关键词：直升机；综合航电；显控仿真系统；设计；应用
引言
随着大规模集成电路和计算机技术的发展，直升机上出现越来越多的航空电子系统。它们都具有从传感器、信号采集、信号处理到显示的一整套完整功能。比如雷达、惯导、大气机等向直升机平台及综显提供飞机姿态、空中及地面目标信息、地表地形及防撞导航信息等，需要通过联网技术进行综合显示及控制。本文所论述的航电显控仿真系统是根据某型直升机改装大型综合航电系统的总线拓扑结构而研制的数字仿真系统。采用模块化的设计，模拟直升机上各种航空电子系统的真实数据及接口，对改装某直升机综合航电系统的设计论证、性能验证具有重要的意义。
1航电系统显控仿真系统研发重要性及其现状
航电系统显控装置中，以显示器为例，对飞行员获得飞机姿态导航信息、任务信息、战场姿态等具备关键性作用。随着信息量增加，显示器发不了的增加和画面接收信号的视频传输，无疑对地面监控、人员安全等具备重要的价值。通信、导航、显控、记录（Communication，navigation，control，record）等多个模块化系统包括的任务寻求中，航图、近地警告、显控画面和机载雷达等与显示设备之间的传输，需要对航电系统显控进行相关设计优化，尤其是应用双链路DVI信号传输，形成具备转化价值的优势信号传输器。航电系统作为最复杂的机载系统之一，显控系统作为其分项系统，需要通过仿真设计，以接口优化来实现。
2直升机综合航电显控仿真系统的设计应用
2.1传输速度快
DVI传输节省了传统数字图像信息“数字→模拟→数字”繁琐的转换过程，实现空间和时间上的简化，对消除拖影、增强信号、增加画面清晰度及其逼真效果，具备实战分析价值。
2.2舰机通信与信息交换
舰机通信是指等效飞行控制与舰载地面站之间的电台通信，通信协议如下图1所示。其中上行数据是用户发出的指令例如：舰面起飞、脱离、爬高、舰面跟随、着舰回收等，相关指令在500ms之内未收到来自等效飞控的回报，自动重新发送最多3次。否则认为舰机通信失败。下行数据较为庞大，基本涵盖了大部分UMH和舰船的运动信息。为了避免占用过多系统资源，采取“快速”、“中速”、“慢速”三种频率下发数据。例如数据更新率较低的经纬度、高度等信息采取“慢”帧发送，发送频率1Hz。而更新率较快的内环姿态等信息采取快帧发送，频率为20Hz。
2.3显示模块
显示模块对综合航电显控仿真系统的界面进行设计和布局，如字符、周边键、光标等。同时也生成绘图对象，如飞机、坦克目标等，同时将视频采集卡采集到的雷达视频图像叠加在画面上；在防撞工作方式时，构建三维视图，并显示大气机和惯导的仿真数据。雷达返回的状态数据显示在右下方。仿真系统界面如图2和图3所示。
图3
2.4远景规划
直升机综合航电显控仿真系统设计应用，对确定航电系统的目标、活动和能力，形成系统运行结果需求，具有正面导向作用；航电系统任务、功能和资源组织模式管理阶段，对优化系统组建，实现工作任务简化和人力资源建设，具备远期的研制价值。
2.5画面清晰
VAPSXT自动代码生成、仿真设计和原型设计、无缝链接NCOM，VAPSXT可与STAGE系列软件交互，可避免信号的损失和干扰，最终在图像清晰度和细节上得到了大幅提升。支持HDCP协议的显卡，对管脚定义数据格式等的协议和保密度价值较高。信道中的最高传输码流为1.65GHz。协同DVI端口设计，优化信道码，提升传输图像的最高像素。
2.6通讯模块
通讯模块负责通讯板卡的管理，比如板卡的打开、设置、启动、读取数据、保存数据、写入数据等，主要依靠板卡自带的函数进行编程实现。
通讯模块中非常重要的功能是，判断通讯板卡的故障情况，当发现综合处理接口计算机不能完成任务时，及时向接口处理任务计算机发出“valid信号”，从而启动备份计算机，使得综显及控制继续进行，保证任务的顺利完成。
2.7着舰视景与数据驱动
着舰视景软件接收来自等效飞控的舵面信息，完成动态模型解算和三维视景展示。采用的是X-plane9专业飞行仿真软件，其使用叶素法将直升机分割成有限的元素，通过对这些元素分别进行受力分析，结合飞机的重心和质量等数据，计算飞机的加速度，进而可以得出速度和位置等信息。模型解算的速度可以通过Operations＆Warnings菜单下的Flight-model选项进行设置，考虑到本文的研究对象是轻小型无人直升机，所以设置为每图形帧3次模型解算。直升机和舰船三维视景模型将两台运行X-Plane的计算机和等效飞控计算机连接到局域网中，其中一台负责传输无人直升机的运动信息，另一台中将飞机永久固定于舰艇的飞行甲板的降落点上，间接获得舰艇的六自由度运动信息。二者需处于同一机场附近，双方通过NETCONNECTS菜单下的IP选项实现地景共享。同时将二者的DataＲECEIVER选项均设置为转发中继所在的IP地址以实现数据传输。网络连接的所有的发送端口号设置为49000，接收端口号设置为49005。建立网络连接之后，X-Plane可以经过转发中继向等效飞控软件周期性发送飞机与舰船的状态信息，同时接收来自等效飞控软件解算出的桨距、油门等信息，上下行通信协议如图5所示，其中包同步帧头为5个字节，内容为“DATA0”。数据组标签号可以从DATAIPUTD＆Output菜单下查询到，例如俯仰角、滚转角和航向角的标签号为18，数据段占用36个字节，由该组数据按顺序依次排列，从中桨距和发动机的相关信息。
图5
结语
随着航空技术的快速发展，多功能显示器已经替代传统仪器仪表成为座舱中重要的显示终端，综合航电显控仿真系统开发应用作为直升机机电、导航、雷达等重要信息显示的媒介，在多功能显示器软件使用IDATA工具开发中，具备接口优化设计优势，尤其是基于DIV接口控制的信息处理，将在嵌入式人机界面控制与显示阶段获得设计应用价值提升。
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论文作者:崔迪1,杨华杰2,谢堃3
论文发表刊物:《防护工程》2018年第31期
论文发表时间:2019/1/15
标签：系统论文; 直升机论文; 数据论文; 信息论文; 信号论文; 接口论文; 飞机论文; 《防护工程》2018年第31期论文;