CN114114959A

CN114114959A - 一种用于航电系统的快速仿真系统及仿真方法

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Publication number: CN114114959A
Application number: CN202111423579.9A
Authority: CN
Inventors: 蒋湛; 李旭东; 唐法荣; 汪亦文; 冯义飞; 乔媛媛
Original assignee: CETC Avionics Co Ltd
Current assignee: CETC Avionics Co Ltd
Priority date: 2021-11-26
Filing date: 2021-11-26
Publication date: 2022-03-01

Abstract

本发明航电系统仿真技术领域，公开了一种用于航电系统的快速仿真系统，包括至少一台工控机，所述工控机上设置有用于仿真系统所需的物理总线媒介、用于动态生成网络拓扑结构的核心控制模块以及至少搭载一台需要仿真的真实设备的仿真模块，且各个所述仿真模块相互独立。本发明还公开了一种用于航电系统的快速仿真方法。本发明通过配置的方式灵活生成网络拓扑信息，由工控机负责解析配置信息生成拓扑关系，做到灵活可适配多种系统架构。

Description

一种用于航电系统的快速仿真系统及仿真方法

技术领域

本发明涉及航电系统仿真技术领域，具体涉及一种用于航电系统的快速仿真系统及仿真方法。

背景技术

在航电设备安装到真实机载环境之前，需要在地面实验室环境下对设备和系统进行功能以及接口的验证，想要在地面实验室重建或是仿真一套航电系统，有如下难点：

成本问题：真实机载设备成本投入大，且研发周期长，一般来讲地面实验室常借助软件进行仿真；

架构问题：航电系统架构往往很复杂、庞大，设备间的交联关系千丝万缕，总线接口多种多样；

扩展和适配问题：单独为某一种或某一领域的航电设备打造一套仿真环境很容易，也有很多手段，但是这样的系统不具备通用性和扩展性。

发明内容

本发明旨在提供一种低成本、易扩展的方案，在地面实验室环境下快速重建和仿真机载航电系统及其仿真方法。

本发明通过下述技术方案实现：

一种用于航电系统的快速仿真系统，包括至少一台工控机，所述工控机上设置有用于仿真系统所需的物理总线媒介、用于动态生成网络拓扑结构的核心控制模块以及至少搭载一台需要仿真的真实设备的仿真模块，且各个所述仿真模块相互独立。

本技术方案中，将若干台需要仿真的真实设备的仿真模块划分到至少一个工控机中，各个仿真模块相互独立，若工控机有多个，通过设置分布式复合总线，为所有外围的工控机提供全量的数据链路功能，从而成为整个系统的数据节点，达到资源集中，节约成本且降低系统复杂度的目的。

作为优化，所述仿真模块通过以太网与所述核心控制模块进行数据传输。以太网为现有的成熟网络，方便搭建传输。

作为优化，多台所述工控机之间通过交联箱进行连接。如果仿真软件过多，可以设置多台工控机，工控机之间通过交联箱连接，实现仿真模块(软件)数据流的连通。

作为优化，还包括用于接入仿真设备的交联箱，所述交联箱用于接入真实设备，所述交联箱通过线缆与至少一台工控机连接。通过设置交联箱，可以做到真件(真实设备)和仿真件(仿真模块)的无缝替换，既可进行功能和接口的仿真，亦可进行功能和接口的验证。

作为优化，所述物理总线媒介包括ARINC429板卡、离散板卡以及AFDX板卡。

本发明还公开了一种用于航电系统的快速仿真方法，包括如下步骤：

S1、所述仿真模块的数据流通过网络传输到核心控制模块中进行交互；

S2、所述核心控制模块读取存储在核心控制模块中的配置文件，动态生成网络拓扑结构，同时配置唯一的链路编号给每一条数据流，使得每一条数据流都能对应正确的物理总线媒介；

S3、所述核心控制模块通过所述网络拓扑结构以及链路编号，找到每条数据流对应的物理总线媒介。

作为优化，还包括S4、若工控机设有多台，每台工控机内的核心控制模块通过所述网络拓扑结构以及链路编号，找到每条数据流对应的物理总线媒介的接口，同时，每台工控机之间通过线缆连接，形成数据流通路。

通过核心控制模块动态生成网络拓扑结构，形成相应的仿真架构。其中，所有仿真件相互之间没有直接关系，它们都通过普通以太网与核心控制软件进行交互，核心控制模块又借由其维护的网络拓扑关系信息，采用正确的物理接口(由工控机搭载的板卡提供)通过物理集成线缆与其它的工控机交互，从而形成完整的系统级数据流通路。即，将一个完整的系统改建为由一个分布式的系统。

作为优化，所述配置文件为总线之间的链路映射。

还包括S5、若真实设备存在，则所述真实设备可通过交联箱与工控机连接，同时，工控机不再设置相应的仿真模块对应的仿真模块。通过交联箱，做到真件和仿真件(软件)的无缝替换，既可进行功能和接口的仿真，亦可进行功能和接口的验证。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1.通过设置分布式复合总线，为所有外围的工控机提供全量的数据链路功能，从而成为整个系统的数据节点，达到资源集中，节约成本且降低系统复杂度的目的；

2.通过配置的方式灵活生成网络拓扑信息，由工控机负责解析配置信息生成拓扑关系，做到灵活可适配多种系统架构；

3.本发明中的设备可以做到真件(真实设备)和仿真件(仿真模块或仿真软件)的无缝替换，既可进行功能和接口的仿真，亦可进行功能和接口的验证。

附图说明

为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：

图1为某种机载航电系统架构示意图；

图2为图1根据本发明的基于分布式总线的仿真架构示意；

图3为图2中真件(真实设备)和仿真软件热替换的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例

本实施例中，所述仿真模块通过以太网与所述核心控制模块进行数据传输。

多台所述工控机之间通过交联箱进行连接，所述交联箱用于接入真实设备，所述交联箱通过线缆与至少一台工控机连接。

所述物理总线媒介包括ARINC429板卡、离散板卡以及AFDX板卡。

一种基于航电系统的快速仿仿真方法，包括如下步骤：

S2、所述核心控制模块读取存储在核心控制模块中的配置文件(各种传输协议的数据总线之间的链路映射)，动态生成网络拓扑结构，同时配置唯一的链路编号给每一条数据流，使得每一条数据流都能对应正确的物理总线媒介；

还包括S4、若工控机设有多台，每台工控机内的核心控制模块通过所述网络拓扑结构以及链路编号，找到每条数据流对应的物理总线媒介的接口，同时，每台工控机之间通过线缆与交联箱连接，形成数据流通路。

还包括S5、若真实设备存在，则所述真实设备可通过交联箱与工控机连接，同时，工控机不再设置相应的仿真模块对应的仿真模块。

交联箱可以参考“CN201711320208.1一种系统架构及配线关系自动切换装置”中的自动切换装置，这里就不再赘述了。

具体的，可配置的网络拓扑结构如下：

通过读取配置文件的方式，驻留在工控机机中的核心控制软件动态的生成网络拓扑结构，对于系统中的每一条数据流，都以唯一的链路编号与其对应，确保使用正确的总线路由该条数据流。无论系统架构如何变化，总能通过配置文件的改变与其适配，简洁而高效。

例如：429总线和以太网总线的链路映射关系如下所示，其它总线的配置原理亦同，只是其具体配置内容视情况而定。

本实施例中，分布式复合总线的理解如下：

总线复合的目的是仅保留各个仿真件的业务功能，而剥离其物理接口功能并集成到核心控制软件中，从而简化系统，节省硬件成本。

例如，如图1所示的某种机载系统架构，通过网络拓扑配置和总线集成后，形成如图2所示的仿真架构。其中，所有仿真件相互之间没有直接关系，它们都通过普通以太网与核心控制软件进行交互，核心控制软件又借由其维护的网络拓扑关系信息，采用正确的物理接口(由工控机搭载的板卡提供)通过物理集成线缆与其它的工控机交互，从而形成完整的系统级数据流通路。即，将一个完整的系统改建为一个分布式的系统。

图2中采用了两台工控机作为示意，实际应用中可采用一台工控机，亦可采用多台工控机，应视如下具体情况在功能、性能和成本之间进行取舍：

1.数据流量及工控机的处理性能；

2.工控机提供的硬件接口数量(支持多少张板卡)；

3.项目采购的板卡技术指标，整个系统数据流链路需要多少板卡支持；

如图3所示，若真实设备就绪，可通过交联箱接入仿真系统，通过将对应的仿真件去掉，即可实现真件\仿真件的热替换，无需改变网络拓扑配置，无需改变其它外围设备。真件在仿真系统中具备和在真实系统下一样的外围环境和条件，可以很方便的验证其业务功能和接口功能。

本发明旨在提供一种低成本、易扩展的方案，在地面实验室环境下快速重建和仿真机载航电系统。其核心技术手段有如下几点：

分布式复合总线：视具体情况，采用一台或多台性能强大的工控机，搭载仿真系统所需的物理总线媒介(如ARINC429，AFDX，普通以太网，离散、RS485等)和核心控制软件，为所有外围设备提供全量的数据链路功能，从而成为整个系统的数据节点，达到资源集中，节约成本且降低系统复杂度的目的。

可配置的网络拓扑结构：通过配置的方式灵活生成网络拓扑信息，由工控机负责解析配置信息生成拓扑关系，做到灵活可适配多种系统架构。

可热替换外围设备：系统中的设备可以做到真件和仿真件(软件)的无缝替换，既可进行功能和接口的仿真，亦可进行功能和接口的验证。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于航电系统的快速仿真系统，其特征在于，包括至少一台工控机，所述工控机上设置有用于仿真系统所需的物理总线媒介、用于动态生成网络拓扑结构的核心控制模块以及至少搭载一台需要仿真的真实设备的仿真模块，且各个所述仿真模块相互独立。

2.根据权利要求1所述的一种用于航电系统的快速仿真系统，其特征在于，所述仿真模块通过以太网与所述核心控制模块进行数据传输。

3.根据权利要求1所述的一种用于航电系统的快速仿真系统，其特征在于，多台所述工控机之间通过交联箱进行连接。

4.根据权利要求3所述的一种用于航电系统的快速仿真系统，其特征在于，所述交联箱用于接入真实设备，所述交联箱通过线缆与至少一台工控机连接。

5.根据权利要求1所述的一种用于航电系统的快速仿真系统，其特征在于，所述物理总线媒介包括但不限于ARINC429板卡、离散板卡以及AFDX板卡。

6.一种基于权利要求1-5所述的一种用于航电系统的快速仿真系统的仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种用于航电系统的快速仿真方法，其特征在于，还包括S4、若工控机设有多台，每台工控机内的核心控制模块通过所述网络拓扑结构以及链路编号，找到每条数据流对应的物理总线媒介的接口，同时，每台工控机之间通过线缆与交联箱连接，形成数据流通路。

8.根据权利要求6所述的一种用于航电系统的快速仿真方法，其特征在于，所述配置文件为总线之间的链路映射。

9.根据权利要求6所述的一种用于航电系统的快速仿真方法，其特征在于，还包括S5、若真实设备存在，则所述真实设备可通过交联箱与工控机连接，同时，工控机不再设置相应的仿真模块对应的仿真模块。

10.根据权利要求6-9任一所述的一种用于航电系统的快速仿真系统，其特征在于，所述总线包括适合各种传输协议的数据总线。