CN108803375A - 基于afdx总线的直升机载光电模拟操控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于AFDX总线的模拟操控系统及方法，属于机载光电操控技术领域。该系统以工控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，执行状态信息整合为一体，采用机柜式布局，包括综合显示单元、任务机模拟单元、头盔模拟单元。该系统采用AFDX总线作为操控系统外部通信接口总线，提高了通信速率和可靠性，降低了设备互联复杂度。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。同时采用基于双缓冲机制的曲线绘图方法，能够直观反映随动角度和反馈角度。

Description

基于AFDX总线的直升机载光电模拟操控系统及方法

技术领域

本发明涉及机载光电操控技术领域，具体为一种基于AFDX总线的直升机载光电模拟操控系统及方法。

背景技术

光电稳瞄吊舱是直升机平台的重要部件，具有昼夜观察、搜索以及目标指示等功能综合显示。光电稳瞄吊舱在研发和生产过程中需要对其各项性能指标及光电探测器的功能进行检测。上述功能与性能检测都需通过AFDX总线操控模拟直升机操控系统实现，因而模拟直升机AFDX总线航电操控成为必然趋势，设计一种基于AFDX总线航电操控模拟系统非常重要。

目前，适用于机载光电稳瞄吊舱的AFDX总线航电操控装置由安装AFDX板卡的工控机和航电操控软件组成，在实际生产过程中，需要对真实载机环境进行模拟，以便于测试机载光电稳瞄吊舱的性能。对于由厂商直接提供的机载光电稳瞄吊舱航电操控方法具有开发周期长、操控装置采购成本费用高等缺点。对于由厂商提供驱动层相关接口，由用户开发，存在开发和测试周期长，人力成本高等缺点。目前关于适用于AFDX的航电操控模拟方法详细技术内容未见公开报道。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种基于AFDX总线的直升机载光电模拟操控系统及方法，该系统以工控计算机为综合信息处理平台，将对光电系统发送的航电状态、操控命令、和从光电系统接收到的状态信息整合为一体。采用机柜式布局，机柜正面从上到下为液晶显示屏、工控计算机、AFDX交换机。操控模块分别为综合显示处理模拟模块、任务机模拟模块、头盔模拟模块。

本发明综合显示处理模拟模块、任务机模拟模块和头盔模拟模块为基于WindowsXP平台采用Visual C++6.0开发的应用软件模块。该软件采用模块化设计架构，包括AFDX总线数据传输模块、航电操控模块、状态反馈模块和绘图模块。其中AFDX总线数据传输模块封装了AFDX总线的命令发送和状态接收。操控模块主要由命令操控和状态解析组成。绘图模块主要包括绘制图表和绘制曲线。

本发明的技术方案为：

所述一种基于AFDX总线的直升机载光电模拟操控系统，其特征在于：包括操控模拟装置和操控模拟软件模块；

所述操控模拟装置以工控计算机为平台，将航电操控和状态显示集成于一体，采用机柜式布局，从上到下分别为液晶显示屏、工控机、AFDX交换机和若干线缆；

所述操控模拟软件模块包括航电操控模块、状态反馈模块、AFDX总线模块和绘图模块；其中航电操控模块、状态反馈模块、AFDX总线模块分别模拟机载光电稳瞄吊舱组件的航电操控单元、状态反馈单元、AFDX总线单元；

其中航电操控模块包括综合显示处理机操控模拟、任务机操控模拟和头盔操控模拟；综合显示处理机操控模拟实现光电传感器操控、光机轴校准、系统维护的操控模拟；任务机操控模拟实现随动控制、激光控制、自检的操控模拟；头盔操控模拟实现速度控制、位置控制、随动控制的操控模拟；

状态反馈模块包括综合显示处理机状态反馈模拟、任务机状态反馈模拟和头盔状态反馈模拟；综合显示处理机状态反馈模拟实现传感器执行状态、工作模式、故障信息的反馈模拟；任务机状态反馈模拟实现角报告数据、稳瞄工作状态、通讯状态的反馈模拟；头盔状态反馈模拟实现驱动数据、稳瞄数据、通讯状态的反馈模拟；

AFDX总线模块实现向AFDX总线写命令字块和从AFDX总线读状态字块的内容；

绘图模块采用曲线图方式，实现动态绘制光电转塔驱动角和反馈角。

利用上述系统实现基于AFDX总线的直升机载光电模拟操控方法，其特征在于：操控用户通过人机交互操控界面触发用户输入事件，航电操控模拟系统捕获输入事件，解释为操控命令，然后根据航电操控协议封装成符合AFDX总线串行传输的传送字块，最后写入AFDX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应光电探测器执行操控命令，并将执行状态反馈信息通过航电线缆传送到航电操控模拟系统，航电操控模拟系统从AFDX总线接口读取传送字块，然后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，最后在人机交互操控界面显示，供用户观测和监视。

进一步的优选方案，所述一种基于AFDX总线的直升机载光电模拟操控方法，其特征在于：根据航电操控协议封装成符合AFDX总线串行传输的传送字块的过程为：

第一步，加载AFDX板卡，完成AFDX底层通信链路的配置；第二步，响应操控事件，调用操控事件响应函数，根据通信协议完成相应控制字块的置位；第三步，发送数据，周期调用AFDX发送数据函数接口向AFDX总线写入控制字块数据信息。

进一步的优选方案，所述一种基于AFDX总线的直升机载光电模拟操控方法，其特征在于：根据航电状态协议解析为状态数据包的过程为：

第一步，加载AFDX板卡，完成AFDX底层通信链路的配置；第二步，接收数据，周期调用AFDX接收数据函数接口从AFDX总线读入状态字块数据信息；第三步，解析状态字块，根据通信协议完成相应状态字块的解析，完成状态显示。

有益效果

本发明的有益效果体现在以下几方面：

1)将AFDX板卡、液晶显示屏、通讯接口整合为一体，便于做各项功能检测试验；

2)提供图形化、模块化人机交互界面，软件研发与测试成本低、继承性高且具有普适性；

3)封装了AFDX总线数据传输方法，实现在AFDX总线发送航电操控命令和接收执行状态信息的功能，易于使用和推广；

4)采用结合双缓冲的动态画图机制，实时比较驱动角度值和反馈角度值，更直观且适合数据分析。且采用双缓冲技术，实现了曲线绘制过程中的无闪烁，显示效果更佳。

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3-1综显操控界面，图3-2火控操控界面，图3-3火控随动界面，图3-4头盔操控界面。

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是任务机模拟操控系统绘图算法流程图。

图8是头盔模拟操控系统绘图算法流程图。

图9是双缓冲算法流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明中的模拟操控系统由模拟操控装置和模拟操控软件组成，其中模拟操控装置以工控计算机为平台，将航电操控和状态显示集成于一体，采用机柜式布局，从上到下分别为液晶显示屏、工控机、AFDX交换机和若干线缆。模拟操控软件是指在Windows操作系统平台上开发的操控界面，该操控界面调用AFDX总线驱动，完成操控命令的发送和状态信息的接收。

如图2所示，本发明的模拟操控装置以工控计算机为核心、包括液晶显示屏、AFDX板卡、AFDX交换机、若干线缆组成。

如图3所示，操控模拟软件是航电操控模拟装置的模拟航电操控和AFDX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，实现操控命令和状态信息在各模块之间交互和传输。所述各模块包括航电操控模块、状态反馈模块、AFDX总线模块和绘图模块。分别模拟机载光电稳瞄吊舱组件的航电操控单元、状态反馈单元、AFDX总线单元。其中航电操控系统中模拟综合显示处理机操控实现了光电传感器操控、光机轴校准、系统维护命令等。模拟综合显示处理机状态反馈实现了传感器执行状态、工作模式、故障信息等状态信息。模拟任务机操控实现随动控制、激光控制、自检等命令。模拟任务机状态反馈实现了角报告数据、稳瞄工作状态、通讯状态等信息。模拟头盔操控实现了速度控制、位置控制、随动控制等命令。模拟头盔状态反馈实现了驱动数据、稳瞄数据、通讯状态等信息。AFDX总线单元实现了向AFDX总线写命令字块和从AFDX总线读状态字块的内容。绘图模块采用曲线图方式，实现了动态绘制光电转塔驱动角和反馈角，更为直观。

如图4所示，操控用户通过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，然后根据双方制定的航电操控协议封装成符合AFDX总线串行传输的传送字块，最后写入AFDX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电线缆传送到航电操控模拟装置，航电操控模拟装置从AFDX总线接口读取传送字块，然后根据双方制定的航电状态协议解析为装态数据包，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，加载AFDX板卡，完成AFDX底层通信链路的配置。第二步，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，根据通信协议完成相应控制字块的置位。第三步，发送数据，周期调用AFDX发送数据函数接口向AFDX总线写入控制字块数据信息。

如图6所示，第一步，加载AFDX板卡，完成AFDX底层通信链路的配置。第二步，接收数据，周期调用AFDX接收数据函数接口从AFDX总线读入状态字块数据信息。第三步，解析状态字块，根据通信协议完成相应状态字块的解析，完成状态显示。

如图7所示，任务机模拟操控软件绘图算法：

采用基于单文档的文档视图模型，在文档类CFcsModelDoc中定义类CSlaveData封装方位随动角、方位回报角、俯仰随动角、俯仰回报角。定义类型为CSlaveData的模板类CTypedPtrList。定义类CDataChart用来绘制图表。定义类CPolyLine用来画线。在主控类CControlDiag中定时将方位随动角、方位回报角、俯仰随动角、俯仰回报角度值以20ms的周期上报给视类CFcsModelView，然后CFcsModelView调用文档类的AddData方法去保存或读取方位随动角、方位回报角、俯仰随动角、俯仰回报角。具体是将发送的方位随动角度、俯仰随动角度、方位回报角度、俯仰回报角度添加到CTypedPtrList类型的指针列表对象m_DataList的尾部。当指针列表对象m_DataList中存储的数据个数满1000时，从列表的头部删除数据。使用视图类去绘图。从文档类中逐个读取角度值，把角度值保存到CPolyLine类中的P_HeadPoint数组中，当角度值的个数存满列表中存储的数据个数时，刷新绘图。整个刷新绘图采用双缓冲方式。在内存中定义一个显示设备对象，定义一个位图对象，建立与屏幕显示兼容的内存显示设备，建立一个与屏幕显示兼容的位图，将位图选入到内存显示设备中，在内存显示设备中绘图，将内存中的图拷贝到屏幕上进行显示。绘制曲线具体采用动态绘制方式：第一个数据点首先被绘制在显示区域的最左端(位置：0)，当第二个数据点到达时，第一个数据点需要向右移动一个单位(位置：1)，而后将第二个数据点绘制在显示区域的位置0处；依次类推，当第N个数据点到达时，其前(N-1)个数据点需集体右移一个单位，此时第一个数据点将位于显示区域的最右端。动态绘制方式得到的效果是数据点总是从显示区域的左端进入后连续向右移动。

如图8所示，头盔模拟操控软件绘图算法：

采用基于对话框的方式，定义类CGraphWnd绘制图表，定义类CPolyLine类绘制曲线。在主控类中以20ms的周期将数据点保存在CPolyLine类中的P_HeadPoint数组中，调用CPolyLine中的DrawLine方法绘图，同时刷新绘图。采用动态绘制方式。第一个数据点首先被绘制在显示区域的最右端(位置：N)，当第二个数据点到达时，第一个数据点需要向左移动一个单位(位置：N-1)，而后将第二个数据点绘制在显示区域的位置N处；依次类推，当第N个数据点到达时，其前(N-1)个数据点需集体左移一个单位，此时第一个数据点将位于显示区域的最左端。动态绘制方式得到的效果是数据点总是从显示区域的右端进入后连续向左移动。

如图9所示，双缓冲的实现方法：

为了实现曲线绘制的无闪烁，必须采用双缓冲。所谓双缓冲，就是指绘图不是直接绘制在当前设备上(前端缓冲)，而是首先创建一个与当前设备环境兼容的内存设备环境(后端缓冲)，所有绘图工作都在内存中完成，最后利用BitBlt将内存设备环境中的内容拷贝到前端设备环境，由于所有的绘图操作都是在后端缓冲区内完成的，而在屏幕上只执行一次图形操作，因而能消除由多重绘制所引起的图形闪烁。

Claims (4)

1.一种基于AFDX总线的直升机载光电模拟操控系统，其特征在于：包括操控模拟装置和操控模拟软件模块；

所述操控模拟装置以工控计算机为平台，将航电操控和状态显示集成于一体，采用机柜式布局，从上到下分别为液晶显示屏、工控机、AFDX交换机和若干线缆；

所述操控模拟软件模块包括航电操控模块、状态反馈模块、AFDX总线模块和绘图模块；其中航电操控模块、状态反馈模块、AFDX总线模块分别模拟机载光电稳瞄吊舱组件的航电操控单元、状态反馈单元、AFDX总线单元；

其中航电操控模块包括综合显示处理机操控模拟、任务机操控模拟和头盔操控模拟；综合显示处理机操控模拟实现光电传感器操控、光机轴校准、系统维护的操控模拟；任务机操控模拟实现随动控制、激光控制、自检的操控模拟；头盔操控模拟实现速度控制、位置控制、随动控制的操控模拟；

状态反馈模块包括综合显示处理机状态反馈模拟、任务机状态反馈模拟和头盔状态反馈模拟；综合显示处理机状态反馈模拟实现传感器执行状态、工作模式、故障信息的反馈模拟；任务机状态反馈模拟实现角报告数据、稳瞄工作状态、通讯状态的反馈模拟；头盔状态反馈模拟实现驱动数据、稳瞄数据、通讯状态的反馈模拟；

AFDX总线模块实现向AFDX总线写命令字块和从AFDX总线读状态字块的内容；

绘图模块采用曲线图方式，实现动态绘制光电转塔驱动角和反馈角。

2.利用权利要求1所述系统实现基于AFDX总线的直升机载光电模拟操控方法，其特征在于：操控用户通过人机交互操控界面触发用户输入事件，航电操控模拟系统捕获输入事件，解释为操控命令，然后根据航电操控协议封装成符合AFDX总线串行传输的传送字块，最后写入AFDX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应光电探测器执行操控命令，并将执行状态反馈信息通过航电线缆传送到航电操控模拟系统，航电操控模拟系统从AFDX总线接口读取传送字块，然后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，最后在人机交互操控界面显示，供用户观测和监视。

3.根据权利要求2所述一种基于AFDX总线的直升机载光电模拟操控方法，其特征在于：根据航电操控协议封装成符合AFDX总线串行传输的传送字块的过程为：

第一步，加载AFDX板卡，完成AFDX底层通信链路的配置；第二步，响应操控事件，调用操控事件响应函数，根据通信协议完成相应控制字块的置位；第三步，发送数据，周期调用AFDX发送数据函数接口向AFDX总线写入控制字块数据信息。

4.根据权利要求2所述一种基于AFDX总线的直升机载光电模拟操控方法，其特征在于：根据航电状态协议解析为状态数据包的过程为：

第一步，加载AFDX板卡，完成AFDX底层通信链路的配置；第二步，接收数据，周期调用AFDX接收数据函数接口从AFDX总线读入状态字块数据信息；第三步，解析状态字块，根据通信协议完成相应状态字块的解析，完成状态显示。