基于Qt和ARINC429總線的航電仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王嘉穎　楊榛　程耀　李興　霍凱

摘要：針對機(jī)載雷達(dá)研制過程中的實(shí)際調(diào)試需要，設(shè)計(jì)了用于模擬機(jī)上航電系統(tǒng)數(shù)據(jù)收發(fā)的航電仿真系統(tǒng);對航電仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程及ARINC429總線進(jìn)行介紹，并使用Qt自定義控件開發(fā)GUI界面;測試表明，基于Qt自定義控件和ARINC429總線的航電仿真系統(tǒng)性功能有效，滿足機(jī)載雷達(dá)調(diào)試過程中的數(shù)據(jù)模擬需求。

關(guān)鍵詞：GUI界面;航電仿真系統(tǒng);ARINC429總線

中圖分類號：TP311? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）12-0241-03

對于雷達(dá)而言，研制過程中各分系統(tǒng)的通信接口調(diào)試是必不可少的，而機(jī)載雷達(dá)在交付整機(jī)前不具備與機(jī)上航電設(shè)備的實(shí)裝進(jìn)行通信接口調(diào)試的條件，并且，這些外部輸入是雷達(dá)正常工作的必要條件，所以，一個(gè)能在地面配合雷達(dá)處理單元進(jìn)行通信接口調(diào)試，模擬各個(gè)外部設(shè)備數(shù)據(jù)收發(fā)的航電仿真設(shè)備就顯得尤為必要。航電設(shè)備通常使用ARINC429總線進(jìn)行信息傳輸，例如波音737、757和 767系列、空客A310/A320等。本文結(jié)合ARINC429總線與Qt自定義控件，設(shè)計(jì)了一套模擬機(jī)載航電設(shè)備數(shù)據(jù)收發(fā)的航電仿真系統(tǒng)，測試表明，該系統(tǒng)滿足機(jī)載雷達(dá)研制過程中的外部數(shù)據(jù)模擬需求。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

航電仿真系統(tǒng)主要用于在雷達(dá)交付主機(jī)前在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中為某機(jī)載雷達(dá)提供輸入的測試激勵(lì)，并驗(yàn)證其輸出的狀態(tài)和數(shù)據(jù)是否正常。主要工作原理為在加固筆記本的平臺下，通過GUI界面進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入并發(fā)送給雷達(dá)處理單元，完成對雷達(dá)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)的驗(yàn)證。

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

航電仿真系統(tǒng)可以分為硬件平臺和模擬器軟件兩部分，硬件平臺由一臺裝有ARINC429板卡，配備x86平臺和Windows7操作系統(tǒng)的便攜式加固機(jī)構(gòu)成，模擬器軟件運(yùn)行于該硬件平臺上。航電仿真系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)如圖1所示。

用戶在航電仿真系統(tǒng)的模擬器軟件中進(jìn)行輸入設(shè)置并確認(rèn)發(fā)送，即可模擬出航電系統(tǒng)的慣導(dǎo)、輪載、收放裝置、電子自衛(wèi)信息等數(shù)據(jù)，并以電信號的形式發(fā)送給雷達(dá)處理機(jī)，還可通過光纖發(fā)送敵我識別信息到數(shù)據(jù)分發(fā)設(shè)備并通過以太網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)給雷達(dá)處理機(jī)。航電仿真系統(tǒng)的工作數(shù)據(jù)流如圖2所示。

1.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

航電仿真系統(tǒng)硬件采用Intel x86平臺運(yùn)行Windows 7操作系統(tǒng)，集成ARINC429接口、RS422接口，地開信號，422電平信號等。便攜式航電仿真系統(tǒng)硬件組成如圖3所示。

1.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

windows 7操作系統(tǒng)為模擬器軟件提供了包括系統(tǒng)內(nèi)核、設(shè)備驅(qū)動(dòng)，圖形引擎等必要的軟件運(yùn)行環(huán)境。針對硬件平臺，圖形界面開發(fā)選用QtCreator集成開發(fā)環(huán)境及若干封裝好的自定義控件進(jìn)行二次開發(fā)。為了方便后期維護(hù)，模擬器軟件采用自頂向下的設(shè)計(jì)方法。

航電仿真系統(tǒng)模擬器軟件的主要功能如圖4所示，包含3個(gè)功能模塊：

（1）參數(shù)設(shè)置及發(fā)送模塊：用于模擬不同航電分系統(tǒng)數(shù)據(jù)，在GUI界面設(shè)置制定參數(shù)后，通過模型進(jìn)行計(jì)算后動(dòng)態(tài)加載參數(shù)并分別通過網(wǎng)口、ARINC429總線發(fā)送出去，實(shí)現(xiàn)參數(shù)動(dòng)態(tài)模擬效果。

（2）數(shù)據(jù)接收：通過建立QTimer定時(shí)器進(jìn)行定周期查詢，通過RS422串口查詢接收雷達(dá)處理單元狀態(tài)信息。

（3）數(shù)據(jù)處理與顯示：對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析處理后周期性刷新讀取，在GUI界面上指定位置顯示。

2 關(guān)鍵技術(shù)

作為一個(gè)模擬器軟件，主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，所以，通信功能必然是它的核心部分。與此同時(shí)，為了界面美觀，采用Qt自定義控件庫進(jìn)行圖形界面開發(fā)也是本系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。

2.1? 通信模塊設(shè)計(jì)

為了滿足可靠性要求，航電系統(tǒng)一般采用ARINC429總線進(jìn)行數(shù)字信息傳輸，本節(jié)具體討論ARINC429總線通信模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

2.1.1? ARINC429總線

航空電子設(shè)備之間的信息傳輸具有高可靠性的要求，因此采用單工的ARINC429總線進(jìn)行數(shù)字信息傳輸。ARINC429總線的最顯著特點(diǎn)就是單向傳輸，信息只能從發(fā)送端流往接收端，決不允許信息倒流，而且發(fā)送端只能有一個(gè)，接收端可以有多個(gè)。

ARINC429總線的基本信息單元是一個(gè)32位的數(shù)字字，主要包括5個(gè)部分：

（1）標(biāo)號位（LABEL）：第1～8位，用于標(biāo)識傳輸?shù)膮?shù)，標(biāo)號位的發(fā)送順序?yàn)榈剐虬l(fā)送，先發(fā)送高位再發(fā)送低位，即依次發(fā)送位8、7、6、5、4、3、2、1。

（2）源/目的識別位（SD）：第9～10位，用于識別源/目的，因?yàn)樵诙嘞到y(tǒng)中可能有多個(gè)源和目的。

（3）數(shù)據(jù)區(qū)（DATA）：第11～29位，用于傳輸數(shù)據(jù)，如為有符號數(shù)，則第29位為符號位，否則，全部為數(shù)據(jù)位。

（4）符號/狀態(tài)位（SSM）：第30～31位，用于標(biāo)識數(shù)據(jù)字的一些特性，例如方向、符號等。

（5）奇偶校驗(yàn)位（P）：第32位，用于奇偶校驗(yàn)。

ARINC429總線傳輸字的典型使用格式如圖5所示。它的數(shù)據(jù)類型有BCD碼、BNR碼、離散數(shù)據(jù)、維修數(shù)據(jù)和國際化標(biāo)準(zhǔn)組織字母第5號特性數(shù)據(jù)。

2.1.2? Qt下的ARINC429數(shù)據(jù)發(fā)送

航電仿真系統(tǒng)中的模擬器軟件使用ARINC429總線將模擬的慣導(dǎo)數(shù)據(jù)發(fā)送給雷達(dá)處理單元，通過信號與槽機(jī)制，當(dāng)用戶輸入慣導(dǎo)數(shù)據(jù)后敲回車即可調(diào)用封裝好的ARINC429總線的驅(qū)動(dòng)庫，發(fā)送信息。ARINC429總線的驅(qū)動(dòng)模塊主要包括以下幾個(gè)核心函數(shù)：

（1）CAV_L1_A429_RX_Channel_Init（） 初始化RX通道;

（2）CAV_L1_A429_RX_Channel_Start（） 啟動(dòng)RX通道;

（3）CAV_L1_A429_TX_Channel_Init（） 初始化TX通道;

（4）CAV_L1_A429_TX_Channel_CB_TXPAllocate（） 分配TXCB和TXP;

（5）CAV_L1_A429_TX_Channel_CB_Write（） 寫TXCB;

（6）CAV_L1_A429_TX_Channel_CB_TXPWrite（） 寫TXP;

（7）CAV_L1_A429_TX_Channel_Start（） 啟動(dòng)TX通道;

（8）CAV_L1_A429_TX_Channel_Stop（） 停止TX通道;

（9）CAV_L1_A429_TX_Channel_Close（） 關(guān)閉TX通道;

以上函數(shù)順序調(diào)用，即可完成由ARINC429板卡發(fā)送出模擬數(shù)據(jù)到雷達(dá)處理單元。

2.2 Qt自定義控件

使用Qt自定義控件開發(fā)GUI界面，簡單美觀，有統(tǒng)一的樣式色調(diào)風(fēng)格，如圖6所示。將封裝好的自定義控件庫添加到Qt安裝路徑下的bin目錄中，并將其添加在QtCreator的安裝目錄下的include目錄下，即可在QtDesigner中通過拖拽控件完成界面設(shè)計(jì)。Qt的信號與槽和事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制能夠高效地對界面操作、鼠標(biāo)、鍵盤事件做出響應(yīng)。

3 系統(tǒng)驗(yàn)證

完成航電仿真系統(tǒng)的模擬器軟件后，將可執(zhí)行程序及其動(dòng)態(tài)鏈接庫打包，移植到硬件平臺上運(yùn)行。通過GUI界面設(shè)置參數(shù)，模擬慣導(dǎo)數(shù)據(jù)并發(fā)送至雷達(dá)處理單元，如圖7所示，模擬器軟件運(yùn)行并設(shè)置發(fā)送數(shù)據(jù)后的控制臺打印信息正常，雷達(dá)處理單元成功收到模擬的慣導(dǎo)數(shù)據(jù)，說明航電仿真系統(tǒng)與雷達(dá)處理單元可以實(shí)現(xiàn)有效的信息交互，證明了航電仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的正確性。

4 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于Qt自定義控件和ARINC429總線的航電仿真系統(tǒng)，可以在研制過程中為雷達(dá)處理單元提供模擬的航電系統(tǒng)數(shù)據(jù)，并且能夠驗(yàn)證雷達(dá)處理單元輸出的狀態(tài)和數(shù)據(jù)是否正常，有效滿足了機(jī)載雷達(dá)調(diào)試中的數(shù)據(jù)模擬需求。

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