专利名称：一种航电设备运行环境动态模拟装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种环境模拟装置，特别是涉及一种航电设备运行环境动态模拟装置及方法。
背景技术：
航空电子系统是现代民航飞机上必不可少的及其重要的一类系统，它主要负责飞机上的通信、导航、飞行控制、飞行管理以及显示等功能。传统的民航飞机设计时，只有等到机体结构设计完毕，航空电子系统安装到飞机上以后，才能对整个航电系统进行综合测试。随着电子技术的不断发展和航电系统在飞机上的重要性日益增加，传统的测试方法无法满足现代飞机的设计需求，因而需要在机体结构设计的同时进行航电系统的整体设计和实验室测试。实验室测试阶段需要将飞机上的航电系统在实验室里面建立起来，同时为了能使系统间协同工作，需要模拟飞机飞行时的动态环境。飞机上的航电系统之间主要依靠ARINC429总线以及AFDX总线传输数据，同时还有大量的离散量进行状态数据的传递。飞机在飞行过程中，这些数据需要大量交换，并且需要根据各成员系统的反馈数据对系统运行的性能进行评估，而目前对于这种大量ARINC429数据、AFDX数据以及离散数据的交换及信息分析、管理尚无专门的设备及方法。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种用于管理、分析飞机模拟实际飞行过程中的大量ARINC429数据、AFDX数据以及离散数据的交换的航电设备运行环境动态模拟装置及方法。为了达到上述目的，本发明是通过这样的技术方案实现的:航电设备运行环境动态模拟装置，包括硬件系统和软件系统，其特征在于，硬件系统包括一个左激励系统和一个右激励系统，系统之间通过互联网连接；
左激励系统和右激励系统的电路结构相同，每个激励系统由工控机、插在工控机扩展插槽中的3块16通道ARINC429卡、2块32通道离散输出卡、I块32通道离散输入卡及I块ATOX卡构成；
软件系统用于环境动态模拟，包括运行在左、右激励系统的工控机中的主控模块、同步数据缓冲模块、FMS系统仿真模块、OMS系统仿真模块、ADIRS系统仿真模块、显示与控制系统仿真模块、监视系统仿真模块和接口转换模块程序，实现数据分析及处理功能，通过对应侧工控机主板PCI总线控制ARINC429卡、离散输出卡和AFDX卡，以模拟产生航电设备运行时所需要的各种信号；
左、右激励系统的工控机分别通过左信号调理箱和右信号调理箱输出端连接到接口映射装置输入端，最终通过接口映射装置输出端分别连接到左航电系统和右航电系统的导航组件或其仿真模块、通信组件或其仿真模块、调谐组件或其仿真模块、监视组件或其仿真模块； 左、右航电系统输出的ARINC429总线数据、离散输入数据和AFDX总线数据经由接口映射装置，并通过信号调理装置传输给ARINC429卡、离散输入和AFDX卡，然后通过工控机进行接收，以进行数据的分析及处理，然后在对应的显示器上显示分析处理结果，最终得出结论；左工控机和右工控机通过以太网实现数据的同步以及交互控制显示信息的同步；
所述左信号调理箱和右信号调理箱的电路结构相同，每个信号调理箱通过3个DB78的接口连接相应激励系统的3块ARINC429卡通道，通过2个DB78接口连接相应激励系统的2块离散输出卡通道，以及通过I个DB37接口连接相应激励系统的离散输入卡通道；
信号调理箱分别通过两个ZIF-156接口将ARINC429总线数据、离散输出数据和离散输入数据连接到接口映射装置；信号调理箱内部直接将DB78和DB37接口与ZIF-156接口之间使用电缆进行连接，每个信号调理箱一共提供3块X 16通道X4路=192路ARINC429数据通道，2块X 32通道乂1路=64路离散输出通道，I块X 32通道乂1路=32路离散输入通道，这些通道经由信号调理箱都连接到两个ZIF-156的接口上；
所述接口映射装置分别与左、右信号调理箱的ZIF-156接口相连，以及与左、右激励系统的AFDX卡通道相连，用于将航电设备运行动态环境模拟装置中的ARINC429数据、离散输入输出数据和AFDX数据在激励系统与航电系统之间进行传输；
接口映射装置可以依据不同飞机机型的航电系统组成情况，将激励系统中的ARINC429数据、离散输入输出数据和AFDX数据分别连接到需要对应数据信息传输的左、右航电系统相应组件或仿真模块，这些航电系统组件包括导航组件或仿真模块、通信组件或仿真模块、调谐组件或仿真模块、监视组件或仿真模块；这样，通过改变接口映射装置的连接方式，就可以实现对不同航电设备运行环境的动态模拟。利用所述航电设备运行环境动态模拟装置的运行环境动态模拟方法，包括如下步骤:
步骤I)通过左、右FMS系统仿真模块模拟生成飞机在飞行过程中飞行管理系统产生的各类ARINC429数据、离散数据和AFDX数据，以及处理飞行过程中飞行管理系统接收到的各类ARINC429数据、离散数据和AFDX数据；
步骤2)通过左、右OMS系统仿真模块模拟飞机在飞行过程中和地面维护过程中的机载维护系统功能，进行维护数据的交互处理；
步骤3)通过左、中、右ADIRS系统仿真模块模拟产生飞机在飞行过程中大气数据及惯性导航系统产生的飞机飞行参数信息；
步骤4)通过左、右显示与控制系统仿真模块模拟产生飞机在飞行过程中飞行控制系统的控制命令，以及处理显示系统相应的数据并显示；
步骤5)通过左、右监视系统仿真模块模拟产生飞机在飞行过程中出现的各类不安全状态参数及警告信息；
步骤6)通过左、右接口转换模块在运行环境动态模拟时，将AFDX数据信息与ARINC429数据信息之间进行相互转换；
步骤7)通过左、右主控模块协调FMS系统仿真模块、OMS系统仿真模块、ADIRS系统仿真模块、显示与控制系统仿真模块、监视系统仿真模块和接口转换模块的工作，以及管理它们之间的数据交换过程；
步骤8)通过同步数据缓冲模块存储左、右激励系统中FMS系统仿真模块、OMS系统仿真模块、ADIRS系统仿真模块、显示与控制系统仿真模块、监视系统仿真模块和接口转换模块的数据信息，以及完成左、右激励系统中上述信息的同步功能。本发明的有益效果:航电设备运行环境动态模拟装置及方法是利用工控机运行航电设备运行环境动态模拟程序，通过控制AFDX卡、ARINC429卡以及离散输入输出卡产生飞行过程中各种数据，并通过信号调理箱和接口映射装置输出给各成员系统的航电设备；同时将各成员系统航电设备的数据经由接口映射装置及信号调理箱传输，利用AFDX卡、ARINC429卡以及离散输入输出卡进行数据的采集，然后将采集到的数据通过工控机中的航电设备运行环境动态模拟程序进行数据的分析、处理，得到系统运行的结论。这样可以免去进行航电系统整体测试时，需要管理和分析大量数据的麻烦，极大地缩短测试所需时间，有效地减少人为分析、处理数据引起的测试差错。
图1为本发明提供的航电设备运行环境动态模拟装置构成框 图2为本发明提供的航电设备运行环境动态模拟软件系统模块图。图中:1.左激励系统显不，2.左激励系统，3.左彳目号调理箱，4.右激励系统显不，
5.右激励系统，6.右信号调理箱，7.接口映射装置，8.左航电系统，9.右航电系统。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明提供的航电设备运行环境动态模拟装置及方法进行详细说明:
如图1所示，本发明提供的航电设备运行环境动态模拟装置包括:一个左激励系统2和一个右激励系统5，用于产生航电设备运行动态模拟所需要的各种信号，每一侧的激励系统由工控机以及插在其机箱内部的3块16通道ARINC429卡、2块32通道离散输出卡、I块32通道离散输入卡及I块AFDX卡构成。左、右工控机用于运行环境动态模拟软件系统中的主控模块、同步数据缓冲模块、FMS系统仿真模块、OMS系统仿真模块、ADIRS系统仿真模块、显示与控制系统仿真模块、监视系统仿真模块和接口转换模块，实现数据分析及处理功能，其通过对应侧机内PCI总线控制ARINC429卡、离散输出卡和AFDX卡，以模拟产生航电设备运行时所需要的各种信号，并通过左信号调理箱3和右信号调理箱6输出到接口映射装置7，最终输出给左航电系统8和右航电系统9的相应组件或仿真模块；左、右航电系统输出的ARINC429总线数据、离散输入数据和AFDX总线数据经由接口映射装置，并通过信号调理装置传输给ARINC429卡、离散输入和AFDX卡，然后通过工控机进行接收，以进行数据的分析及处理，然后在对应的显示器上显示分析处理结果，最终得出结论；左工控机和右工控机通过以太网进行数据的同步以及交互控制显示信息的同步；
一个左信号调理箱3和一个右信号调理箱6，每个信号调理箱通过3个DB78的接口连接相应激励系统的3块ARINC429卡通道、通过2个DB78接口连接相应激励系统的2块离散输出卡通道以及通过I个DB37接口连接相应激励系统的离散输入卡通道；信号调理箱分别通过两个ZIF-156接口将ARINC429总线数据、离散输出数据和离散输入数据连接到接口映射装置7 ;信号调理箱内部直接将DB78和DB37接口与ZIF-156接口之间使用电缆进行连接，每个信号调理箱一共提供3块X16通道X4路=192路ARINC429数据通道，2块X 32通道X I路=64路离散输出通道，I块X 32通道X I路=32路离散输入通道，这些通道经由信号调理箱都连接到两个ZIF-156的接口上；
一个接口映射装置7，与左、右信号调理箱的ZIF-156接口相连，以及与左、右激励系统的AFDX卡通道相连，用于将航电设备运行动态环境模拟装置中的ARINC429数据、离散输入输出数据和AFDX数据在激励系统与航电系统之间进行传输；接口映射装置可以依据不同飞机机型的航电系统组成情况，将激励系统中的ARINC429数据、离散输入输出数据和AFDX数据分别连接到需要对应数据信息传输的成员系统组件或仿真模块，这些成员系统包括导航组件或仿真模块，通信组件或仿真模块，调谐组件或仿真模块，监视组件或仿真模块；这样，通过改变接口映射装置7的连接方式，就可以实现对不同航电设备运行环境的动态模拟。当用户需要模拟航电设备动态运行环境时，首先将各成员系统的航电设备与本发明提供的航电设备运行环境动态模拟装置相连，然后打开工控机运行航电设备运行环境动态模拟程序。首先进行的是设备自检，自检用于检查模拟装置是否存在故障，只有在模拟装置本身没有问题的情况下才能进行下面的动态模拟工作。运行环境动态模拟工作进行时，动态模拟程序控制AFDX板卡、ARINC429板卡以及离散I/O板卡进行数据的输入、输出操作，并利用动态模拟程序进行数据的分析处理，得到模拟的效果，从而完成航电系统整体测试。如图2所示，利用上述本发明提供的航电设备运行环境动态模拟装置的运行环境动态模拟软件系统包括下列功能模块:
(一)左、右FMS系统仿真模块:用于模拟生成飞机在飞行过程中飞行管理系统产生的各类ARINC429数据、离散数据和AFDX数据，以及处理飞行过程中飞行管理系统接收到的各类ARINC429数据、离散数据和AFDX数据。这些数据包括导航组件或导航组件仿真模块的自动调谐频率，FMS系统仿真模块根据当前飞机所在位置，从其数据库中选取可用导航台，并将导航台工作频率发送给本侧导航组件或仿真模块；如果通过离散输入端口获取到人工调谐状态，则将会接收来自于本侧调谐组件或调谐组件仿真模块的调谐信息，并将其发送给本侧导航组件或仿真模块；如果通过离散输入端口获取到交互调谐状态，则将会接收来自于异侧同步数据缓冲区的调谐信息，这些调谐信息可来自异侧FMS系统仿真模块，也可来自异侧调谐组件或调谐组件仿真模块，然后将来自于异侧的调谐信息发送给本侧导航组件或仿真模块。FMS系统仿真模块接收到的数据包括飞机到达导航台的距离信息、飞机与导航台的相对角度信息、飞机在近进过程中的航向道偏离信息和下滑道偏离信息，这些信息都来自于导航组件或导航组件仿真模块；利用这些信息并结合FMS系统仿真模块数据库中导航台的位置信息，计算当前飞机的位置，然后将飞机位置用于选取导航台，同时也提供给显控系统和监视系统。(二)左、右OMS系统仿真模块:用于模拟飞机在飞行过程中和地面维护过程中的机载维护系统功能，进行维护数据的交互处理。在飞行过程中，OMS系统仿真模块可以不断监控航电系统中导航、通信、调谐及监视组件或其仿真模块的工作情况，如果某一组件出现故障，则将故障信息提供给显控系统；在地面维护状态时，OMS系统仿真模块可以发出自测试指令，启动航电系统中导航、通信、调谐及监视组件或其仿真模块的自检，并获得自检结果，然后将自检信息提供给显控系统；同时，地面维护状态时OMS系统仿真模块还可以发出读取航电系统中导航、通信、调谐及监视组件或其仿真模块中记录的历史故障数据的命令，获得最多64个飞行航段的历史故障数据，然后将这些数据提供给显控系统。上述OMS系统仿真模块功能都可通过ARINC429数据总线或AFDX数据总线来完成数据的传输。(三)左、中、右ADIRS系统仿真模块:用于模拟产生飞机在飞行过程中大气数据及惯性导航系统产生的飞机飞行参数信息，这些飞行参数包括飞机的俯仰角、滚转角、偏航、空速、地速、气压高度、惯性高度、气压高度变化率、惯性垂直速度，这些参数的产生依据大气数据和惯性定律来产生，同时通过ARINC429数据总线将这些信息输出给航电系统中的监视组件或其仿真模块使用。(四)左、右显示与控制系统仿真模块:用于模拟产生飞机在飞行过程中飞行控制系统的控制命令，以及处理显示系统相应的数据并显示。飞行控制系统的控制命令包括航向保持、高度保持、速度保持，利用FMS系统仿真模块得到的飞机位置，完成垂直通道飞行指弓I的显示以及水平通道航道偏离的显示。(五)左、右监视系统仿真模块:用于模拟产生飞机在飞行过程中出现的各类不安全状态参数及警告信息。利用ADIRS系统仿真模块提供的飞行参数，以及监视系统仿真模块数据库中存储的不安全状态参数，将两者进行比对，如果飞行参数超过不安全状态参数的门限，则产生警告信息输出；否则输出飞机状态正常。(六)左、右接口转换模块:用于在运行环境动态模拟时，将AFDX数据信息与ARINC429数据信息之间进行相互转换；
(七)左、右主控模块:用于协调FMS系统仿真模块、OMS系统仿真模块、ADIRS系统仿真模块、显示与控制系统仿真模块、监视系统仿真模块和接口转换模块的工作，以及管理它们之间的数据交换过程；
(A)同步数据缓冲模块:用于存储左、右激励系统中FMS系统仿真模块、OMS系统仿真模块、ADIRS系统仿真模块、显示与控制系统仿真模块、监视系统仿真模块和接口转换模块的数据信息，以及完成左、右激励系统中上述信息的同步功能。根据上述说明结合专业知识可再现本发明。
权利要求
1.一种航电设备运行环境动态模拟装置，包括硬件系统和软件系统，其特征在于，硬件系统包括一个左激励系统(2)和一个右激励系统(5)，系统之间通过互联网连接； 左激励系统(2)和右激励系统(5)的电路结构相同,每个激励系统由工控机、插在工控机扩展插槽中的3块16通道ARINC429卡、2块32通道离散输出卡、I块32通道离散输入卡及I块AFDX卡构成； 软件系统用于环境动态模拟，包括运行在左、右激励系统的工控机中的主控模块、同步数据缓冲模块、FMS系统仿真模块、OMS系统仿真模块、ADIRS系统仿真模块、显示与控制系统仿真模块、监视系统仿真模块和接口转换模块程序，实现数据分析及处理功能，通过对应侧工控机主板PCI总线控制ARINC429卡、离散输出卡和AFDX卡，以模拟产生航电设备运行时所需要的各种信号； 左、右激励系统的工控机分别通过左信号调理箱(3)和右信号调理箱(6)输出端连接到接口映射装置(7)输入端，最终通过接口映射装置(7)输出端分别连接到左航电系统(8)和右航电系统(9)的导航组件或其仿真模块、通信组件或其仿真模块、调谐组件或其仿真模块、监视组件或其仿真模块； 左、右航电系统输出的ARINC429总线数据、离散输入数据和AFDX总线数据经由接口映射装置，并通过信号调理装置传输给ARINC429卡、离散输入和AFDX卡，然后通过工控机进行接收，以进行数据的分析及处理，然后在对应的显示器上显示分析处理结果，最终得出结论；左工控机和右工控机通过以太网实现数据的同步以及交互控制显示信息的同步； 所述左信号调理箱(3)和右信号调理箱(6)的电路结构相同，每个信号调理箱通过3个DB78的接口连接相应激励系统的3块ARINC429卡通道，通过2个DB78接口连接相应激励系统的2块离散输出卡通道，以及通过I个DB37接口连接相应激励系统的离散输入卡通道； 信号调理箱分别通过两个ZIF-156接口将ARINC429总线数据、离散输出数据和离散输入数据连接到接口映射装置( 7);信号调理箱内部直接将DB78和DB37接口与ZIF-156接口之间使用电缆进行连接，每个信号调理箱一共提供3块X 16通道X 4路=192路ARINC429数据通道，2块X 32通道乂1路=64路离散输出通道，I块X 32通道乂1路=32路离散输入通道，这些通道经由信号调理箱都连接到两个ZIF-156的接口上； 所述接口映射装置(7)分别与左、右信号调理箱的ZIF-156接口相连，以及与左、右激励系统的AFDX卡通道相连，用于将航电设备运行动态环境模拟装置中的ARINC429数据、离散输入输出数据和AFDX数据在激励系统与航电系统之间进行传输； 接口映射装置(7)可以依据不同飞机机型的航电系统组成情况，将激励系统中的ARINC429数据、离散输入输出数据和AFDX数据分别连接到需要对应数据信息传输的左、右航电系统相应组件或仿真模块，这些航电系统组件包括导航组件或仿真模块、通信组件或仿真模块、调谐组件或仿真模块、监视组件或仿真模块；这样，通过改变接口映射装置(7)的连接方式，就可以实现对不同航电设备运行环境的动态模拟。
2.利用权利要求1所述航电设备运行环境动态模拟装置的运行环境进行动态模拟方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤I)通过左、右FMS系统仿真模块模拟生成飞机在飞行过程中飞行管理系统产生的各类ARINC429数据、离散数据和AFDX数据，以及处理飞行过程中飞行管理系统接收到的各类ARINC429数据、离散数据和AFDX数据； 步骤2)通过左、右OMS系统仿真模块模拟飞机在飞行过程中和地面维护过程中的机载维护系统功能，进行维护数据的交互处理； 步骤3)通过左、中、右ADIRS系统仿真模块模拟产生飞机在飞行过程中大气数据及惯性导航系统产生的飞机飞行参数信息； 步骤4)通过左、右显示与控制系统仿真模块模拟产生飞机在飞行过程中飞行控制系统的控制命令，以及处理显示系统相应的数据并显示； 步骤5)通过左、右监视系统仿真模块模拟产生飞机在飞行过程中出现的各类不安全状态参数及警告信息； 步骤6)通过左、右接口转换模块在运行环境动态模拟时，将AFDX数据信息与ARINC429数据信息之间进行相互转换； 步骤7)通过左、右主控模块协调FMS系统仿真模块、OMS系统仿真模块、ADIRS系统仿真模块、显示与控制系统仿真模块、监视系统仿真模块和接口转换模块的工作，以及管理它们之间的数据交换过程； 步骤8)通过同步数据缓冲模块存储左、右激励系统中FMS系统仿真模块、OMS系统仿真模块、ADIRS系统仿真模块、显示与控制系统仿真模块、监视系统仿真模块和接口转换模块的数据信息，以及完成左 、右激励系统中上述信息的同步功能。
全文摘要
本发明涉及一种航电设备运行环境动态模拟装置及方法，装置硬件系统包括一个左激励系统和一个右激励系统，系统之间通过互联网连接；左激励系统和右激励系统的电路结构相同，每个激励系统包括工控机；软件系统通过控制AFDX卡、ARINC429卡以及离散输入输出卡产生飞行过程中各种数据，并通过信号调理箱和接口映射装置输出给各成员系统航电设备；将各成员系统航电设备的数据经由接口映射装置及信号调理箱传输，通过模拟，得到系统运行的结论，可以免去进行航电系统整体测试时管理和分析大量数据的麻烦，极大地缩短测试所需时间，有效地减少人为分析、处理数据引起的测试差错。
文档编号G05B17/02GK103116287SQ20131002295
公开日2013年5月22日 申请日期2013年1月22日 优先权日2013年1月22日
发明者王凯, 周德新, 樊智勇 申请人:中国民航大学