一种基于ARINC429总线的惯性导航仿真系统及仿真方法

技术领域

本发明属于航空总线的测试领域，具体涉及一种基于ARINC429总线的惯性导航仿真系统及仿真方法。

背景技术

ARINC429数据总线是军民用航空电子系统中常用的一种数据传输总线，数据信息从通信设备的发送口输出，经传输总线传至与它相连的需要该信息的其他设备的接收口。在ARINC429总线协议中规定每一个消息字包含32位比特信息,主要包括五部分：奇偶校验位(P)、符号/状态矩阵位(SSM)、数据区(DATA)、源/目标标识符位(SDI)和信息标识符位(LABEL)。在航电系统的ARINC429总线设计中，根据各种需要确定设备/系统之间信息传输所采用的具体接口类型和定义详细的数据编码格式是一项非常重要的设计工作，其设计内容最终会形成接口控制文件。

惯性导航系统是机载航电系统中的重要组成系统，其能够为飞行器提供基本飞行所必须的经纬度，高度，横滚、航向、俯仰角度和交角速度，气压高度等重要的导航信息。

在惯性导航系统的ARINC429总线接口的测试中，往往需要通过半实物仿真来完成该系统的测试工作，当前进行半实物仿真时，由于ARINC429总线数据量大，且总线中的交互式信息不容易同时更改，从而给半实物仿真工作带来效率上的影响，增加了测试系统的维护成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于ARINC429总线的惯性导航仿真系统及仿真方法，用以克服现有仿真方法由于信息不容易更改、数据量大而带来的维护成本增加的问题。

为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：

一种基于ARINC429总线的惯性导航仿真系统，包括惯性导航系统仿真控制器、数据传输与控制总线、ARINC429通讯接口、ARINC429接口适配器以及惯性导航系统仿真软件，其中，所述惯性导航系统仿真软件安装在惯性导航系统仿真控制器中，所述ARINC429接口适配器设置多个，每个ARINC429接口适配器均通过一个所述ARINC429通讯接口连接在数据传输与控制总线上。所述惯性导航仿真系统通过对应用测试环境硬件配置和接口控制文件进行数据结构映射和软件录入、编辑、存储、加载的方法，在惯性导航系统仿真软件运行时自动根据加载的硬件配置和编码协议完成仿真环境的配置，通过配置不同的接口控制文件以修改对应的编码协议。

进一步地，所述惯性导航仿真控制器用于惯性导航系统仿真软件的功能实现，并通过ARINC429总线通信接口、ARINC429接口适配器实现仿真软件与上位机之间数据信息的接收与发送；惯性导航系统仿真软件用于模拟惯性导航系统的实际数据处理过程。

进一步地，所述数据传输与控制总线设置在测试控制器的机箱中，用于实现惯性导航仿真控制器与ARINC429接口适配器的数据信息的传输和交换，以及时钟、触发、同步控制信号的传输。

进一步地，所述ARINC429总线通信接口于将上位机发送的惯性导航系统的ARINC429数据信息传送给惯性导航仿真控制器，同时用于接收惯性导航仿真控制器发送的ARINC429总线数据，并发送给上位机。

进一步地，所述ARINC429接口适配器用于实现ARINC429通讯接口与ARINC429数据总线的物理连接，保证ARINC429数据信息传输通道的畅通。

进一步地，所述惯性导航系统仿真软件包括仿真控制模块、接口控制文件编码管理模块、通道配置管理模块、通道选择模块、协议编码模块以及数据仿真模块，其中：

仿真控制模块，用于接收用户的惯性导航系统操作数据，并根据所述输入数据，完成惯性导航参数的设置与编辑。

接口控制文件编码管理模块用于将惯性导航系统的接口控制文件转化为自身能够识别的报文格式文件以方便调用，报文格式文件由协议信息组成，报文格式文件中的协议信息采用文件存储的方式，协议信息是协议编码数据结构的实例；

通道配置管理模块用于配置惯性导航系统的ARINC429通信接口的特性，包括ARINC429板卡号、通信接口号、通信接口通速率、奇偶校验方式与报文格式文件的关联，并形成通道配置管理文件；

通道选择模块用于选择仿真系统所需要使用的ARINC429通讯接口；

数据仿真模块用于将用户的惯性导航系统操作数据存入数据待编码区中；

协议编码模块用于按照ARINC429通信接口所关联的报文格式文件，对数据待编码区中的数据进行编码，并将编码后的数据根据通道选择模块发送给相应的ARINC429通讯接口。

进一步地，所述惯性导航系统仿真软件还包括显示模块和初始化模块，其中：

显示模块用于将用户的惯性导航系统操作数据传递给人-机界面，供人-机界面显示；

初始化模块用于接口控制文件编码管理模块、通道配置管理模块、协议编码模块、数据仿真模块的初始化。

进一步地，所述协议编码数据结构包括信号标号、起始位、结束位、信号名称、比例因子、符号位、数据单位或信号描述，其中：

信号标号为ARINC429字中的信号标示符；起始位、结束位为ARINC429数据有效起始、结束位置；信号名称为接口控制文件中数据域中物理名称；比例因子用于将实际物理量按比例转换为ARINC429总线的实际传输信号，符号位表示数据为正值或负值，数据单位或信号描述用于对数据的单位或信号相关信息进行描述。

一种基于ARINC429总线的惯性导航仿真系统的仿真方法，包括以下步骤：

第一步，用户通过协议编码模块提取惯性导航系统的接口控制文件中信息，并进行编辑、修改、保存操作，将提取的信息转化为报文格式文件；

第二步，用户通过通道配置管理模块的编辑、修改、保存操作，将设置后的信息转化为通道配置管理文件；

第三步，用户通过通道选择模块所选择的ARINC429通讯接口，然后运行仿真软件，仿真软件自动调用初始化模块、协议编码模块，用户通过软件的仿真控制模块相应数据进行仿真发送。

与现有技术相比，本发明具有以下技术特点：

本发明提出的仿真系统通过采取对经常变化和需要更改的应用测试环境硬件配置进行数据结构映射的方法，仿真软件运行时自动根据加载的硬件配置和编码协议完成测试环境的配置，可有效解决现有方法中总线信息不容易修改的问题，而不再需要进行重新开发和修改维护基于ARINC429数字总线的惯性导航仿真系统，使该仿真系统具备了良好的维护性，避免了航空电子系统综合试验中因惯性导航系统的ARINC429总线接口变化导致仿真系统的重复开发，降低了试验系统开发的人力成本，减少了试验系统的维护成本。

附图说明

图1为本发明仿真系统的结构示意图；

图2为本发明一个实施例的结构示意图；

图3为本发明的协议编码管理的编辑操作界面图；

图4为本发明的惯性导航系统仿真通道配置管理的编辑操作界面图。

具体实施方式

在惯性导航系统的ARINC429总线接口的测试中，往往需要通过半实物仿真来完成该系统的测试工作，因此必须研制一套基于ARINC429数字总线的惯性导航仿真系统，其主要功能是在系统的人机界面中对惯性导航系统所需数据进行输入，系统按照其接口控制文件对输入数据进行打包，形成ARINC 429数据原码，并通过内置ARINC429总线板卡在配置通道上将原码数据发送至被测系统。

参见图1，本发明提出的基于ARINC429总线的惯性导航仿真系统，包括惯性导航系统仿真控制器、数据传输与控制总线、ARINC429通讯接口、ARINC429接口适配器以及惯性导航系统仿真软件，其中，所述惯性导航系统仿真软件安装在惯性导航系统仿真控制器中，所述ARINC429接口适配器设置多个，每个ARINC429接口适配器均通过一个所述ARINC429通讯接口连接在数据传输与控制总线上。所述惯性导航仿真系统通过对应用测试环境硬件配置和接口控制文件进行数据结构映射和软件录入、编辑、存储、加载的方法，在惯性导航系统仿真软件运行时自动根据加载的硬件配置和编码协议完成仿真环境的配置，使该仿真系统具备了良好的维护性，通过配置不同的接口控制文件以修改对应的编码协议，从而减少测试系统的维护成本。

在本发明提供的惯性导航仿真系统中：

所述惯性导航仿真控制器用于惯性导航系统仿真软件的功能实现，并通过ARINC429总线通信接口、ARINC429接口适配器实现仿真软件与上位机之间数据信息的接收与发送；惯性导航系统仿真软件用于模拟惯性导航系统的实际数据处理过程；

数据传输与控制总线设置在测试控制器的机箱中，用于实现惯性导航仿真控制器与ARINC429接口适配器的数据信息的传输和交换，以及时钟、触发、同步等控制信号的传输；

ARINC429总线通信接口于将上位机发送的惯性导航系统的ARINC429数据信息传送给惯性导航仿真控制器，同时用于接收惯性导航仿真控制器发送的ARINC429总线数据，并发送给上位机；

ARINC429接口适配器用于实现ARINC429通讯接口与ARINC429数据总线的物理连接，保证ARINC429数据信息传输通道的畅通。

所述惯性导航系统仿真软件包括仿真控制模块、接口控制文件编码管理模块、通道配置管理模块、通道选择模块、初始化模块、协议编码模块、数据仿真模块以及显示模块，其中：

仿真控制模块，用于接收用户的惯性导航系统操作数据，并根据所述输入数据，完成惯性导航参数的设置与编辑。

接口控制文件编码管理模块用于将惯性导航系统的接口控制文件转化为自身能够识别的报文格式文件以方便调用，报文格式文件由协议信息组成，报文格式文件中的协议信息采用文件存储的方式，协议信息是协议编码数据结构的实例，其中：

协议编码数据结构包括信号标号、起始位、结束位、信号名称、比例因子、符号位、数据单位或信号描述，其中：

信号标号为ARINC429字中的信号标示符(LABEL)；起始位、结束位为ARINC429数据有效起始、结束位置；信号名称为接口控制文件中数据域中物理名称；比例因子用于将实际物理量按比例转换为ARINC429总线的实际传输信号，符号位表示数据为正值或负值，数据单位或信号描述用于对数据的单位或信号相关信息进行描述。

通道配置管理模块用于配置惯性导航系统的ARINC429通信接口的特性，包括ARINC429板卡号、通信接口号、通信接口通速率、奇偶校验方式与报文格式文件的关联，并形成通道配置管理文件；

通道选择模块用于选择仿真系统所需要使用的ARINC429通讯接口；

数据仿真模块用于将用户的惯性导航系统操作数据存入数据待编码区中；

协议编码模块用于按照ARINC429通信接口所关联的报文格式文件，对数据待编码区中的数据进行编码，并将编码后的数据根据通道选择模块发送给相应的ARINC429通讯接口。

显示模块用于将用户的惯性导航系统操作数据传递给人-机界面，供人-机界面显示；

初始化模块用于接口控制文件编码管理模块、通道配置管理模块、协议编码模块、数据仿真模块的初始化。

在上述技术方案的基础上，本发明进一步提供了一种基于ARINC429总线的惯性导航仿真系统的仿真方法，包括以下步骤：

第一步，用户通过协议编码模块提取惯性导航系统的接口控制文件中信息，并进行编辑、修改、保存等操作，将提取的信息转化为报文格式文件；

第二步，用户通过通道配置管理模块的编辑、修改、保存等操作，将设置后的信息转化为通道配置管理文件；

第三步，用户通过通道选择模块所选择的ARINC429通讯接口，然后运行仿真软件，仿真软件自动调用初始化模块、协议编码模块，用户通过软件的仿真控制模块相应数据进行仿真发送。

基于上述技术方案，本发明的测试系统通过采取对经常变化和需要更改的应用测试环境硬件配置进行数据结构映射的方法，仿真软件运行时自动根据加载的硬件配置和编码协议完成测试环境的配置，不再需要进行重新开发和修改维护基于ARINC429数字总线的惯性导航仿真系统，使该仿真系统具备了良好的维护性，避免了航空电子系统综合试验中因惯性导航系统的ARINC429总线接口变化导致仿真系统的重复开发，降低了试验系统开发的人力成本，减少了试验系统的维护成本。

参见图2，在本发明的一个具体实施例中，仿真控制器采用具有PCI总线的GETAC便携式工控机X500型号，数据传输与控制总线采用PCI总线，ARINC429通信接口采用GE公司CEI520通信接口卡，该卡具有8个发送端口，可完成多端口的数据发送，ARINC429接口适配器选择与CEI520通信接口卡相配的适配器，测试软件模块采用QT 5.5.1开发完成。图3、4为该仿真软件的相关操作界面。

以上实施例仅用于说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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同等替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。