一种飞机模型仿真验证平台的制作方法

本发明属于仿真试验技术领域，具体涉及一种飞机模型仿真验证平台。

背景技术：

随着航空领域的不断开放，越来越多的新型飞机开始相继诞生，人们在对飞机设计时，往往对飞机设计的模型是否能够实现，设备的设计是否合理，设备之间的逻辑是否合理而产生顾虑，这时最需要的是对飞机模型和设备模型进行仿真验证，由于飞机的设计复杂，设备组件多样，更加需要一种能够适应多种飞机、多种设备的模型验证平台，以及利用该平台进行数据模拟，模拟各种情况对飞机模型的影响，各设备之间的逻辑是否严谨，验证飞机模型和设计可行性的方法。

技术实现要素：

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种飞机模型仿真验证平台。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种飞机模型仿真验证平台，包括仿真激励模块和仿真显示模块；

仿真激励模块包括仿真模型单元、仿真激励单元、第一数据管理单元、第一数据库和第一数据接口管理单元，仿真模型单元与仿真激励单元连接，仿真激励单元与第一数据管理单元连接，第一数据管理单元与第一数据库以及第一数据接口管理单元分别连接；

仿真显示模块包括仿真显示单元、第二数据管理单元、第二数据库和第二数据接口管理单元，仿真显示单元与第二数据管理单元连接，第二数据管理单元与第二数据库和第二数据接口管理单元分别连接；

第一数据接口管理单元与第二数据接口管理单元通过航空总线连接；第一数据库与第二数据库通过以太网连接；

仿真模型单元：用于设计飞机模型，并将机模型生成为相互独立的函数接口库，所述飞机模型包括飞机的各设备模型以及飞机整体模型；

仿真激励单元：用于根据设置好的激励数据调度仿真模型单元的函数接口库，完成对飞机模型的激励；仿真激励单元预留有二次开发接口，最终将飞机模型计算出的飞机数据通过数据结构传递给第一数据管理单元进行处理，所述飞机数据包括飞机整体的数据和飞机各设备的数据；

第一数据管理单元和第二数据管理单元：用于将接收到的飞机数据转化为总线数据，将总线数据进行组包、解析、实时监控、实时保存以及回放；

第一数据接口管理单元和第二数据接口管理单元：用于对接收到的总线数据进行配置管理和数据总线管理，将的接口控制文件保存到对应的数据库中，对航空总线板卡进行管理，完成数据的收发功能；

仿真显示单元：利用解析的总线数据，显示飞机模型。

仿真模型单元使用scadesuite建模工具设计飞机模型，将飞机模型转化为c语言的接口函数库。

仿真激励单元包括加载单元和激励单元，其中：

加载单元：用于通过函数接口库的库名对函数接口库进行加载；用户通过配置表对函数接口库名进行映射，加载单元按照用户的配置表对函数接口库进行加载，实现函数接口库的加载；

激励单元：用于通过配置表对用户界面变量和飞机模型中函数接口进行映射，实现用户界面变量和飞机模型中函数接口的关联，通过配置用户界面参数，实现飞机模型的动态激励。

激励单元还用于接收仿真显示单元回传的激励，并进行反馈运算。

第一数据管理单元和第二数据管理单元均包括数据组包解析单元、数据监控单元、数据保存单元和数据回放单元，其中：

数据组包解析单元：用于对航空总线按照接口控制文件的要求对总线数据进行组包和解析；数据组包解析单元通过访问相关机型设备的接口控制文件完成数据和接口控制文件的关联；

数据监控单元：用于对仿真过程中的总线数据进行实时采集，并将采集的数据进行解析，解析后的数据保存到相应的结构体中，通过用户界面变量进行接口绑定，实现实时的监控功能；

数据保存单元：用于对总线上的数据进行实时的保存，并将数据保存到数据库中；

数据回放单元：用于访问数据库时，按照条件对数据进行筛选，并将保存的数据下载，通过解析将数据按照要求进行显示，数据显示的形式为类表和/或曲线图。

第一数据接口管理单元和第二数据接口管理单元均包括接口控制文件管理单元和板卡接口资源单元，其中：

接口控制文件管理单元：用于对接口控制文件进行管理，设计航空总线协议，该航空总线协议包括不同机型以及设备对应的不同总线协议；

板卡接口资源单元：用于对硬件资源的管理，实现对多种航空总线的兼容；采用动态链接库的方式对板卡资源进行封装调用；通过配置表对板卡接口的功能进行映射，实现对板卡的收发的控制功能。

仿真显示单元利用解析的总线数据对飞机仪器仪表的仿真建模，仿真建模时，使用scadedisplay设计仪器仪表的显示风格和显示逻辑，并生成c语言，通过在windows平台进行调用显示，与相应的飞机模型相关联，完成机载仪器仪表的显示和逻辑验证。

仿真显示单元包括仪器仪表的绘制和逻辑设计单元和显示接口数据与总线数据的绑定设计单元，其中：

仪器仪表的绘制和逻辑设计单元：用于通过scadedisplay完成仪表元素的绘制，同时完成仪表逻辑的设计，同时通过scadedisplay的仿真功能，对基础逻辑进行验证，最终生成c语言代码；

总线数据的绑定设计单元：用于通过建立相应的数据结构，并通过配置表将总线数据与显示接口数据结构进行关联映射，实现绘制的仪器仪表与总线数据的交互，完成仿真显示功能。

第一数据库采用access数据库或sqlserver数据库；第二数据库采用access数据库或sqlserver数据库。

还包括仿真激励控制计算机和仿真显示计算机，仿真激励模块运行于仿真激励控制计算机上，仿真显示模块运行于仿真显示计算机上；

第一数据管理单元、第二数据管理单元、第一数据接口管理单元、第二数据接口管理单元、第一数据库和第二数据库均为仿真激励模块和仿真显示模块的复用单元。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明飞机模型仿真验证平台的仿真激励模块包括仿真模型单元、仿真激励单元、第一数据管理单元、第一数据库和第一数据接口管理单元，仿真模型单元与仿真激励单元连接，仿真激励单元与第一数据管理单元连接，第一数据管理单元与第一数据库以及第一数据接口管理单元分别连接；仿真显示模块包括仿真显示单元、第二数据管理单元、第二数据库和第二数据接口管理单元，仿真显示单元与第二数据管理单元连接，第二数据管理单元与第二数据库和第二数据接口管理单元分别连接；第一数据接口管理单元与第二数据接口管理单元通过航空总线连接；第一数据库与第二数据库通过以太网连接；由上述可以看出，本发明通过对平台构架进行分立，实现各功能模块化以及接口化，使平台能够具有更好的扩展性，同时降低系统的耦合性，增加系统的鲁棒性。该平台采用以太网和航空总线可替换的设计方法，从而降低了平台的开发成本，由于模型加载通过相应的接口库，具有良好的继承性，从而实现低成本快速可扩展的验证，以满足多种飞机、多种设备的仿真验证要求；实现系统模块的并行开发，提高了平台的开发效率。

附图说明

图1为本发明飞机模型仿真验证平台的硬件组成框图；

图2为本发明仿真激励模块和仿真显示模块的组成框图；

图3为本发明实施例中大气数据计算机仿真模型正常状态下的工作流程图；

图4为本发明仿真激励数据原理框图；

图5为本发明数据管理设计原理框图；

图6为本发明icd管理设计原理框图；

图7为本发明板卡接口资源设计原理框图；

图8为本发明仿真数据显示设计原理框图。

具体实施方式

下面结合附图来对本发明做进一步的说明。

如图1所示，本发明的飞机模型仿真验证平台包括两台计算机和相应航空总线板卡、交换机、投影仪、多路视频服务器等设备。两台计算机分别为仿真激励控制计算机和仿真显示计算机，通过相应的航空总线和以太网完成数据交换功能；用户能够通过投影仪对仿真显示功能进行投影，也能够通过以太网交换机完成系统的扩展功能。仿真激励控制计算机上运行有仿真激励模块，仿真显示计算机上运行有仿真显示模块。

如图2所示，仿真激励模块包括仿真模型单元、仿真激励单元、第一数据管理单元、第一数据库和第一数据接口管理单元，仿真模型单元与仿真激励单元连接，仿真激励单元与第一数据管理单元连接，第一数据管理单元与第一数据库以及第一数据接口管理单元分别连接；仿真显示模块包括仿真显示单元、第二数据管理单元、第二数据库和第二数据接口管理单元，仿真显示单元与第二数据管理单元连接，第二数据管理单元与第二数据库和第二数据接口管理单元分别连接；第一数据接口管理单元与第二数据接口管理单元通过航空总线连接；第一数据库与第二数据库通过以太网连接。其中，第一数据管理单元、第二数据管理单元、第一数据接口管理单元、第二数据接口管理单元、第一数据库和第二数据库均为仿真激励模块和仿真显示模块的复用单元。

本发明的飞机模型仿真验证平台采用分立式系统架构，各单元相互独立，通过以太网、共享内存、数据库和映射关系表，完成各单元间的数据交互，而需要仿真不同航空总线设备时，选用相应的航空总线板卡，实现平台的仿真，其中：

仿真模型单元：能够完成各飞机模型以及飞机的各设备的模型设计，并将设计的模型生成为相互独立的函数接口库，供仿真激励单元调用，完成平台的仿真功能。

仿真激励单元：能够完成数据的加载和激励功能，用户通过友好的人机交互界面对激励数据进行设置，仿真激励单元调度仿真模型单元的函数接口库，完成对模型的激励，且预留二次开发接口，最终将模型计算出的飞机和设备数据通过数据结构传递给数据管理单元进行处理。

数据管理单元：能够完成该平台所有数据的组包、解析和实时监控，并对数据进行实时的保存，以及能够完成数据回放，满足事后数据分析的功能。将模型数据转换为相应的总线数据，传递给数据接口管理单元进行处理。

数据接口管理单元：能够完成总线数据的配置管理和数据总线管理，将用户设计的icd(接口控制文件)保存到数据库中；还能够完成对航空总线板卡的管理，能够完成数据的收发功能。为降低成本，预留以太网作为总线数据通讯备用接口，仿真真实航空总线通讯。

仿真显示单元：能够完成对模型参数的显示，具体的，按照飞机设备仪器仪表面板进行仿真设计和逻辑验证，通过数据接口管理单元对总线数据进行接收，再通过数据管理单元进行解析，并将飞机和设备总线数据与仪器仪表关联显示。

通过仿真模型单元、仿真激励单元、数据管理单元、数据接口管理单元和仿真显示单元能够实现整个飞机和设备的仿真、显示和验证过程，数据库按照用户设计的模型的复杂度进行选择，当模型复杂度不高时，采用access数据库，当模型复杂度较高时，可使用sqlserver数据库。数据库中的数据，通过以太网完成数据同步。

本发明中，仿真模型单元主要是对飞机的设备模型和飞机模型进行仿真建模，该部分使用scadesuite建模工具，对飞机和设备相关模型进行建立。

以大气数据计算机模型为例，大气计算机模型分为大气数据计算机气压高度仿真模型与大气数据计算机空速仿真模型。

大气数据计算机气压高度仿真模型正常状态下，大气数据计算机气压高度仿真模型获取大气绝压值，根据绝压值-气压高度计算公式计算气压高度，公式为：

其中：

h：气压高度；

ps：大气绝压；

tb：相应层下界大气温度，大气绝压大于101325时，取值301.15，否则取值288.15；

ρ：大气密度，取值0.0065；

pb：相应层下界大气压力，大气绝压大于101325时，取值127774，否则取值101325；

r：专用气体常数，取值287.05287；

gn：自由落体标准加速度，取值9.80665；

hb：相应层下界高度，大气绝压大于101325时，取值-2000

当大气绝压大于22632并且小于101325时，取值为-2.08，否则取值为0。

大气数据计算机空速仿真模型正常状态下的工作流程如图3所示，大气数据计算机空速仿真软件获取大气差压值，根据差压值-空速计算公式计算空速，公式为：

其中：

v：空速

cn：海平面标准声速，取值340.294；

k：绝热指数，取值为1.4；

pn：海平面标准大气压力，取值为101325；

pc：大气差压。

按照该模型，通过scadesuite建模工具进行建模，将上述模型转化为c语言的接口函数库，完成模型的建立。

本发明的仿真激励单元能够完成仿真模型的加载和仿真模型接口数据的激励，通过友好的用户界面进行激励数据的输入。为保证本发明飞机模型仿真验证平台的良好通用性和扩展性，仿真激励主要通过配置表来关联和映射激励接口函数，从而完成接口函数的调度，实现模型的调度。

仿真激励单元主要包括两个部分的单元，一个是加载单元，一个是激励单元，从而完成对仿真数据的加载和激励功能，如图4所示，其中：

加载单元：通过函数接口库名对函数接口进行加载，用户通过配置表对函数接口名进行配置，加载单元按照用户的配置表对函数接口进行加载，从而实现函数接口的加载功能；

激励单元：激励单元通过配置表，能够完成用户界面变量和模型中函数接口的映射关系，完成用户界面变量和模型中函数接口的关联，从而用户直接通过用户界面参数配置，完成模型的动态激励功能。同时激励单元还能够完成对仿真显示单元回传的激励进行接收，完成反馈运算。

界面通过配置表来加载相应的用户界面变量，完成模型参数和界面变量的绑定，用户不需要修改代码，从而实现快速参数配置功能。由于不同的用户对用户界面的需求不同，为满足用户的二次开发需求，用户能够按照自定义用户界面设计开发，最终将界面的变量与配置表中的模型参数进行绑定，从而实现仿真激励的二次开发。综上，本发明的仿真激励单元，通过用户配置的激励参数，输出模型运算后的数据，传递给数据管理单元进行处理，也可以对数据管理单元传回的数据进行接收，完成反馈运算。

本发明的数据管理单元能够完成对系统过程中的模型数据进行管理。通过数据管理单元完成整个平台的总线数据组包和数据解析功能，总线数据的实时保存功能，以及事后数据分析功能。数据管理单元主要包括四个部分，分别为数据组包解析单元、数据监控单元、数据保存单元和数据回放单元等功能单元，如图5所示，其中：

数据组包解析单元，能够完成对航空总线按照icd要求对数据进行组包和解包功能，通过访问相关机型设备的icd完成数据和icd的关联，实现对总线数据的真实模拟。

数据监控单元，主要是对仿真过程中的总线数据进行实时的采集，并将采集的数据进行解析，解析后的数据保存到相应的结构体中，能够通过用户界面进行接口绑定，实现实时的监控功能，以便于用户在试验验证过程中及时发现问题。

数据保存单元，具有数据保存功能，能够完成对总线数据进行实时的保存，并将数据保存到数据库中，便于用户事后分析。

数据回放单元，主要实现对测试后的数据回放功能，用户通过访问数据库，对保存日期进行筛选，并将保存的数据下载，通过解析将数据按照用户的要求进行显示，能够显示为类表和/或曲线图等方式，便于用户对问题进行分析和定位。

通过数据管理单元，能够完成整个平台的航空数据管理功能，便于用户对仿真过程中问题的复现和定位，加快用户的开发验证过程。通过该部分将模型数据进行组包和解析处理，完成模型数据与总线数据的转换。

本发明的数据接口管理单元能够完成对数据接口的管理功能，实现对总线icd的管理以及板卡资源的管理，实现数据接口管理单元的数据收发接口的管理功能。数据接口管理单元主要包括两个部分，一个是icd管理单元，一个是板卡接口资源单元，其中：

如图6所示，icd管理单元，能够完成对icd数据的管理，通过icd管理单元能够完成航空总线协议的设计，用户通过icd管理单元的用户界面能够对不同机型以及设备、不同总线协议进行设计，从而提高本发明飞机模型仿真验证平台的兼容性和可扩展性。用户通过配置界面对机型的总线icd进行设计，最终设计的icd文件保存到数据库中。

如图7所示，板卡接口资源单元，能够完成对硬件资源的管理，为了实现对多种航空总线的兼容设计，板卡接口资源单元采用动态链接库的方式对板卡资源进行封装调用，再通过配置表对板卡接口的功能进行映射，实现对板卡的收发的控制功能。

本发明的icd管理单元为一个独立的单元，能够完成对数据库的配置，其他单元通过数据库访问相应的icd文件。icd管理单元具有可定制的通用航电任务系统接口文件的能力，主要实现icd数据的管理，通过该平台实现icd导入、编辑和导出功能。icd管理单元按照机型和设备对icd数据进行管理，支持对多种机型的设备icd进行管理。icd管理单元还支持整个机型和设备的icd数据的复制功能，方便新机型或者新设备的部分icd的修改和维护。大大减少了用户工作量，降低了新设备icd管理的难度。通过数据接口管理单元能够实现icd的管理，将总线数据通过航空总线板卡，实现总线数据的传输。

scadedisplay是一套灵活的面向高安全性图形显示和hmis的设计与开发环境，其使用自动认证的代码生成技术提供了wysiwyg(所见即所得)设计输入，增加可靠性并显著降低关键项目成本。基于scadedisplay能够完成图形生成、设计仿真、验证和认证级代码生成等工作。能够完成设计后直接生成c语言，移植到嵌入式设备中，完成仪器仪表的显示与逻辑功能。

本发明的仿真显示单元能够完成对飞机仪表仪器的仿真建模，通过仿真显示单元，用户使用scadedisplay完成仪器仪表的显示风格和显示逻辑的设计，并生成c语言，通过在windows平台进行调用显示，与相应的飞机和设备模型相关联，完成机载仪器仪表的显示和逻辑验证工作。

本发明的仿真显示单元包括两个部分，第一个部分为仪器仪表的绘制和逻辑设计单元，用于对仪器仪表的绘制和逻辑设计；第二部分为总线数据的绑定设计单元，用于对显示接口数据与总线数据的绑定设计，如图8所示，其中：

仪器仪表的绘制和逻辑设计单元：通过scadedisplay能够完成各仪表元素的绘制，同时能够完成各仪表逻辑的设计，同时通过cadedisplay自带的仿真功能，对基础逻辑进行验证，最终生成c语言代码，供第二部分的显示加载程序调用。

总线数据的绑定设计单元：通过加载c语言进行调度和绘制，并建立相应的数据结构，通过配置表将总线数据与显示接口数据进行关联映射，实现仪器仪表与总线数据的交互，完成仿真显示功能。

本发明的仿真显示单元，用户能够对设计的仪器仪表元素的大小、配色、逻辑进行验证。当需要进行调整和修改时，用户可直接进行修改，再次进行编译后，即可再次进行验证和确认，验证无误后可直接移植到其他平台。用户可以实现在仪器仪表硬件设计的同时，对软件进行仿真和验证工作。