(jù)交換。兩者之間所有交換信息，都是通過定義各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，減少TCP通信數(shù)據(jù)量，并實(shí)現(xiàn)信息的共享。

3.5.2 與串口服務(wù)器的TCP通信設(shè)計(jì)

首先顯示控制模擬計(jì)算機(jī)完成7個(gè)TCP服務(wù)器的注冊(cè)，串口服務(wù)器分別連接這7個(gè)TCP服務(wù)器，建立顯示控制模擬計(jì)算機(jī)與串口服務(wù)器之間的TCP鏈路。然后嚴(yán)格按照各顯示控制模擬設(shè)備的RS-485總線通信協(xié)議格式完成動(dòng)作數(shù)據(jù)(顯示控制設(shè)備的控制部件或顯示控制虛擬設(shè)備的控制控件→串口服務(wù)器→顯示控制模擬計(jì)算機(jī))和狀態(tài)指示數(shù)據(jù)(顯示控制模擬計(jì)算機(jī)→串口服務(wù)器→顯示控制設(shè)備的控制部件或顯示控制虛擬設(shè)備的控制控件)的組合發(fā)送和接收解析。

3.6 設(shè)備功能仿真設(shè)計(jì)

設(shè)備功能仿真設(shè)計(jì)涉及到軟件設(shè)計(jì)的各個(gè)方面，是對(duì)前面各種設(shè)計(jì)的綜合運(yùn)用，這是由綜合航電系統(tǒng)的分布處理、綜合顯示和集中控制特點(diǎn)所決定的。功能仿真設(shè)計(jì)涉及到的設(shè)備可分為顯示控制設(shè)備和交聯(lián)設(shè)備兩大類。

3.6.1 顯示控制設(shè)備的功能仿真設(shè)計(jì)

顯示控制設(shè)備主要是指座艙顯示控制設(shè)備，其功能仿真設(shè)計(jì)主要包括顯示控制模擬部分和交聯(lián)環(huán)境模擬部分，且以顯示控制模擬部分為主，交聯(lián)環(huán)境模擬部分為輔，其中顯示控制模擬部分又包含硬件設(shè)備和虛擬設(shè)備兩部分；交聯(lián)環(huán)境模擬部分主要通過TCP通信實(shí)現(xiàn)對(duì)顯示控制設(shè)備的參數(shù)設(shè)置和故障設(shè)置，以及顯示控制部件的狀態(tài)顯示。

虛擬設(shè)備主要包括虛擬面板、功能仿真模塊和定時(shí)模塊。虛擬面板上布置與真實(shí)裝備面板一致的顯示控件和控制控件，是設(shè)備的人-機(jī)交互界面；功能仿真模塊是顯示控制設(shè)備功能仿真的核心；定時(shí)模塊主要完成顯示控制設(shè)備功能的時(shí)序控制。

純軟件操作模式下，通過鼠標(biāo)操作控制控件，在定時(shí)模塊的控制下，功能仿真模塊完成相應(yīng)的邏輯處理，最終的變化輸出到顯示控件，并通過TCP通信向交聯(lián)環(huán)境模擬部分發(fā)送該顯示控制設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)，接收交聯(lián)環(huán)境模擬部分發(fā)送的參數(shù)設(shè)置和故障設(shè)置數(shù)據(jù)，完成相關(guān)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換；在硬件操作模式下，兩者之間通過串口服務(wù)器傳遞動(dòng)作數(shù)據(jù)(硬件設(shè)備→虛擬設(shè)備)和狀態(tài)指示數(shù)據(jù)(虛擬設(shè)備→硬件設(shè)備)，完成兩者之間的同步，進(jìn)一步完成純軟件操作模式下的所有任務(wù)。

3.6.2 交聯(lián)設(shè)備的功能仿真設(shè)計(jì)

交聯(lián)設(shè)備主要是指除座艙顯示控制設(shè)備之外的所有設(shè)備，其功能仿真設(shè)計(jì)同樣包括顯示控制模擬部分和交聯(lián)環(huán)境模擬部分，但是以交聯(lián)環(huán)境模擬部分為主，顯示控制模擬部分為輔。其中交聯(lián)環(huán)境模擬部分主要完成交聯(lián)設(shè)備的參數(shù)設(shè)置和故障設(shè)置，以及狀態(tài)指示，在定時(shí)模塊的控制下，完成交聯(lián)設(shè)備相關(guān)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，最終通過TCP通信實(shí)現(xiàn)與顯示控制模擬部分的信息交換；顯示控制模擬部分只是交聯(lián)設(shè)備的控制器和顯示器，主要完成交聯(lián)設(shè)備信息在顯示部件(控件)上的信息顯示，同時(shí)將控制部件(控件)對(duì)交聯(lián)設(shè)備的控制通過TCP通信發(fā)送到交聯(lián)環(huán)境部分，完成對(duì)交聯(lián)設(shè)備的控制。

4 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目屬于應(yīng)用層，主要針對(duì)特定的概念或動(dòng)作，結(jié)合顯示控制模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)規(guī)定相應(yīng)的操作順序，讓操作者觀察記錄相應(yīng)的現(xiàn)象，增強(qiáng)對(duì)該概念或動(dòng)作的體驗(yàn)、體會(huì)、理解。嚴(yán)格按照操作流程和綜合航電系統(tǒng)的分系統(tǒng)組成，有效實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目劃分和設(shè)置。

顯示控制模擬部分提供人機(jī)操作界面和顯示控制交互功能，提供各種狀態(tài)下的操作現(xiàn)象；交聯(lián)環(huán)境模擬部分呈現(xiàn)綜合航電系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)，以及狀態(tài)的設(shè)置。通過實(shí)驗(yàn)，充分展示各種可能狀態(tài)下所能看到的現(xiàn)象，促使操作者積累操作經(jīng)驗(yàn)，完成由可能故障能看到的現(xiàn)象，便于以后看到故障啟發(fā)可能的故障原因，實(shí)現(xiàn)由學(xué)習(xí)(正向思維)過渡到故障定位(逆向思維)的過程。

5 試驗(yàn)結(jié)果與分析

經(jīng)過長(zhǎng)達(dá)三年多的艱苦努力，搭建了逼真的操作硬件環(huán)境，并通過RS-485總線和TCP通信實(shí)現(xiàn)所有顯示控制仿真件與顯示控制模擬計(jì)算機(jī)之間的的信息交換，構(gòu)建了顯示控制模擬操作平臺(tái)；按照操作邏輯實(shí)現(xiàn)了綜合航電系統(tǒng)的顯示控制人機(jī)交互功能，交聯(lián)環(huán)境部分實(shí)現(xiàn)了所有交聯(lián)設(shè)備的仿真功能，整體構(gòu)成了綜合航電模擬系統(tǒng)。結(jié)合綜合航電系統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)了46個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，覆蓋了所有知識(shí)模塊，通過實(shí)驗(yàn)操作，一方面學(xué)員熟悉了各種正常狀態(tài)下所能看到的現(xiàn)象，增強(qiáng)了操作體驗(yàn)，積累了操作經(jīng)驗(yàn)，另一方面，故障模擬功能提供的各種故障現(xiàn)象，啟發(fā)了學(xué)員分析問題和解決問題的思維，有力提高了故障定位的能力。經(jīng)過多期學(xué)員的使用、意見反饋，以及不斷修改完善，顯示控制模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)現(xiàn)已完成了規(guī)定的設(shè)計(jì)功能實(shí)現(xiàn)，并服務(wù)于多門課程的實(shí)踐教學(xué)和科研工作，達(dá)到了預(yù)期的目的。

6 結(jié)束語(yǔ)

顯示控制模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用半實(shí)物仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)綜合航電模擬系統(tǒng)的操作功能，顯示控制+交聯(lián)環(huán)境的系統(tǒng)架構(gòu)既體現(xiàn)了綜合航電系統(tǒng)的基本架構(gòu)，同時(shí)也為今后擴(kuò)展連接其他分系統(tǒng)的模擬設(shè)備預(yù)留了方便的接口。提供了純虛擬和硬件兩種操作方式，可滿足不同使用者的學(xué)習(xí)需求(純虛擬操作方式具有方便調(diào)試、占用資源少的特點(diǎn)，適用于初學(xué)者熟悉系統(tǒng)的操作；硬件操作方式具有環(huán)境逼真、操作真實(shí)感強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，適用于已經(jīng)熟悉系統(tǒng)操作流程的操作者。)，兼顧了裝備教學(xué)與規(guī)模教學(xué)需求，有效解決了無(wú)實(shí)裝的教學(xué)難題，經(jīng)濟(jì)和軍事效益明顯。所采用的技術(shù)可推廣應(yīng)用于其他機(jī)型航電模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的研制開發(fā)。

[1] Moir, Seabridge. 軍用航空電子系統(tǒng)[M]．北京:電子工業(yè)出版社，2008．

[2] 叢 偉，樊曉光，南建國(guó)．綜合航空電子系統(tǒng)總體技術(shù)[M]．北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2015．

[3] 熊華剛，王中華．先進(jìn)航空電子綜合技術(shù)[M]．北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2009.

[4] 支超有．機(jī)載數(shù)據(jù)總線技術(shù)及其應(yīng)用[M]．北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2009.

[5] 楊建新，王錫仁．平顯模擬系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]．測(cè)控技術(shù)，2002，21(5):60-63．

[6] 楊衛(wèi)風(fēng)．現(xiàn)代飛機(jī)模擬顯控系統(tǒng)軟件開發(fā)[D]．南昌：南昌航空大學(xué)，2011．

[7] 李奔杰，張文兵，馬 晉，等．通道RS422通信的綜合顯示控制處理機(jī)內(nèi)部數(shù)據(jù)交互的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]．航空電子技術(shù)，2011，42(1):34-37．

[8] 楊建新，葛銀茂．多功能顯示模擬器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]．計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2009，17(12):2485-2487．

OverallDesignofDisplayControlSimulationExperimentSystem

Yang Jianxin，Peng Haijun，Qian Yuying

(Qingdao Branch, Navy Aeronautical Engineering Academy, Qingdao 266041, China)

As the core sub-system of integrated avionics system, display control management sub-system is the man-machine interface by integrated display and central control. Due to the actual problem of equipment shortage difficult to satisfy the teaching need, functional requirement of display control simulation experiment system is expounded, overall structure based on TCP communication is constructed, integration plan of display control simulation equipment is analyzed to construct the visual Semi-physical operation environment. Software design of overall structure, main control, interface management, picture display and management, communication, equipment function simulation and development of experiment item is analyzed, to establish the base for further implement software code, and to provide practicable technology way for the development of avionics simulation training system of other plane.

avionics system; display control; simulation; hardware integration; software development; overall design

2017-04-10；

2017-04-26。

楊建新(1970-)，男，江蘇泰興人，碩士，副教授，主要從事綜合航電專業(yè)的教學(xué)與科研工作方向的研究。

1671-4598(2017)10-0124-04

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.10.033

TP274

A