专利名称：飞行器电子系统的模型激励仿真平台的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种仿真平台，尤其是一种飞行器电子系统的模型激励仿真平台。
背景技术：
目前电子设备的使用日趋广泛，在汽车、高速列车、大型船舶以及航空航天飞行器等领域当中，电子系统的复杂程度越来越高。为了保证单个电子设备以至整个电子系统的安全，在电子系统投入使用之前需要对其进行全方位的测试与修正。现有对复杂电子系统的测试平台，一般需要等到整个系统的电子设备全部到齐或基本到齐才可以进行系统级别的测试，有的电子系统测试甚至要等到实验样机完成后才可以进行。现有方法对电子系统的测试效率很低，而且许多样机难以完成的危险性项目不能够进行测试，影响对整体电子系统的性能评估，加大电子系统的使用风险。
发明内容
本发明的目的是补充现有技术中存在的不足，提供一种飞行器电子系统的模型激励仿真平台，建立了包括机体模型、模拟环境模型、电子设备模型在内的系统激励模型，仿真平台针对被测电子设备的信号特性，建立了与之对应信号的信号发生系统和数据采集监控系统，通过集中配线控制模块能够选通连接需要激励的被测电子设备，用户针对所要测试的具体环节能进行仿真测试。本发明采用的技术方案是一种飞行器电子系统的模型激励仿真平台，包括系统激励模型、模拟视景显示系统、模拟仪表与开关系统、中央数据处理单元、用户指令干预系统、信号发生系统、数据采集监控系统、集中配线控制模块、电源管理系统、外部数据接口 ；中央数据处理单元连接用户指令干预系统、集中配线控制模块、信号发生系统、数据采集监控系统、外部数据接口、电源管理系统、系统激励模型、模拟视景显示系统和模拟仪表与开关系统；集中配线控制模块连接外部数据接口、用户指令干预系统、信号发生系统、数据采集监控系统和电源管理系统；系统激励模型连接模拟视景显示系统、模拟仪表与开关系统；所述系统激励模型包括机体模型、模拟环境模型、电子设备模型、软件接口 ；机体模型模拟机体的结构，以及模拟飞行控制和条件参数对机体飞行的影响，并将机体模型模拟数据传递给电子设备模型；模拟环境模型向机体模型提供模拟的外部环境，即向机体模型提供外部环境的作用条件；电子设备模型中内建了一个或多个被测电子设备的逻辑模型，电子设备模型能够响应机体模型和模拟环境模型传递的数据，同时能够响应模拟仪表与开关系统的控制信号，产生相应的原始激励信号，原始激励信号通过软件接口发送给中央数据处理单元进行编码，随后编码后的原始激励信号被发送到信号发生系统，信号发生系统产生被测电子设备能够识别的实际激励信号，并通过集中配线控制模块传给实际的被测电子设备；所述模拟视景显示系统为用户提供可视化环境，能够给用户提供逼真的视觉效果;所述模拟仪表与开关系统为测试提供可视化的操作界面，能够向系统激励模型提供控制信号，也能够与中央数据处理单元进行数据交互；所述数据采集监控系统对被测电子系统的总线上的数据进行采集，然后反馈给模拟仪表与开关系统，使得模拟仪表与开关系统能够监视被测电子设备的工作状态；所述信号发生系统根据被测电子设备所需要的信号特性，依据编码后的原始激励信号，产生被测电子设备能够识别的实际激励信号；所述集中配线控制模块用于管理飞行器电子系统的模型激励仿真平台与被测电子系统的配线，通过集中配线控制模块能够选通连接需要激励的被测电子设备；所述中央数据处理单元是具有数据处理功能和图像处理功能的计算机硬件，它用于协调各子系统直接数据交互，向各子系统分配数据接口，存储和管理各子系统产生的数据；所述电源管理系统对被测电子系统中各被测电子设备进行供电的远程控制管理，能够模拟设备掉电或者供电不足的危险情况，为被测电子系统提供设备掉电测试环境，从而能够观察被测电子系统在单个或多个被测电子设备掉电的情况下的工作情况；所述外部数据接口向第三方测试设备提供软硬件接口 ；所述用户指令干预系统供用户通过软件指令对飞行器电子系统的模型激励仿真平台进行控制，用户通过软件指令以手动模式能够产生系统激励模型不能产生的原始激励信号。进一步地，所述机体模型包括飞行器外形结构模型、发动机模型和飞行模拟模型。进一步地，所述飞行器外形结构模型的内容包括机体长度、翼展尺寸、控制舵面位置、机体受力面积、机体重量。进一步地，所述发动机模型的内容包括发动机类型、发动机推力。进一步地，所述飞行模拟模型的内容包括飞行控制律、飞行状态、预飞条件设置参数。进一步地，所述模拟环境模型包括全球导航及地形地图模型和大气环境控制模型。优选地，所述模拟视景系统具有第三方视景软件接口，能够通过加载第三方视景软件方式提供相应的可视化环境。本发明的优势在于，可以通过建立电子设备模型库，根据客户需求快速搭建相应的电子系统模型，能够在短时间内建立开放架构式的电子系统测试平台。可以通过模型激励的方式对一台或几台电子设备进行测试，不用等到整个电子系统或样机完成之后才可以进行测试实验。用户可以模拟危险和复杂测试环境，向被测电子系统进行激励信号注入，降低单纯通过样机进行实验的风险和成本。系统可以通过集中配线控制模块灵活控制测试环节，实现对被测电子系统的全方位测试。本发明不仅可以对电子系统的性能进行测试，还可以对系统的构架进行评估，辅助设计人员进行排故和修正。
图1为本发明的结构组成示意图。
具体实施例方式下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。本发明提出的飞行器电子系统的模型激励仿真平台，主要用于飞行器的电子系统的测试，如图1所示—种飞行器电子系统的模型激励仿真平台，其特征在于包括系统激励模型、模拟视景显示系统、模拟仪表与开关系统、中央数据处理单元、用户指令干预系统、信号发生系统、数据采集监控系统、集中配线控制模块、电源管理系统、外部数据接口 ；中央数据处理单元连接用户指令干预系统、集中配线控制模块、信号发生系统、数据采集监控系统、外部数据接口、电源管理系统、系统激励模型、模拟视景显示系统和模拟仪表与开关系统；集中配线控制模块连接外部数据接口、用户指令干预系统、信号发生系统、数据采集监控系统和电源管理系统；系统激励模型连接模拟视景显示系统、模拟仪表与开关系统；所述系统激励模型包括机体模型、模拟环境模型、电子设备模型、软件接口 ；机体模型模拟机体的结构，以及模拟飞行控制和条件参数对机体飞行的影响，并将机体模型模拟数据传递给电子设备模型；模拟环境模型向机体模型提供模拟的外部环境，即向机体模型提供外部环境的作用条件；用户可以通过模拟环境模型提供的控制界面更改外部环境；电子设备模型中内建了一个或多个被测电子设备的逻辑模型，电子设备模型能够响应机体模型和模拟环境模型传递的数据，同时能够响应模拟仪表与开关系统的控制信号，产生相应的原始激励信号，原始激励信号通过软件接口发送给中央数据处理单元进行编码，随后编码后的原始激励信号被发送到信号发生系统，信号发生系统产生被测电子设备能够识别的实际激励信号，并通过集中配线控制模块传给实际的被测电子设备；所述模拟视景显示系统为用户提供可视化环境，能够给用户提供逼真的视觉效果(如外部视觉状况、航线气象等);所述模拟仪表与开关系统为测试提供可视化的操作界面，能够向系统激励模型提供控制信号，也能够与中央数据处理单元进行数据交互。在真实仪表系统装配使用之前，模拟仪表与开关系统中的模拟仪表可以向用户提供近似真实仪表的显示内容，模拟仪表与开关系统中的模拟控制按钮和模拟开关可以用于输入控制信号。模拟仪表也可以用于对真实仪表系统的性能评估。所述数据采集监控系统对被测电子系统的总线上的数据进行采集，然后反馈给模拟仪表与开关系统，使得模拟仪表与开关系统能够监视被测电子设备的工作状态；所述信号发生系统根据被测电子设备(也就是被激励电子设备)所需要的信号特性，依据编码后的原始激励信号，产生被测电子设备能够识别的实际激励信号；信号发生系统主要通过前期总体电子系统设计方案和选用电子设备输入输出信号特性来确定它的接口设计方案。所述集中配线控制模块用于管理飞行器电子系统的模型激励仿真平台与被测电子系统的配线，通过集中配线控制模块能够选通连接需要激励的被测电子设备；可以通过软件设置来调整需要进行连接的被测电子设备的范围，从单个被测电子设备到整个被测电子系统。用户可以对集中配线控制模块进行管理，能够快速准确的定位被测电子设备。
所述中央数据处理单元是具有数据处理功能和图像处理功能的计算机硬件，它用于协调各子系统直接数据交互，向各子系统分配数据接口，存储和管理各子系统产生的数据；所述子系统指系统激励模型、模拟视景显示系统、模拟仪表与开关系统、用户指令干预系统、信号发生系统、数据采集监控系统、集中配线控制模块、电源管理系统、外部数据接口等;所述电源管理系统对被测电子系统中各被测电子设备进行供电的远程控制管理，能够模拟设备掉电或者供电不足的危险情况，为被测电子系统提供设备掉电测试环境，从而能够观察被测电子系统在单个或多个被测电子设备掉电的情况下的工作情况；所述外部数据接口向第三方测试设备提供软硬件接口 ；对于本仿真平台无法进行仿真和监测的特殊信号，通过外部数据接口，就可以引入第三方测试设备完成测试仿真工作。对于满足接口协议的其它电子设备，也可以接入本仿真平台进行测试，这样提高了本仿真平台的可扩展性，也降低了研发成本和测试风险。所述用户指令干预系统供用户通过软件指令对飞行器电子系统的模型激励仿真平台进行控制，用户通过软件指令以手动模式能够产生系统激励模型不能产生的原始激励信号；软件指令的主要内容包括控制模式选择指令(手动产生原始激励信号或者系统激励模型产生原始激励信号)、激励信号的发送与接收指令、数据的保存与加载指令、集中配线控制模块与被测电子系统总线的连接与断开指令等。所述机体模型包括飞行器外形结构模型、发动机模型和飞行模拟模型。所述飞行器外形结构模型的内容包括机体长度、翼展尺寸、控制舵面位置、机体受力面积、机体重量。 所述发动机模型的内容包括发动机类型、发动机推力。所述飞行模拟模型的内容包括飞行控制律、飞行状态、预飞条件设置参数。所述模拟环境模型包括全球导航及地形地图模型和大气环境控制模型。优选地，所述模拟视景系统具有第三方视景软件接口，能够通过加载第三方视景软件方式提供相应的可视化环境。本实施例以航空电子系统为例，来说明飞行器电子系统的模型激励仿真平台中一些主要模块的建立过程和测试飞行器电子系统的简要过程。航空电子系统，以下简称航电系统，是结构和应用环境都较为复杂的一种电子系统，通常需要在飞行器样机完成之前对航电系统进行全面测试，以及测试一些在飞行器样机上不能进行的危险项目。一、系统激励模型(即本例中的航电系统激励模型)的建立。航电系统激励模型包括飞行器机体模型，飞行环境模型，航电设备模型，分别对应本文中前述的机体模型、模拟环境模型、电子设备模型。I)飞行器机体模型建立飞行器机体模型主要是通过软件工具(如CATIA、UG等软件)建立飞行器外形结构模型、发动机模型、飞行模拟模型。a)飞行器外形结构模型是主要和飞行器机体结构有关的模型，内容包括机体长度、翼展尺寸、控制舵面位置、机体受力面积、机体重量等。b)发动机模型的内容包括发动机类型、发动机推力等。
c)飞行模拟模型主要提供飞行控制律、飞行状态、预飞条件设置参数等。本发明提供了可配置的飞行模拟模型，这种模型提供了六自由度的开闭环控制方
式，所述六自由度是指飞行器在空中运动，随质心平动的速度f= 和绕质心转动角速度蒎=、的六个自由度。用户可以根据具体设计方案，结合飞行器外形结构模型，对飞
W
行器的飞行控制律进行设定，使之符合样机设计要求。飞行控制律是指飞行器在飞行过程中，飞行器控制系统中执行机构的输出量与各控制信号间的函数关系。本飞行模拟模型提供了自由度灵活的飞行状态，主要用于输出飞行器飞行过程中的姿态数据。预飞条件设置参数为用户提供模拟飞行的参数选择功能，这些参数用于影响飞行器机体模型在模拟飞行过程中的状态，这些参数主要包括高度，磁航向，真空速，飞行器总
重，燃油量等。飞行模拟模型可以接受发动机模型和飞行器外形结构模型传递的控制数据，同时可以接受来自模拟仪表与开关系统的飞行控制量和开关量的控制，如油门控制、襟翼与缝翼控制、起落装置控制、扰流板控制、俯仰配平控制、刹车控制和发动机开关控制等。飞行模拟模型可以兼容手动飞行和自动飞行两种模式。2)飞行环境模型飞行环境模型包括全球导航及地形地图模型和大气环境控制模型。全球导航及地形地图模型提供全球导航的数据库和导航模型，本模型可以模拟在世界上各地区的飞行时的地理数据和导航数据，同时可以模拟飞行器与地面导航台(如无线电全向信标地面台，仪表着陆系统，测距机等)进行调谐和通信，并且可以模拟按照外部飞行管理系统提供的飞行计划进行飞行。本模型提供飞行器机体模型的经纬度坐标和海拔信息。 大气环境控制模型可以模拟提供风环境控制和环境温度控制。风环境控制包括风向(水平和垂直)和风速的设定，可以对空气中紊流进行设定。环境温度控制包括对海平面温度进行设置。通过对大气环境的控制，可以真实模拟不同飞行环境对飞行器性能的影响，提高了测试仿真环境的真实性和有效性。3)航电设备模型根据被测航电设备的功能特性，建立航电设备的逻辑模型(即被测电子设备的逻辑模型)。航电设备的逻辑模型可以模拟实际的被测航电设备的逻辑功能。航电设备模型能够接收并响应飞行器机体模型和飞行环境模型传递的信号，产生相对应的需要激励的被测航电设备的原始激励信号。原始激励信号被发送给中央数据处理单元进行编码处理。二、模拟仪表与开关系统的建立。a)根据需要的显示仪表设备的显示内容和显示模式，使用软件建立虚拟的显示系统，也就是模拟仪表；通过模拟仪表与开关系统的软件接口，与系统激励模型建立数据映射，从系统激励模型中获取需要显示的数据，并显示在模拟仪表上。
b)根据飞行器驾驶舱和航电系统的设计要求，通过软件建立可视化的模拟控制按钮和模拟开关，模拟控制按钮和模拟开关可以用于输入控制信号；控制信号被发送给系统激励模型。模拟仪表与开关系统通过内存映射的方式与系统激励模型进行数据交互。三、信号发生系统的建立。根据被测航电设备的信号协议和信号类型的不同(如RS422、ARINC429、ARINC664、模拟信号、离散信号等)，建立可扩展式的信号发生系统。根据被测电子系统内的被测航电设备的数量、种类以及所需要的信号通道量，建立相应的信号发生模块。信号发生模块连接中央数据处理单元，接收从中央数据处理单元传来的编码后的原始激励信号，产生被测航电设备能够识别的实际激励信号。四、用户指令干预系统的建立。根据测试的要求，建立相应的软件指令，用户可以通过软件指令对飞行器电子系统的模型激励仿真平台进行控制。软件指令的主要内容包括控制模式选择指令(手动产生原始激励信号或者系统激励模型产生原始激励信号)、激励信号的发送与接收指令、数据的保存与加载指令、集中配线控制模块与被测电子系统总线的连接与断开指令等。当在某些特殊情况下，系统激励模型不能产生一些特殊的原始激励信号时，用户可以通过软件指令以手动模式去产生那些特殊的原始激励信号。本飞行器电子系统的模型激励仿真平台建立以后，可以对飞行器样机机体结构及机体各控制舵面进行仿真，可以对样机的飞行环境进行仿真，可以对样机所用电子设备的内部逻辑和数据接口进行仿真，进而产生相应的被测电子设备的实际激励信号，发送给被测电子设备。随后可以观察被测电子设备的工作状态，或者对被测电子设备功能进行评估。应用本发明的实验测试过程如下a.配置系统激励模型以满足实际的被测电子系统的要求；设置预飞条件，使机体模型工作稳定后的飞行状态符合测试要求；设置全球导航及地形地图和大气环境，提供系统激励模型的外部环境。b.系统激励模型进入稳定工作状态，选择需要进行测试的被测电子设备(通过集中配线控制模块来选通)，建立测试回路。系统激励模型发出原始激励信号，信号发生系统产生实际激励信号，对被测电子设备进行激励，然后数据采集监控系统读取被测电子设备的反馈信息，反馈给模拟仪表与开关系统。被测电子设备的状态能够在模拟仪表上显示。c.通过模拟仪表与开关系统中的模拟控制按钮和模拟开关，向系统激励模型提供控制信号，改变系统激励模型状态，重新激励被测电子设备，监视被测电子设备的工作状态，或者对被测电子设备功能进行评估。d.当被测电子设备所需要的激励信号超出了系统激励模型所能产生的原始激励信号的范围，则可以利用用户指令干预系统，采用手动模式输入软件指令，产生原始激励信号，去激励被测电子设备，然后监视被测电子设备的工作状态，或者对被测电子设备功能进行评估。e.通过集中配线控制模块更换连接的被测电子设备，对其它被测电子设备重复上述步骤b、C、d,完成测试计划。f.输出测试数据，对被测电子系统(本例即航电系统)进行修正。
权利要求
1.一种飞行器电子系统的模型激励仿真平台，其特征在于包括系统激励模型、模拟视景显示系统、模拟仪表与开关系统、中央数据处理单元、用户指令干预系统、信号发生系统、数据采集监控系统、集中配线控制模块、电源管理系统、外部数据接口 ； 中央数据处理单元连接用户指令干预系统、集中配线控制模块、信号发生系统、数据采集监控系统、外部数据接口、电源管理系统、系统激励模型、模拟视景显示系统和模拟仪表与开关系统；集中配线控制模块连接外部数据接口、用户指令干预系统、信号发生系统、数据采集监控系统和电源管理系统；系统激励模型连接模拟视景显示系统、模拟仪表与开关系统； 所述系统激励模型包括机体模型、模拟环境模型、电子设备模型、软件接口 ；机体模型模拟机体的结构，以及模拟飞行控制和条件参数对机体飞行的影响，并将机体模型模拟数据传递给电子设备模型；模拟环境模型向机体模型提供模拟的外部环境，即向机体模型提供外部环境的作用条件；电子设备模型中内建了一个或多个被测电子设备的逻辑模型，电子设备模型能够响应机体模型和模拟环境模型传递的数据，同时能够响应模拟仪表与开关系统的控制信号，产生相应的原始激励信号，原始激励信号通过软件接口发送给中央数据处理单元进行编码，随后编码后的原始激励信号被发送到信号发生系统，信号发生系统产生被测电子设备能够识别的实际激励信号，并通过集中配线控制模块传给实际的被测电子设备； 所述模拟视景显示系统为用户提供可视化环境，能够给用户提供逼真的视觉效果；所述模拟仪表与开关系统为测试提供可视化的操作界面，能够向系统激励模型提供控制信号，也能够与中央数据处理单元进行数据交互； 所述数据采集监控系统对被测电子系统的总线上的数据进行采集，然后反馈给模拟仪表与开关系统，使得模拟仪表与开关系统能够监视被测电子设备的工作状态； 所述信号发生系统根据被测电子设备所需要的信号特性，依据编码后的原始激励信号，产生被测电子设备能够识别的实际激励信号； 所述集中配线控制模块用于管理飞行器电子系统的模型激励仿真平台与被测电子系统的配线，通过集中配线控制模块能够选通连接需要激励的被测电子设备； 所述中央数据处理单元是具有数据处理功能和图像处理功能的计算机硬件，它用于协调各子系统直接数据交互，向各子系统分配数据接口，存储和管理各子系统产生的数据； 所述电源管理系统对被测电子系统中各被测电子设备进行供电的远程控制管理，能够模拟设备掉电或者供电不足的危险情况，为被测电子系统提供设备掉电测试环境，从而能够观察被测电子系统在单个或多个被测电子设备掉电的情况下的工作情况； 所述外部数据接口向第三方测试设备提供软硬件接口； 所述用户指令干预系统供用户通过软件指令对飞行器电子系统的模型激励仿真平台进行控制，用户通过软件指令以手动模式能够产生系统激励模型不能产生的原始激励信号。
2.如权利要求1所述的飞行器电子系统的模型激励仿真平台，其特征在于所述机体模型包括飞行器外形结构模型、发动机模型和飞行模拟模型。
3.如权利要求2所述的飞行器电子系统的模型激励仿真平台，其特征在于所述飞行器外形结构模型的内容包括机体长度、翼展尺寸、控制舵面位置、机体受力面积、机体重量。
4.如权利要求2所述的飞行器电子系统的模型激励仿真平台，其特征在于所述发动机模型的内容包括发动机类型、发动机推力。
5.如权利要求2所述的飞行器电子系统的模型激励仿真平台，其特征在于所述飞行模拟模型的内容包括飞行控制律、飞行状态、预飞条件设置参数。
6.如权利要求1所述的飞行器电子系统的模型激励仿真平台，其特征在于所述模拟环境模型包括全球导航及地形地图模型和大气环境控制模型。
7.如权利要求1所述的飞行器电子系统的模型激励仿真平台，其特征在于所述模拟视景系统具有第三方视景软件接口，能够通过加载第三方视景软件方式提供相应的可视化环境。
全文摘要
本发明提供一种飞行器电子系统的模型激励仿真平台，包括系统激励模型、模拟视景显示系统、模拟仪表与开关系统、中央数据处理单元、用户指令干预系统、信号发生系统、数据采集监控系统、集中配线控制模块、电源管理系统、外部数据接口；系统激励模型包括机体模型、模拟环境模型、电子设备模型、软件接口；机体模型模拟机体的结构，以及模拟飞行控制和条件参数对机体飞行的影响，并将机体模型模拟数据传递给电子设备模型；模拟环境模型向机体模型提供模拟的外部环境，电子设备模型中内建了一个或多个被测电子设备的逻辑模型。本发明用于飞行器电子系统的测试。
文档编号G06F17/50GK103065022SQ20131002768
公开日2013年4月24日 申请日期2013年1月24日 优先权日2013年1月24日
发明者宋益平, 李家远, 袁侃 申请人:无锡华航电子科技有限责任公司