CN108803568B - 一种基于arinc429总线航电操控模拟***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于ARINC429总线航电操控模拟***及方法，属于机载光电操控技术领域。该***以加固便携式计算机为综合信息处理平台，将各光电探测器操作控制信息，执行状态信息与视频图像整合为一体，采用折叠结构布局，便于外场携带和各项检测试验使用。提供图形化、模块化人机交互操控界面，实现了各光电探测器功能和各项性能检测。该***是一种在机载光电稳瞄吊舱研发和生产过程中不可缺少的调试装置和操控方法，在缩短项目研发周期和节省开发成本等方面有着重要意义。

Description

一种基于ARINC429总线航电操控模拟***及方法

技术领域

本发明属于机载光电操控技术领域，具体为一种基于ARINC429总线航电操控模拟***及方法。

背景技术

机载光电稳瞄吊舱是直升机光电单元的重要组成部分，具备昼夜间飞行环境侦查、攻击目标指示等能力。通常，飞行员在直升机飞行过程中通过操控机械手柄和观察机载光电稳瞄吊舱上传的视频图像实现飞行环境侦查以及目标搜索、瞄准、跟踪等飞行任务。然而机载光电稳瞄吊舱在研发和生产过程中需要检测机载光电稳瞄吊舱的各项性能指标及其调试各光电探测器的功能，以及高低温环境试验、光轴平行性校正、伺服稳定精度测试、目标跟踪精度测试等各项性能检测试验。上述功能与性能检测都需要通过ARINC429总线操控模拟直升机航电操控***实现，因此模拟直升机ARINC429总线航电操控成为必然趋势，设计一种基于ARINC429总线航电操控模拟***(包括航电操控模拟装置和航电操控模拟软件)显得尤为重要。

目前，适用于机载光电稳瞄吊舱的ARINC429总线航电操控、视频显示多数使用相互独立的航电操控模拟装置，分别完成机载光电稳瞄吊舱的航电操控和视频图像显示等功能。航电操控装置由安装ARINC429板卡的工控机和航电操控软件组成，针对不同机载光电稳瞄吊舱的ARINC429总线需要配置不同的ARINC429总线板卡和相应航电操控软件，具有开发周期长、操控装置兼容性差、研发、生产成本费用高等缺点。视频显示装置由配备视频采集卡的工控机和液晶显示器组成，具有体积大、不便于携带、环境适应性差等缺点；而且采用航电操控装置和视频显示装置分开布局方式，导致电缆接口多、人机功效差、资源损耗大，不利于操控人员和测试人员使用、测试和维护。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，针对现有技术不足，本发明提供一种将机载光电稳瞄吊舱探测器组件操控和视频图像显示结合为一体的ARINC429总线航电操控模拟***及方法。

本发明的技术方案为：

所述一种基于ARINC429总线航电操控模拟***，其特征在于：

所述模拟***由航电操控模拟装置和航电操控模拟软件组成；

所述航电操控模拟装置以加固便携式计算机为平台，采用折叠结构布局，上折叠部分为航电操控和视频显控部分，折叠部分为键盘、鼠标、触摸屏和各板卡及其通讯接口；

所述航电操控模拟装置以军用级工控主板为核心，包括显示装置、通讯装置、供电装置；

所述显示装置包含视频采集卡、显示接口卡、TFT液晶显示屏以及相应接口，实现视频图像信号采集、格式转换、压缩存储、解码还原、TFT液晶显示屏显示与回放功能；

所述通讯装置包含ARINC 429板卡、以太网卡、USB卡、串口卡以及相应接口，完成航电操控模拟装置分别与机载光电稳瞄吊舱、外部存储介质之间相互通讯以及扩展***操控设备；

所述供电装置完成220V交流输入电压与28V直流输出电压转换功能，为航电操控模拟装置提供所需的电压和电流；

所述航电操控模拟软件包括视频显示模块、航电操控模块、状态反馈模块和ARINC429总线模块；

所述视频显示模块模拟机载光电稳瞄吊舱的视频显示单元，实现光电视频图像显示、存储和回放；

所述航电操控模块模拟机载光电稳瞄吊舱的航电操控单元，实现机载光电稳瞄吊舱中光电探测器的操控命令处理和发送功能；

所述状态反馈模块模拟机载光电稳瞄吊舱的状态反馈单元，实现探测器状态信息、伺服***方位和俯仰的角度与角速度数据信息的接收和显示功能；

所述ARINC429总线模块模拟机载光电稳瞄吊舱的ARINC429总线单元，实现向ARINC429总线写控制字块和从ARINC429总线读状态字块的功能。

进一步的优选方案，所述一种基于ARINC429总线航电操控模拟***，其特征在于：航电操控模块模拟的机载光电稳瞄吊舱航电操控单元包括操控旋钮和操控按钮；其中模拟机载光电稳瞄吊舱操控旋钮的旋转操控动作是通过连续发送操控命令和操控数据直到退出操控来实现，且退出操控后的下一周期数据清零；而模拟机载光电稳瞄吊舱操控按钮的单击操控动作是通过单次发送操控命令来实现，并在下一周期数据清零。

进一步的优选方案，所述一种基于ARINC429总线航电操控模拟***，其特征在于：机载光电稳瞄吊舱中通过操控旋钮控制的命令包括校轴、校靶、亮度调节命令；机载光电稳瞄吊舱中通过操控按钮控制的命令包括探测器视场大/中/小切换操控命令。

进一步的优选方案，所述一种基于ARINC429总线航电操控模拟***，其特征在于：所述探测器状态信息包括执行状态、工作模式切换状态、自检状态；其中自检状态信息以指示灯显示方式向操控用户告警提示。

利用上述模拟***的基于ARINC429总线航电操控模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：操控用户通过航电操控模拟***的航电操控部分触发用户输入事件，航电操控模拟***捕获输入事件并解释为操控命令；

步骤2：将操控命令逐位逻辑组合为操控数据包，然后根据航电操控协议封装成符合ARINC429总线驱动层处理的ARINC429总线控制字块，并转换成ARINC429总线串行传输的传送字块；

步骤3：将步骤2得到的传送字块写入ARINC429总线接口，通过航电线缆传送到机载光电稳瞄吊舱，机载光电稳瞄吊舱控制光电探测器执行操控命令，并将执行状态反馈信息通过航空线缆传送到航电操控模拟***；

步骤4：航电操控模拟***从ARINC429总线接口读取传送字块，并解析成符合ARINC429总线驱动层处理的ARINC429状态字块；

步骤5：将步骤4得到的状态字块根据航电状态协议解析为状态数据包，逐位逻辑提取执行状态信息，并通过视频显控部分显示。

进一步的优选方案，所述一种基于ARINC429总线航电操控模拟方法，其特征在于：步骤2中封装控制字块的过程为：

步骤2.1：根据用户输入事件，调用操控事件响应函数，根据ARINC429通讯协议设置标号位、开始位、停止位和操控命令值；

步骤2.2：根据通讯协议设置4个32位控制字块，高24位赋零，低8位分别设置相应标号位，根据响应函数下传的标号位选择相应控制字块，根据响应函数下传的开始位、停止位和操控命令值，逻辑异或二元运算设置控制字块对应的操控命令位；步骤2.3：将ARINC429控制字块标号位数据的第8位移至临时标号位的第1位，标号位数据的第7位移至临时标号位的第2位，依次类推至最后标号位数据的第1位移至临时标号位的第8位，完成标号位数据转换；

步骤2.4：周期调用写ARINC429数据函数接口向ARINC429总线写入控制字块数据信息；

步骤2.5：根据通讯协议进行控制字块清零。

进一步的优选方案，所述一种基于ARINC429总线航电操控模拟方法，其特征在于：步骤4中解析状态字块的过程为：

步骤4.1：调用读ARINC429数据接口函数从ARINC429总线获取32位ARINC429状态字块；

步骤4.2：设置临时8位二进制标号位数据，将ARINC429状态字块标号位数据的第1位移至临时标号位的第8位，标号位数据的第2位移至临时标号位的第7位，依次类推至最后标号位数据的第8位移至临时标号位的第1位，最后将ARINC429状态字块与临时标号位或逻辑运算，完成标号位数据信息转换；

步骤4.3：遍历处理函数列表；依次从处理函数列表读取对应处理函数的标号位并与ARINC429状态字块的标号位进行判断，若不相等继续从处理函数列表读取下一处理函数，直至相等为止，然后开始判断连续接收标志是否为真，若是则调用响应函数，若不是，则根据处理函数中的开始位与停止位，计算位状态字相应位置之间的数值，并与上次接收标志进行判断，若相等则本次操控完成，否则将计算位状态字块相应位置的数值赋给上次接收标志，并调用响应函数；

步骤4.4：响应函数根据处理函数中的开始位和停止位，计算状态字块相应位置之间的数值，再根据通讯协议更新状态信息。

有益效果

本发明的有益效果体现在以下几个方面：

1)将ARINC429板卡、显示接口卡、视频采集卡、TFT液晶显示屏、通讯接口融为一体，接口电缆少、体积小、重量轻，携带方便，便于做各项功能检测试验和外场测试试验；

2)提供图形化、模块化人机交互操控界面，针对不同型号机载光电稳瞄吊舱的航电操控与视频显控，只需修改应用层通讯协议即完成相关操控和显控，软件研发与测试成本低、。/继承性高且移植性强；

3)封装ARINC429总线操作字块，提供ARINC429总线访问配置方法，实现在ARINC429总线发送航电操控命令和接收执行状态信息的功能，配置访问方法简单灵活，易于使用和推广。

附图说明

图1是本发明外观图。

图2是本发明硬件架构图。

图3是本发明人机交互操控界面图。

图4是本发明航电操控流程图。

图5是本发明封装控制字块流程图。

图6是本发明解析状态字块流程图。

图7是ARINC 429总线数据格式转换图。

具体实施方式

下面结合具体实例描述本发明：

如图1所示，本发明实例中的航电操控模拟***由航电操控模拟装置和航电操控模拟软件组成，其中航电操控模拟装置以加固便携式计算机为平台，将航电操作控制和视频图像显示集成于一体，采用折叠结构布局，上折叠部分为航电操控和视频显控，下折叠部分为键盘、鼠标、触摸屏和各板卡及其通讯接口。航电操控模拟软件采用在Windows操作***平台开发的人机交互操控界面，该操控界面调用视频采集驱动、ARINC429总线驱动、USB通讯驱动、COM口驱动，完成视频图像显示/回放、航电操控信息发送、执行状态信息接收、故障指示灯告警等功能。

如图2所示，本发明的航电操控模拟装置以军用级工控主板为核心，包括TFT液晶显示屏、ARINC429板卡、视频采集卡、显示接口卡、以太网卡、USB卡、串口卡以及USB接口、RJ45接口、COM接口、VGA接口、视频线缆接口、航电线缆接口、外设扩展接口和电源电缆接口。该装置由显示装置、通讯装置、供电装置组成，其中显示装置包含视频采集卡、显示接口卡、TFT液晶显示屏以及相应接口，完成视频图像信号采集、格式转换、压缩存储、解码还原、TFT液晶显示屏显示/回放等功能；通讯装置包含ARINC 429板卡、以太网卡、USB卡、串口卡以及相应接口，完成航电操控模拟装置与机载光电稳瞄吊舱之间互相通讯，向外部存储介质上传/下传视频图像数据、航电操控信息以及扩展其它***操控设备。供电装置是指电源适配器，完成220V交流输入电压与28V直流输出电压转换功能，为航电操控模拟装置提供所需的电压和电流。

如图3所示，航电操控模拟软件是航电操控模拟装置的视频图像显示、模拟航电操控和ARINC429总线通讯的主要操控与执行单元。它采用图形化、模块化、多线程设计方法，主线程以轮询方式调度子线程，子线程通过各模块提供的函数接口，实现了航电操控命令和状态反馈信息在各模块之间交互和传输。所述的各模块包括视频显示模块、航电操控模块、状态反馈模块和ARINC429总线模块，分别模拟机载光电稳瞄吊舱组件的视频显示单元、航电操控单元(模拟操控旋钮和操控按钮)、状态反馈单元和ARINC429总线单元。其中视频显示模块实现了光电视频图像显示、存储和回放等功能。航电操控模块实现了光电探测器操控、工作模式转换等操控命令处理和发送功能，其中一部分操控命令(譬如校轴、校靶、亮度+/-等操控)模拟操控旋钮的旋转操控动作，需要连续发送操控命令和操控数据，直到退出相关操控为止，下周期清零，另一部分操控命令(譬如电视探测器视场大/中/小切换操控)模拟操控按钮的单击操控动作，只需要单次发送操控命令，下周期立即清零。状态反馈模块实现了探测器执行状态/工作模式切换状态/自检状态等状态信息、伺服***方位/俯仰的角度与角速度数据等数据信息的接收和显示功能，其中自检状态信息以指示灯显示方式给操控用户告警提示。ARINC429总线模块实现向ARINC429总线写控制字块和从ARINC429总线读状态字块的功能。

如图4所示，操控用户通过航电操控模拟***的人机交互操控界面点击操控按钮触发用户输入事件，航电操控模拟装置捕获输入事件，解释为操控命令，逐位逻辑组合为操控数据包，然后根据双方制定的航电操控协议封装成符合ARINC429总线驱动层处理的ARINC429总线控制字块，并转换(按照图5数据格式正向转换方式)成ARINC429总线串行传输的传送字块，最后写入ARINC429总线接口，通过航电线缆传送到机载光电稳瞄吊舱，机载光电稳瞄吊舱通知相关光电探测器执行操控命令，并将执行状态反馈信息通过航空线缆传送到航电操控模拟装置，航电操控模拟装置从ARINC429总线接口读取传送字块，并转换(按照图6数据格式逆向转换方式)成符合ARINC429总线驱动层处理的ARINC429状态字块，高16位在前，低16位在后，然后根据双方制定的航电状态协议解析为状态数据包，逐位逻辑提取执行状态信息，最后在人机交互操控界面显示，以供用户观测和监视。

如图5所示，第一步，响应操控事件。即用户点击人机交互界面，触发航电操控事件，调用操控事件响应函数，根据ARINC429通讯协议设置标号位、开始位、停止位和操控命令值；第二步，设置控制字块。根据通讯协议在本航电模拟操控软件中设置4个32位控制字块，高24位赋零，低8位分别设置相应标号位，根据响应函数下传的标号位选择相应控制字块，根据响应函数下传的开始位、停止位和操控命令值，逻辑异或二元运算设置控制字块对应的操控命令位，即将32位数据中开始位和停止位对应的位清零，与操控命令位对应的操控命令值进行逻辑或运算，设置控制字块完成；第三步，转换标号位。转换方式与图5第二步相反，即将ARINC429控制字块标号位数据的第8位移至临时标号位的第1位，标号位数据的第7位移至临时标号位的第2位，依次类推至最后标号位数据的第1位移至临时标号位的第8位，完成标号位数据转换；第四步，写入控制字块。即周期调用写ARINC429数据函数接口向ARINC429总线写入控制字块数据信息；第五步，控制字块清零。根据通讯协议控制字块清零分为2种，一种写入ARINC429总线，立即清零；另一种不需要立即清零，只有收到退出操控命令为止立即清零。其实现方式是判断控制字块中的标号位、开始位和停止位与控制字块(协议中规定需要立即清零)是否相等，若相等，则控制字块立即清零，即控制字块的高24位赋零，否则直至接收到退出操控命令后再清零，若没有接收到退出操控命令，周期向ARINC429总线写入控制字块。

如图6所示，第一步，读取状态字块。即调用读ARINC429数据接口函数从ARINC429总线获取32位ARINC429状态字块。第二步，转换标号位。设置临时8位二进制标号位数据(简称：临时标号位，初始值0x00)，将ARINC429状态字块标号位数据的第1位移至临时标号位的第8位，标号位数据的第2位移至临时标号位的第7位，依次类推至最后标号位数据的第8位移至临时标号位的第1位，最后将ARINC429状态字块与临时标号位或逻辑运算，完成标号位数据信息转换；第三步，遍历处理函数列表。***初始化的过程中初始化包含36列处理函数的处理函数列表，每列处理函数的实参为标号位、开始位、停止位、响应函数，连续接收标志。航电操控软件依次从处理函数列表读取对应处理函数的标号位并与ARINC429状态字块的标号位进行判断，若不相等继续从处理函数列表读取下一处理函数，直至读取为止；否则开始判断连续接收标志是否为真，若是则调用响应函数，若不是根据处理函数中的开始位与停止位，计算位状态字相应位置之间的数值，并与上次接收标志进行判断，若相等本次操控完成，否则将计算位状态字块相应位置的数值赋给上次接收标志，调响应函数。第四步，处理响应函数。响应函数根据处理函数中的开始位和停止位，计算状态字块相应位置之间的数值，再根据429通讯协议更新人交互界面的状态信息

如图7所示，按照ARINC429规范规定每个传送字格式(二进制或二–十进制)由32位组成：1-8位是标号位(LABEL)，它标出传送字的信息类型；9-10位是源终端识别(SDI)，它指示传送字的信息来源或终端；11-28或29位是数据组(Data Field)，它代表传送字的特定数据；29位到30或31位为符号状态矩阵位(SSM)，它指出传送字的数据特性；32位为奇偶校验位(P)它检查收发的传送字是否有效。本发明封装了ARINC429总线操控字块，提供了429参数配置方法ARINC429_Param_Setting，包括通道选择，波特率和校验位设置等操作；429控制字块设置方法ARINC429_Command_Setting，包括设置标号位、控制字块位值和控制字块位值位置等操作(如图5所示)；429状态字解析方法ARINC429_Status_Setting，包括解析标号位、状态字位值和状态字位值位置等操作(如图6所示)；429传送字格式转换方法ARINC429_Data_Transform，包括将计算机应用软件发送的控制字块转换成ARINC429串行总线发送的传送字数据格式(如图5中第三步)和ARINC 429串行总线接收的传送字格式转换成计算机应用软件接收的状态字数据格式(如图6中第二步)。

Claims (6)

1.一种基于ARINC429总线航电操控模拟方法，其特征在于：利用航电操控模拟***实现模拟方法，所述航电操控模拟***由航电操控模拟装置和航电操控模拟软件组成；所述航电操控模拟装置包括航电操控和视频显控部分；所述航电操控模拟软件包括视频显示模块、航电操控模块、状态反馈模块和ARINC429总线模块；

所述视频显示模块模拟机载光电稳瞄吊舱的视频显示单元，实现光电视频图像显示、存储和回放；

所述航电操控模块模拟机载光电稳瞄吊舱的航电操控单元，实现机载光电稳瞄吊舱中光电探测器的操控命令处理和发送功能；

所述状态反馈模块模拟机载光电稳瞄吊舱的状态反馈单元，实现探测器状态信息、伺服***方位和俯仰的角度与角速度数据信息的接收和显示功能；

所述ARINC429总线模块模拟机载光电稳瞄吊舱的ARINC429总线单元，实现向ARINC429总线写控制字块和从ARINC429总线读状态字块的功能；

模拟方法包括以下步骤：

步骤1：操控用户通过航电操控模拟***的航电操控部分触发用户输入事件，航电操控模拟***捕获输入事件并解释为操控命令；

步骤2：将操控命令逐位逻辑组合为操控数据包，然后根据航电操控协议封装成符合ARINC429总线驱动层处理的ARINC429总线控制字块，并转换成ARINC429总线串行传输的传送字块；

封装控制字块的过程为：

步骤2.1：根据用户输入事件，调用操控事件响应函数，根据ARINC429通讯协议设置标号位、开始位、停止位和操控命令值；

步骤2.2：根据通讯协议设置4个32位控制字块，高24位赋零，低8位分别设置相应标号位，根据响应函数下传的标号位选择相应控制字块，根据响应函数下传的开始位、停止位和操控命令值，逻辑异或二元运算设置控制字块对应的操控命令位；

步骤2.3：将ARINC429控制字块标号位数据的第8位移至临时标号位的第1位，标号位数据的第7位移至临时标号位的第2位，依次类推至最后标号位数据的第1位移至临时标号位的第8位，完成标号位数据转换；

步骤2.4：周期调用写ARINC429数据函数接口向ARINC429总线写入控制字块数据信息；

步骤2.5：根据通讯协议进行控制字块清零；

步骤3：将步骤2得到的传送字块写入ARINC429总线接口，通过航电线缆传送到机载光电稳瞄吊舱，机载光电稳瞄吊舱控制光电探测器执行操控命令，并将执行状态反馈信息通过航空线缆传送到航电操控模拟***；

步骤4：航电操控模拟***从ARINC429总线接口读取传送字块，并解析成符合ARINC429总线驱动层处理的ARINC429状态字块；

步骤5：将步骤4得到的状态字块根据航电状态协议解析为状态数据包，逐位逻辑提取执行状态信息，并通过视频显控部分显示。

2.根据权利要求1所述基于ARINC429总线航电操控模拟方法，其特征在于：步骤4中解析状态字块的过程为：

步骤4.1：调用读ARINC429数据接口函数从ARINC429总线获取32位ARINC429状态字块；

步骤4.2：设置临时8位二进制标号位数据，将ARINC429状态字块标号位数据的第1位移至临时标号位的第8位，标号位数据的第2位移至临时标号位的第7位，依次类推至最后标号位数据的第8位移至临时标号位的第1位，最后将ARINC429状态字块与临时标号位或逻辑运算，完成标号位数据信息转换；

步骤4.3：遍历处理函数列表；依次从处理函数列表读取对应处理函数的标号位并与ARINC429状态字块的标号位进行判断，若不相等继续从处理函数列表读取下一处理函数，直至相等为止，然后开始判断连续接收标志是否为真，若是则调用响应函数，若不是，则根据处理函数中的开始位与停止位，计算位状态字相应位置之间的数值，并与上次接收标志进行判断，若相等则本次操控完成，否则将计算位状态字块相应位置的数值赋给上次接收标志，并调用响应函数；

步骤4.4：响应函数根据处理函数中的开始位和停止位，计算状态字块相应位置之间的数值，再根据通讯协议更新状态信息。

3.根据权利要求1所述基于ARINC429总线航电操控模拟方法，其特征在于：

所述航电操控模拟装置以加固便携式计算机为平台，采用折叠结构布局，上折叠部分为航电操控和视频显控部分，折叠部分为键盘、鼠标、触摸屏和各板卡及其通讯接口；

所述航电操控模拟装置以军用级工控主板为核心，包括显示装置、通讯装置、供电装置；

所述显示装置包含视频采集卡、显示接口卡、TFT液晶显示屏以及相应接口，实现视频图像信号采集、格式转换、压缩存储、解码还原、TFT液晶显示屏显示与回放功能；

所述通讯装置包含ARINC 429板卡、以太网卡、USB卡、串口卡以及相应接口，完成航电操控模拟装置分别与机载光电稳瞄吊舱、外部存储介质之间相互通讯以及扩展***操控设备；

所述供电装置完成220V交流输入电压与28V直流输出电压转换功能，为航电操控模拟装置提供所需的电压和电流。

4.根据权利要求1所述一种基于ARINC429总线航电操控模拟方法，其特征在于：航电操控模块模拟的机载光电稳瞄吊舱航电操控单元包括操控旋钮和操控按钮；其中模拟机载光电稳瞄吊舱操控旋钮的旋转操控动作是通过连续发送操控命令和操控数据直到退出操控来实现，且退出操控后的下一周期数据清零；而模拟机载光电稳瞄吊舱操控按钮的单击操控动作是通过单次发送操控命令来实现，并在下一周期数据清零。

5.根据权利要求4所述一种基于ARINC429总线航电操控模拟方法，其特征在于：机载光电稳瞄吊舱中通过操控旋钮控制的命令包括校轴、校靶、亮度调节命令；机载光电稳瞄吊舱中通过操控按钮控制的命令包括探测器视场大/中/小切换操控命令。

6.根据权利要求1所述一种基于ARINC429总线航电操控模拟方法，其特征在于：所述探测器状态信息包括执行状态、工作模式切换状态、自检状态；其中自检状态信息以指示灯显示方式向操控用户告警提示。

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