机载训练系统的仿真与实现

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摘 要：为了实现对机载训练系统的仿真，采用1553B总线、以太网两种接口的设计方法，基于总线联网技术构建的机载训练系统，可以达到高度的信息综合和资源共享。首先给出系统设计思想和功能。然后运用结构化、模块化、功能化的思想，建立系统总体模型，并对其中的显示控制仿真、环境仿真、火控解算、通信管理和数据库进行详细建模，为了提升1553B总线系统性能，进行了总线系统消息传输方案优化。最后完成了系统仿真，验证了此系统的可行性和正确性。

关键词：机载训练系统； 显示控制； 通信管理； 消息分配

中图分类号：

TN91934

文献标识码：A

文章编号：1004373X(2012)05

0029

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Simulation of airborne combat training system

SHAO Fan

(China Airborne Missile Academy, Luoyang 471009, China)

Abstract：

In order to carry out the simulation of airborne combat training system, the methods of 1553B bus and Ethernet network were adopted. A high level of resource integration and information sharing through the bus networking technology to build the airborne combat training system was achieved. Firstly, the method and function are analyzed. Secondly, the system total model which used the thought of structure, modular and standardized is established, and the display control simulation, environment simulation, fire control simulation, communication management simulation and data management simulation are built up. Message communication of bus system is optimized for advancing system capability. Finally, the simulation is completed which shows its feasibility and correctness are validated.

Keywords： airborne combat training system; display control; communication management; message distribution

收稿日期：20110914

0 引 言

机载训练系统是指在所使用的装备自身上完成训练的系统，是在作战系统、子系统、设备上嵌入或增加的能够使操作人员更加熟练地掌握各项技能提供的训练系统。其本质是嵌入在装备内部或增加到装备上的功能所提供的训练系统，用来提高并维持操作和维修装备所必需的技能［12］。机载训练系统具有节能、经济、安全、不受场地和气象条件的限制、缩短训练周期、提高训练效率等特点，这对于真实场景模拟、培训操作人员、新功能测试等方面有重要意义。

基于总线联网技术构建的机载训练系统可以达到高度的信息综合和资源共享，从而有效实现机载训练系统的显示和控制功能。机载训练系统仿真采用1553B总线标准与武器外挂、数据处理等系统之间进行串行通信，采用以太网进行主仿真系统与飞行控制仿真系统之间通信［3］，对飞行数据实时监测，对其他子系统进行功能仿真，并且为了平衡总线负载和消息延迟时间两个指标，进行总线系统消息传输方案优化，提升了总线性能。整个系统设计具有高可靠性和实时性。

1 机载训练系统总体设计

机载训练系统的仿真采用自上而下的系统设计方法，构成一个闭环系统，包含显示控制系统、飞行控制系统、任务机系统、外挂管理系统、数据处理系统。其中飞行控制系统驻留在飞行仿真计算机中；显示控制系统和任务机系统驻留在主仿真计算机中；武器外挂管理系统和数据处理系统驻留于嵌入式计算机中。主仿真计算机通过以太网接口与飞行仿真计算机进行数据交互，通过1553B总线与嵌入式计算机交联，嵌入式计算机作为总线上的一个RT，主仿真计算机进行1553B总线控制，控制总线上的信息接收、传输以及信息处理，将系统关键信息反馈给操作人员。

2 机载训练系统功能

按照仿真系统设计思想，机载训练系统分为五个部分：显示控制仿真模块、环境仿真模块、火控解算模块、通信管理模块、数据库模块。环境仿真模块将系统需要的各种飞行参数，通过1553B传递给显示控制仿真模块，通信管理模块进行数据的分发，数据库模块进行数据的存储和管理，最终在显示控制仿真模块界面进行显示。

机载训练系统通过虚拟周边按键，模拟飞行员触摸屏，实现触摸控制和画面切换。画面更新通过以太网UDP协议发送至主仿真计算机，主仿真计算机控制数据实时驱动。机载训练系统的显控系统包含多功能显示器和平显仿真器。多功能显示器通过周边键操作，可改变工作状态，完成相关任务，进行相应画面驱动，包含自检画面显示、导航显示、雷达显示、导弹参数显示、敌我态势显示等；平显仿真器主要用于显示高度、速度、航向、姿态等飞行数据，对飞行数据进行监控［4］。

3 系统软件设计

机载训练系统软件采用物理仿真，主要包含显示控制仿真、环境仿真、火控解算、通信管理仿真、数据库。由于采用模块化的设计结构，大大提高了系统可靠性、可维护性和可扩展性。机载训练系统软件仿真结构图如图1所示。

3.1 显示控制仿真

显示控制仿真主要进行多功能显示器仿真、平显画面的仿真、任务分配与管理。按照模块化思想，分为初始化模块、控制模块、显示模块、数据处理模块。

初始化模块：完成硬件初始化和软件初始化，主要包含板卡的打开与加载，数据通道的打开等。

控制模块：该模块主要完成系统状态控制、通信控制以及显示控制，即根据子系统的相应状态以及虚拟键的相关操作，确定系统运行状态与工作方式的控制与切换。

显示模块：包括多功能显示器显示和平视显示器显示。系统发送给多功能显示器画面信息，多功能显示器通过周边键切换完成不同任务界面的显示，包含自检画面显示、导弹参数显示等；平视显示器实时显示飞行数据以及飞机的状态变化。

数据处理模块：对将要发送的数据根据系统相应的ICD协议，进行实时编码；对接收到的有关数据块根据ICD协议，进行实时解码，根据系统人员的操作，完成信息实时处理和图形字符的产生。

3.2 环境仿真

环境仿真包含载机模块、目标模块、地理地貌模块。载机模块建立载机模块模型，生成相应航迹数据，仿真中可以设置、监控飞行参数，控制飞机飞行。目标模块建立目标运动相关参数，控制目标的飞行方式。地形地貌模块建立地形地貌数据，其每一个基本单元都包含有特定地理特性，生成相关地理地貌模块。

3.3 火控解算

机载训练系统火控解算主要是空对空的武器瞄准发射计算，根据雷达跟踪目标参数以及本机参数，完成相应方式武器攻击区的计算［56］，控制武器的发射，将相应结果输出给平显、多功能区域显示。

3.4 通信管理

信息传输的可靠性对于系统的总体运行至关重要，通信管理仿真包含以太网模块和1553B数据总线管理模块。以太网模块包含数据发送模块与数据接收模块。因为UDP通信协议的实时性比较高，因此采用UDP协议进行数据的收发，确保数据传输的实时高效。1553B数据总线管理模块包含总线驱动、总线数据发送模块、总线数据接收模块，控制1553B总线上信息的传输，监控1553B总线上的数据。

机载训练仿真系统在显示控制系统和飞行控制系统之间采用以太网通信，并且可以对飞行数据实时监测，对相关功能模块仿真，在显示控制系统和其他子系统之间采用1553B总线进行串行通信。1553B总线通信系统的性能可以用总线负载和消息延迟时间率这两个指标来评价。总线负载是传输消息所需时间与通信系统总的激活时间的比值，它反映了系统的可扩充性；延迟时间率是消息的实际传输时间与最大允许的延迟时间的比值，它反映了系统传输消息的效率和实时性［7］。

为了合理平衡这两个重要指标，对总线上传输的消息进行优化分配。优化消息分配为合理地安排总线上的各类消息，使得总线消息传输达到总线均衡，即是在满足每条消息最大延迟时间要求的前提下，合理确定每条消息的相位，使得总线各处消息的延迟时间率达到均衡，并以此生成最优效率的总线通信系统传输层软件。优化消息分配法的处理过程分为两步：排序处理和机制插入处理。排序处理是为了整理随机排列的消息块文件，排序的原则是：按消息块最大允许延迟时间由小到大进行排序；具体相同最大允许延迟时间的消息块以消息量大小由大到小排序。机制插入处理是依据总线控制协议更新检测传输的机理，通过发送矢量字方式指令检测数据是否更新。机制插入处理完成将矢量字方式指令插入到需检测的消息或消息块之前的操作［89］。优化的消息分配表如图2所示。

依照图2的优化消息分配法，每条消息的传输相位总是安排在用于消息传输时间最小的小周期中，从而各个小周期用于消息传输时间的差异不会超过一条消息的传输时间，总线的平均延迟时间率是均衡的，而且此优化方案的解是惟一的。

优化的消息分配法，相对于简单的消息分配，有一个重要特征就是取消了简单分配法下的每个小周期的寂静期，传输周期是变化的，一个周期完成之后并没有寂静期，而是马上开始新的周期［10］。优化的消息分配法是对周期性消息传输方式的一种合理改进，它的消息安排来源于后者，只是在消息数量上有所增加，增加了对消息更新与否的矢量查询。

4 系统仿真

机载训练系统仿真首先通过FLSIM软件进行飞行数据的获取，然后根据UDP协议，通过发送程序，把数据分发给各个子系统，子系统根据相应需求进行相关处理和分配，主程序在1553B总线信息管理下，最终把相关数据发送到各个视景界面，通过虚拟按键的操作，进行视景画面驱动。

其中系统仿真界面如图3所示，整个仿真主界面成品字型，符合真实飞机应用环境，系统包含20个虚拟按键，通过按键操作，进行实时动态显示，及时反映飞行状态。武器外挂信息显示画面如图4所示，对飞行数据的实时显示与监控画面如图5所示。由飞行数据查看界面可知，飞行数据实时准确，符合仿真技术要求。

系统给操作人员提供飞行视景模拟，使操作人员更加感性地认识整个机载训练系统的工作原理，对相关设计提出要求，从而进行系统性能和功能改进，达到更好地为操作人员提供训练的目的。

5 结 语

本文给出了机载训练系统的功能和组成，按照机载训练系统的顶层设计和系统模块化建模的思想，进行了系统仿真，系统运行稳定可靠，达到设计技术指标要求。此系统运用到相关操作人员训练和保障中，在实际工程应用中收到良好的效果。

参 考 文 献

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［5］赵锋.基于面向对象的外挂管理和导弹模拟器仿真系统的设计［D］.西安：西北工业大学,2005.

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［7］李彬,袁博.一种适合于使命计算的航空电子总线应用研究［J］.计算机应用技术,2008(14):6366.

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作者简介：

邵 帆 男，1983年出生，河南濮阳人，硕士，助理工程师。主要研究方向为空空导弹武器系统的总体设计。