某型飛機(jī)自動(dòng)駕駛信號(hào)仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

饒明波，鞏立艷，楊杰紅，謝慧慈

（中航工業(yè)洪都，江西 南昌 330024）

0 引言

某型飛機(jī)進(jìn)行飛控系統(tǒng)機(jī)上地面自動(dòng)駕駛功能邏輯測(cè)試試驗(yàn)時(shí)，需要為飛控計(jì)算機(jī)提供動(dòng)態(tài)的飛機(jī)攻角、高度、馬赫數(shù)等大氣機(jī)數(shù)據(jù)以及飛機(jī)姿態(tài)角、升降速度等慣導(dǎo)數(shù)據(jù)信息。然而飛機(jī)在地面靜止?fàn)顟B(tài)，真實(shí)飛機(jī)上的大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)以及慣導(dǎo)系統(tǒng)無(wú)法提供試驗(yàn)所需的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。因此，需要設(shè)計(jì)一套地面自動(dòng)駕駛信號(hào)仿真系統(tǒng)。

為實(shí)現(xiàn)與機(jī)上飛控計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)交聯(lián)，自動(dòng)駕駛信號(hào)仿真系統(tǒng)采用基于1553B(GJB289A)總線標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)[1]。同時(shí)系統(tǒng)增加了實(shí)時(shí)網(wǎng)功能，用于接收飛機(jī)運(yùn)動(dòng)仿真數(shù)據(jù)。

1 系統(tǒng)概述

自動(dòng)駕駛信號(hào)仿真系統(tǒng)用于模擬慣導(dǎo)、大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)發(fā)送到飛控計(jì)算機(jī)的GJB289A總線信號(hào)。該系統(tǒng)可以人工設(shè)置慣導(dǎo)和大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)的仿真數(shù)據(jù)，然后通過GJB289A總線發(fā)送到飛控計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)開環(huán)仿真試驗(yàn)，用于飛控系統(tǒng)機(jī)上自動(dòng)駕駛功能邏輯測(cè)試試驗(yàn)；該仿真系統(tǒng)同時(shí)具備通過VMIC實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)接收飛機(jī)運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)發(fā)送的飛機(jī)姿態(tài)等數(shù)據(jù)[2]，并通過GJB289A總線發(fā)送到飛控計(jì)算機(jī)，構(gòu)成閉環(huán)仿真試驗(yàn)環(huán)境，用于飛控系統(tǒng)鐵鳥仿真試驗(yàn)[3]。自動(dòng)駕駛信號(hào)仿真系統(tǒng)開/閉環(huán)試驗(yàn)連接示意如圖1所示。

圖1 自動(dòng)駕駛信號(hào)仿真系統(tǒng)開/閉環(huán)連接示意圖

2 仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

自動(dòng)駕駛信號(hào)仿真系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)以下主要功能：

1)模擬慣導(dǎo)、大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)兩個(gè)終端RT，并通過GJB 289A總線與飛控計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊；

2)按照慣導(dǎo)與飛控計(jì)算機(jī)的GJB 289A總線接口協(xié)議模擬慣導(dǎo)發(fā)出的信息；

3)按照大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)與飛控計(jì)算機(jī)的GJB 289A總線接口協(xié)議模擬大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)發(fā)出的信息；

4)通過VMIC實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)接收飛機(jī)運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng)發(fā)出的飛機(jī)姿態(tài)、高度、速度等數(shù)據(jù)，并通過GJB 289A總線發(fā)送到飛控計(jì)算機(jī)、UFCP，供飛控系統(tǒng)閉環(huán)仿真使用；

5)在進(jìn)行開環(huán)仿真試驗(yàn)時(shí)，能夠動(dòng)態(tài)設(shè)置慣導(dǎo)和大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)發(fā)出的信息并進(jìn)行數(shù)據(jù)有效性的設(shè)置等。

自動(dòng)駕駛信號(hào)仿真系統(tǒng)按照慣導(dǎo)、大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)與飛控計(jì)算機(jī)的GJB289A通信接口協(xié)議進(jìn)行設(shè)計(jì)，接口協(xié)議如下。

1)慣導(dǎo)、大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)與飛控計(jì)算機(jī)Ⅰ、Ⅱ的RT地址如下所示：

（1）飛控計(jì)算機(jī)Ⅰ、Ⅱ的RT地址：12、13；

（2）慣導(dǎo)(INS)的RT地址：4；

（3）大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)(ADC)的RT地址：10。

2）慣導(dǎo)、大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)與飛控計(jì)算機(jī)GJB289A總線通信關(guān)系如下所示：

（1）INS：RT=4,SUB=4,TO FC1,RT=12,SUB=1

（2）INS：RT=4,SUB=5,TO FC2,RT=13,SUB=1

（3）ADC：RT=10,SUB=4,TO FC1,RT=12,SUB=2

（4）ADC：RT=10,SUB=5,TO FC2,RT=13,SUB=2

注：其中（4）表示：RT地址為10,子地址5，向RT地址為13,子地址2發(fā)送數(shù)據(jù)。

2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)仿真1553B總線數(shù)據(jù)以及接收實(shí)時(shí)網(wǎng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號(hào)，自動(dòng)駕駛信號(hào)仿真系統(tǒng)的硬件組成包括：工控機(jī)、1553B數(shù)據(jù)通信板卡、實(shí)時(shí)網(wǎng)卡、總線傳輸線及接插件，所需的硬件設(shè)備如表1所示。

表1 自動(dòng)駕駛信號(hào)仿真系統(tǒng)硬件組成

2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

自動(dòng)駕駛信號(hào)仿真軟件的開發(fā)環(huán)境為：

操作系統(tǒng)：Windows XP

軟件環(huán)境：Visual C++6.0

自動(dòng)駕駛信號(hào)仿真軟件功能包括實(shí)現(xiàn)1553B板卡的初始化、實(shí)時(shí)網(wǎng)板卡的初始化、仿真界面設(shè)計(jì)、仿真信號(hào)有效性設(shè)置、仿真信號(hào)輸入、實(shí)時(shí)網(wǎng)數(shù)據(jù)接收及信號(hào)轉(zhuǎn)換處理、1553B仿真信號(hào)發(fā)送等功能。軟件設(shè)計(jì)流程如圖2所示。

根據(jù)自動(dòng)駕駛信號(hào)模擬系統(tǒng)功能要求，自動(dòng)駕駛信號(hào)仿真軟件分為三大模塊，即主界面、接口模塊、數(shù)據(jù)仿真模塊。

圖2 仿真軟件功能流程

1)接口模塊

板卡初始化：實(shí)現(xiàn)GJB289A板卡、VMIC實(shí)時(shí)網(wǎng)卡的初始化；

數(shù)據(jù)準(zhǔn)備：設(shè)置或通過實(shí)時(shí)網(wǎng)獲取仿真數(shù)據(jù)并按接口文件規(guī)定轉(zhuǎn)化為GJB 289A總線數(shù)據(jù)格式；

數(shù)據(jù)通信：按照GJB 289A總線數(shù)據(jù)協(xié)議通訊；按照實(shí)時(shí)網(wǎng)通信協(xié)議通訊。

通信周期：按規(guī)定的通信周期50ms進(jìn)行數(shù)據(jù)收發(fā)。

2)系統(tǒng)主界面

自動(dòng)駕駛信號(hào)仿真軟件主界面是用戶進(jìn)行仿真操作的人工交互界面，主要內(nèi)容包括：

板卡初始信息檢查；

開/閉環(huán)仿真控制；

慣導(dǎo)/大氣機(jī)數(shù)據(jù)有效性的設(shè)置；

慣導(dǎo)/大氣機(jī)開環(huán)仿真數(shù)據(jù)輸入；

仿真啟動(dòng)、暫停/停止和退出系統(tǒng)功能。

3)數(shù)據(jù)仿真模塊

慣導(dǎo)數(shù)據(jù)仿真：模擬慣導(dǎo)向飛控計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)；

大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)仿真：模擬大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)向飛控計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。

自動(dòng)駕駛信號(hào)仿真軟件作為模擬大氣數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)和慣導(dǎo)兩個(gè)RT，主要是在響應(yīng)BC命令的基礎(chǔ)，用來(lái)接收BC命令和數(shù)據(jù)以及上報(bào)狀態(tài)。RT仿真軟件算法根據(jù)GJB 289—1987《飛機(jī)內(nèi)部時(shí)分制指令／響應(yīng)式多路傳輸數(shù)據(jù)總線》中的消息格式要求進(jìn)行[4]，RT軟件開發(fā)的流程如圖3所示。

圖3 RT軟件開發(fā)流程

3 仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

進(jìn)行自動(dòng)駕駛功能邏輯試驗(yàn)時(shí)，自動(dòng)駕駛信號(hào)仿真系統(tǒng)與其他系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)的組成環(huán)境及連接示意如圖4所示。其中，進(jìn)行機(jī)上或開環(huán)試驗(yàn)的接線方式不包括虛線框部分；進(jìn)行鐵鳥環(huán)境下的閉環(huán)試驗(yàn)接線方式包括虛線框里的內(nèi)容。

自動(dòng)駕駛信號(hào)仿真軟件包括開環(huán)仿真和閉環(huán)仿真兩部分功能，自動(dòng)駕駛信號(hào)仿真軟件運(yùn)行的界面如圖5所示。

4 結(jié)論

本文結(jié)合機(jī)上自動(dòng)駕駛功能試驗(yàn)的需求，介紹了基于1553B總線及實(shí)時(shí)網(wǎng)技術(shù)的自動(dòng)駕駛信號(hào)仿真系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)方法。該仿真系統(tǒng)經(jīng)機(jī)上及鐵鳥環(huán)境的自動(dòng)駕駛功能邏輯試驗(yàn)驗(yàn)證，系統(tǒng)功能穩(wěn)定，滿足試驗(yàn)要求。

圖4 自動(dòng)駕駛功能試驗(yàn)仿真環(huán)境組成圖

圖5 自動(dòng)駕駛信號(hào)仿真軟件試驗(yàn)界面

[1]徐慧，楊凱，匡本剛，段守福.基于1553B總線的半實(shí)物仿真系統(tǒng)[J].火力與指揮控制,2011.

[2]楊冰，王鵬，基于反射內(nèi)存的實(shí)時(shí)網(wǎng)設(shè)計(jì)[J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì),2011.

[3]李筱雅，尚麗娜，張芹芹.1553總線測(cè)試仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2012.

[4]李庭剛，謝廷毅，肖衛(wèi)國(guó)，基于微機(jī)實(shí)時(shí)網(wǎng)半實(shí)物仿真系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊研究[J].計(jì)算機(jī)仿真,2011.