某型航空侦察平台模拟训练系统的研制

赵育良，许兆林，赵宏强

（海军航空工程学院 青岛分院，山东 青岛 266041）

目前，很多新型侦察装备陆续引进和采用，这些装备往往引进费用高，数量少，而且系统集光、机、电、计于一身，这对其维护、使用提出了更高的要求。但由于教学中无实装，教学效果较差，故传统的教学训练方法无法满足教学转型及教学施训的要求；而对于部队在实装上进行训练，训练的时间不可能太长，同时参训的人数很少，训练的费用高，训练的效果和效率很差，无法保证大规模，高强度的训练。也就无法快速地提高维护和使用水平。这就急需研制一套模拟仿真训练系统，以解决院校无实装教学问题，可以全天候、大量人次的进行学习训练。配发部队，也能够提高训练效果。基于上述问题，研制了新型航空侦察设备的模拟训练系统。

1 系统硬件设计

对于传统的侦察装备，往往是一个独立的系统，一部相机配一个操纵装置，这样一来，如果一个平台配置多种侦察装备使其操控就更为复杂，较难做到协调统一的完成侦照任务。而随着侦察技术的日益发展，先进的侦察平台已出现以多功能显控为控制终端，利用侦控机通过ARINC429航空总线为不同的侦察设备发送控制指令及所需导航及大气数据，实现对这些设备的综合控制，以达到协同侦照的目的[1]。而作为相机本身，则利用内置的429总线数据通讯接口板实现与侦控机之间的信息交换，如图1所示。

图1 新型侦察系统通讯原理图Fig.1 New scout system communication diagram

基于此，本模拟训练系统进行了如下设计。系统硬件主要由多功能显示器、工控机及429PCI板卡等组成。侦察设备是利用显控通过机上ARINC429总线完成对相机的控制与参数传输的。本模拟系统利用江苏昆山航理生产的高仿歼侦八多功能显示器作为控制终端，模拟机上显控的控制，并通过工控机结合AEC429-PCI-44板卡模拟相机及显控输出的ARINC429信号，供信号检测使用，其系统原理图如图2所示。

1.1 多功能显示器（MFD）

由于侦控机对相机的控制是飞行员通过多功能显示器及其周边键实现的。为了使操作过程与实际装备更加接近，本系统采用由江苏昆山航理公司研制的高仿某型飞机多功能显示器对系统进行控制。该显示器内置PowerPC和接口图形板，完成数据的采集与预置显示图像；工控机则通过串口利用其控制盒采集波特率为57 600的RS-422键值数据。

图2 系统原理框图Fig.2 System principle block diagram

1.2 ARINC429总线信号模拟

1）ARINC429总线

ARINC429数据信息传输规范阐述了通过一对屏蔽双绞线从一个端口向系统和设备以串行方式传输数字数据信息的方法。 其传输介质为屏蔽双绞线，调制方式采用双极归零制的三态码方式，具有很强的抗干扰能力。ARINC429规范规定，一个数据字有32位。数据字有 5种形式：二进制补码（BNR）数据、十进制（BCD）数据、离散数据、维护数据、AIM（即应答、ISO5号字母表和用 ISO5号字母表表示的维护数据）数据。它们被分为5段，如图3所示。

图3 ARINC429总线数据格式Fig.3 ARINC429 bus data format

2）ARINC429总线数据的模拟[2-4]

本系统通过工控机结合AEC429-PCI-44总线接口卡实现ARINC429总线数据的发送与接收。

AEC429-PCI-44接口卡是北京神州飞航有限责任公司开发的 ARINC429总线接口卡[5]，其硬件结构如图 4所示，板卡采用 PCI总线接口，有4个接收通道 4个发送通道，提供中断和查询 2种接收数据的方式，具有定时发送和非定时发送数据 2种方式，数据输入输出通过标准 DB62连接器。提供若干个接口函数，在使用时只需将公司提供的配套开发库文件 AEC429A.dll和 AEC429A.lib添加到应用程序目录中，在应用程序中加入头文件AEC429A_lib.h即可。

系统的主机选用 PCI插槽的宽温工业控制计算机，保证其在-40～+60℃范围内工作正常，选用便携式一体机。将AEC429-PCI-44接口卡的每个发送通道和接收通道分别作为相机及侦控机的模拟输入及输出端口，也可直接与相应相机的检测设备相连进行总线数据通讯，按照ARINC429协议采用屏蔽双绞电缆，实现对相机及侦控机的工作状态数据和故障信息的模拟。

图4 AEC429-PCI-44卡硬件结构图Fig.4 AEC429-PCI-44 card hardware structure chart

2 系统软件设计

2.1 开发平台及仿真程序架构

本模拟系统选用C#为开发平台，结合Flash及EON Studio完成模拟训练系统的开发[6]。其中，利用Flash完成多功能显示器仿真画面的开发，而选用EON实现相机所在机上及实验室场景的开发，并利用AEC429-PCI-44总线接口卡实现对相机及侦控机的工作状态数据和故障信息的模拟。单独的EON Studio仿真程序及Flash仿真通电程序，无法互相调用及通信，且交互性较差，也不能时时进行动态仿真。通过在C#中安装EonX及ShockWave Flash的标准控件，可以调用、控制EON仿真程序和Flash仿真通电程序，进行仿真程序的二次开发，加深了人机交互的深度，拓宽了人机交互的范围，实现了较复杂的虚拟仿真，如图5所示。

图5 控件与事件处理器的交互图Fig.5 Control and event processor interaction diagram

2.2 ARINC429总线数据仿真软件设计

在利用MFD操控相机的同时，系统也利用AEC429-PCI-44接口卡实现侦控机（控制指令、导航数据等）及相机（回传相机信息）端口总线数据的输出模拟。

输出数据的模拟采用非定时的发送方式，当系统开机，相机加载后，便利用侦控机输出端口发送对应的相机控制字、工作方式字、经纬度及飞行高度等信息，同时相机端口输出相机状态、故障代码等信息。以上信息的模拟严格按照系统预定的总线协议通过相应端口输出，供检测仪器检测使用。

3 结论

本模拟训练系统的建设，可满足院校新装备教学需求，为院校在新形势下的任职教育提供了先进的辅助教学手段，满足院校教学的必备实践教学条件。如果系统投入使用，将大幅度降低院校培训时间和部队训练费用，提高院校教学质量和减少部队负担，加速新装备战斗力的快速形成。

[1]赵育良，张国栋.基于ARINC429总线的某型CCD航空相机总线数据接口板[J].兵工自动化，2008，27（8）:7-8.ZHAO Yu-liang，ZHANG Guo-dong.Bus data interface board of certain CCD erial camera based on ARINC429 bus[J].O.I.Automation， 2008，27（8）:7-8.

[2]范秀英，范鹏飞，谷 峰，等.基于 ARINC429总线接口卡的航空相机综合控制系统 [J].兵工自动化，2010，1（1）:72-73.FAN Xiu-ying， FAN Peng-fei， GU Feng，et al.An integrated control system of aerial camera based on ARINC429 bus interface card[J].O.I.Automation， 2010， 01（1）:72-73.

[3]雷艳静，胡红明，王玉梅，等.基于PC104的ARINC429总线接口模块的FPGA实现.微计算机应用.2006，1（27）:87-90.LEI Yan-jing， HU Hong-ming， WANG Yu-mei，et al.Implementation of a PC/104-based ARINC429 bus interface module with FPGA[J].Microcomputer Applications， 2006，1（27）:87-90.

[4]ARINC Specification 429.Digital I nformation Transfer System[S].America:ARINC，1991:52-80.

[5]AEC429-PCI/CPCI用户手册[Z].北京神州飞航科技有限责任公司，2008.

[6]申 蔚，夏立文.虚拟现实技术 [M].北京:希望电子出版社，2002.