CN108648559B - 一种可重构仿真座舱设备系统架构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可重构仿真座舱设备的系统架构，主要用于各种模拟器座舱中仿真座舱设备的可重用设计以及多型号的重构复用。可重构的仿真座舱设备系统架构是利用基于模块化可重构方法和基于模型的系统工程方法进行系统设计，由顶层的仿真座舱设备层100、中间转接层200的接口适配器和电源层、以及底层的基于网络网关的智能仿真单元层300组成，可根据不同的直升机型号模拟器以及不同的训练任务，对模拟座舱系统中的仿真座舱设备进行快速重构或重用，使得用一套模拟器系统进行多种飞机型号的飞行仿真训练成为可能，充分满足了各类直升机飞行仿真训练设备以及其它运载工具模拟器的高逼真度低成本开发使用要求。

Description

一种可重构仿真座舱设备系统架构

技术领域

本发明涉及垂直起降旋翼无人机技术领域，具体涉及一种可重构仿真座舱设备系统架构。

背景技术

座舱系统是模拟器中最重要的硬件设备，是仿真系统最终的模拟对象。座舱系统给飞行员的视觉感受、听觉感受、以及手脚操纵力感及触觉等方面的感觉，都应与被仿真的目标飞机相一致。飞行模拟器中视景系统、运动系统、飞机模型及操纵系统等已经趋于成熟，而随着任务航电系统的持续更新换代，使座舱系统的仿真成为高等级模拟器定级的关键。

模拟器中的座舱系统包括：座舱结构、座舱操纵机构(驾驶杆、总距杆、脚蹬)操纵负荷系统、座椅、座舱辅助操纵机构、座舱支撑平台、仿真座舱设备等，其中，仿真座舱设备是模拟器座舱系统的核心。仿真座舱设备，根据专业可包括：电气、仪表、照明、空调、航电、飞控、燃油发动机等；根据任务可包括：大气数据、导航、自动飞行、气象雷达、搜索搜救、森林防火、海上救援、通信及数据链、电子对抗、武器、火控等。依据最新的国际民航标准ICAO-9625Volume 2：Helicopter中对座舱系统特征认证等级水平的要求：直升机飞行模拟训练设备等级水平Ⅰ～Ⅱ级，对座舱系统要求是典型等级水平(Representative)，容差为25％；直升机飞行模拟训练设备等级水平Ⅲ～Ⅴ级(新标准中共分为五个等级，Ⅴ级为最高级，相当于我国D级)，座舱系统要求是专业等级水平(Specific)，容差为10％。因此，在针对具体飞机型号研制配套的模拟器中，模拟座舱系统，特别是仿真座舱设备，就成为模拟器定级评定的关键。

国内现有模拟器的座舱系统(包括仿真座舱设备)，一般是由一台专用的输入输出接口计算机来完成其模拟仿真，其中座舱系统中的所有开关、旋钮、按键、以及相关的显示仪表等，全部用电缆连接到输入输出接口计算机上。随着航电任务系统的功能和复杂性的不断增加，模拟器座舱系统的研制越来越复杂和困难，而且，按照专用输入输出接口计算机的方法，复杂的电缆连接使座舱系统进行多型号的重构设计复杂和繁琐。

申请号为201610156959.3的专利公开了一种可重构航电系统训练模拟器，主要用于直升机地面维护人员和飞行驾驶人员对航电系统的熟练认知训练，以及针对各种故障和应急情况下的正确操作和心里技能训练。该发明专利中包括有“可重构实体模型座舱系统”，其中包括有可重构仪表板及显示单元和可重构操作面板单元，并在该发明中对其进行了共用模块和变体模块的分类，但并没有具体涉及如何实现的方法。

哈尔滨飞行仿真研究所专利“飞行模拟器一体化仪表”(专利号：201020249663.4)，和北京蓝天公司专利“仿真仪表通用驱动模块”(专利号：201420043843.5)，并未涉及多种型号的重用，也没有涉及可重构的方法。

在仿真仪表和操作面板上常常采用的实现方法是：除了面板上配套件及导光板采用原器件或仿真件以外，带有屏幕动态显示的仪表一般由VGA或LED显示器代替，控制部分采用微处理器控制的方法来实现。到目前为止，未检索到涉及仿真座舱设备多型号重用及重构的系统架构及其实现方法。

发明内容

本发明提出了一种可重构仿真座舱设备系统架构，主要包括：

仿真座舱设备层，包括各种仿真座舱设备，并且能够根据具体的型号以及相关模拟器仿真逼真度要求对设备进行定制及变换；

中间转接层，至少包括接口适配器、电源适配器及供电设备，用于将所述仿真座舱设备层与智能仿真单元层快速连接；

智能仿真单元层，包括由相关型号模型库中已认证的模型，能够根据具体模拟器座舱系统的实施要求进行选配，并根据模拟器型号的设备变换需要进行模型重构；以及

主控计算机，用于连接所述智能仿真单元层，并控制智能仿真单元层与仿真座舱设备层进行数据交互。

优选的是，所述智能仿真单元层包括基于无线传感器的网络智能仿真单元以及基于网关的智能仿真单元。

优选的是，所述中间转接层还包括可扩展型接口适配器。

优选的是，所述供电设备包括蓄电池。

优选的是，所述仿真座舱设备层与所述中间转接层，以及所述中间转接层与所述智能仿真单元层通过插接件进行连接。

优选的是，所述插接件包括模块识别标准接插单元、开关量标准接插单元、模拟量标准接插单元以及电源标准接插单元。

1)本发明可根据不同的直升机型号模拟器以及不同的训练任务对模拟座舱系统中的仿真座舱设备进行快速重构或重用，使得用一套模拟器系统进行多种飞机型号的模拟飞行训练成为可能，充分满足了各类直升机飞行模拟训练设备以及其它运载工具模拟器的高逼真度低成本开发使用要求。

2)本发明的可重构仿真座舱设备的系统架构及实现方法，使本发明配套的飞行仿真训练装置在一般规模较小的飞行训练中心，以及军方后勤保障资源有限的情况下，训练设备的效能得到充分发挥，增加了资源配置的灵活性；

3)本发明方法技术先进、配套的飞行仿真训练装置现阶段可适应多种型号，可快速提升部队直升机现役装备的任务训练水平。

4)本发明方法和实施方法，可根据型号变化、任务系统的升级、以及任务的变化进行同步重构更新，非常具有实用价值。

本发明可根据不同的直升机型号模拟器以及不同的训练任务对模拟座舱系统中的仿真座舱设备进行快速重构或重用，使得用一套模拟器系统进行多种飞机型号的模拟飞行训练成为可能，充分满足了各类直升机飞行模拟训练设备以及其它运载工具模拟器的高逼真度低成本开发使用要求。本发明还可用于完成任务训练，并且可根据型号变化、系统的升级、以及任务的变化进行同步重构更新，非常具有实用价值。

附图说明

图1是依据本发明的可重构仿真座舱设备的系统架构的系统架构图；

图2是依据本发明的可重构仿真座舱设备的系统架构的一个简单设备的实施应用方案。

图3是依据本发明的可重构仿真座舱设备的系统架构的一个复杂基本航电/非航电系统实施应用方案。

图4是依据本发明的可重构仿真座舱设备的系统架构的一个具有复杂任务航电系统的实施应用方案。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

可重构仿真座舱设备是由三层模块化可重构的系统架构组成，其中：顶层为仿真座舱设备层100，由各种仿真座舱设备的真件、模拟真件、或虚拟件组成；中间转接层200为接口适配器和电源适配器层，由基本型接口模块、扩展型接口模块、以及高性能蓄电池和充电适配单元组成；底层为智能仿真单元层300，由基于无线传感器网的基本型智能仿真单元和基于通用/专用网关的高配型智能仿真单元组成。三层模块化可重构的系统架构各组成之间是由标准接插件10进行连接，并具有即插即用的快速识别功能。智能仿真单元利用基于模型的系统工程方法进行软件硬件一体化开发，其相对应的仿真座舱设备模型，是由相关型号模型库中已认证的模型，经系统模型开发验证平台进行配置仿真，最后驻留在仿真座舱设备中。

本发明的可重构仿真座舱设备的三层系统架构，其中，顶层仿真座舱设备层为变体模块，可根据具体的型号以及相关模拟器仿真逼真度要求而定制；中间层的接口适配器和底层的智能仿真单元层为共用模块。其中，中间层共用模块分为基本型接口适配器和可扩展型接口适配器；底层智能仿真单元共用模块分为：基于无线传感器网络(WSN)智能仿真单元、基于通用网关智能仿真单元、以及基于专用网关智能仿真单元。共用模块可根据具体模拟器座舱系统的实施要求进行选配，并可根据模拟器型号的转换需要进行模型重构。三层模块化可重构的系统架构各组成之间接插件10是由模块识别标准接插单元、开关量标准接插单元、模拟量标准接插单元、以及电源标准接插单元组成，并满足即插即用电气接口标准。

依据本发明的可重构仿真座舱设备是由三层模块化可重构的系统架构组成，其中：顶层100为仿真座舱设备层，由各种仿真座舱设备的真件、模拟真件、或虚拟件组成；中间转接层200为接口适配器和电源适配器层，由基本型接口模块、扩展型接口模块、以及高性能蓄电池和充电适配单元组成；底层为智能仿真单元层300，由基于无线传感器网的基本型智能仿真单元和基于通用/专用网关的高配型智能仿真单元组成。三层模块化可重构的系统架构各组成之间连接10是标准接插件，并具有即插即用的快速识别功能。智能仿真单元利用基于模型的系统工程方法进行软件硬件一体化开发，其相对应的仿真座舱设备模型，是由相关型号模型库中已认证的模型，经系统模型开发验证平台进行配置仿真，最后驻留在仿真座舱设备中。

本发明的实施应用之一是针对简单的仿真座舱设备。如图2所示是依据本发明的可重构仿真座舱设备的系统架构及实现方法的一个简单设备的实施应用方案。其中，顶层110为仿真座舱设备中单一的数码显示或LED指示灯(盒)，如现有型号的主告警灯、主注意灯、警告灯盒、信号灯面板、大气温度表、油量表等；中间层210为基本接口适配器及电源适配器，为顶层和底层提供即插即用快速连接以及为仿真座舱设备提供电源；底层310为基于无线传感器网络(WSN)智能仿真单元，是WSN的节点，可与具有通用/专用网关的高配型智能仿真单元的仿真座舱设备系统进行自组织组网，并由通用/专用网关的高配型智能仿真单元与模拟器的主控制计算机进行交联。

本发明的另一实施应用是针对复杂的仿真座舱设备系统。如图3所示是依据本发明的可重构仿真座舱设备的系统架构及实现方法的一个复杂基本航电/非航电系统实施应用方案。其中，顶层120为仿真座舱设备中基本航电或非航电控制盒，如现有型号的航电控制盒、系统电气开关板、发动机控制开关盒、发动机操作面板、机通控制盒等；中间层210为基本接口适配器及电源适配器，为顶层和底层提供即插即用快速连接以及为仿真座舱设备提供电源；底层320为基于通用网关的智能仿真单元，可通过WSN与基于无线传感器网络(WSN)智能仿真单元的仿真座舱设备进行组网，并通过网络或工业总线与模拟器的主控制计算机进行交联。

本发明的另一实施应用是针对具有任务航电功能的复杂的仿真座舱设备。如图4所示是依据本发明的可重构仿真座舱设备的系统架构及实现方法的一个具有复杂任务航电系统的实施应用方案。其中，顶层130为仿真座舱设备中具有任务航电功能的控制盒或控制面板，如现有型号中的通信显示控制面板、飞行控制操纵台、气象雷达控制盒、武器控制盒等；中间层230为扩展型接口适配器及电源适配器，为顶层和底层提供即插即用快速连接以及为仿真座舱设备提供电源；底层330为基于专用网关的智能仿真单元，可通过WSN与基于无线传感器网络(WSN)智能仿真单元的仿真座舱设备进行组网，并通过网络或工业总线与模拟器的主控制计算机进行交联，另外还可通过仿真网络控制HLA/RTO接口、通信仿真和控制网接口、数据链网络接口与其它模拟训练装置或真实设备交联，用以完成任务航电功能仿真座舱设备的仿真应用。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种可重构仿真座舱设备系统架构，其特征在于，包括：

仿真座舱设备层，包括各种仿真座舱设备，并且能够根据具体的型号以及相关模拟器仿真逼真度要求对设备进行定制及变换；

中间转接层，至少包括接口适配器、电源适配器及供电设备，用于将所述仿真座舱设备层与智能仿真单元层快速连接；

智能仿真单元层，包括由相关型号模型库中已认证的模型，所述模型经系统模型开发验证平台进行配置仿真，最后驻留在仿真座舱设备中，所述智能仿真单元层能够根据具体模拟器座舱系统的实施要求进行选配，并根据模拟器型号的设备变换需要进行模型重构；以及

主控计算机，用于连接所述智能仿真单元层，并控制智能仿真单元层与仿真座舱设备层进行数据交互。

2.根据权利要求1所述的可重构仿真座舱设备系统架构，其特征在于，所述智能仿真单元层包括基于无线传感器的网络智能仿真单元以及基于网关的智能仿真单元。

3.根据权利要求1所述的可重构仿真座舱设备系统架构，其特征在于，所述中间转接层还包括可扩展型接口适配器。

4.根据权利要求1所述的可重构仿真座舱设备系统架构，其特征在于，所述供电设备包括蓄电池。

5.根据权利要求1所述的可重构仿真座舱设备系统架构，其特征在于，所述仿真座舱设备层与所述中间转接层，以及所述中间转接层与所述智能仿真单元层通过插接件进行连接。

6.根据权利要求5所述的可重构仿真座舱设备系统架构，其特征在于，所述插接件包括模块识别标准接插单元、开关量标准接插单元、模拟量标准接插单元以及电源标准接插单元。

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