本站小編為你精心準備了航電系統驗證平臺的設計參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

《計算機仿真雜志》2014年第六期

1工作原理

航電綜合驗證平臺通過模型設計、仿真配置、仿真運行3個階段，完成一個具體的綜合驗證試驗(圖2)。首先，根據仿真目的，設計機載電子設備模型及其交聯仿真模型。根據系統設計輸出的ICD及DD文件，設計大氣數據計算機、慣導系統、飛行管理系統等機載設備模型。在航電系統設計階段，主要的驗證目標是設備間接口及交互邏輯的正確性。因此，機載設備內部邏輯在模型設計時可以簡化，重點在于準確對通信接口定義及設備間交互邏輯進行建模。從平臺的角度，提供了ICD接口模型的自動生成模塊，簡化模型設計。交聯仿真模型主要包括液壓、燃油、發動機、環控等非航電系統模型，飛行運動仿真模型，以及大氣、風場、無線電導航臺站、機場等飛行環境模型。交聯仿真模型為各航電設備模型提供激勵數據，完成全飛行過程仿真。除此之外，POP儀表仿真模塊、三維飛行視景模塊也接入到系統中，提供仿真過程中的可視化支持。完成模型設計之后，利用運行管理模塊進行仿真配置。仿真配置的主要工作之一，是綜合所有模型的輸入、輸出數據，完成CIA中間件數據對象的定義，形成CIA配置文件，到所有接入CIA中間件的節點，以正確實現數據訪問。

CIA中間件上定義的數據包括ICD數據及飛行仿真數據。ICD數據描述的是在真實飛機上通過ARINC429、AFDX等機載航電網絡傳遞的數據;飛行仿真數據描述的是不通過機載網絡傳遞，但在仿真過程中需要的數據，例如飛行環境模型輸出、飛機動力學輸出等。對于INS設備模型，其ARINC429總線輸出數據屬于ICD數據;需要從飛機動力學仿真模型獲取的飛機三軸角速率、比力等數據則屬于飛行仿真數據。仿真配置所形成的CIA配置文件，除模型使用外，也提供給數據采集、存儲、故障注入等工具模塊，實現對仿真過程數據的訪問。仿真配置的另一項主要工作是完成仿真任務規劃，以定義試驗場景。仿真任務規劃包括飛機初始狀態、飛行計劃、設備故障模式、飛行環境設置等。完成仿真配置后，即可運行仿真。運行管理模塊將CIA配置數據和任務規劃數據加載到各個仿真節點，并控制各模型的初始化、運行、暫停、停止等狀態切換。同時，運行管理模塊作為主引擎，為各參試模型提供仿真時間推進機制。通過CIA中間件，機載設備模型仿真對應設備的邏輯和接口，以真實的交互流程及ICD定義的格式進行通信，在外圍交聯環境的支持下，仿真航電系統的行為，從而驗證系統設計的完整性及正確性。

2關鍵功能設計

2．1中間件設計CIA中間件用于完成如下關鍵功能:1)運行調度:接受運行管理模塊的指令，向各仿真模型及相關節點發送初始化、啟動、暫停、停止指令，控制系統協調運行;2)時間管理:向需要同步的節點發送仿真同步指令，保證仿真模型的時間一致性;3)數據傳輸:構造一個對所有節點可見的全局數據空間，并在此數據空間上定義數據對象，所有節點根據各自的訂閱關系，對數據對象進行訪問，完成節點間的數據交換。CIA中間件支持單機模式和分布式模式。在單機模式下，利用操作系統提供的本地時鐘、事件機制，并建立全局共享數據區，即可實現所需功能。在分布式模式下，有DDS(數據分發服務)及反射內存兩種可選的途徑實現CIA中間件的功能。DDS構造了一個共享的“全局數據空間”，分布式的節點可以通過Topic完成數據的訂閱［4］。反射內存網絡通過硬件同步機制，實現了各個節點的數據同步，對應用軟件來講構造了一個透明的共享內存區;同時，反射內存網絡支持全局異步事件，可實現各節點調度及同步功能。DDS的優點是無需新增硬件，但其實現一般基于以太網，商用DDS需一定的產品費用，且在嵌入式系統上移植有一定難度;反射內存網絡的缺點是需要新增專用硬件，但開發難度小，具備強實時性，且對各類操作環境適應性好。在本系統的設計中，考慮到開發、維護、實時性等因素，選擇反射內存網絡作為介質實現分布式CIA中間件。

2．2建模環境本平臺支持MatlabSimulink及C/C++兩類通用性良好的模型設計環境。針對MatlabSimulink環境，開發專用的Simulink接口庫，將CIA中間件的運行控制、數據通信功能集成到Simulink環境中，使得基于Simulink設計的機載設備模型可快速加入綜合驗證平臺。對于C/C++開發環境，本平臺參照FMI(FunctionalMock－upInterface)規范［5］，定義模型接口及描述方式，實現手寫代碼的規范化。FMI是由達索公司主導、歐洲眾多軟件公司及研發中心參與推出的可交換功能樣機接口規范。本平臺設計了軟件工具，直接生成接口程序框架及數據定義，只需在框架下編寫機載模型。為了進一步簡化模型設計，在FMI規范基礎上，對接口進行進一步封裝，通過如下接口函數即可完成模型邏輯描述:1)模型初始化函數MDLInitialize();2)模型周期輸出函數MDLOutputs();3)模型周期更新函數MDLUpdate();4)模型終止函數MDLTerminate();

2．3接口生成對于航電系統，描述系統通信的ICD數量可達數千條，給出了塊、信號及所包含域的詳細定義。如果手工實現，開發量大，且極易出錯。本平臺針對MatlabSimulink及C/C++建模環境，基于ICD信息直接生成接口模型，避免人工轉換導致的錯誤，加快設備模型的集成過程。5給出了自動生成的機載設備Simulink模型的頂層視圖。機載設備的ARINC429、AFDX等外部航電網絡接口被設計為Simulink總線模型，封裝了在該總線上傳輸的數據塊、信號、域等信息。圖6給出了生成的Simulink機載設備模型的內部結構。所生成的結構化模型中，包含了靜態模型、動態模型兩個可選通道，并設計統一的模型選擇信號。在實際中，可根據具體的仿真場景，靈活選擇所需的模型。

3擴展應用

在航電系統數字化綜合驗證平臺的基礎上，可以擴展進行機載設備在環仿真和航電系統增量集成。其構成如圖7所示。為支持真實機載設備接入，需要接入一個IO接口節點。該接口節點具備ARINC429、AFDX、ARINC825、離散量等物理接口，與真實設備連接，完成對真實設備的信號激勵及采集，并實現與CIA中間件數據對象的雙向映射。為保證與真實設備通信的時序性要求，仿真模型及IO接口節點都應運行在實時環境中。隨著真實設備的逐漸接入，對應的模型被相應替換，而實現航電系統的增量式集成，系統的重點也從數字綜合過渡到實物綜合。

4結束語

隨著ARJ21、C919等民用飛機型號研制及適航審定過程的推進，大量國外飛機設計驗證的理念、方法、工具被引入進來。這些經過驗證的實踐需要消化吸收，并結合國內需求特點及技術發展，進行本地化，以與飛機設計單位形成高效互動的生態系統，推動設計、驗證水平的提高。針對國內在系統設計早期缺乏驗證手段的現狀，本文簡要介紹了一套航電系統綜合驗證平臺的設計思路。基于該平臺，能夠在系統設計階段，在不具備任何真件的情況下，進行機載設備模型的集成，并按照DD及ICD定義的流程及數據格式進行通信，模擬航電系統的工作過程，對系統設計輸出進行驗證，進行迭代優化。目前，該平臺完成原型開發，并已應用于工程實踐，表明了該設計的可行性。希望通過該平臺的應用，增加航電系統的早期驗證手段，并通過各種其它手段的綜合運用，使驗證活動貫穿于航電系統研發的全過程。

作者：張炯董西路單位：中國商用飛機有限責任公司北京民用飛機技術研究中心北京華力創通科技股份有限公司