摘要：民機(jī)的顯示系統(tǒng)一直在持續(xù)更新，為了能夠更加準(zhǔn)確地對(duì)民機(jī)的航電顯示畫面進(jìn)行需求確認(rèn)，需要研發(fā)出仿真顯示系統(tǒng)，并且利用該系統(tǒng)來(lái)對(duì)顯示畫面進(jìn)行評(píng)估，以此來(lái)確認(rèn)開發(fā)的機(jī)載顯示畫面是否符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和飛行員的操作習(xí)慣。文章介紹了基于VAPSXT開發(fā)環(huán)境的航電系統(tǒng)的仿真顯示器開發(fā)，對(duì)航電顯示系統(tǒng)進(jìn)行了需求確認(rèn)。

關(guān)鍵詞：VAPSXT；民機(jī)；顯示系統(tǒng)；需求確認(rèn)方法；圖形開發(fā)工具 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：V221 文章編號(hào)：1009-2374（2015）30-0026-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.30.013

民機(jī)航電顯示系統(tǒng)目前進(jìn)入了高集成度、高分辨率和大屏幕顯示系統(tǒng)來(lái)替代傳統(tǒng)的小儀表顯示的階段。為了更為準(zhǔn)確地對(duì)顯示系統(tǒng)進(jìn)行需求確認(rèn)，需要有一套強(qiáng)大的圖形界面開發(fā)工具，在機(jī)載顯示軟件開發(fā)的初級(jí)階段進(jìn)行仿真。本文概要地介紹了使用VAPSXT進(jìn)行仿真顯示系統(tǒng)的開發(fā)。

1 航電顯示系統(tǒng)簡(jiǎn)介

顯示系統(tǒng)是航電系統(tǒng)的重要部分，主要包括主飛行控制顯示、導(dǎo)航顯示、發(fā)動(dòng)機(jī)告警顯示、多功能顯示和系統(tǒng)顯示以及對(duì)應(yīng)的顯示控制板。一般對(duì)顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求是可以將當(dāng)前飛行條件、飛行導(dǎo)引、飛行控制、導(dǎo)航及飛機(jī)系統(tǒng)的狀況清晰完整地顯示給全體機(jī)組成員，并提供控制飛機(jī)所需信息，監(jiān)控關(guān)于期望航跡的進(jìn)程，具有一定的冗余能力。在所有正常和非正常的飛行狀況下，按照飛機(jī)的無(wú)差錯(cuò)控制要求，信息顯示是準(zhǔn)確、易辨認(rèn)和可靠的，以成功完成飛行的所有基本功能。根據(jù)美國(guó)機(jī)動(dòng)工程師協(xié)會(huì)關(guān)于運(yùn)輸機(jī)駕駛艙內(nèi)顯示器的設(shè)計(jì)、安裝和操作的推薦標(biāo)準(zhǔn)，各個(gè)顯示區(qū)域顯示應(yīng)包含的內(nèi)容如下：

主飛行控制顯示（PFD）主要顯示諸如姿態(tài)、空速/馬赫數(shù)、高度、垂直速度、航向、AFS狀況、雷達(dá)無(wú)線電高度、ILS偏差。

導(dǎo)航顯示（ND）主要顯示飛行計(jì)劃中側(cè)向和縱向的信息；導(dǎo)航信息（相對(duì)于輔助導(dǎo)航設(shè)備、FMS飛行計(jì)劃和地圖數(shù)據(jù)的飛機(jī)位置）、氣象雷達(dá)信息、監(jiān)控信息。

發(fā)動(dòng)機(jī)告警顯示（ED）主要顯示發(fā)動(dòng)機(jī)信息及其主要參數(shù)、告警信息頁(yè)、限制和備忘信息頁(yè)、異常進(jìn)程記錄頁(yè)。

多功能顯示（MFD）主要顯示飛行計(jì)劃、飛機(jī)位置、飛機(jī)性能；燃料/載荷信息頁(yè)；空中交通控制（ATC）信息、監(jiān)視（SURV）信息、其他系統(tǒng)簡(jiǎn)圖頁(yè)；為自動(dòng)飛行系統(tǒng)（AFS）做備份的飛行控制單元（FCU）的數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)顯示（SD）主要溫度、時(shí)間、貨倉(cāng)壓力和飛機(jī)重量數(shù)據(jù)等；ATC信箱區(qū)；巡航信息；機(jī)艙氧氣系統(tǒng)顯示；輔助電源設(shè)備（APU）系統(tǒng)信息顯示頁(yè)。

2 VAPSXT概述

VAPSXT是一款基于PC的多功能高級(jí)軟件工具。幫助用戶快速完成航空電子設(shè)備的動(dòng)態(tài)，交互式圖形界面的開發(fā)?？梢宰層脩舯苊馐止ぞ幊?，只通過(guò)圖形界面點(diǎn)擊的方式來(lái)開發(fā)航電顯示仿真。目標(biāo)可由內(nèi)部或外部數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)。主要有以下特點(diǎn)：（1）基于PC的開發(fā)工具；（2）C++面向?qū)ο蠼Y(jié)構(gòu)；（3）易于配置和使用；（4）既適合非程序員使用，也適合專家使用；（5）易于擴(kuò)展的體系結(jié)構(gòu)；（6）既適用于仿真應(yīng)用，也適用于嵌入式應(yīng)用。

VAPS XT開發(fā)同時(shí)也符合模塊化的程序設(shè)計(jì)，整個(gè)過(guò)程由四個(gè)部分組成：顯示畫面繪制、顯示邏輯設(shè)計(jì)、通信設(shè)計(jì)和代碼生成（集成編譯）。

3 基于VAPSXT航電顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)驗(yàn)證方法

3.1 設(shè)計(jì)輸入資料整理

在進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)證之前，首先需要對(duì)設(shè)計(jì)輸入資料進(jìn)行整理，包括航空公司相關(guān)需求、相關(guān)設(shè)計(jì)支持文件（如ICD文檔、ARP4102標(biāo)準(zhǔn)、ARINC661標(biāo)準(zhǔn)）以及飛機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范。

3.2 設(shè)計(jì)方案建立

根據(jù)對(duì)設(shè)計(jì)輸入資料的進(jìn)一步細(xì)化整理，初步確定航電顯示系統(tǒng)顯示區(qū)域的劃分、字符字體的格式大小定義、各顯示單元的顏色定義（對(duì)應(yīng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)色卡代碼）、各顯示單元邏輯及運(yùn)動(dòng)軌跡定義、輸入輸出接口定義、顯示控制板布局、顯示控制邏輯，從而確定一個(gè)初步設(shè)計(jì)方案。

3.3 基于VAPSXT設(shè)計(jì)開發(fā)仿真顯示系統(tǒng)

3.3.1 開發(fā)前準(zhǔn)備。有了初步的設(shè)計(jì)方案，就能夠開始使用VAPSXT來(lái)開發(fā)顯示系統(tǒng)仿真模型。在正式對(duì)顯示畫面及邏輯模型進(jìn)行開發(fā)之前，首先需要根據(jù)設(shè)計(jì)方案對(duì)部分屬性進(jìn)行定義，主要包括：（1）顯示單位設(shè)定；（2）顯示顏色設(shè)定；（3）特殊圖元設(shè)定。

3.3.2 圖形界面設(shè)計(jì)。根據(jù)初步設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)人員首先需要?jiǎng)澐趾妹總€(gè)顯示區(qū)域圖形界面的子對(duì)象，如PFD（主飛行顯示器）中可以分為空速/馬赫數(shù)帶、高度帶、垂直速度帶、儀表著陸系統(tǒng)顯示、飛行姿態(tài)航向顯示、雷達(dá)無(wú)線電高度顯示、自動(dòng)飛行狀態(tài)顯示、飛機(jī)導(dǎo)航模式顯示等子對(duì)象。然后將每個(gè)子對(duì)象繪制成一個(gè)獨(dú)立的圖形對(duì)象，定義好圖形對(duì)象行為及屬性并進(jìn)行歸類，最終將這些圖形對(duì)象整合成為一個(gè)完整的圖形

界面。

3.3.3 顯示邏輯設(shè)計(jì)。一般根據(jù)顯示系統(tǒng)的接口定義文檔對(duì)顯示邏輯進(jìn)行設(shè)計(jì)。顯示邏輯包括顯示告警信息邏輯、簡(jiǎn)圖頁(yè)邏輯、EFIS顯示邏輯以及中央維護(hù)系統(tǒng)的顯示邏輯。

顯示邏輯可以使用VAPSXT的內(nèi)部狀態(tài)機(jī)或者內(nèi)部轉(zhuǎn)換功能來(lái)對(duì)顯示邏輯進(jìn)行編寫。通常使用VAPSXT提供的基于UML語(yǔ)言的狀態(tài)機(jī)來(lái)編寫顯示邏輯，根據(jù)系統(tǒng)/子系統(tǒng)所需要實(shí)現(xiàn)的功能來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)的劃分，同時(shí)定義事件來(lái)觸發(fā)狀態(tài)轉(zhuǎn)換和響應(yīng)。

顯示邏輯設(shè)計(jì)一般要考慮以下四個(gè)部分：

狀態(tài)：對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行的快照。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，根據(jù)系統(tǒng)/子系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的功能需求，進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)的劃分。

事件：觸發(fā)狀態(tài)轉(zhuǎn)換和響應(yīng)的條件。通常各種事件都與界面上的操作進(jìn)行關(guān)聯(lián)實(shí)現(xiàn)狀態(tài)的觸發(fā)，所有的觸發(fā)事件是由界面上的按鍵動(dòng)作、旋鈕控制、時(shí)間定時(shí)或者內(nèi)部邊界條件的跳轉(zhuǎn)產(chǎn)生。

轉(zhuǎn)換：不同狀態(tài)之間的遷移。此部分通過(guò)編輯窗實(shí)現(xiàn)，使用之前提到的VAPSXT中的邏輯功能，通過(guò)規(guī)范的表格形式進(jìn)行編程，可以很容易地實(shí)現(xiàn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。

響應(yīng)：應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)事件的觸發(fā)或狀態(tài)轉(zhuǎn)換所做的相應(yīng)的動(dòng)作或行為。

3.3.4 通信設(shè)計(jì)。VAPSXT的通信主要分為內(nèi)部通信和外部通信兩種情況。VAPSXT內(nèi)部通信主要通過(guò)數(shù)據(jù)流（Data Flow）來(lái)實(shí)現(xiàn)，而外部通信一般通過(guò)nCom通信程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.4 通過(guò)仿真對(duì)顯示系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證

使用VAPSXT仿真對(duì)顯示系統(tǒng)驗(yàn)證包含以下兩方面的內(nèi)容：

顯示邏輯的驗(yàn)證：根據(jù)ICD所定義的顯示系統(tǒng)邏輯方程，使用VAPSXT每編寫完一條顯示邏輯，實(shí)時(shí)地運(yùn)行VAPS工程及對(duì)象，來(lái)驗(yàn)證其是否能夠按邏輯定義以進(jìn)行顯示。編寫完所有邏輯之后，再次運(yùn)行工程，來(lái)整體驗(yàn)證顯示是否符合邏輯定義、是否存在邏輯間有相互沖突影響顯示的情況以及邏輯定義超出顯示范圍的情況等。

顯示人機(jī)工效的驗(yàn)證：VAPS XT中直接使用集成編譯模塊運(yùn)行，來(lái)檢測(cè)所開發(fā)顯示畫面是否符合人機(jī)工效，是否能夠正確顯示飛機(jī)飛行過(guò)程中各類狀態(tài)信息的圖形和字符；也可以檢驗(yàn)程序響應(yīng)中央控制面板按鈕命令消息的正確性，驗(yàn)證整體顯示設(shè)計(jì)的合理性、協(xié)調(diào)性以及人性化，將開發(fā)出的仿真交給用戶去評(píng)估，來(lái)驗(yàn)證其人機(jī)工效的合理性。

4 結(jié)語(yǔ)

VAPSXT以及一些類似的圖形開發(fā)軟件將從根本上改變傳統(tǒng)的航電顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)驗(yàn)證方法，能夠很輕松地實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面的設(shè)計(jì)，幫助設(shè)計(jì)人員更直觀地對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證，使整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的時(shí)間得到大大的節(jié)省，設(shè)計(jì)的可靠性也得到提高。而且VAPS使用相應(yīng)配套工具生成的代碼符合DO178B標(biāo)準(zhǔn)已被美國(guó)軍方免測(cè)試、免評(píng)測(cè)，因此設(shè)計(jì)完的軟件可以直接用于機(jī)載使用，為后期開發(fā)工作提供了便捷。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：汪亞杰（1984-），上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室工程師，碩士，研究方向：航電綜合試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

（責(zé)任編輯：周 瓊）