某型飛機照相專業仿真訓練系統的設計與實現

范秀英，趙 曼

（空軍航空大學特種專業系，吉林 長春 130022）

為使新裝備盡快形成戰斗力，必須增加使用維護人員的訓練時間，而裝備數量卻又十分有限。為解決此矛盾，提出了研制某型飛機照相專業仿真訓練系統。

半實物仿真是工程領域內一種應用較為廣泛的仿真技術，是計算機仿真回路中接入一些實物進行的試驗，因而更接近實際情況[1]。同時具有提高系統研制品質、縮短研制周期、節約研制經費等優點，已成為仿真領域研究的重要方向[2]。

為此，某型飛機照相專業仿真訓練系統，采用以計算機仿真技術為核心的半實物仿真訓練平臺。半實物仿真系統，又稱硬件在回路仿真系統[3]，在綜合考慮部件的使用頻率和系統的成本的情況下，采用實物直接參與和計算機圖形仿真相結合的方式仿真飛機座艙內的硬件，再利用軟件編程驅動圖形部件和模擬照相專業通電檢測程序。

1 設計原則

某型飛機照相專業仿真訓練系統，用以完成照相設備專業對各種照相設備配掛方案的地面、機上通電檢查訓練、虛擬設備掛裝訓練等。該仿真系統能替代實裝進行訓練，減少因訓練產生的各種消耗和人員保障，節省維修訓練經費，提高訓練品質和效率，縮短戰斗力的生成周期，達到科學有效地提高地勤人員使用維護技能的目的。系統設計時，應滿足實用性、仿真性和系統性要求。

（1）實用性。突出某型飛機照相專業通電檢查訓練需要，符合部隊實際的訓練科目，操作界面設計具有易操作性和友好性。

（2）仿真性。本程序以盡量貼近實際該型飛機座艙內操作為目標，力求盡量貼近真實環境，給予操縱人員貼近實際的體驗，以收到較好的訓練效果。

（3）系統性。可以模擬該型飛機所有配掛方案的從照相方案加載、地面通電檢查直至空中通電檢查，具有一定的系統性，可以使受訓人員對整個通電檢查過程有一個系統的認識。

2 硬件設計

某型飛機照相專業仿真訓練系統，是由主機、顯示器、控制面板構成的立式控制臺。將照相專業訓練常用的硬件，如偵察控制盒、火控盒、配電盤、DTC卡（數據傳輸卡）和主機電源開關集成在控制臺的面板上，其他相關硬件及多功能顯示器在模擬訓練系統軟件操作界面上，采用圖形化設計，通過軟件編程驅動。

控制面板上的偵察控制盒、火控盒及配電盤組件，由按鍵、指示燈和斷路器，采用實物進行仿真，即用真實的民品替代器件，以降低成本，其大小、功能和操作方法與飛機座艙內部的部件完全相同；而DTC卡則采用仿制件，其外觀與飛機座艙內部的DTC卡相同，操縱方法相同，其功能通過軟件編程來實現。由于輸入、輸出量均為數字量，且信號數量較多，故選用研祥智能科技股份有限公司研發的具有32路輸入、32路輸出通道的PCI-I64IOT光隔離開關量 I/O卡[3]。

2.1 開關量信號輸入

本卡的DI0～DI31都是光耦輸入的信號正端，DIGND1和DIGND2是信號負端，使用光耦芯片PS2801，每一輸入通道接線方法見圖1所示。

圖1 開關量信號輸入電路圖

采用+5V電源供電，當訓練系統控制面板的DTC卡在位或斷路器接通時，對應的輸入通道提供一個外接+5V信號，有電流通過板卡內部的500 Ω限流電阻流過發光二極管，二極管發光，光線入射到光電三極管的基極，三極管導通，在發射極輸出高電平信號。發射極的輸出信號通過PCI槽與主機連接，繼而實現主機對面板按鍵、斷路器等信息的采集。對于斷路器、DTC卡的信息，通過輸入通道直接讀取高、低電平信號，即可獲取其真實狀態——接通或斷開（在位或不在位），而對于偵控盒和火控盒上的按鍵，每按一次，獲取一個脈沖信號，還需借助軟件記錄按鍵次數為奇數次還是偶數次，判定其為接通還是斷開狀態。

2.2 開關量信號輸出

本卡的DO0～DO31都是光耦輸出端，使用光耦芯片PS2802，接線方法見圖2所示。

圖2 開關量信號輸出電路圖

結合本訓練系統控制面板的操作，當某一按鍵被按下，需要指示燈明亮時，通過程序控制使對應的輸出通道發出高電平信號，有電流流過發光二極管，二極管發光，光線入射到光電三極管的基極，光電三極管導通，使面板按鍵指示燈明亮；當再次按鍵時，通過程序控制使對應的輸出通道發出低電平信號，面板按鍵指示燈熄滅，顯示按鍵狀態。

通過以上分析，可以看出PCI-I64IOT的光隔開關量輸入輸出特點，能很好滿足系統控制面板與主機之間的信息交換。

2.3 接口電路

主機選用具有PCI插槽的工業控制計算機，控制面板與主機通過PCI-I64IOT I/O卡進行信息交換，訓練系統界面操作，利用觸摸屏來實現，通過USB接口給主機輸入信息，主機通過顯卡更新界面，為此選用觸摸顯示屏。系統硬件結構如圖3所示。

圖3 硬件結構圖

PCI-I64IOT I/O卡插入主機內的PCI插槽內，其與外電路的連接通過J1、J2連接器，圖中卡上的數字代表兩個連接器的引腳號，輸入、輸出通道分別用DIn、DOn表示，n代表通道號，從圖中漢字表示，就可以看出每一輸入、輸出信號所占用的通道及與I/O卡的連接關系。

3 軟件設計

該仿真訓練系統軟件開發平臺，選用Windows XP操作系統，應用軟件開發環境為Microsoft Visual C++6.0，界面采用對話框方式，采用模塊化設計，以增強系統的操作性、可靠性、通用性、可維護性和升級能力。其分別由系統主控模塊、虛擬掛裝模塊、數據采集與驅動模塊、故障設置模塊、通電檢查模塊、系統操作演示模塊組成。

（1）主控模塊。主控模塊負責訓練系統界面的靜態顯示和動態顯示，具體包括模擬飛機座艙內的兩個多功能顯示器的外觀模擬，亮度調節旋鈕、對比度調節旋鈕、周邊鍵和顯示區的功能模擬；座艙內照相專業用到駕駛桿和油門桿等的部分按鍵、斷路器及ICP（綜合控制面板）上旋鈕、開關的靜態顯示和進行各種操作時的動態實時更新。

（2）虛擬掛裝模塊。虛擬掛裝模塊負責模擬通電檢查前各種配掛方案的配掛過程，采用下拉列表框，顯示所有允許的配掛方案。

（3）數據采集與驅動模塊。數據采集模塊包括板卡的初始化程序、數據采集、分析及處理程序，主要負責通過I/O卡的輸入端口獲取控制面板上按鍵、開關狀態，進行數據分析后，通過I/O卡的輸出端口，控制按鍵上的指示燈的亮暗。

（4）故障設置模塊。故障設置模塊主要對照相設備進行虛擬故障設置，以模擬故障狀態下通電檢查畫面的顯示，受訓者可以看到照相設備發生故障時，故障清單的查驗畫面。

（5）通電檢查模塊。通電檢查模塊是該訓練系統的核心部分，包括地面通電檢查和空中通電檢查兩個部分，地面通電檢查，包括照相任務加載（分為自動加載和手動加載）、參數匹配、故障清單的查驗和系統時間查詢或修改、操縱員啟動自檢測等操作；空中通電檢查，包括照相設備參數設置，相機準備、工作、傳輸等命令操作。

（6）系統操作演示模塊。系統操作演示模塊是為了幫助受訓人員盡快學會使用該模擬訓練系統設置的，以圖片、文字、聲音和視頻相結合的形式，詳細地演示了該系統的操作使用方法。

4 結束語

某型飛機照相專業模擬訓練系統，是基于部隊使用維護人員和院校培訓需要而研制的，已配備于院校專業實習室，目前已培訓學員兩期，使用結果表明：其具有很強的實用性，受訓人員畢業到部隊后，很快能勝任崗位需要；系統操作簡單，只需觸摸顯示屏和手動操作控制面板即可完成；可移植性好，通電檢查程序采用模塊化操作，可以根據需要移植到其他仿真訓練系統或多媒體課件中，因仿真系統數量有限，為滿足更多培訓任務的需要，已將其移植到通用計算機上。當然其也具有一定的局限性：軟件界面的圖形化設計視覺效果較好，缺乏真實感；仿真系統的各操作按鍵的空間位置關系與真實飛機座艙中有出入，操作的環境真實感不強。

[1]單家元，孟秀云.半實物仿真[M].北京：國防工業出版社，2008.

[2]高江林，吳曉燕，李勇君，等.半實物仿真系統VV&A研究[J].航天控制，2011，29（1）：67-71.

[3]康鳳舉.現代仿真技術與應用[M].北京：國防工業出版社，2001.

[4]研祥智能科技股份有限公司.PCI-I64IOT用戶使用手冊[K].北京：研祥智能科技股份有限公司，2009.