倪翔 鄭海
摘 要:機載航空電子導(dǎo)航設(shè)備為飛機的正確航行提供指導(dǎo),關(guān)系著飛機飛行的安全性和穩(wěn)定性,從而影響著人們的生命財產(chǎn)安全。本文將針對機載航空電子通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)數(shù)字建模展開研究,通過仿真模型的建立測試系統(tǒng)的功能和性能,不斷優(yōu)化通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計,提高空中交通運行水平,更好的為國家社會服務(wù)。
關(guān)鍵詞:機載航空;電子通信設(shè)備;導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng);數(shù)字建模;研究分析
Communication Navigation and Surveillance簡稱CNS,即通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng),它是機載航空電子系統(tǒng)的基本組成部分,主要可以分為通信子系統(tǒng)、綜合監(jiān)視系統(tǒng)、導(dǎo)航子系統(tǒng)三個部分,其中通信子系統(tǒng)可以實現(xiàn)飛機與地面、飛機與飛機之間的數(shù)據(jù)通信和可靠通話,綜合監(jiān)視系統(tǒng)可以實現(xiàn)氣象告警、近地、防撞等功能,導(dǎo)航子系統(tǒng)可以實現(xiàn)起飛、巡航、著陸的導(dǎo)航和定位功能。下面我們將針對CNS系統(tǒng)數(shù)字建模展開研究。
一、簡析機載航空電子通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)數(shù)字建模的內(nèi)涵
1. CNS系統(tǒng)數(shù)字建模的重要意義
機載航空電子通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)數(shù)字建模仿真具有如下作用:實現(xiàn)CNS系統(tǒng)的架構(gòu)定義、架構(gòu)優(yōu)化和分解安全性指標;實現(xiàn)系統(tǒng)性能、功能、接口仿真;進行系統(tǒng)內(nèi)外總線傳輸延遲分析以及使用率分析,等等。通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)數(shù)字建??梢詾樾滦惋w機研發(fā)先進航空電子系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)和理論支持,提高飛機飛行的安全性、穩(wěn)定性、高效性,從而維護空中交通的正常運行,保證人們生命財產(chǎn)安全。
2. CNS系統(tǒng)數(shù)字建模的基本框架
CNS系統(tǒng)數(shù)字建??梢圆捎肧IMULINK軟件,它是一種可視化的仿真工具,可以提供動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真、綜合分析的設(shè)計環(huán)境,而且不需要編寫大量程序便可以構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。然后我們應(yīng)用自上而下的設(shè)計方法、模塊化的建模方法、分離式仿真技術(shù)以及分布式仿真技術(shù)等方法和技術(shù),實現(xiàn)一體化架構(gòu)設(shè)計,提高系統(tǒng)集成度、靈活性、可維護性,同時實現(xiàn)CNS仿真系統(tǒng)的人機功效【1】。
二、研究機載航空電子通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)數(shù)字建模的重點環(huán)節(jié)
1.通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)備仿真建模
通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)備仿真建模是CNS系統(tǒng)數(shù)字建模的核心部分,可以實現(xiàn)仿真通信、導(dǎo)航、監(jiān)視系統(tǒng)各種設(shè)備的數(shù)據(jù)與功能通信,從而檢測各種設(shè)備的仿真運行狀態(tài)。通信導(dǎo)航監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備仿真模型是通過航空電子雙向以太網(wǎng)(AFDX)、離散、ARINC429總線等信號進行通信的,而且可以交換通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)。
1.1 CNS通信子系統(tǒng)仿真模型
CNS通信子系統(tǒng)仿真模型主要用來實現(xiàn)仿真無線電通信收發(fā)機的話音通信功能、輸入輸出數(shù)據(jù)傳輸功能、數(shù)據(jù)鏈功能、接受調(diào)諧控制功能、離散控制功能、VHF應(yīng)急調(diào)諧功能等等,通信子系統(tǒng)主要由高頻收發(fā)機仿真模型(HF)、衛(wèi)星通信仿真模型(SATCOM)、甚高頻收發(fā)機仿真模型(VHF)等部分組成。
1.2 CNS導(dǎo)航子系統(tǒng)仿真模型
CNS導(dǎo)航子系統(tǒng)仿真模型需要實現(xiàn)仿真無線電導(dǎo)航收發(fā)機的離散控制功能、導(dǎo)航功能、自檢功能、接受飛管調(diào)諧控制功能、接受調(diào)諧控制功能、ILS應(yīng)急調(diào)節(jié)功能等等,導(dǎo)航子系統(tǒng)主要由GPS即全球定位系統(tǒng)接收機、多模導(dǎo)航接收機(NAV)、無線電高度表(RA)、測距儀(DME)、北斗定位系統(tǒng)(BDS)等仿真模型組成。
1.3 CNS監(jiān)視子系統(tǒng)仿真模型
CNS監(jiān)視子系統(tǒng)仿真模型包括了綜合監(jiān)視系統(tǒng)(ISS)模型,用來滿足防撞及近地警告、氣象雷達等多樣化監(jiān)視需求,監(jiān)視子系統(tǒng)主要由空中交通防撞系統(tǒng)(TCAS)、異步接收機(XPDR)、地形識別和預(yù)警系統(tǒng)(TAWS)、氣象雷達(WXR)等仿真設(shè)備組成
1.4 CNS系統(tǒng)數(shù)字建模的其他仿真模型
除了上述三個子系統(tǒng)仿真模型,我們還要建立調(diào)諧控制面板仿真模型(TCP)和無線電數(shù)據(jù)接口單元(RDIU)仿真模型,其中調(diào)諧控制面板仿真模型用來實現(xiàn)仿真調(diào)諧控制設(shè)備對通信導(dǎo)航監(jiān)視設(shè)備的應(yīng)急調(diào)諧功能、調(diào)諧控制功能、飛管調(diào)諧數(shù)據(jù)同步功能、多個調(diào)諧控制面板之間的數(shù)據(jù)同步功能等,而無線電數(shù)據(jù)接口單元仿真模型用來實現(xiàn)外部與CNS系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互,它分為左右兩側(cè),用來實現(xiàn)CNS外部與CNS系統(tǒng)左右兩側(cè)各仿真模型的數(shù)據(jù)收發(fā),同時無線電數(shù)據(jù)接口單元仿真模型具備航空電子雙向以太網(wǎng)和ARINC429之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換功能,從而保證CNS對外數(shù)據(jù)交互接口統(tǒng)一。
2.通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)激勵仿真建模
通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)激勵仿真模型主要功能有飛行管理系統(tǒng)調(diào)諧控制功能、起落架信號功能、多功能顯示導(dǎo)航數(shù)據(jù)功能、慣導(dǎo)輔助GPS快速定位功能等。通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)激勵仿真模型可以分為左右兩側(cè),根據(jù)兩側(cè)預(yù)定的軌跡生成飛行路線,然后依據(jù)航線產(chǎn)生飛行狀態(tài)信息,從而激勵通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)各設(shè)備仿真模型,并且顯示各仿真模型的輸出數(shù)據(jù)。設(shè)備激勵仿真模型和設(shè)備仿真模型共同組成了通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)仿真模型,有利于系統(tǒng)順利進行測試工作,我們可以對系統(tǒng)其中某一設(shè)備仿真模型進行測試,并且實時修改設(shè)備激勵仿真模型的激勵參數(shù),觀察測試結(jié)果。
3.通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)仿真建模的優(yōu)點
通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)仿真模型應(yīng)用了模塊化設(shè)計結(jié)構(gòu)和標準化的開放體系架構(gòu),各設(shè)備模型符合相關(guān)規(guī)范標準,有利于設(shè)備的按需組合和重復(fù)使用。模塊化建模方便CNS系統(tǒng)設(shè)計不同架構(gòu),比較性能差異,實現(xiàn)快速定義和設(shè)計。同時模型接口特性符合真實設(shè)備接口需求,因此該仿真模型具備良好的功能擴充和系統(tǒng)擴展性能,方便日后維護,滿足未來發(fā)展需求。CNS系統(tǒng)仿真模型的建立是以TSO標準、ARINC標準以及國內(nèi)外適航產(chǎn)品為基礎(chǔ),所以具備高度的復(fù)原性,能夠真實反映機載航空電子設(shè)備的相互關(guān)系、功能、輸入輸出接口數(shù)據(jù)傳輸邏輯,該模型可以使用真實航空飛行數(shù)據(jù)包進行激勵,保證了仿真模型的系統(tǒng)功能和性能得到了充分的檢驗。另外,該仿真模型是根據(jù)未來通信技術(shù)的發(fā)展趨勢建立的,拓展了AFDX的數(shù)據(jù)借口和功能,利用該模型設(shè)計完善系統(tǒng)架構(gòu),可以提升機載電子系統(tǒng)的開發(fā)效率和質(zhì)量,并且有效降低了研發(fā)成本【2】。
綜上所述,我們對機載航空電子通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)數(shù)字建模展開了研究,首先明確了CNS系統(tǒng)數(shù)字建模的重要意義和基本框架,然后分析了通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)備仿真模型和激勵仿真模型的建立,二者共同構(gòu)成了通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)仿真模型閉環(huán),從而使整個系統(tǒng)更具可測試性,最后分析了CNS系統(tǒng)仿真建模的優(yōu)點,便于現(xiàn)代航行系統(tǒng)的功能驗證、接口定義、架構(gòu)設(shè)計、總線數(shù)據(jù)分析等,為日后的機載航空電子通信導(dǎo)航監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)計提供參考。
參考文獻:
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