航电系统数字化设计验证系统与方法

摘要

本发明涉及飞机航电技术，特别是涉及一种航电系统数字化设计验证系统与方法，它由BCMP模拟器、MC模拟器、飞机成件模拟器、显示设备模拟器、OFP仿真器组成，包括POP设计、系统ICD设计、各飞机成件模拟器设计、BCMP模拟器设计等设计步骤，可以为飞机设计阶段提供数字化设计工具，并对顶层设计进行验证，无须等到飞机成件研制出来后在联调阶段在进行验证和修改，使得顶层设计的设计、验证和修改的代价和时间大大缩小；同时在型号设计前期飞行员可提前介入，对航电系统的整体设计进行评估，缩短型号研制周期。

说明书

技术领域

本发明涉及飞机航电技术，特别是涉及一种航电系统数字化设计验证系统与方法。

背景技术

当前国内外多数先进飞机中采用的航电系统都是总线式系统。整个系统的主要功能部件可以分为三类：BCMP(含任务计算机)、显示设备(如平显、下显、UFCP显示器)、各飞机成件设备(如大气机、惯导设备、飞控设备、火控设备、雷达等)，各功能部件间靠1553、422、429总线进行通讯。BCMP是整个航电系统的核心控制单元，各飞机成件设备在BCMP的调度下实现数据调度和总线通讯，各显示设备在BCMP的控制下实现画面切换和数据显示。

在飞机航电系统的设计过程中，一方面由于各飞机成件可能来自于不同的厂家，在系统对接过程中可能出现各功能部件之间对接困难的情况；另一方面飞机的设计者和飞机的实际操作者(飞行员)也是不同的人员，因而可能出现飞机的操作者不习惯于飞机操作方式的情况。目前，国内各飞机总体设计单位都没有有效的数字化设计验证工具，对于顶层设计，一般由设计人员手工设计，要等到各飞机成件研制出来进行联调时才能发现问题，改正起来代价大，要耗费较大的人力、物力、财力。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有的设计验证手段的不足，提供一种航电系统数字化设计验证软件系统，该软件能够支持顶层设计的输入，并可以在全数字环境中验证顶层设计思想。

本发明的目的是这样来实现的，航电系统数字化设计验证系统，包括BCMP模拟器、MC模拟器、飞机成件模拟器、显示设备模拟器、OFP仿真器，所述的BCMP模拟器、MC模拟器通过数据总线与各飞机成件模拟器、各显示设备模拟器和OFP仿真器相连接，其中：

所述的BCMP模拟器是仿真实际航电系统中BCMP功能的模拟器，它具有实际航电系统BCMP的功能，作为整个系统的核心单元，它控制整个航电系统通讯、数据交换、画面调度；

所述的MC模拟器仿真实际航电系统中任务计算机的功能，在BCMP正常工作的条件下它提供系统某些状态的监视功能，在BCMP出现故障时它将替代BCMP的功能，成为整个系统的控制者；

所述的飞机成件模拟器包括有：大气机模拟器、惯导设备模拟器、飞控设备模拟器、机电设备模拟器、雷达模拟器，它可以接收并处理以太网传来的飞行仿真计算机数据，刷新自身状态数据，并在BCMP模拟器的调度下完成总线通讯和数据交换；

所述的显示设备模拟器包括有：平显模拟器、下显模拟器、UFCP模拟器，它提供飞行员可视化操作界面，在BCMP模拟器的调度下实现画面的切换和刷新，通过该界面的操作可以监视整个飞机航电系统的当前状态；

所述的OFP仿真器接收并处理以太网传来的飞行仿真计算机数据，并通过总线与BCMP模拟器实现数据通讯；

所述的OFP仿真器还可以实现飞机成件的模拟。

所述的航电系统数字化设计验证方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)POP设计

POP设计提供POP仿真界面构造平台，用户在该平台可以使用各种标准界面元素完成界面的构造，并且定义界面元素中数据来源、数据目的，数据类型的属性，将POP仿真界面转化为PDF文件，并能解析PDF文件生成相应的POP仿真界面；

2)系统ICD设计

根据POP已构造的界面元素的属性信息生成相应的下显/平显的ICD-1文件，对ICD-1文件按照数据来源、数据目的一定规则进行分类，生成相应的分类ICD-2文件，将分类ICD-2文件整合成各个飞机成件模拟器的ICD-3文件；各个飞机成件模拟器设计完成之后，可以生成各飞机成件之间的ICD-4文件，将ICD-3和ICD-4文件整合生成各个飞机成件的完整ICD-5文件，该ICD-5文件可以被各个飞机成件模拟器加载(除BCMP)，最后，将下显/平显的ICD-1文件和各个飞机成件的完整ICD-5文件整合生成系统总ICD-6文件，该文件可以被BCMP模拟器加载用以控制整个系统的数据流向；

3)各飞机成件模拟器设计

各飞机成件模拟器的主要功能是用来仿真各1553设备，它的数据来自飞行仿真计算机，它可以模拟各1553设备对该数据的处理功能，包括：

定义传感器，用户可以根据各1553设备的实际被测量和敏感元件定义符合实际的功能传感器，通过对传感器敏感条件的改变可以实现对各种被测量值的改变；

定义执行器，用户可以根据各1553设备实际数据处理功能定义执行器，实现对测量相关量的处理，从而产生符合整个仿真系统需求的数据；

定义ICD文件，用户可以通过对界面元素属性的来源和特征设置信息来生成ICD文件，该ICD文件应该包括传感器ICD文件和执行器ICD文件；

数据动态刷新及显示，能够根据飞机飞行数据实现对数据动态刷新和显示，飞机飞行数据来自飞行仿真计算机，该数据由以太网传来；

4)BCMP模拟器设计

BCMP模拟器主要功能是实现对BCMP功能的模拟。它能够兼容实际飞机航电系统中的BCMP，它可以加载总线表，实现对整个航电系统通讯控制和数据交换，其具体功能分析如下：

a)提供用户软件的编程接口，提供1553、422、429接口卡控制函数

BCMP是整个系统的控制者，它控制整个航电系统通讯和数据交换包括1553、422、429等方式的通讯，因而为了实现通讯和数据交换必须提供一个用户可用的软件编程接口，让用户实现软件编程控制该通讯过程；

b)可根据分类ICD文件生成BCMP的总ICD文件

BCMP需要加载一个总ICD文件，该文件是控制系统整个数据流向的依据，该ICD文件应该是前文论述的飞机成件模拟器的ICD和下显平显仿真模块ICD的并集；

该ICD文件也可以是实际航电系统中的ICD文件，本软件将支持实际航电系统ICD文件的识别和载入；

c)能够实现整个航电系统数字仿真的通讯、控制和画面调度

整个航电系统的通讯、控制、画面调度都是在BCMP的控制下实现的，因而必须考虑所有可能的情况，设计完整的控制流程，通过1553、429、422接口函数实现通讯功能，通过查询总线表内容来确定当前执行的操作，通过ICD确定数据流向和控制方式，并且控制POP仿真界面的图片切换和动态数据刷新等功能；

d)基于以上功能，向BCMP模拟器中输入顶层设计规定的ICD和数据调度控制关系，即可实现对BCMP的模拟。

所述的POP设计步骤还包括：编辑下显/平显操作界面及定义数据元素，定义画面切换，生成PDF文件及POP画面浏览。

本发明的有益效果是，可以在设计阶段提供数字化设计工具，并对顶层设计进行验证，无须等到飞机成件研制出来后在联调阶段在进行验证和修改，使得顶层设计的设计、验证和修改的代价和时间大大缩小；同时在型号设计前期飞行员可提前介入，对航电系统的整体设计进行评估，缩短型号研制周期。

附图说明

图1为本发明设计过程示意图。

图2为本发明总体结构框图。

具体实施方式

现结合图1和图2对本发明作进一步说明：

航电系统数字化设计验证系统，由飞行员操作界面(综合显示系统)数字化设计及仿真验证软件包、航电设备(航电系统成件)数字化设计及仿真验证软件包和总线控制管理器数字化设计及仿真验证软件包组成，其中：

1)飞行员操作界面(综合显示系统)数字化设计及仿真验证软件包

此软件驻留在下显模拟器、平显模拟器和UFCP模拟器中，主要实现以下功能：

支持平显界面设计及定义界面元素的数据源和仿真运行；

支持下显界面设计及定义界面元素的数据源、仿真运行。响应飞行员操作，并可以定义飞行员操作所对应的消息；

系统可根据平显、下显界面元素定义的数据源和下显定义的飞行员操作所对应的消息建立接口控制文件，辅助支持航电系统总体设计的接口控制文件设计；

可生成用于某些下显设备生产厂家使用的PDF(图形定义文件)；

可以从PDF文件中提取其描述的下显画面，并显示出来。

2)航电设备(航电系统成件)数字化设计及仿真验证软件包驻留在OFP仿真器和飞机成件仿真器中，提供交互式的表格化设计界面，设计者可在此软件环境设计航电设备的输入输出数据接口格式(ICD)，设计航电设备的状态参数，设计航电设备的数据处理功能(DDR)。

数据输入支持数字通讯类数据格式，交互式数据窗可直接写入传感器仿真数据，支持飞行仿真计算机实时飞行数据格式的动态交互等；即支持界面数据输入、总线数据输入、飞行仿真计算机的网络数据输入等。

数据输出支持数字通讯类数据格式，也可定义模拟、数字信号和脉冲频率信号等，并定义到相应的数字化外部接口。

数字化设计的系统成件具有通用灵活的实时仿真运行功能。支持1553类型航电设备，如：INS、ADC、EMMC、FC、MC等；429类型航电设备，如：塔康TACAN、HXJ、无线电罗盘、无线电高度表等；422类型航电设备，如：DTE、DVR、AAP、UFCP等的仿真；同时也支持模拟数字信号的数字化设计，可实现对地面动态仿真试验的支持。

3)总线控制管理器数字化设计及仿真验证软件包

此软件包驻留在BCMP模拟器中，主要实现以下功能：

根据飞行员操作界面(综合显示系统)开发及仿真软件包设计的ICD和航电设备成件仿真软件包设计的ICD的数据交互要求建立数据交换机，交换机支持1553、422、429、模拟信号、数字信号的数据交换方式，并支持BCMP(总线控制管理器)的画面调度及控制功能，即支持BCMP(总线控制管理器)的数字化设计。

航电系统数字化设计验证系统有五大部分组成，分别为BCMP模拟器、MC模拟器、各飞机成件模拟器(如大气机模拟器、惯导模拟器、飞控模拟器、机电模拟器、雷达模拟器等)、各显示设备模拟器(如下显模拟器、平显模拟器、UFCP模拟器等)、OFP仿真器(如OFP422仿真器、OFP429仿真器等)。

BCMP模拟器是仿真实际航电系统中BCMP功能的模拟器，它具有实际航电系统BCMP的功能，作为整个系统的核心单元，它控制整个航电系统通讯(通过1553、422、429总线)、数据交换、画面调度功能。该BCMP模拟器应该具有良好的兼容性，能替代实际航电系统的BCMP设备。

MC模拟器仿真实际航电系统中任务计算机的功能。在BCMP正常工作的条件下它提供系统某些状态的监视功能，在BCMP出现故障时它将替代BCMP的功能，成为整个系统的控制者。

各飞机成件模拟器仿真航电系统中各飞机成件，如大气机、惯导设备、飞控设备、机电设备、雷达，它可以接收并处理以太网传来的飞行仿真计算机数据，刷新自身状态数据，并在BCMP的调度下完成总线通讯和数据交换。

各显示设备模拟器仿真航电系统中的各种显示设备，如平显、下显、UFCP模拟器，提供飞行员可视化操作界面。它们在BCMP的调度下实现画面的切换和刷新，通过该界面的操作可以监视整个飞机航电系统的当前状态。

OFP仿真器接收并处理以太网传来的飞行仿真计算机数据，并通过422和429总线与BCMP实现数据通讯。

航电系统数字化设计验证系统与方法包括以下步骤：

1)POP设计

POP设计将提供POP仿真界面构造平台，用户在该平台可以使用各种标准界面元素完成界面的构造，并且定义界面元素的属性，包括数据来源、数据目的，数据类型等。它支持POP仿真界面的创建(下显、平显界面)，能将POP仿真界面转化为PDF文件，并能解析PDF文件生成相应的POP仿真界面。具体过程阐述如下：

a)编辑下显/平显操作界面及定义数据元素。

为了能够仿真近可能多的POP界面，需要设计通用的航电系统平显及下显仿真界面控件，这些仿真界面上的控件兼容当前航电系统中的界面元素，能够支持PDF文件的生成。

通用控件包括各种数字、文字、模拟棒、指针表、背景地图、地平线、表格等。它们都具有自身属性信息，用户需要设置它们的属性(如数据来源、数据目的、控件类型、控件编号等)，为之后ICD文件的生成提供必要的信息。

用户可根据设计的需要自由组织各种控件到各个界面上，并可以编辑各个组件的属性以确定该控件的名称、数据来源、符合标准及各数据位的意义等信息。

b)定义画面切换。

下显/平显画面上的按键对应界面切换请求，用户需要对各个按键将要切换的画面进行定义，以便于飞行员更好的查看当前飞行状态。每个按键应当对应一个1553消息格式画面切换请求。

c)生成PDF文件。

当用户编辑完一组图片，即已完成对一个下显、平显所有切换图片的编辑后，用户可以选择生成PDF文件，则系统会根据用户输入的图形界面信息和界面元素属性信息生成对应的PDF文件，因用户使用的图形界面元素是整个航电系统中通用的画面构成元素，所以生成的PDF文件与目前飞机航电系统中通用的PDF文件格式一致，而且应该可以加载到实际的飞机下显、平显系统中进行画面的显示功能。

d)POP画面浏览。

对于用户已输入且保存的POP画面，用户可以选择浏览画面，则已创建的POP将按照指定的顺序进行回放，但该回放状态下不支持数据的动态刷新功能，只是简单的画面浏览功能。

2)系统ICD设计

根据POP已构造的界面元素的属性信息生成相应的下显/平显的ICD-1文件，对ICD-1文件按照数据来源和数据目的的规则分类，生成相应的分类ICD-2文件，将分类ICD-2文件整合成各个飞机成件模拟器的ICD-3文件；各个飞机成件模拟器设计完成之后，可以生成各飞机成件之间的ICD-4文件，将ICD-3和ICD-4文件整合生成各个飞机成件的完整ICD-5文件。该ICD-5文件可以被各个飞机成件模拟器加载(除BCMP)。最后将下显/平显的ICD-1文件和各个飞机成件的完整ICD-5文件整合生成系统总ICD-6文件，该文件可以被BCMP模拟器加载用以控制整个系统的数据流向。

a)生成下显/平显的ICD-1文件。

在POP编辑平台上，当用户编辑完一组图片后，选择输出ICD文件，则会将当前编辑的下显(平显)成件的ICD以一定的格式输出，该文件应该可以被当前的下显/平显仿真模拟器识别并加载。

b)生成分类ICD-2文件。

当所有POP仿真界面的ICD都生成后，选择分类ICD文件，则可以把所有的ICD按照一定的分类标准进行分类，分类的依据一般是数据元素的数据来源或目的。

c)生成ICD-3文件。

将输出的分类ICD-2文件按照ICD文件的格式生成各飞机成件可以加载的ICD文件，但是该ICD文件尚不包括各飞机成件之间的ICD文件信息。

d)生成ICD-4文件。

当用户在各飞机成件模拟器(除BCMP)编辑完成界面编辑及数据元素定义后会生成相应的数据信息，对该数据信息进行分类整合生成各飞机成件之间的ICD-4文件。ICD-4文件是各飞机成件之间信息传递的依据，是对ICD-3的补充。

e)生成各飞机成件(除BCMP)的ICD-5文件。

将已生成的ICD-3和ICD-4文件进行整合可以生成最终各飞机成件可以加载的ICD-5文件，它是每个飞机成件最终的ICD文件，可以被加载到各个飞机成件模拟器(除BCMP)中。

f)生成BCMP的ICD-6文件。

将已生成的ICD-1和ICD-5文件信息进行整合，可以生成系统最终ICD-6文件，该文件是整个系统中所有数据流向的合集，它可以被BCMP模拟器加载并作为控制整个系统中数据流向的依据。

3)各飞机成件模拟器设计

各飞机成件模拟器(除BCMP)设计

各飞机成件模拟器(不包括BCMP)的主要功能是用来仿真各1553设备，它的数据来自飞行仿真计算机，它可以模拟各1553设备对该数据的处理功能。由于有硬件板卡的支持，可是实现1553、429、422数据通讯。

软件具备以下功能：

a)具有界面构造功能。

提供界面构造元素开发包，用户可以依据实际需求自行设计显示界面。各界面元素可以定义属性(特征、来源等)。该界面元素开发包能够涵盖所有航电系统中常用的界面元素，并且提供扩展界面元素。

b)定义传感器。

用户可以根据各1553设备的实际被测量和敏感元件定义符合实际的功能传感器，通过对传感器敏感条件的改变可以实现对各种被测量值的改变。

c)定义执行器。

用户可以根据各1553设备实际数据处理功能定义执行器，实现对测量相关量的处理，从而产生符合整个仿真系统需求的数据。

d)定义ICD文件。

用户可以通过对界面元素属性的设置(来源、特征等)信息来生成ICD文件，该ICD文件应该包括传感器ICD文件和执行器ICD文件。

e)数据动态刷新及显示。

能够根据飞机飞行数据实现对数据动态刷新和显示，飞机飞行数据来自飞行仿真计算机，该数据由以太网传来。

4)BCMP模拟器设计

BCMP模拟器主要功能是实现对BCMP功能的模拟。它能够兼容实际飞机航电系统中的BCMP，它可以加载总线表，实现对整个航电系统通讯控制和数据交换。其具体功能分析如下：

a)提供用户软件的编程接口，提供1553、422、429接口卡控制函数。

BCMP是真个系统的控制者，它控制整个航电系统通讯和数据交换包括1553、422、429等方式的通讯，因而为了实现通讯和数据交换必须提供一个用户可用的软件编程接口，让用户实现软件编程控制该通讯过程。

b)可根据分类ICD文件生成BCMP的总ICD文件。

BCMP需要加载一个总ICD文件，该文件是控制系统整个数据流向的依据，该ICD文件应该是前文论述的飞机成件模拟器的ICD和下显平显仿真模块ICD的并集。

该ICD文件也可以是实际航电系统中的ICD文件，本软件将支持实际航电系统ICD文件的识别和载入。

c)能够实现整个航电系统数字仿真的通讯、控制、画面调度等。

整个航电系统的通讯、控制、画面调度都是在BCMP的控制下实现的，因而必须考虑所有可能的情况，设计完整的控制流程，通过1553、429、422接口函数实现通讯功能，通过查询总线表内容来确定当前执行的操作，通过ICD确定数据流向和控制方式，并且控制POP仿真界面的图片切换和动态数据刷新等功能。

为了能够控制仿真界面间的切换，设计如下表格：

此二维表格“界面切换命令”列中的BUTTON1......BUTTONn表示分布在下显/平显仿真界面上的按键，仿真过程中POP仿真器根据用户的点击到的按钮，向BCMP发送相应的1553命令请求，BCMP根据当前的系统状态及1553命令请求的内容确定出下一个应显示的画面(横向检索相应的记录)。类似的，PULSE1......PULSEn表示来自总线的命令，在仿真过程中软件将根据特定的激励按照先纵向后横向的顺序检索“界面切换控制表”以确定下一显示的界面。