机载无线电导航系统及接口仿真平台研究

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1、机载无线电导航系统及接口仿真平台研究倪翔范宝军中航飞机研发中心陕西汉中723000摘要：无线电的导航系统是航空飞行的重要组成部分，也是飞行检验仿真的基础。通过机载无线电导航相关组件的特点，设计了基于ARINC规范的系统及接口仿真平台。木文首先介绍了此仿真平台的功能和特点，然后给出了具体的方法实现仿真平台的硬件和软件。关键词：无线电导航；仿真平台；接口仿真一、仿真平台功能和特点设计的仿真平台主要是针对机载无线电导航系统组件，主要包括NAV（导航）组件、DME（测距机）组件、GPS（全球定位系统）组件、RA（无线电高度）组件

2、，其中NAV组件包括传统的VOR（甚高频全向信标）组件、ILS（仪表着陆系统）组件和ADF（自动定向仪）组件的功能，在较新的飞机中将三者集成于NAV组件中。以上机载无线电导航组件接口数据交互的数据类型主要是ARINC429总线数据类型，所以仿真平台主要是针对该类型的接口总线数据以及相关联的离散数据类型进行仿真。仿真平台主要实现以下功能：1、仿真平台能够按照设计的ICD文档，进行机载无线电导航系统的接口数据仿真；2、仿真平台能够监视仿真过程中底层总线上的数据；3、仿真平台能够记录相关仿真数据，以供后续的分析使用。机载无线电

3、导航系统级接口仿真平台的设计是兼顾硬件和软件两个方面，分别在这两个方面上较以往的仿真平台有所改进，具有以下几个方面的特点：1、仿真平台具有通用性。将需要进行仿真的机载无线电导航系统的相关ICD文档与仿真平台分离，即可以对不同的相关ICD文档进行仿真，而不需要对仿真平台做任何的改动。2、仿真平台采用QAR（quickaccessrecorder，快速存取记录器）数据进行动态仿真。仿真平台具有动态仿真模式，此时的数据来源是飞机在飞行过程中真实记录的QAR数据包。这样，在一定程度上保证了仿真数据的合理性。3、仿真平台的硬件终端

4、采用飞机真实组件。仿真终端是对应的飞机真实组件，增加了整个仿真平台的真实性。4、仿真平台具有一定的灵活性。仿真平台部分传输采用面向无连接的传输，增加了仿真平台布局的灵活性。二、仿真平台设计仿真平台主要由以下几个部分组成：主控程序、仿真终端、动态仿真数据源计算机以及数据库等，整体框架。如图1所示。主控程序是仿真平台的核心，主要负责驱动底层物理板卡进行接口数据交互、大量数据的转发、监测总线数据、控制仿真终端程序的开启与停止、进行离散量控制等。仿真终端包括对应无线电导航组件的软件仿真程序以及相应的真实组件。每个组件仿真程序有动

5、态仿真和静态仿真两种方式，其中动态仿真又包含手动模式和自动模式，同时能够监测自身接收总线的数据；真实的无线电导航组件通过适配线缆和接头与对应物理板卡连接。动态仿真数据源计算机主要提供仿真平台在动态仿真模式时的数据源。该计算机的数据源是采用飞机真实飞行记录的飞行数据包QAR数据，保证仿真数据的合理性，动态仿真数据源也称为航迹发生器。数据库主要是用于存储需要仿真的机载无线电导航系统组件的ICD文档。将相关ICD文档和仿真软件设计相分离，保证了仿真平台的通用性，是此仿真平台设计的一个特点。其中动态仿真数据源计算机采用UDP广播

6、的方式进行数据发送，主控程序和无线电导航组件的仿真程序之间也是通过UDP的方式进行通信。UDP传输是面向无连接的传输，传输协议简单，能够满足仿真平台数据传输要求，同时在一定程度上增加了整个仿真平台布局的灵活性。1、仿真平台的硬件设计在综合分析仿真平台的需求之后，硬件设计方面采用2台工业控制计算机、2块ARINC429板卡、2块离散板卡、对应的飞机真实机载无线电导航组件和满足连接要求的适配电缆和接头。工业控制计算机具有良好的性能，能够满足该仿真平台的需要，同时工业控制计算机接口插槽丰富。ARINC429板卡和离散量板卡都采

7、用PCI类型接口，装入对应的工控机插槽中。真实机载无线电导航组件与板卡之间通过适配箱进行连接，将数据类型致的接口和板卡接口一一对应连接。2、仿真平台的软件设计仿真平台中工业控制计算机采用WindowXP系统，软件开发采用VisualStudio2008oVisualStudio2008能够提供良好的底层开发以及人机交互接口。按照软件工程的思想，软件设计要具有模块化的特点，C++语言中的类概念正好具有此优点，它能够将功能模块封装起来，只提供外部程序的调用接口，方便开发和维护。ICD数据库利用SQLServer2008进行创

8、建，SQLServer2008具有智能高效的特点，对于数据库维护较为方便。机载无线电导航系统级接口仿真平台的软件设计主要包括以下4个方面：主控程序设计、无线电导航组件仿真程序设计、ICD数据库设计和动态仿真数据源设计，如图2所示。(1)主控程序设计主控程序是仿真平台的关键，相当于整个仿真平台的枢纽，起着至关重要的作用