在現代航空電子系統中,綜合座艙顯示控制系統承擔著(zhù)航電系統的集中顯示和集中管理任務(wù),使得飛行員能夠高效地獲得所需信息,有效地減輕飛行員的工作負荷。目前國內通用飛機、直升飛機裝備的是機械儀表、或者裝備的飛行顯示器尺寸小分辨率低,單畫(huà)面顯示的飛行參數內容較少,重量相對較重,系統可靠性偏低。 本文介紹的某型綜合座艙顯示控制系統吸取了“玻璃座艙”的概念,將大量復雜的傳感器數據經(jīng)采集、處理、融合后通過(guò)大屏幕高分辨率的液晶顯示器呈現給飛行員,取代傳統的機電式儀表。同時(shí),綜合座艙顯示控制系統內部采用高速數據網(wǎng)絡(luò )實(shí)現數據傳輸、任務(wù)同步和數據互比,可以靈活處置系統多種故障模式,使系統具備在一定故障等級下的一次故障工作能力,提高了系統的可靠性和安全性。 1 設計思想 1.1 綜合化 采用高度綜合的集成一體化設計,綜合座艙顯示控制系統將通用模塊、標準總線(xiàn)、高速網(wǎng)絡(luò )和實(shí)時(shí)嵌入式操作系統集成在一個(gè)高性能計算平臺內,提供強大的數據處理、信號處理、接口處理和圖形處理能力,具有傳感器輸入數據的綜合處理、數據融合、任務(wù)計算、視頻信息生成、導航計算、外掛管理、電子對抗、通信管理、系統控制和故障檢測、重構等多種功能,充分體現信息綜合、顯示綜合、功能綜合、硬件綜合、軟件綜合、檢測綜合的特點(diǎn)。 1.2 通用化 不同飛機的座艙顯示系統具有多樣化的特點(diǎn),這主要是由于飛機用途不同、適航條例和營(yíng)運條例對要求不同造成的。為了提高綜合座艙顯示系統的通用性,使其適用于軍用和民航各類(lèi)飛機,通用綜合座艙顯示控制系統應該具有高性能的信息綜合處理和綜合顯示功能、部分最基本的傳感器設備功能和較強的傳感器設備接口擴展能力。 1.3 小型化 小型化設計通過(guò)合理的系統結構、先進(jìn)顯示技術(shù)和加固方式等手段減少設備尺寸和重量。通過(guò)系統優(yōu)化,減少多余的軟硬件資源浪費,同時(shí)采用大規模集成電路和有源矩陣液晶顯示等技術(shù)減輕硬件重量和體積。 2 系統設計 2.1 系統結構組成 綜合座艙顯示控制系統包括兩臺大尺寸、高分辨率綜合顯示器和一部多功能控制面板,采用高度綜合的集成一體化設計,將機載數據處理、航電任務(wù)管理和圖形圖像顯示綜合在飛行顯示器內部,無(wú)單獨的顯示控制任務(wù)計算機,使整個(gè)顯示控制系統組成合理,結構重量減輕,簡(jiǎn)化了直升機座艙布局和儀表板布置。 如圖1所示,飛機上各路傳感器數據先經(jīng)過(guò)綜合顯示器的數據采集處理單元處理組織成網(wǎng)絡(luò )數據幀,再通過(guò)網(wǎng)絡(luò )將數據幀傳送至綜合顯示器的顯示處理單元,顯示處理單元接收到數據幀后進(jìn)行數據融合、圖像處理,最終完成圖像顯示。綜合座艙顯示控制系統采用了模塊化的設計方法,按照功能劃分為顯示處理單元、數據處理單元和多功能控制面板,功能單元內部由通用現場(chǎng)可更換模塊組成,標準化程度較高,提高了系統的可維護性。功能單元之間通過(guò)數據網(wǎng)絡(luò )連接,這種松耦合方式不僅可以提供靈活的可擴展性和測試性,還可以提高系統容錯能力。 2.2 系統的容錯機制 綜合座艙顯示控制系統的容錯機制是多臺綜合飛行顯示器同構型、獨立工作,每個(gè)綜合顯示器都綜合了飛行數據處理、航電任務(wù)管理和圖形圖像顯示功能,即軟硬件配置相同,運行任務(wù)不同,獨立工作,相互備份。綜合顯示器間通過(guò)顯示同步數據網(wǎng)絡(luò )和交叉互比數據網(wǎng)絡(luò )來(lái)實(shí)現雙機間的任務(wù)周期同步以及飛行顯示器間的數據交叉傳輸。使每個(gè)綜合顯示器均得到另一綜合顯示器采集的載機信息,在此基礎上實(shí)現飛行參數數據比較監控,當差異超出一定范圍要求時(shí),系統給出報警提示。有利于及早發(fā)現故障,確定故障源,消除故障的蔓延,抑制故障影響,提高系統任務(wù)可靠性。 根據系統比較監控結果和設備BIT監控結果,如圖2所示,如果綜合顯示器數據采集處理部分出現嚴重故障,主駕駛和副駕駛綜合顯示器通過(guò)故障切換邏輯可以進(jìn)行系統重構,自動(dòng)將飛行顯示器顯示數據源切換到無(wú)故障的另一臺飛行顯示器的數據處理模塊。在一定故障等級下實(shí)現數據處理部分的一次故障工作能力。同時(shí)駕駛員可以通過(guò)多功能控制面板手動(dòng)切換主駕駛飛行顯示器和副駕駛飛行顯示器顯示的數據源。 2.3 顯示界面設計 為了在嵌入式操作系統上開(kāi)發(fā)圖形界面,將VxWorks操作系統與Idata和OpenGL圖形驅動(dòng)開(kāi)發(fā)包結合起來(lái),實(shí)現界面良好的人機接口。利用 VxWorks操作系統的消息隊列、中斷處理及任務(wù)調度功能實(shí)現系統任務(wù)管理及用戶(hù)交互;使用可視化圖形開(kāi)發(fā)工具IData提供的GUI編輯器繪制顯示畫(huà)面,完成態(tài)勢感知融合顯示、用戶(hù)交互式顯示和高級系統顯示,較好地實(shí)現了飛行儀表、地圖導航、圖形的分層疊加、圖形特效等顯示功能,使消息驅動(dòng)的多窗口顯示技術(shù)達到實(shí)用效果。如圖3所示為主飛行界面,分為上下兩區域,上區域顯示航向姿態(tài)、飛行指引、大氣數據等重要的飛行參數;下區域顯示水平姿態(tài)指示、航路、發(fā)動(dòng)機參數等信息。 2.4 軟件體系結構 綜合座艙顯示控制系統軟件主要包括系統軟件、地面支持軟件和應用軟件三個(gè)部分,軟件系統結構如圖4所示。 應用軟件(OFP軟件)作為綜合座艙顯示控制軟件架構的核心部分運行于VxWorks 5.1操作系統之上,使用標準C語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā),負責完成飛行狀態(tài)、參數的綜合顯示與控制、顯示器按鍵操作處理、數據采集、網(wǎng)絡(luò )通信、周期性自檢、故障告警與處理功能以及數據加載、系統維護等功能,實(shí)現飛行員操作程序中所定義的工作狀態(tài)和工作方式的控制、轉換和信息顯示。數據處理軟件實(shí)現綜合座艙顯示控制系統與載機傳感器設備的數據交換,通過(guò)并與系統狀態(tài)數據融合后發(fā)送給顯示處理單元,顯示處理軟件接收數據處理軟件通過(guò)網(wǎng)絡(luò )發(fā)送過(guò)來(lái)的顯示指令,并按照顯示指令生成對應的畫(huà)面。 系統軟件包括操作系統、中間層軟件和設備驅動(dòng)軟件,應用軟件和系統軟件都安裝在綜合顯示控制系統的程序存儲器中。地面支持軟件包括Tornado集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)、各種在線(xiàn)仿真調試設備及其軟件(ICE)、燒錄和固化工具、項目管理工具(如版本管理軟件)、系統綜合仿真測試設備軟件(ATE)、地面航線(xiàn)編輯軟件及數據庫等。它們安裝在地面維護設備或開(kāi)發(fā)設備中。 3 結語(yǔ) 通過(guò)上面的討論可知,綜合座艙顯示控制系統采用先進(jìn)的體系結構和軟件架構,實(shí)現了座艙信息圖形化綜合顯示控制功能,系統綜合化程度高、人機工效良好,安全性高、通用性強,可兼容多載機平臺,符合了座艙顯控系統高度綜合化的發(fā)展趨勢,具有較好的應用前景。 |