基于VAPSXT的民机显示系统需求确认方法研究

摘要：民机的显示系统一直在持续更新，为了能够更加准确地对民机的航电显示画面进行需求确认，需要研发出仿真显示系统，并且利用该系统来对显示画面进行评估，以此来确认开发的机载显示画面是否符合相关标准和飞行员的操作习惯。文章介绍了基于VAPSXT开发环境的航电系统的仿真显示器开发，对航电显示系统进行了需求确认。

关键词：VAPSXT；民机；显示系统；需求确认方法；图形开发工具 文献标识码：A

中图分类号：V221 文章编号：1009-2374（2015）30-0026-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.30.013

民机航电显示系统目前进入了高集成度、高分辨率和大屏幕显示系统来替代传统的小仪表显示的阶段。为了更为准确地对显示系统进行需求确认，需要有一套强大的图形界面开发工具，在机载显示软件开发的初级阶段进行仿真。本文概要地介绍了使用VAPSXT进行仿真显示系统的开发。

1 航电显示系统简介

显示系统是航电系统的重要部分，主要包括主飞行控制显示、导航显示、发动机告警显示、多功能显示和系统显示以及对应的显示控制板。一般对显示系统的设计要求是可以将当前飞行条件、飞行导引、飞行控制、导航及飞机系统的状况清晰完整地显示给全体机组成员，并提供控制飞机所需信息，监控关于期望航迹的进程，具有一定的冗余能力。在所有正常和非正常的飞行状况下，按照飞机的无差错控制要求，信息显示是准确、易辨认和可靠的，以成功完成飞行的所有基本功能。根据美国机动工程师协会关于运输机驾驶舱内显示器的设计、安装和操作的推荐标准，各个显示区域显示应包含的内容如下：

主飞行控制显示（PFD）主要显示诸如姿态、空速/马赫数、高度、垂直速度、航向、AFS状况、雷达无线电高度、ILS偏差。

导航显示（ND）主要显示飞行计划中侧向和纵向的信息；导航信息（相对于辅助导航设备、FMS飞行计划和地图数据的飞机位置）、气象雷达信息、监控信息。

发动机告警显示（ED）主要显示发动机信息及其主要参数、告警信息页、限制和备忘信息页、异常进程记录页。

多功能显示（MFD）主要显示飞行计划、飞机位置、飞机性能；燃料/载荷信息页；空中交通控制（ATC）信息、监视（SURV）信息、其他系统简图页；为自动飞行系统（AFS）做备份的飞行控制单元（FCU）的数据。

系统显示（SD）主要温度、时间、货仓压力和飞机重量数据等；ATC信箱区；巡航信息；机舱氧气系统显示；辅助电源设备（APU）系统信息显示页。

2 VAPSXT概述

VAPSXT是一款基于PC的多功能高级软件工具。帮助用户快速完成航空电子设备的动态，交互式图形界面的开发。可以让用户避免手工编程，只通过图形界面点击的方式来开发航电显示仿真。目标可由内部或外部数据驱动。主要有以下特点：（1）基于PC的开发工具；（2）C++面向对象结构；（3）易于配置和使用；（4）既适合非程序员使用，也适合专家使用；（5）易于扩展的体系结构；（6）既适用于仿真应用，也适用于嵌入式应用。

VAPS XT开发同时也符合模块化的程序设计，整个过程由四个部分组成：显示画面绘制、显示逻辑设计、通信设计和代码生成（集成编译）。

3 基于VAPSXT航电显示系统设计验证方法

3.1 设计输入资料整理

在进行设计验证之前，首先需要对设计输入资料进行整理，包括航空公司相关需求、相关设计支持文件（如ICD文档、ARP4102标准、ARINC661标准）以及飞机设计规范。

3.2 设计方案建立

根据对设计输入资料的进一步细化整理，初步确定航电显示系统显示区域的划分、字符字体的格式大小定义、各显示单元的颜色定义（对应国际标准色卡代码）、各显示单元逻辑及运动轨迹定义、输入输出接口定义、显示控制板布局、显示控制逻辑，从而确定一个初步设计方案。

3.3 基于VAPSXT设计开发仿真显示系统

3.3.1 开发前准备。有了初步的设计方案，就能够开始使用VAPSXT来开发显示系统仿真模型。在正式对显示画面及逻辑模型进行开发之前，首先需要根据设计方案对部分属性进行定义，主要包括：（1）显示单位设定；（2）显示颜色设定；（3）特殊图元设定。

3.3.2 图形界面设计。根据初步设计方案，设计人员首先需要划分好每个显示区域图形界面的子对象，如PFD（主飞行显示器）中可以分为空速/马赫数带、高度带、垂直速度带、仪表着陆系统显示、飞行姿态航向显示、雷达无线电高度显示、自动飞行状态显示、飞机导航模式显示等子对象。然后将每个子对象绘制成一个独立的图形对象，定义好图形对象行为及属性并进行归类，最终将这些图形对象整合成为一个完整的图形

界面。

3.3.3 显示逻辑设计。一般根据显示系统的接口定义文档对显示逻辑进行设计。显示逻辑包括显示告警信息逻辑、简图页逻辑、EFIS显示逻辑以及中央维护系统的显示逻辑。

显示逻辑可以使用VAPSXT的内部状态机或者内部转换功能来对显示逻辑进行编写。通常使用VAPSXT提供的基于UML语言的状态机来编写显示逻辑，根据系统/子系统所需要实现的功能来进行系统状态的划分，同时定义事件来触发状态转换和响应。

显示逻辑设计一般要考虑以下四个部分：

状态：对系统进行的快照。在系统运行过程中，根据系统/子系统所实现的功能需求，进行系统状态的划分。

事件：触发状态转换和响应的条件。通常各种事件都与界面上的操作进行关联实现状态的触发，所有的触发事件是由界面上的按键动作、旋钮控制、时间定时或者内部边界条件的跳转产生。

转换：不同状态之间的迁移。此部分通过编辑窗实现，使用之前提到的VAPSXT中的逻辑功能，通过规范的表格形式进行编程，可以很容易地实现状态的转换。

响应：应用系统对事件的触发或状态转换所做的相应的动作或行为。

3.3.4 通信设计。VAPSXT的通信主要分为内部通信和外部通信两种情况。VAPSXT内部通信主要通过数据流（Data Flow）来实现，而外部通信一般通过nCom通信程序来实现。

3.4 通过仿真对显示系统进行验证

使用VAPSXT仿真对显示系统验证包含以下两方面的内容：

显示逻辑的验证：根据ICD所定义的显示系统逻辑方程，使用VAPSXT每编写完一条显示逻辑，实时地运行VAPS工程及对象，来验证其是否能够按逻辑定义以进行显示。编写完所有逻辑之后，再次运行工程，来整体验证显示是否符合逻辑定义、是否存在逻辑间有相互冲突影响显示的情况以及逻辑定义超出显示范围的情况等。

显示人机工效的验证：VAPS XT中直接使用集成编译模块运行，来检测所开发显示画面是否符合人机工效，是否能够正确显示飞机飞行过程中各类状态信息的图形和字符；也可以检验程序响应中央控制面板按钮命令消息的正确性，验证整体显示设计的合理性、协调性以及人性化，将开发出的仿真交给用户去评估，来验证其人机工效的合理性。

4 结语

VAPSXT以及一些类似的图形开发软件将从根本上改变传统的航电显示系统设计验证方法，能够很轻松地实现人机界面的设计，帮助设计人员更直观地对设计进行验证，使整个设计过程的时间得到大大的节省，设计的可靠性也得到提高。而且VAPS使用相应配套工具生成的代码符合DO178B标准已被美国军方免测试、免评测，因此设计完的软件可以直接用于机载使用，为后期开发工作提供了便捷。

参考文献

[1] 程金陵，徐世宁，严林芳.综合显示系统的发展趋势[J].民用飞机设计与研究，2009，（4）.

[2] 闫智武，李成贵.飞机座舱仪表显示器的发展概述

[J].现代显示，2005，（1）.

作者简介：汪亚杰（1984-），上海飞机设计研究院国家重点实验室工程师，硕士，研究方向：航电综合试验设计。

（责任编辑：周 琼）