关键词：飞行模拟器；教员控制台；数据驱动
1 引 言
教员控制台系统作为飞行模拟器与教员的人机交互界面，是教员指导飞行员训练和监控模拟器运行状态的监控中心【1】。法国Thales公司研发的教员控制台在故障模拟方面表现出色，允许教员为飞行训练设计复杂的故障逻辑，不限制预设故障的触发条件，极大地扩充了训练尺度[2]。目前，国内飞行模拟器制造商大都采用可视化集成开发工具来开发教员控制台软件，界面设计和底层控制逻辑代码的紧密偶尔使得在功能变更时，后期维护较为不便。
教员控制台系统是飞行模拟器的一个重要组成系统，担负着整个飞行模拟器的输入控制和输出显示工作，它与模拟器几乎所有的系统都存在着直接或间接的信息交互。教员控制台系统是由一台工控机、显示屏和一些相关的外部硬件设备构成的，同时在控制台上配有一系列的硬件按键设备和显示指示设备，下文将主要论述教员控制台系统软件部分的设计与实现。
2 软件架构设计
教员控制台软件采用三层架构，底层为网络通讯层，用于主控计算机与其他计算机网络数据的接收和发送；中间层为数据的逻辑处理层；最上层为用户交互界面，实现界面布局和内容显示，教员控制台系统交联关系图见图1所示。
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图1 教员控制台系统交联关系图
本软件是基于Windows 7 64位操作系统的飞行模拟器教员控制台软件，综合使用了C#和WPF开发语言，基于VS2012开发平台、Microsoft .Net 4.5运行环境以及MySQL 5.6数据库软件实现教员控制台软件。
在飞行训练过程中，教员控制台软件将教员设置的各类控制指令通过以太网发送给仿真计算机，仿真计算机通过数据处理模块将解算出的飞行数据及指令通过以太网反馈给教员台，用于软件界面的实时显示。
教员控制台软件界面采用数据驱动的方式实现，在完成内部功能模块设计后，将界面显示与配置文件和数据驱动模型进行绑定。界面设计采用微软的Expression Blend 4和Visual Studio 2012。Blend主要负责界面设计，包括空间布局，背景色，控件样式以及自定义控件；Visual Studio 2012主要完成界面上控件的响应及界面之间的传值，完成用户与系统的信息交互。界面配置文件，包括中英文切换、单位切换、值域编辑、屏幕分辨率配置、系统样式以及图标更换，均采用XAML文件存储，这些文件修改之后不需要进行再编译，重新启动软件后将自动识别载入系统数据。
数据交换处理模块主要是用于将操作界面发出的请求发送给仿真框架中的仿真管理系统主机，并将网络接收过来的数据实时传给教员控制台，供界面显示[3]。
3 软件主要功能模块设计
采用面向对象的设计方法，将教员控制台软件划分为训练设置部件、训练过程监视部件、训练过程控制部件、辅助训练讲评部件、活动目标驱动部件、信息管理部件和系统运行状态管理部件，而这些软件部件又由若干软件单元和子单元组成，如图2所示。
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图2 教员控制台软件单元体系结构图
（1）训练设置
包括课目设置、故障设置、飞机参数设置和机场条件设置功能。下面主要介绍课目设置的具体设计过程：
① 从数据库中读取课目信息，并在界面上显示科目的相关信息；
② 选择某课目，并在界面上设置相关的需求；
③ 将上述所选课目信息和设置的需求发送至飞机仿真软件；
④ 飞机仿真软件进行实时解算，返回设置状态给教员控制台系统；
⑤ 实时刷新界面上相关信息的显示，并监视当前的状态。
（2）训练过程监视
包括监视飞机飞行参数、飞机飞行轨迹和飞机飞行包线功能，具体过程设计如下：
① 接收飞机仿真软件发送过来的飞机飞行参数；
② 在界面上以数据的形式显示飞机飞行参数；
③ 在界面上以二维曲线方式显示飞机重要参数，以三维曲线方式显示飞机飞行轨迹；
④ 在界面上显示飞机飞行包线。
（3）训练过程控制
包括系统总复位、冻结/解冻、快启控制和忽略坠毁功能，下面主要介绍系统总复位的具体设计过程。
① 教员控制台系统发送总复位指令给飞机仿真软件；
② 飞机仿真软件对飞行和飞机各系统进行初始化，并返回当前状态给教员控制台系统。
4 用户界面设计
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用户界面设计如图3所示。
界面设计采用微软的Expression Blend 4和Visual Studio 2012。Blend主要负责界面设计，包括空间布局，背景色，控件样式以及自定义控件。界面右侧自上而下分别是一级菜单显示区、动态控制/信息显示区和辅助功能按钮。一级菜单全局显示，界面左上角为标题栏，显示当前选择的一级菜单名称：标题栏下面是一排二级菜单，以选项卡的形式排列；选择某选项卡后，显示区内会显示该二级菜单下的相应内容。显示区的下面是全局控制按钮，分为四类：冻结、重置、设定、教员。
图3 教员控制台软件主界面
5 结论
在某型飞行模拟器中，经过多次反复测试，验证了教员控制台功能全面，界面友好，使用方便。该设计方法实现了软件工程中高内聚、低耦合的设计思路，提高了软件的复用性、可读性。通过该套教员控制台系统，可以为飞行员提供试验环境，在实际的使用中达到了很好的效果。
参考文献
[1]刘凌宇. 飞行仿真器控制台系统的设计与实现[J]. 系统仿真学报，2006，18(2):654-657.
[2]徐琦. 飞行模拟器教员控制台设计[C]. 中国系统仿真学会，2001.
[3]Matthew MacDonald. WPF编程宝典——使用C#2008和.NET3.5[M]. 北京: 清华大学出版社，2009.
论文作者:应艳茹，韩立，王建普，杨宛璐，吴慧钦
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第17期
论文发表时间:2020/3/4
标签：教员论文; 控制台论文; 软件论文; 界面论文; 系统论文; 模拟器论文; 飞机论文; 《科学与技术》2019年第17期论文;