Dante技术在飞行训练模拟器上的应用.pdf

教练机TRA/NERAVICDante技术在飞行训练模拟器上的应用王建普，吴慧钦，杨宛璐,王云（航空工业洪都，江西南昌，330 0 2 4)摘要：使用Dante数字音频技术设计的声音模拟分系统，将音频信号在以太网中实时传递，允许在一个以太网线上同时发送和接收许多的音频通道，具备低延时、高精度、稳定性好等优点，可以更好地呈现声音效果，更好地满足多台飞行训练模拟器联网训练的需求。关键词：Dante；数字音频；声音模拟分系统；飞行训练模拟器Application of Dante Technology on Flight Training SimulatorWang Jianpu,Wu Huiqin,Yang Wanlu,Wang Yun(AVIC HONGDU,Nanchang,Jiangxi,330024)Abstract:The sound simulation subsystem designed with Dante digital audio technology transmits audiosignals in real time in Ethernet and allows multiple audio channels to be sent and received simultaneously onone Ethernet cable.It has advantages of low delay,high precision,good stability,etc,thus presenting bettersound effect and meeting the requirements of networked training of multiple flight training simulators.Key words:Dante;Digital audio;Sound simulation subsystem;Flight training simulator字音频技术设计声音模拟分系统，使它具备低延时、0引言高精度、布线简单等优点，同时能更好地满足模拟器飞行训练模拟器是用于训练飞行员的重要装备，联网训练的需求。具备安全、不受气象条件影响、训练成本低等优点。声1设计与实现音模拟分系统模拟飞行过程中的各种声音效果，包括座舱环境噪音、提示告警音，模拟前/后舱飞行人员和教员之间的语音通话，是飞行模拟器不可缺少的组成部分。随着飞行员训练任务要求的提高，迫切需要多台模拟器联网实现编队飞行、战术协同和战术对抗等模拟训练。联网语音通讯则是模拟器联网中非常重要的一个方面，它是保证多台模拟器共同训练过程中指挥命令能够顺利传达的基础,是联网训练任务能够正常进行的前提保障叫。本文以某型飞行训练模拟器为例,使用Dante数传统的音频系统使用的是模拟音频信号，系统构建中使用大量的音频线缆，布线复杂，远距离传输会产生阻抗、衰减、干扰等问题2 。同时，传统矩阵通道数量有限，无法满足日益增长的需求。而使用Dante协议构建的数字音频系统摒弃了传统的模拟音频线缆布线，数字音频信号使用以太网线传送，能保持信号的准确还原。1.1原理声音模拟分系统通过接收飞机状态参数，实时生成环境噪音、告警语音及提示音信号，与前/后舱、教作者简介：王建普，男，1 9 9 0 年3月出生，工程师。6教练机2 0 2 3.NO.2专题研究员控制台处的语音信号经由Dante协议的数字音频信号网络分别输人至混音设备。音频信号经分配后，环境噪音由座舱音箱输出，告警语音、提示音信号和语音信号输出至前/后舱耳麦、教员控制台处音箱和耳麦，告警语音和提示音也可选择由座舱音箱输出。同时混音设备预留接口，可接入其他模拟器的Dante协议的语音信号，实现多台模拟器联网语音通讯功能。1.2硬件设计声音模拟分系统的硬件主要包括音频控制计算机、音频矩阵、音频接口盒、音频网络交换机、功率放大器、耳麦、送话器、音箱等设备。硬件连接关系如图1所示。音频网络交换机选用千兆以太网交换机，耳麦选用航材耳麦，送话器、功率放大器、音箱等采用商用成品。音频一模拟音频一送话器、音箱教员台Dante+Dante网络音频音频控制虚拟-Dante网络音频+计算机声卡音频矩阵32*32Dante网络音频+接口盒4*4一模拟音频一耳麦音频网络交换机音频一模拟音频一4Dante网络音频+接口盒4*4一模拟音频一教员台前舱飞行员耳麦后舱飞行员耳麦其他模拟器+Dante网络音频+音频网络交换机+-Dante网络音频+Dante网络音频功率放大器模拟音频一功率放大器模拟音频一座舱音箱座舱音箱图1 声音模拟分系统连接关系音频控制计算机和音频矩阵等设备通过音频网络交换机接入同一局域网内，组建Dante协议的内部数字音频信号网络。同时连接其他模拟器的音频网络交换机，实现同其他模拟器声音联网功能。教员台送话器、音箱、耳麦和飞行员耳麦等设备通过音频接口盒接人Dante网络，座舱音箱通过音频线连接至功率放大器的输出接口。通过运行在音频控制计算机上的Dantecon-troller软件可以查看网络上所有启动了Dante的音频设备及其通道，在设备之间进行音频路径布线，并查看现有的音频路径布线状态。1.2.1 Dante 虚拟声卡音频控制计算机实时生成的音频信号通过Dante虚拟声卡输出,Dante虚拟声卡可以使计算机通过网线建立音频传输通道，无需其他硬件设备。Dante虚拟声卡具有良好的兼容性，声音模拟软件可以像使用普通声卡一样使用Dante虚拟声卡3。1.2.2音频矩阵混音设备选用数字化音频矩阵，可提供32*32 通道输人、输出音频处理功能，将输人的Dante协议数字音频信号经过混音后，传输至各Dante音频设备。音频矩阵配置如下：输入输出音频流：32*32；音量及混音分量增益范围：-8 4 dB至+1 2 dB,对应控制数据Ox0至Oxff。1.2.3音频接口盒音频接口盒具有模拟输入和输出接口，将输人的模拟音频信号转换为Dante协议数字音频信号后，通过网络传输至其他dante音频设备，同时将网络上传入的Dante协议数字音频信号转换为模拟音频信号输出。通过音频接口盒可以使音箱、耳麦等不具备Dante功能的音频设备接人Dante网络。音频接口盒配置如下：网络数字音频接口：RJ45*1；输入输出音频流：4*4；音量及混音分量增益范围：-8 4 dB至+1 2 dB,对应控制数据0 x0至0 xfff。1.3软件设计主要包含声音模拟软件设计。声音模拟软件主要实现系统初始化功能、网络通讯功能、声音实时播放功能和用户界面管理功能。声音模拟软件运行在音频控制计算机上，运行环境如下：教练机2 0 2 3.NO.27教练机TRA/NERAVIC操作系统：Windows7;运行环境：Microsoft.Net3.5；开发语言：标准C/C+语言；开发工具：MicrosoftVisual Studio 2010;开发环境：DirectXSDK（Ju n e 2 0 1 0）j r t p l i b 库、audiomatrix库。1.3.1系统初始化功能用于创建用户界面，根据读取的配置文件信息，配置虚拟声卡通道输出，并创建网络连接。子功能及功能描述如下：用户界面初始化：创建用户界面的各MFC控件，将控件关联其显示或设置的数据，创建用户界面定时器，设定周期，用于刷新显示数据；配置文件读取：读取配置文件，获取所有网络和虚拟声卡的配置信息，网络配置信息包括本地IP、本地端口、目标IP、目标端口等，虚拟声卡配置信息包括环境噪音、告警语音及提示音信号输出的虚拟声卡通道ID;网络通讯初始化：检测本地连接状态，在本地已连接状态下，根据网络配置信息创建并初始化与飞机仿真软件及音频矩阵的UDP网络连接；枚举虚拟声卡通道：创建播放引擎，根据虚拟声卡配置信息，将所有环境噪音、告警语音及提示音信号分配至对应虚拟声卡通道中，实现不同通道输出不同声音。1.3.2网络通讯功能用于创建与飞机仿真软件及音频矩阵的UDP点对点通讯任务，实现仿真数据接收及矩阵通道控制字发送功能。子功能及功能描述如下：点对点通讯功能：提供UDP点对点通讯网络连接、数据发送及接收功能；飞机仿真数据接收任务：为接收数据端口创建独立的接收任务，采用阻塞接收模式接收飞机仿真系统发送的数据；矩阵通道控制字发送任务：为发送数据端口创建独立的发送任务，将封装的数据按周期发送至音频矩阵。1.3.3声音实时播放功能用于创建声音播放任务，实现环境噪音、告警语音及提示音信号播放，以及话音通讯功能。子功能及功能描述如下：创建声音播放任务：创建声音播放任务，设定仿真周期，实现实时播放环境噪音、告警语音及提示音8|教练机2 0 2 3.NO.2信号以及话音通讯功能；环境噪音播放：根据飞机当前飞行状态，调整音源库声音素材的频率和音量，合成环境噪音音频信号，驱动座舱音箱实现环境噪音声音效果模拟；告警语音播放：根据飞机告警信号和告警等级，进行语音告警信号排序，并按飞机告警逻辑从音源库调用对应语音告警声音文件，生成音频信号，实现语音告警声音效果模拟；提示音信号播放：根据飞机当前飞行状态，从音源库调用对应提示音声音文件，生成音频信号，实现提示音信号声音效果模拟；话音通讯功能：根据用户界面设置的矩阵通道，判断前/后舱飞行员之间、与教员之间的语音通讯通断，同时通过接收座舱机内通话控制盒对超收调节的音量，控制语音通讯音量。1.3.4用户界面管理功能通过可视化界面实现对网络及虚拟声卡配置的修改保存功能，对数据收发状态、播放信息的监控功能，以及对音频矩阵通道通断、音量控制功能。子功能及功能描述如下：配置信息修改：接收用户在界面操作中对网络及声卡配置的修改保存指令，更新配置文件；播放信息监控：实时更新界面中显示的网络数据收发状态及声音播放信息；矩阵通道设置：在用户界面上可控制矩阵32 路音频输人、32 路音频输出的关系，并设置音频输出音量，在响应函数中获取操作信息，更新发送任务中的封装数据。2优点分析Dante技术的数字音频系统相比传统音频系统具备以下优势：布线简单：Dante技术是以IP数据结构在以太网中传递实时音频信号的技术，允许在一条以太网线上同时发送和接收许多的音频通道，避免了传统模拟音频系统中大量的音频线缆布线；抗干扰性好：传统的音频系统中，模拟音频信号通过音频线缆传输会产生阻抗、衰减、干扰等问题，Dante采用无压缩的数字音频传输，不必担心与其他电器设备的干扰、线缆之间的串扰，或长距离传输信号衰减等问题；(下转第1 9 页）专题研究4结语通过应用实例给出电子成品可靠性强化试验剖面,用于指导电子成品强化试验的实施，并将试验对象从电子成品延伸至所有具有加速性的机载成品上，扩大了试验对象的应用范围，更有助于快速提高机载成品及整机的可靠性水平，降低成品在外场使用时的故障率，缩短成品研制周期，推动机载成品的发展。参考文献1刘炜,张晓敏.可靠性强化试验在航空电子成品上的应用与研究.电子测量技术,2 0 1 3,1 8(5)：51-54.2刘加凯,齐杏林等.可靠性强化试验的机理探析J.装备环境工程，2 0 0 9,6(6)：36-38.3姜同敏.可靠性与寿命试验M.北京：国防工业出版社,2 0 1 2:1 39-1 5 6.4杨艳峰,郑坚等.火炮机械系统可靠性强化试验方案探讨.装备环境工程,2 0 1 6,1 3(2)：1 34-1 38.5唐丹,陈敬文.炮门系统磨损失效可靠性强化试验技术仿真研究J.电子科技，2 0 1 4:2 9 5-2 9 7.6王学孔,张钟文等.可靠性强化试验技术在机电成品中的应用研究J.电子成品可靠性与环境试验,2 0 1 6,34(5):5 1-5 6.(收稿日期：2 0 2 3-0 5-0 9)(上接第8 页)低延时：Dante具备低延时和严格的同步播放性能,Dante最低延迟可以达到8 3.3s；具备远距离传输能力：网线有效传输距离不超过100米，而高质量的音频线有效传输距离不超过5 0米，远低于网线。3结语使用Dante数字网络音频技术设计声音模拟分系统架构简单、使用操作简单、易于扩展，可以使音频信号高质量、低延时传输，能为飞行员提供更逼真的声音环境，使模拟器具有更好的训练效果。模拟器联网训练时，使用Dante技术可以解决音频信号干扰、信号衰减等问题，而且音频通道数量多、传输距离远，能更好地满足多台模拟器声音联网的需求。参考文献1董鸿鹏，金雷,王春财.联网飞行模拟器的语音通信系统研究J.兵器装备工程学报，2 0 1 8,39（5）：121-124.2刘刚,赵雄伟,何睿.数字音频联网技术Dante解析J.电声技术,2 0 1 7,4 1(6):1 0 6-1 0 8.3樊波,周剑军.基于Dante技术的网络音频矩阵研究J.声屏世界，2 0 1 7（1)：2 6-2 7.（收稿日期：2 0 2 3-0 4-1 2)教练机2 0 2 3.NO.2|19