VAPS XT飞行数据回放系统设计方案

VAPSXT飞行数据回放系统设计方案目录摘要 第二章VAPSXT系统及飞行参数介绍2.1VAPSXT简介及其使用概论2.1.1VAPSXT简介VAPSXT是Presagis公司开发的当代动态、交互、实时和图形化的人机界面开发工具，同时它是为高级坐舱仪表设计和应用而开发的理想的人机界面开发工具，具有全新的用户可扩展的内核结构和集成的逻辑设计能力。其特点主要有：基于PC的人机界面开发工具，C++面向对象结构，易于配置和使用，同时适合非程序员和专家使用，具有易于扩展的体系结构，还能同时适用于仿真应用和嵌入式应用。在应用方面，VAPSXT有几个比较经典的应用方面：可用于飞行操作训练，基于仿真的设备与系统的展示，测试新的显示概念，基于性能的分析，人为因素分析军用和民用航空座舱显示，汽车仪表多功能消息中心等。界面和显示驱动，是仿真系统的两个主要部分，为了更有效地在显示图形的同时还能简化图形显示控制方面的工作，可以使用VAPS来制作多功能显示器的界面，以字符图形显示格式来仿真多功能显示器，同时使用VisualC++6.0构建一个后台运行的可根据实时飞行数据显示驱动程序并通过共享内存方式访问数据通道进而驱动VAPS界面中的字符图形显示。为了更好地模拟多功能显示器的行为程序被设计成实时多任务多线程结构而显示驱动程序是仿真实现的关键。这是一个含有五个具有不同优先等级的都可以挂载任务的任务线程同时通过调度线程的调度可以使得这些任务能有效执行的核心。可以以任务方式把飞行数据的实时处理和界面显示控制挂载到任务队列上调度执行，系统整体结构如图2-1所示：图2-1VAPSXT仿真系统显示驱动程序中包含有3个主要功能模块：VAPSXT通讯模块，数据处理模块。程序中可以以优先级的任务形式把关于显示刷新、网络通讯、飞行数据实时计算等操作挂载到一个可调度的多线程结构上运行。显示驱动程序使用MVC架构来构建的显示控制，针对每个多功能显示器界面VAPSXT的通讯模块中都相应地定义有一个界面类，其中包含了该界面在数据通道中定义的所有数据变量和显示控制函数。在运行期间，所有的这些界面都会在同一个仿真器中被仿真出来。仿真管理器会运作为一种任务形式来挂载到任务管理器上按要求执行。仿真界面中的对象能够在访问数据模型时得到实时飞行数据，另外还可以在访问共享内存时访问界面的数据通道中相应的变量。界面内会通过驱动图形显示来生成动态显示效果，每一个数据处理模块中都包含了多个机载设备的数据处理模型，而且每个模型都具有对于该类型数据进行计算和通讯的功能函数，从而可以服务于每个界面并对其提供飞行数据。这些模型对象也会像其他界面一样作为一种任务形式被挂载到任务线程上等待执行。通过去显示驱动的本地数据接口，就可以把那个被测试的程序与前面的显示驱动连接在一块了。通过这个方式就可以直接评估整个系统的仿真效果。2.1.2VAPSXT界面仿真的切换功能要去完成机载多功能彩色显示器的界面切换功能，应用VAPSXT中的显示原件对象CRT作为显示单元，以及用来实现按钮功能的Switch按钮,按钮的状态可输入到数据通道,在这个机制中每一个多功能显示器都有一个对应的数据通道。在VAPSXT内每一个显示界面的定义状态都在ATN内有针对的脚本,ANT（AugmentedTransitionNetwork）即扩展转换网络。这种模型是非线性模型，它对构建交互式系统和界面非常有用。应用程序状态由事件及事件引发状态组成。当事件发生时，应用程序处理事件，发生状态转换并等下一个事件到来。这种扩展转换网络，由一组状态构成，这些状态包含确定事件及转移弧。ATN模型具有下列概念：通过条件测试转换到新的状态；在转移弧上，执行响应可实现某预期功能；对应离散的输入，ATN模型会做出离散输出的响应每个状态中界面被调入的时候,ATN就切换到该界面的状态来处理按钮消息。多功能显示器的界面切换机制如下结构图所示：图2-2VAPSXT中多功能显示器界面切换PFD上包含的信息大体包括有基本的仪表界面，飞行路线以及是数字地图等，VAPSXT中含有各种图形字符元素，这些元素可以通过使用对象编辑器进行仪器仪表显示和字符显示等显示对象的制作。在VAPSXT中通过定义Properties内的相关数据到制作好的图表数据变量,并将其与之前制作好的仪器仪表的属性进行绑定,就可以通过数据通道控制显示对象。在完成以上步骤后，只需要在对应的部件的DataFlow中写入相关数据，就可以生成PFD的仿真图形，并且通过VisualStudioC++编写一个外部程序就可以实现让这个PFD文件脱离VAPSXT在外部显示。所生成的PFD仿真界面如下图2-3显示：图2-3VAPSXT内多功能机载PFD系统仿真图在VAPSXT内建立一个航空仪表仿真系统的大体思路：知道你要创建的系统是由什么部件组成的，这些部件都有着什么功能，部件间的数据是通过什么方式进行传输的。VAPSXT是一个提供了大量的图形元素的动态人机界面设计软件，通过优化设计和飞行参数的具体分析和处理，可直接完成一个仪表的仿真同时验证理论模型的准确程度，达到实时仿真的效果。2.2航空仪表仿真中的飞行参数2.2.1航空仪表仿真系统的特点航空仪表仿真系统的整个设计过程涉及到许多领域的专业知识，整个系统内部结构比较复杂。同时飞机实体是一个技术集成，结构复杂的系统。要实现这些复杂的航空仪表的仿真，那么仿真系统就应该做到以下几点：（1）数学模型复杂。通过线性和非线性微分方程，代数方程、非线性函数等组成的计算密集型的对象模型。（2）数据处理工作量大。要实时应对大量的飞机飞行数据，还有各种系统的初始条件和参数。（3）仿真实时性。这次实习的系统是一个虚拟系统，没有像油门，操纵杆，舵等硬件设备的参与，但对时间，仿真时间和现实时间的同步要求还是比较高的。（4）仿真过程动态可视化。为了加强对物理系统的直观认识，在系统完成计算的同时，把飞机飞行姿态亿图形的方式显示出来。2.2.2仿真系统中所用到的主要参数系统开始，我们需要一个能够描述飞机的运动姿态和他的飞行环境变化的图形显示。再进一步确定仿真的机型的仪表，进行实时环境下的仿真，最后为了打到能够驱动仪表系统的目的，我们需要把这些参数的实时数据加入到已经仿真好的仪表当中，并将数据与模块绑定在一块。飞机姿态控制系统的仿真参数（1）姿态角：飞机的姿态角即Euler角，反映的是飞机相对地面的姿态，其中包括机体坐标系X轴在水平面上的投影与地面坐标系X轴之间的夹角也就是偏航角Ψ、机体坐标系的X轴与水平面的夹角俯仰角θ和机体坐标系的Z轴通过与机体坐标系的X轴之间的铅锤夹角滚转角Ф。1)偏航角(方位角)Ψ：(图2-4)；2)俯仰角θ；3)滚转角(倾斜角)Ф：右翼向下时为正；（2）气动角：即迎角α和侧滑角β。1)迎角(攻角)α：飞机速度在对称面上的投影与飞机纵轴夹角。纵轴在上为正(如图2-6)。2)侧滑角β：飞机速度V与飞机对称面之间的夹角，侧滑角β在空速向量V的左边时为正。（3）航迹角：飞机的航迹角是指飞机相对与地面飞行时航迹的方向其中包括航迹倾斜角γ即仰角（飞机切线与水平面的夹角）、航迹方位角χ（飞机在水平面上的投影与X轴的夹角）和航迹滚转角µ（飞机Z轴与水平面的夹角）。1)航迹倾斜角γ。2)航迹方位角χ。3)航迹滚转角µ。以上各个飞机姿态角如下图2-4所示：图2-4飞机各姿态角显示飞行动力运动学模型主要完成飞机六自由度刚体运动方程的解算，飞机在飞行过程中受到各种力和各种力矩如重力，发动机推力等作用同时再加上飞行动力运动学模型主要完成6自由度刚体运动方程。系统可以算出集体坐标系下的现价速度和叫价速度，在通过几分产生飞机的真实，有了这两个量，我们还可以根据系统的转换关系求出飞机的飞行状态量。并通过系统内部的连接网络把之前求的的真实速度和飞行状态量传输到仪表系统中，实现飞行状态的模拟工作。航迹想定中其他飞行参数在整个航行过程中，还有其他很多飞行参数。如地速（GroundSpeed）：用于描述飞机相对地面物体的速度；真空速（TrueAirSpeed）：即真实空速，是表示飞行器飞行时相对于周围空气运动的速度，其缩写形式为TAS，用符号VT表示；除了上述部分速度参数以外还有诸如无线电高度（RadioAltitude），大气压高度（PressureAltitude），偏流角，惯导计算高度（PressureAltitude），修正气压高度（BaroCorr.Altitude），垂直速度（AltitudeRate），惯性垂直速度（nertialVerticalSpeed），南北偏航速度（N-SVelocity），东西偏航速度（E-WVelocity），襟翼角度（FlapPosition），航段，空地电门，主警告，自动驾驶警告，自动油门警告，左发火警，右发火警，轮舱火警，APU火警，抖杆警告左、右，航道选择，航向选择，高度选择等各个方面的飞行参数。2.3PFD（PrimaryFlightData）开发过程综述VAPSXT在开发虚拟仪表设计过程中，在VAPSFormat进行界面设计，在Properties界面中设置每一个部件，在DataFlow界面中完成关联操作，通过帮顶部件间的关系，实现系统整合。这个开发过程主要有分成3步，首先，在Format界面中把所需要的如ADI，AI，VSI等部件画好，并且组合成模块，然后在Properties中设计你所需要的如颜色，数值，显示方式等定义属性，并通过DataFlow来实现部件间的关联，例如我要实现ADI在变化的过程中VSI也跟着变化，具体是要实现哪种变化由设计者来定义，最后通过VC++来编写一个程序实现从外部控制VAPSXT内的PFD的变化状态，使其能根据外部输入的飞行数据来实时变化。从而达到飞行数据回放的目的。本节中主要介绍VAPSXT内PFD开发执行程序的过程。这是一个交互循环的过程，如图2-5所示。在加入了这个程序所需要的图形文件后，需要去完善各个图形文件的功能描述，这个过程可以通过生成C代码来实现，并在Format界面下可以实时检测功能是否已经实现，如果结果并不理想，可以通过Properties和DataFlow界面来重新定义属性和进行新的连接。图2-5VAPSXT程序开发框图绘制和描述程序所需的部件：根据所用仪表的模型结构，分别进行设计。以PFD为例，首先设计的应该是俯仰指示器（pitchladder）,HUD水平线（HUDWaterline），航向角（Heading），空速指示器（AirSpeedIndicator）以及高度指示器（AltitudeIndications）等部件。各个部件的设计方式是可以自己选择的，VAPSXT内有部分经过图形处理得到的光栅图或者纹理，也可以自己进行手工绘制。打开工程窗口，在窗口左边有部件的树状结构图，根据具体要求改变各个子部件在树状图里的顺序既可以改变图层顺序。PFD的树状结构图如下图2-6所示图2-6PFD的树状结构图参考相关的飞行以手册来设定部件间的连接或者部件与数据间的连接，部件间的连接是严格按照原理图尺寸的，位置也是规定的。部件与数据间的连接是根据不同的功能要求去设定的。以制作PFD为例的话，其原理如图2-7所示图2-7PFD原理参考图PFD各部分功能参考自动驾驶飞行指引系统AFDS（AutopilotFlightDirectorSystem）滚转模式：自动驾驶系统只能在起飞后到降落前这段时间内使用，根据不同阶段的需求，AFDS通过控制自动油门系统来控制发动机的推力。空速指示器（AirSpeedIndications）：展示空中数据参考系统ADRS（AirDataReferenceSystem）中的空速信息以及其他与空速相关的信息。高度，转向混合指示器：展示惯性参照系统IRS（InertialRefernenceSystem）中的高度信息。自动驾驶、飞行指导系统状况：告知飞行员当前飞行模式。高度指示器（AltitudeIndications）：展示空中数据参考系统ADRS（AirDataReferenceSystem）中的高度信息以及其他与高度相关的信息。垂直速度指示器（VerticalSpeedIndication）：展示空中数据参考系统ADRS（AirDataReferenceSystem）中的垂直速度和其他与垂直速度相关的信息。2.4本章小结本章首先介绍了VAPSXT软件的具体使用方法和功能，我们了解到了VAPSXT这款软件不但便捷，而且实现的功能齐全。并基于这个系统我们开始设计了PFD仪表系统。飞机的飞行参数繁多且复杂，但在VAPSXT平台上，我们通过设计PFD来计划飞行参数的重现，我们可以看出在PFD上，飞行参数不再是那么复杂，而是井然有序的，PFD界面简洁而且功能强大。本章最后列出了PFD上几个基本模块的功能。第三章VAPSXT中系统详细设计前面的内容我们完成了部件的大体结构的摆放以及其功能分析，一个基本的PFD需要高度计，机身姿态仪，空速指示器，定位器（localizer），滚转指示器，垂直速度指示器，高度方向指示器，航向指示器以及其他一些小数据部件等组成的，本文针对以上各个部件的构成进行分析，但某一个部件的制作完成，仅仅是完成一个部件的外观设计，并没有给部件定义属性，并没有给PFD系统该有的运动规律，也就是说之前设计的程序只是一个界面，此时需要去给每个部件定义属性。以后才能在加入激励信号的时候驱动起这个仪表模拟系统。3.1PFDAirSpeedIndications空速指示器之前说过空速指示器是一个展示空中数据参考系统中的空速及其相关的信息的仪器。如下图3-1所示图3-1ASI模型图其中各个部分的功能说明如下：设定速度（自动飞行模式中）：展示在模式控制板MCPIAS/MACH串口中设定好的飞行速度。速度趋势箭头：指示器基于当前加速度或减速度预计在接下来的10秒后飞机的空速。当前空速：当前飞机飞行的速度。当前马赫数飞机最大速度飞机最大可操纵速度设定空速指标点：总是指向设定空速的位置，当设定空速失衡是，这个指标点就会指到空速指示器的最高点或最低点，并且只能看到它的一半。空速指示器在VAPSXT中的模型如图3-2所示图3-2空速指示器在VAPSXT内的模型显示通过设置程序的Properties（如图3-3所示）来定义程序的动作属性：图3-3空速显示器的定义属性通过设置程序的DataFlow（图3-4所示）来确定空速指示器的相关函数。图3-4空速指示器的关系函数3.2PFDAttitudeDirectionIndications高度方向指示器（ADI）高度方向指示器如下图3-5所示：图3-5ADI模型图倾斜飞行指针。侧滑指示器：展示在倾斜飞行指针下方，由白色填充，当飞机的侧滑角到达或者大于35度时，将由琥珀色填充以提醒飞行员侧滑角过大。俯仰限制指示器：当襟翼没有上升，或者当襟翼已经上升了，但速度过低的情况下将会提醒飞行员地平线与俯仰测量。倾斜飞行测量：当飞机倾斜飞行时显示的滚转角。飞机模型。用于模拟当前飞机姿态。ADI高度方向指示器在VAPSXT中的模拟仿真如下图3-6图3-6ADI高度方向指示器在VAPSXT中的模拟仿真通过设置程序的Properties（如图3-7所示）来定义程序的动作属性：图3-7高度方向指示器的定义属性通过设置程序的DataFlow（图3-8所示）来确定高度方向指示器的相关函数。图3-8高度方向指示器ADI的相关函数3.3PFDAltitudeIndications高度指示器高度指示器如下图3-9所示：图3-9高度指示器模型图指示器中各个部分的含义说明：设定高度指标点：展示在MCP窗口中设立好的只是高度。当飞机飞行高度失衡是，这个指标点会出现在指示器最顶端或最低端，并且只能显示一半以提醒飞行员。高度趋势指向：指示器根据当前垂直速度来推算出6秒后的飞行高度趋势。设定高度（米）。设定高度（英尺）。当前高度（米）。当前高度（英尺）。高度指示器AI在VAPSXT平台上的模拟仿真如下图3-10。图3-10高度指示器在VAPSXT上的仿真通过设置程序的Properties（如图3-11所示）来定义程序的动作属性：图3-11高度指示器在VAPSXT中的定义属性通过设置程序的DataFlow（图3-12所示）来确定高度指示器的相关函数。图3-12高度指示器在VAPSXT内的相关函数3.4PFDVerticalSpeedIndications垂直速度指示器垂直速度指示器如下图3-13所示。图3-13垂直速度指示器指示器中各部分显示功能说明：垂直速度指针：指示当前垂直速度预设垂直速度指标点：指标点所在位置为在MCP窗口中预设的垂直速度。当前垂直速度：当飞机垂直速度大于400英尺时，垂直速度指示器显示当前垂直速度。垂直速度指示器在VAPSXT中的模拟仿真如下图3-14所示。图3-14垂直速度指示器在VAPSXT上的模拟仿真通过设置程序的Properties（如图3-15所示）来定义程序的动作属性：图3-15垂直速度指示器在VAPSXT中的定义属性通过设置程序的DataFlow（图3-16所示）来确定垂直速度指示器的相关函数。图3-16垂直速度指示器在VAPSXT中的相关函数3.5各个部件间的相互联系设计的程序一般都不是孤立的，在仪表和仪表之间经常需要进行通讯或者执行某种操作，有时是一台机器上的不同仪表之前通讯，或者不同机器之间的仪表进行通讯。我们把经由VAPS开发的仪表之间的通讯统称为VAPS内部通讯。在VAPSXT内，程序间是共享内存的。通过在VAPSXT内设定nCOM是可以编程的，在程序内创建一个精确的相关函数，使两个程序能共用这个函数，再把这个函数插入到主程序中，就可以实现两个子程序间的相关了。3.6本章小结这章我们主要是研究了整个仪表系统在PFD的相关性基础技术的理解上，如何去配置每个部件的性能。首先具体的分析了PFD上的主要的部件的组成及功能。并对各个部件所能显示的飞行参数进行了较为详细的解析。详细的介绍了PFD的制作过程，列举了各个程序的定义属性及相关函数。最后粗略的分析了各个程序间是怎么进行相互联系的，通过各个子程序间的联系，最终实现虚拟仪表系统的模拟仿真。第四章飞行数据回放功能实现4.1数据通讯功能的实现QAR（QuickAccessRecorder）即快速存取记录器。由于飞机上的黑匣子的的数据在一般情况下是不能读取的，而QAR所记录的数据是可供平时飞行分析使用的，所以，本次系统设计将采用QAR里的数据进行飞行数据回放功能的实现。表4-1是2012年6月4日从成都飞到上海一航班由QAR记录的部分数据：表4-1部分QAR数据飞行日期时间PresentPosLatPresentPosLongTrackAngleTrueGSTrueAirspeed(TAS)headingpitch2012/6/49:1730.57833333103.94666672203.545220-0.72012/6/49:1730.57833333103.9466667220445220-0.72012/6/49:1730.57833333103.9466667220445220-0.72012/6/49:1730.57833333103.94666672204.545220-0.72012/6/49:1730.57833333103.94666672204.545220-0.72012/6/49:1730.57833333103.9466667220545220-0.72012/6/49:1730.57833333103.9466667220545220-0.7正如上表所示，飞行数据中的各个参数的记录频率是一秒一次，那么回放系统对各飞行参数的回放频率也应该是一秒一次的。利用VAPSXT可以通过VisualC++来完成仪表驱动和数据通讯以及VAPS程序可被C++语言控制的特性，创建一个C++程序来实现控制PFD的功能，同时在C++内编写一个UDP程序。使控制程序能在设定时间段内根据给定的飞行参数来更新飞行数据，完善PFD的飞行数据回放功能。利用VisualC++软件编写的程序并建立去UI界面应该如图4-1所示：图4-1控制PFD的VisualC++的UI界面以上UI所实现的功能主要是打开装有飞行数据的航迹想定表，通过写入本地端口，目标IP，目标端口3个网络连接参数实现Visualstudio与VAPSXT间的连接。点击加载按钮可以加载想要载入VAPSXT内的文件，初始化实现连接。在VAPSXT内设置Connetion与Mapping，并与VisualC++内的网络连接参数一致，就可以实现在VAPSXT内读取外部文件的功能。在PFD的工程内新建一个Buffer来对数据进行接收和发送，把数据发送到之前建好的PFDFormat内，通过设置DataFlow里面的部件连接关系以及数据与各个部件间的表达关系，使PFD仪表仿真系统跟随着航迹想定表中的数据变化，从而实现飞行数据回放的目的。4.2演示系统当飞机处于待机阶段时，飞行数据并没有开始记录，PFD上的内容也是静止的。但由于在787的ASI中当空速低于45节的时候，是不显示的，所以ASI的初始值为45，如图4-2所示：图4-2飞机处于待机阶段的PFD状态当飞行数据输入，也即飞机开始出航，飞行参数就会根据起飞，爬升，巡航，下降，着陆各个阶段的发生实时变化。当飞机处于起飞阶段时，PFD上的显示如图4-3所示。图4-3起飞阶段的PFD显示在飞机处于爬升阶段时，处于加速前进状态，回放显示如图4-4所示：图4-4飞机处于爬升阶段时PFD中的显示当飞机处于巡航阶段时，飞机中PFD如图4-5所示：图4-5飞机处于巡航阶段时PFD中的图动态显示当飞机处与下降阶段时，飞机中PFD的显示如图4-6所示：图4-6飞机处于下降时PFD的显示当飞机着陆时，速度低于45节不显示，所以PFD中的显示如图4-7所示：图4-7飞机处于着陆阶段时PFD的显示4.3本章小结本章主要讲述了如何通过VisualStudio软件实现VAPSXT与外部文件进行数据连接，讲述了软件基本的网络连接方式。数据连接后，通过设置VAPSXT中的DataFlow，实现数据由数字显示转换成图形显示，并且在每个时刻，飞机的姿态以及飞行状态都得到具体的图形显示，使飞行数据回放更加具体化，逼真程度更高，对后续的飞行数据分析有了较大的帮助。第五章结论在这次学习和研究中，从了解基本的航空仪表功能做起，在研究和借鉴其他航空仪表系统设计及开发方案的基础上，本文就导航仪表系统中PFD的开发进行了初步的研究，学习到的主要如下：1.在对整个导航仪表系统分析的基础上，明确了导航仪表系统的功能和性能要求，基本确立了开发PFD的整体方案和流程。开发过程主要在VAPSXT平台上进行的，并在VC++环境下编译了VAPSXT实现内部与外部连接的UDP网络连接。2.对PFD中各个部件如ADI，VSI，AI等进行详细的学习，加深了我对PFD理解。3.在建模的工作过程中总结了建模的经验，在了解软件技能的基础上，学会了优化建模的方法和提高模型实时显示的技术。4.通过对此系统的测试证明，本仪表系统基本能满足飞行数据回放预定的功能要求和性能要求。本文总的来说是对飞行数据回放模拟器仿真仪表系统实现方法的探索和初步确定，所开发的仿真航空仪表系统成功的应用。虚拟仪表系统的开发是一项十分复杂和耗时的工作，涉及到许多航空相关的知识合计数，由于时间限制，本文还存在许多缺憾和不足。在这个基础上，我觉得可以改进的几个方面是在准确度和逼真度上，在功能上也可以加入ND以及其他一些如自动飞行提示等功能的部件。由于时间限制，本文的动作重点设定在PFD的软件开发上，希望能有机会再进一步完善仿真导航仪表的各项功能，增强自己对航空电子仪表的知识。参考文献 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BasedonVAPSXTTaoLinDepartmentofNO.IOChengduAircraftResearchandDesignInstituteChengdu610041,ChinaE-mail:lintao_cd@163.comAbstract-AirbornedisplaydeviceswerepastsimulatingbasedonVisualC++andOpenGL,whichwasacomplexprogrammingandgraphicdesignprocess.VAPSXTsimulationtoolswillfundamentallychangethedevelopmentprocessofhuman-machineinterface,andcanreducesthedesigncostsandshortensthedesigncycle.Inthispaper,theenvironmentofmultifunctionaldisplaydevicesimulationsysteminspacecraftbasedcockpitdisplayhumanmachineinterfacewithfunctionofinteractionwasbuiltthroughthecombinationofVC++2005andYAPSXTplatform.ThecommunicationbetweenthecontrolprogramandthedisplayprogramwasachievedbyusingnCom.Theexperimentalresultsshowthathissystemishighlyversatileandextendableandallowstobeestablishedflexiblyandrapidlyinaccordancewithdifferentneeds.Keywords-humanmachineinterface;VAPSXT;nCom;sharingmemory1.INTRODUCTIONWiththedevelopmentofaviationtechnology,thereisagrowingincreaseinthenumberandcomplexityofairbornedisplaydevices,actingasthehuman-machineinterface(HMI),theairbornedisplaydevicesfullyrealizebeingelectronicandintegrated,itreplacesorcomplementsthemoretraditionalmechanicaldisplaydeviceswiththedigitalvirtualdisplaydevices.ThisevolutionismotivatedbytheflexibilityofthemultifunctionalairborneDisplaysystem:itcaneasilysupporttheclassicfeaturesofairbornedisplaydevicesbutarenotlimitedtoaspecificcomponentlayout.Beyondthisextraconfigurability,italsoenablesthedesignofinnovativeandhighly-specificinterfacesthatwouldnotbeotherwisepossible.Inthepast,airbornedisplaydevicesaremostlysimulatedbyusingVisualC++andOpenGL,apracticewhichrequirescomplexprogrammingandgraphicdesignandthusresultsinaheavyworkload.Moreover,thereliabilityandcredibilityofthesoftwareisalsoquestionable,andthelaterseconddevelopmentandmaintenanceworkarealsoturnedouttoberelativelydifficult.[1~5]Duetotheaboveanalysis,inthispaper,weintroducethedesignandrealizationoftheairbornedisplaydevicesimulationsystemthatisconstructedwiththeuseofVAPSXT3.0andVisualC++2005onWindowsXPplatform.Thissystemnotonlyreplacesthefunctionoftraditionalelectromechanicaldisplaydevice,suchasADI,Altimeteretc,butalsoreducesthedesigncostsandshortensthedesigncycle,therebyplayinganimportantroleinincreasingthespeedforthedesignandrealizationoftheairbornedisplaydevicesimulationsystem.II.VAPSXT[1,2,6]VAPSXT,whichisdevelopedandproducedbyPresagisTechnologiesInc,isacockpitinstrumentandhumanmachineinterfacedesignsoftwaretool,whichcanrunonWindowsorUnixbasedplatformsandotherplatformsandwhichisdedicatedtothedevelopmentofmodemhighperformanceelectronicequipmentapplications.VAPSXTisapowerfultoolfordesigning,testing,andimplementinggraphicalobjects.InVAPSXT,youfirstcreateasetofObjectsthathaveaspecificgraphicalrepresentationandbehavior.TheseObjectsbecomea"styleguide."TheHMIdesignercanthenplacetheObjectsyoucreatedinthestyleguideinadisplay(aFormat)andsettheinteractivitybetweentheObject'spropertiesorevents.TheObjectscanbeprimitives(lines,circles,triangles,etc.),graphicalcontainers,inputObjects,orbuiltObjectsthathavepredeterminedgraphicalattributessuchascolor,line-styles,fonts,andpatterns.VAPSXTcomeswithmanystandardObjects(figure1showsahorizontalsituationindicator),andyoucanusethemasbuildingblocksforyourownObjectsorinaFormat.Andyoualsocansettheirbehaviorbyusing"statechartproperties"or"internaltransitions"toproducevariousrequiredinstrumentationobjects,andachieveadataconnectionwiththeinsidethrough"dataflow"andtheoutsidethroughthethird-partnComorbufferchannelmechanism,whichcanachievenetworkaccessthroughthedevelopmentoftheinterfaceandthusrealizethesimulationofvarioushigh-speeddatabus.Differentfromothertypesofgraphicdesignsoftware,VAPSXTdeliversalotofworktoC++codegeneratortocomplete.ByconvertingelectronicinstrumentationobjectsandotherfilesintoC++codeandusingVisualC++editortoedit,executablesorDLLarefinallygenerated.FigureI.Ahorizontalsitnationindicator,whichcontainssomestandardelementsinYAPSXT,suchasRotTicks,DialCircular,Line,svgPolygon,SimpleGroup,TransformGroup,etc.TheVAPSXTdevelopmentenvironmentiscomprisedofthefollowingfivecomponents[1,2,6].(1).OE(ObjectEditor):InOE,graphicsareachievedthroughtheuseofgraphicdesigntools.Whentheworkofgraphicdesignisfinished,choosegraphicsofdifferentdynamicobjectsthatareneededtobegeneratedandusegeneratorsfordifferentobjectsprovidedbyVAPSXTtodefineitsdisplayfunctions.Theseobjectsincludeinputobjects,suchasbuttons,bitmapsandmenus,andoutputobjects,whichincludethedashboard,scaledisplay,textandlightingandsoon.IftheobjectdefinitionprovidedbyYAPSXTcan'tmeetthedemandsofvirtualinstruments,morecomplexcomponentscanbegeneratedthroughthefreecombinationofobjects.(2).IE(IntegrationEditor):IEprovidesanenvironmentwheretheconnectionbetweendataandtargetsaswellasthedataoperationwithintheVAPSXTenvironmentaregivenadetailedinstruction.Forexample,transferthefinishedobjectsorgraphicstoVAPSXTIE,andembedVAPSXTIEwiththerequiredcorrespondingchannelandcarryoutcomplexfunctioneditinandatthesametimeitisalsoallowedtoconductdataandstatemanagementonallobjectsandlogicstateconversion.TheIEoperationismainlyaimedatgraphicelementmanagement,dataaccessmanagementandformulaeditormanagement.(3).SE(StateChartDiagramEditor):SEusesformeditor,anddefinescomplexandsoundlogicrelationship,anddealswithincidentsthroughtheconversionofthestate.Whentheestablishmentofgraphicfilesandthechanneliscompleted,itisallowedtoswitchSEwindowtohandletheconversionworkoflogiccontrol.WithintheSEwindowformeditor,thestatelogicconversationrelationshipisdevelopedthrougheditingoptions.Theitemsthatareallowedtobeeditedinclude:state,incidents,incidentresponseandconversionandsoon.(4).RE(RuntimeEditor):REisthetestingandoperatingenvironmentforYAPSXT,allowingmakingthedisplayintotheanimationtobeoperated.Afterdevelopinggraphics,dateconversion,managementdirectivesandlogicconversionforVAPSXT,itisallowedtotestthedisplayintheREofVAPSXT.Ifanychangesincertainaspectsofthedisplayareneeded,usersalsocanreturntostatesofOE,REandSEtore-edit,andthenrepeatthetesting.(5).TheVAPSXTCODEnGENisusedtocreateC++codefromapplicationsyoudesigninVAPSXT.ThiscodecanbeusedtobuildstandaloneexecutablesorDLLforuseontargetplatformsthatdonothaveVAPSXTdevelopmenttoolsinstalled.Youcanintegrateyourowncodetothesefiles,adaptingthemtoyourownneeds.TheVAPSXTdevelopmentenvironmentisshowedinfigure2.Figure2.TheYAPSXTdevelopmentplatform.III.SIMULATIONSYSTEMDESIGNANDREALIZATIONThemultifunctionairbornedisplaydevicesimulationsystemisacomplicatedsystemthathasanumberofparts,includingthedesignofHMIbyusingVAPSXTplatform,communicationdesignwiththeinsidethrough"dataflow"andtheoutsidethroughthethird-partnComorbufferchannelmechanism,andcontrollogicdesignbasedonVC++.Figure3showstheworkflowofmultifunctionairbornedisplaydevicesimulationsystembaseonYAPSXT.Figure3.Theworkflowofmultifunctionairbornedisplaydevicesimulation

systembaseonVAPSXTHMIDesignInYAPSXT,itcomeswithmanystandardobjects(ADI,Image,svgPath,triangles,etc.).Moreover,youcanusethemasbuildingblocksforyourownObjects,andthenyoucanplacetheobjectsyoucreatedinadisplayandsettheinteractivitybetweentheobject'spropertiesorevents.AndthesedisplayscanbefreelycombinedtoachieveamoreHMIwant.SomeHMIsshowasfollows.Figure4.Onedisplayofmultifunctionairbornedisplaydevicesimulation

systemLogicDesignThebehavioroftheobjectsinmultifunctionairbornedisplaydevicesimulationsystemissetbyusing"statechartproperties","internaltransitions"and"dataflow"."Dataflow"achievesassignmentfromsourcetodestination."Internaltransitions"achievesimplelogicdesignbasedoneventtriggers.Accordingtotriggers,"statechardiagram"achievemorecomplexlogicdesign.Figure5.Complexlogicdesignbasedon"statechardiagram"CommunicationDesignHMIisnotisolated.Itmustinteractwithotherdataapplications.VAPSXTprovidesthedata-drivenchannelbasedonthird-partnCom,whichcanachievenetworkaccessandsharingmemoryaccessthroughthedevelopmentoftheinterfaceandthusrealizethesimulationofvarioushighspeeddatabus.1)CommunicationdesignofVAPSXT.VAPSXTinternalcommunicationconsistsofthreesteps:a)Createadatastrncture,whichisthebasisofcommunication.VAPSXToffersawiderangeofdatatypes,suchasinteger,character,structureandotherdatatypes.Datastructurefileis*.dd,whichisbasedonXMLsyntax.b)Establishaconnection.Setconnectionnameandconnectiontype,whichconsistsofsharingmemory,TCP/IPandUDP/IPprotocol,memoryidentifierandthemaximumnumberofbytesofsharingmemory.c)Establishamapping.Setmappingname,IOBuffername,data-exchangefrequencyandconnectionname.2)Communicationdesignofcontrolprogram.ControlprogrambasedonVC++2005readsdatafromdata-linktodrivegraphobjectsinHMI.Thekeycodeshowsasfollows://calldatastructurefileg_pQOSSystem->NormalizePath(const_cast<char*>("DataStruct.dd"));//callconnectionftleg_pQOSSystem->NormalizePath(const_cast<char*>("Connections.xml"));

//getsomeinformationinconnectionftle_ConLoader.pGetProperties("nameofconnectionfile");//getpointerpointingsending-buffer_pMessage->pGetDataO;//senddataSendMsg(*_pMessage);IV.CONCLUSIONVAPSXTsimulationtoolswillfundamentallychangethedevelopmentprocessofHMI,andcanreducesthedesigncostsandshortensthedesigncycle.Therefore,programmerscandisentanglefromtheheavyworkloadofcomplexprogrammingandgraphicdesign.Themultifunctionairbornedisplaydevicesimulationsystemusesasimulationmethodthatisdifferentfromthepast,anddesignsandproduces,underVAPSXTplatformandVC++2005environment,andthissystemishighlyversatileandextendableandallowstobeestablishedflexiblyandrapidlyinaccordancewithdifferentneeds.REFERENCES[I]ZHAOFang,HANLiang,GONGGuang-hong,etc.DesignandRealizationofIntegratedDisplayTerminalSimulationSystemforAnnoredCombatVehicleTrainingSimulator[J].JournalofSystemSimulation,2008,20(19):5208-5213.[2]WANGDayong.TheDevelopmentofVirtualAircraftInstmmentsBasedonVAPS[0].Harbin:HarbinInstituteofTechnology,2006.[3]XUJian-ming,WANGYong,ZHOUJian-liang.SimulationofAirborneMulti-functionDisplayBasedonVAPS[J].ElectronicsOptics&Control,2005,12(3):36-39.[4]DONGDa-yong,YUANXiu-gan,WANGLi-jing.SimulationofFight-taskBasedCockpitDisplayHumanMachineInterface[J].JournalofSystemSimulation,2007,19(2):678-680.[5]PENGYan,XUZeng-zeng,SHENLei.Multi-FunctionDeviceInterfaceBasedonYAPS[J].SoftwareTechnique,2006,25(3):90-92.[6]PresagisCanadaInc.and/orPresagisUSAInc.YAPSXTUser'sGuide(3.0)[M].PresagisCanadaInc.and/orPresagisUSAInc,2009.外文翻译资料译文论文出处：2013年中国沈阳国际机械电子科学，电子工程与计算机会议；日期：2013年10月20日至22日。基于VAPSXT的多功能记载显示设备模拟仿真陶林第十部门程度飞机调研与设计协会成都610041，中国邮箱：lintao_@163.com摘要Abstract-Airborne显示设备的模拟在过去都是基于Visualc++和OpenGL完成的,这是一个复杂的编程和图形设计过程。VAPSXT仿真工具将从根本上改变人机界面的开发过程,并且可以降低设计成本,缩短设计周期。在本文中，多功能显示器仿真系统在航天器内基于座舱显示的功能与互动的人机界面的环境是通过结合vc++2005和VAPSXT平台创建的。通过使用nCom来完成控制程序和显示程序之间的通信。实验结果表明,他的系统是非常全能的和可扩展的,并能够按照不同的需求快速灵活的既定。关键词-人机界面;VAPSXT;nCom;共享内存Ⅰ.介绍随着航空技术的发展,机载显示设备持续增长的数量和复杂性,作为人机界面(HMI),机载显示设备完全实现电子和集成,以数字虚拟显示设备取代或完善更为传统的机械显示设备。这种演变是出于多功能机载显示系统的灵活性:它可以很容易地支持机载显示设备的典型特征但不限于一个特定的组件的布局。除此额外的可配置性之外,它还使创新的非常特有的界面的设计成为可能。在过去,机载显示设备的模拟大多是使用Visualc++和OpenGL,这种做法需要复杂的编程和图形设计,从而导致巨大的工作量。此外,软件的可靠性和确实性也有问题,以及往后的二次开发和维护工作也被证明是相对困难的。由于上面的分析,在这篇文章中,我们介绍了机载显示装置仿真系统的设计与实现是借助于WindowsXP平台上的VAPSXT3.0和Visualc++2005。这个系统不仅取代了传统机电显示器的功能,如ADI、高度计等,但也降低了设计成本,缩短了设计周期,从而在加速机载显示装置仿真系统的设计和实现中扮演着重要角色。Ⅱ.VAPSXTVAPSXT,是由Presagis技术股份有限公司研发生产的,是座舱仪表和人机界面软件设计工具,它可以运行在Windows或Unix平台和其他平台,致力于现代高性能的电子设备的应用程序的发展。VAPS

XT是一个功能强大的设计、测试和实现图形对象的软件。在VAPSXT,您首先创建一组有特定的图形表示和行为的对象。这些对象成为一个“设计指南“。人机界面设计师可以把对象设立在显示(设计板块)中设计指南里并设置对象或事件间的呼互动性。对象可以是基本物体(直线、圆、三角形、等等),图形容器,输入对象,或建立预定的图形属性的对象,如颜色、线条样式,字体,和模型。VAPS

XT有许多标准对象(图1显示了一个水平情况指标),你可以把它们作为你自己的构建板块或用于一个设计版式。你也可以通过使用“状态表属性”或“内部转换”来设置他们的行为来生产所需的各种仪器对象,并实现一个通过“DataFlow”与内部的数据连接和通过第三方nCom或用可以通过界面的开发来完成网络连接,从而实现各种高速数据总线的仿真的缓冲通道机制来实现与外部的数据连接。不同于其他类型的平面设计软件,VAPSXT提供很多工作要c++代码生成器来完成。通过将电子仪表对象和其他文件转换为c++代码并使用Visualc++编辑器进行编辑,最后生成可执行文件或动态链接库(DLL)。图Ⅰ：水平位置指示器水平位置指示器,它包含一些VAPSXT中的标准元素,如RotTicks,DialCircular,线,svgPolygon,SimpleGroup,TransformGroup等等。VAPSXT开发环境由以下5个组件(1).OE(对象编辑器):在OE,图形是通过使用图形设计工具来完成的。当图形设计工作完成后,选择需要生成的的不同的动态对象图形和使用由VAPSXT提供的不同对象的生成器来定义它的显示功能。这些对象包括输入对象,如按钮、贴图和菜单,和包括仪表板、规模显示文本和照明等等的输出对象。如果由VAPSXT提供的对象定义不能满足虚拟仪器的要求,更复杂的组件可以通过对象自由组合生成。(2).IE(集成编辑):即提供了一个环境中,在这个环境中数据和目标之间的连接跟VAPSXT环境中的数据操作一样，都有给定的详细指导。例如,成品或图形转移到VAPSXTIE中，以及把所需的相应通道和实现复杂的编写功能嵌入到VAPSXTIE中,同时它还允许对所有对象了逻辑状态转移进行数据引导和状态管理。IE操作主要是针对图形元素管理、数据存取管理和公式编辑器管理。(3)SE(状态图表编辑器):SE使用表格编辑器,定义复杂和可靠的逻辑关系,通过转换状态来处理事件。当图形文件和通道的建立完成后,它允许转换SE窗口处理逻辑控制的转换工作。在SE窗口的表格编辑器内,状态逻辑对话关系是通过编辑选项建立的。允许编辑的项目包括:状态,事件,事件响应和转换等等。(4)RE(执行时间编辑器):RE是VAPSXT的测试和操作环境,允许显示中的动画的可操作性。VAPSXT内，开发图形,日期转换,管理指令和逻辑转换完成以后,它的演示是被允许在