技术领域
[0001] 本
发明涉及航空
电子设备技术领域，尤其涉及一种多成员飞机航电系统。
背景技术
[0002] 现代飞机上通常使用统一处理器对飞机上各种
航空电子设备的信息进行统一处理，将功能相同或相近的设备组合在一个组件内，在显示器上综合显示相关的参数，并在各航空电子设备之间通过机载
数据总线来传送有关信息，从而使整个飞机上所有航空电子设备的性能达到更高的
水平，这样的系统称为综合航电系统。
[0003] 然而，由于传统多成员飞机存在
飞行管理系统和
数据处理冗余设计过度以及航电系统过于分散，导致系统体积和重量较大且成本较高等问题。而且，原系统无法与现有的各种机载设备对接，因此，不能很好地兼顾数据集中处理与系统余度备份设计，导致系统整体可靠性较低，且不方便进行后续系统扩展或升级改造。
发明内容
[0004] 本发明的目的之一至少在于，针对如何克服上述
现有技术存在的问题，提供一种多成员飞机航电系统，适用于各种具有多个飞行成员的通用飞机，能够提高系统集成度，在减小总重量的同时，保证飞机的安全性和可靠性。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案包括以下各方面。
[0006] 一种多成员飞机航电系统，其包括：方式控制面板MCP、主飞行显示器PFD、多功能显示器MFD、自动驾驶/飞行指引仪AP/FD、飞行管理系统FMS、调谐控制面板TCP、音频控制面板ACP、数据
接口单元DIU、大气数据系统ADS、惯性导航/全球
定位组合
导航系统INS/GPS、甚高频电台VHF、仪表着陆系统/甚高频全向信标多模接收机ILS/VOR、以及多任务音频管理单元AMU；
[0007] 其中，所述MCP，用于设置飞机的飞行控
制模式、航道、航向、飞行高度、升降速率和飞行速度，其具有多种
人机交互接口以接收飞行员输入的设置指令，并通过多个
通信接口分别连接至第一PFD、第一MFD、第二PFD、第二MFD、以及AP/FD；
[0008] 第一PFD和第二PFD各自用于显示
姿态指示界面、飞行速度和高度指示界面、垂直速度指示界面、以及航向指示界面，并从人机交互界面接收设置指令，根据接收的设置指令改变界面中显示的相应内容；
[0009] 第一MFD和第二MFD均设置为具有处理器和显示器的一体结构，各自用于进行飞行信息集成显示，
发动机监控，飞行参数配置，以及气压和
环境控制；AP/FD，用于根据指令自动控制飞机轨迹，调整飞机姿态；
[0010] FMS具有全
液晶显示和红外触控面板及处理器，用于输入和/或显示飞机计划、速度控制和导航控制数据，并与AP/FD连接以发送自动驾驶控制指令，与每个数据接口单元DIU连接以接收机载设备数据并发送控制指令，还与每个调谐控制面板TCP连接以发送调谐指令并接收调谐数据；
[0011] 第一DIU和第二DIU分别用于进行
数据采集、数据处理和数据分发，其中数据采集包括通过通信接口获取各机载设备发送的数据及其状态数据，数据处理包括将采集的数据根据目标设备的设定进行解包和组包；
[0012] 第一TCP和第一ACP均通过备用通信接口与第一VHF和第一ILS/VOR直接连接，第二TCP和第二ACP均通过备用通信接口与第二VHF和第二ILS/VOR直接连接，以在数据接口单元提供的通道不可用时进行应急通信的调谐和音频控制；
[0013] AMU与第一DIU和第二DIU连接，并分别连接至第一ACP和第二ACP；AMU在工作时均先通过第一DIU或第二DIU接收来自音频控制面板的音频控制指令，并进行音频数据处理；并且在数据接口单元出现故障时直接接收来自音频控制面板的音频控制指令并进行音频数据处理。
[0014] 优选的，所述第一PFD和第二PFD用于根据设置指令，将二者中的一个设置为导航显示器，以显示下一个航点、当前
风速和风向当前线路导航信息。
[0015] 优选的，所述第一MFD和第二MFD用于在显示三维地形视图时，根据设置指令改变天气状态，显示多种天气条件下的
指定地形合成视觉图像，以及对应的飞行和天气数据、图表、飞机系统信息、以及航程计划信息。
[0016] 优选的，所述AP/FD包括用于感测飞机姿态变化
信号的多个感测元件，用于根据姿态变化信号计算修正
舵偏量的处理器，以及用于将舵面调节到所需
位置的多个伺服机构。
[0017] 优选的，所述第一DIU和第二DIU均与
应答机/
广播式自动相关监视系统XPDR/ADS-B、气象雷达WXR、测距机DME、无线电高度表RA、以及自动定向机ADF连接并接收数据和发送控制指令；并且第一DIU和第二DIU设置有互为备份的直连通信接口，以在其中一个数据接口单元出现故障时通过另一个数据接口单元进行机载设备数据的传输和处理。
[0018] 优选的，所述第一DIU与第一TCP、第一ACP、第一ADS、第一INS/GPS、第一VHF、以及第一ILS/VOR连接以接收数据并将数据发送给第一PFD、第一MFD和FMS，第二DIU与第二TCP、第二ACP、第二ADS、第二INS/GPS、第二VHF、以及第二ILS/VOR连接以接收数据并将数据发送给第二PFD、第二MFD和FMS。
[0019] 优选的，所述第一DIU或第二DIU进一步与高频电台HF、卫星通信系统SATCOM、空中防撞系统TCAS连接，以接收和发送相应的数据。
[0020] 优选的，所述PFD和MFD的显示器屏幕均设置为具有红外触摸结构，以支持多点触摸，并通过显示器边框上的按键和旋钮实现控制切换、选择、调节以及调谐。
[0021] 优选的，所述数据接口单元中的每一个，均包括通过SRIO接口连接的FPGA与CPU；其中，FPGA具有：多个串行输入接口，用于接收多个机载设备数据通道发送的数据；多个与串行输入接口连接的接收缓存模
块，用于对来自各通道的数据进行临时缓存；与每个接收缓存模块连接的第一组包模块，用于将缓存的数据按照预设的编码方式进行组包以获取第一心跳数据包，并根据预定的心跳周期将第一心跳数据包通过FPGA与CPU之间的SRIO接口发送给CPU；CPU具有：解包模块，用于按照预设的编码方式从来自FPGA的第一心跳数据包读取各个通道的数据；数据处理模块，用于对各通道的数据进行处理，生成针对各机载设备的控制数据；第二组包模块，用于将控制数据按照预设的编码方式进行组包，以获取第二心跳数据包，并根据预定的第二心跳周期发送给FPGA；FPGA进一步包括：与每个发送缓存模块连接的译码模块，用于读取第二心跳数据包中针对各个机载设备的控制数据，并发送给相应的发送缓存模块；多个发送缓存模块，分别连接至多个串行输出接口以及至少一个以太网接口，并根据与接口对应的通信协议以预定的速率向各机载设备发送控制数据。
[0022] 优选的，所述通信接口包括串行通信接口和以太网接口中的一者或多者。
[0023] 综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明至少具有以下有益效果：
[0024] 根据本发明
实施例的多成员飞机航电系统通过第一数据接口单元和第二数据接口单元来进行机载设备数据的双余度传输和处理，并通过统一的飞行管理系统实现高可靠度地飞行管理，克服了传统多成员飞机飞行管理系统和数据处理冗余设计过度以及航电系统过于分散，导致系统体积和重量较大且成本较高的问题，能够在提高综合航电系统的集成度和可靠性的同时，保持开放式接入结构，便于各种机载设备接入，确保系统配置灵活，扩展方便，能够应用于各种传统多成员飞机的综合航电系统升级改造。
附图说明
[0025] 图1是根据本发明实施例的多成员飞机航电系统的结构示意图。
具体实施方式
[0026] 下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明，以使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0027] 图1示出了根据本发明实施例的多成员飞机航电系统的结构，其主要包括：方式控制面板MCP、主飞行显示器PFD、多功能显示器MFD、自动驾驶/飞行指引仪AP/FD、飞行管理系统FMS、调谐控制面板TCP、音频控制面板ACP、数据接口单元DIU、大气数据系统ADS、惯性导航/全球定位组合导航系统INS/GPS、甚高频电台VHF、仪表着陆系统/甚高频全向信标多模接收机ILS/VOR、应答机/广播式自动相关监视系统XPDR/ADS-B、气象雷达WXR、测距机DME、无线电高度表RA、自动定向机ADF、多任务音频管理单元AMU。
[0028] 其中，方式控制面板MCP，用于设置飞机的飞行控制模式、航道、航向、飞行高度、升降速率和飞行速度等，其具有多种人机交互接口(例如按键、旋钮、触控显示屏等)以接收飞行员输入的设置指令，并通过多个通信接口分别连接至第一主飞行显示器PFD1、第一多功能显示器MFD1、第二主飞行显示器PFD2、第二多功能显示器MFD2、以及自动驾驶/飞行指引仪AP/FD。
[0029] 第一主飞行显示器PFD1和第二主飞行显示器PFD2各自用于显示姿态指示界面、飞行速度和高度指示界面、垂直速度指示界面、以及航向指示界面，并从人机交互界面接收设置指令，根据接收的设置指令改变界面中显示的相应内容(例如放大显示速度或航向信息)。并且，可以根据设置指令，将第一主飞行显示器PFD1和第二主飞行显示器PFD2中的一个设置为导航显示器，以显示下一个航点、当前风速和风向等当前线路导航信息。
[0030] 第一多功能显示器MFD1和第二多功能显示器MFD2均设置为具有处理器和显示器的一体结构，各自用于进行飞行信息集成显示，发动机监控，飞行参数配置，以及气压和环境控制。例如，在显示三维地形视图时，根据设置指令改变天气状态，使得飞行员可以查看各种天气条件下的指定地形合成视觉图像，以及对应的飞行和天气数据、图表、飞机系统信息、以及航程计划信息。
[0031] 自动驾驶/飞行指引仪AP/FD，用于根据指令自动控制飞机轨迹，调整飞机姿态，其包括用于感测飞机姿态变化信号的多个感测元件，用于根据姿态变化信号计算修正舵偏量的处理器，以及用于将舵面调节到所需位置的多个伺服机构。
[0032] 飞行管理系统FMS，具有全液晶显示和红外触控面板及处理器，用于输入和/或显示
飞行计划、速度控制和导航控制数据，并与自动驾驶/飞行指引仪AP/FD连接以发送自动驾驶控制指令，与每个数据接口单元DIU连接以接收机载设备数据并发送控制指令，还与每个调谐控制面板TCP连接以发送调谐指令并接收调谐数据。
[0033] 第一数据接口单元DIU1和第二数据接口单元DIU2分别用于进行数据采集、数据处理和数据分发，其中数据采集包括通过通信接口获取各机载设备发送的数据及其状态数据，数据处理包括将采集的数据根据目标设备的设定进行解包和组包。具体地，第一数据接口单元DIU1和第二数据接口单元DIU2均与应答机/广播式自动相关监视系统XPDR/ADS-B、气象雷达WXR、测距机DME、无线电高度表RA、以及自动定向机ADF连接并接收数据和发送控制指令；并且，第一数据接口单元DIU1与第一调谐控制面板TCP1、第一音频控制面板ACP1、第一大气数据系统ADS1、第一惯性导航/全球定位组合导航系统INS/GPS1、第一甚高频电台VHF1、以及第一仪表着陆系统/甚高频全向信标多模接收机ILS/VOR1连接以接收数据并将数据发送给第一主飞行显示器PFD1、第一多功能显示器MFD1和飞行管理系统FMS，第二数据接口单元DIU2与第二调谐控制面板TCP2、第二音频控制面板ACP2、第二大气数据系统ADS2、第二惯性导航/全球定位组合导航系统INS/GPS2、第二甚高频电台VHF2、以及第二仪表着陆系统/甚高频全向信标多模接收机ILS/VOR2连接以接收数据并将数据发送给第二主飞行显示器PFD2、第二多功能显示器MFD2和飞行管理系统FMS。第一数据接口单元DIU1和第二数据接口单元DIU2之间进一步设置有互为备份的直连通信接口，以在其中一个数据接口单元出现故障时通过另一个数据接口单元进行机载设备数据的传输和处理。通过第一数据接口单元和第二数据接口单元来进行机载设备数据的双余度传输和处理，并通过统一的飞行管理系统实现高可靠度地飞行管理，克服了传统多成员飞机飞行管理系统和数据处理冗余设计过度以及航电系统过于分散，导致系统体积和重量较大且成本较高的问题。
[0034] 并且，第一调谐控制面板TCP1和第一音频控制面板ACP1均通过备用通信接口与第一甚高频电台VHF1和第一仪表着陆系统/甚高频全向信标多模接收机ILS/VOR1直接连接，第二调谐控制面板TCP2和第二音频控制面板ACP2均通过备用通信接口与第二甚高频电台VHF2和第二仪表着陆系统/甚高频全向信标多模接收机ILS/VOR2直接连接，以在数据接口单元提供的通道不可用时进行应急通信的调谐和音频控制，从而提高系统的可靠性。
[0035] 多成员飞机航电系统中的音频管理通过多任务音频管理单元AMU实现，其中，多任务音频管理单元AMU与第一数据接口单元DIU1和第二数据接口单元DIU2连接，并分别连接至第一音频控制面板ACP1、第二音频控制面板ACP2以及用于其他多个用户的音频控制面板ACPs；多任务音频管理单元AMU在工作时均优先通过第一数据接口单元DIU1或第二数据接口单元DIU2接收来自音频控制面板的音频控制指令，并进行音频数据处理(例如，音频通道的
开关、进行音量调节、不同音频通道的转接、音频融合等)；并且在数据接口单元出现故障时直接接收来自音频控制面板的音频控制指令并进行音频数据处理。
[0036] 进一步的，第一数据接口单元DIU1或第二数据接口单元DIU2可以与高频电台HF、卫星通信系统SATCOM、空中防撞系统TCAS、以及其他系统O-SYS(例如发动机、起落装置、
襟翼等)连接，以接收并发送更丰富的机载设备数据。
[0037] 上述实施例的通信接口包括串行通信接口(例如RS-422、RS-429总线等)和以太网接口(包括10Mbit/s的标准以太网、100Mbit/s的快速以太网、10G以太网等)中的一者或多者。
[0038] 大气数据系统ADS包括具有双输出通道的
空速管和总温
传感器，以及具有双输入和输出通道的大气数据计算机；大气数据计算机的每个输出通道通过RS-422总线分别与每个数据接口单元DIU连接，以输出根据大气数据计算得到的
飞行器参数(例如，气压高度、校准空速、
真空速、
马赫数、升降速度、总温、静温、
攻角、
侧滑角等)；大气数据计算机的每个输入通道通过RS-422总线分别与第一数据接口单元和第二数据接口单元连接，以接收飞行员输入的气压拨正值信息。
[0039] 惯性导航/全球定位组合导航系统INS/GPS用于测量飞行器的姿态、位置、速度参数，其包括光纤航姿系统FINS、MEMS航姿系统AHRS和全球定位系统，通过RS-422总线从数据接口单元接收来自大气数据系统ADS的大气数据，用以解算风速和风向信息；通过RS-422总线分别与第一数据接口单元和第二数据接口单元连接，以输出飞行器的姿态、位置、航向、地速、风速和风向等参数。
[0040] 主飞行显示器PFD和多功能显示器MFD的显示器屏幕均设置为具有红外触摸结构，以支持多点触摸，并可以通过显示器边框上均布的按键实现各项控制切换、选择、调节等，还可以通过位于屏幕左、右下角的双层旋钮来进行调谐。在优选的实施例中，多功能显示器MFD与第一数据接口单元或第二数据接口单元通过脉冲信号来交互数据，以减小多功能显示器MFD中处理器的处理负荷。例如，仅在有数据需要发送时才通过以太网发送，并通过以太网的带冲突检测的载波监听多路
访问机制来占用以太网总线，实现数据的高效传输。
[0041] 上述各实施例的数据接口单元中的每一个，均可以包括通过SRIO接口连接的FPGA与CPU；其中，FPGA具有：多个串行输入接口，用于接收多个机载设备数据通道发送的数据；多个与串行输入接口连接的接收缓存模块，用于对来自各通道的数据进行临时缓存；与每个接收缓存模块连接的第一组包模块，用于将缓存的数据按照预设的编码方式进行组包以获取第一心跳数据包，并根据预定的心跳周期将第一心跳数据包通过FPGA与CPU之间的SRIO接口发送给CPU；CPU具有：解包模块，用于按照预设的编码方式从来自FPGA的第一心跳数据包读取各个通道的数据；数据处理模块，用于对各通道的数据进行处理，生成针对各机载设备的控制数据；第二组包模块，用于将控制数据按照预设的编码方式进行组包，以获取第二心跳数据包，并根据预定的第二心跳周期发送给FPGA；FPGA进一步包括：与每个发送缓存模块连接的译码模块，用于读取第二心跳数据包中针对各个机载设备的控制数据，并发送给相应的发送缓存模块；多个发送缓存模块，分别连接至多个串行输出接口以及至少一个以太网接口，并根据与接口对应的通信协议以预定的速率向各机载设备发送控制数据。
[0042] 在优选的实施例中，上述第一心跳周期为5ms或者2ms，第二心跳周期小于或等于第一心跳周期。接收缓存模块和发送缓存模块均采用块随机存取
存储器BRAM做临时缓存。具体的，所述CPU采用P2020NXN2MHC芯片，串行输入、输出接口采用ISO3080DWR通信模块，FPGA采用XC7A100T-2FGG484I芯片。
[0043] 数据接口单元中的每一个进一步可以包括：系统检测单元，用于在上电的过程中对内部各部件的工作状态进行检测，并在工作的过程中对设备的连接状态和板卡是否在位进行检测，而且还可以用于实时监测系统
温度(包括处理器温度、电源温度及
环境温度等)；存储单元，用于根据预设的指令或规则对获取的数据和处理结果进行选择性地存储(例如，为了进行测试分析和故障排查)；时钟单元，用于为数据接口单元提供基准
时钟信号；调试模块，用于进行数据模拟输入并输出DSP的处理结果，以便与地面测试设备进行联合调试。
[0044] 而且，在优选的实施例中，数据接口单元还可以进一步包括EEPROM以进行掉电数据保护。数据接口单元的外形尺寸设置为120mm(长)×170mm(高)×300mm(宽)，重量设置为不大于4.5Kg，采用40W的28V机载直流电源供电，并采用与
外壳一体结构的片状
散热结构。
[0045] 而且，数据接口单元与大气数据系统ADS和惯性导航/全球定位组合导航系统INS/GPS通过周期信号来交互数据，以提高通过各传感器获取数据的可靠性。例如，不论是否有数据需要传输，均通过RS-422总线建立传输通道，以保障数据的可靠传输，同时简化数据接口单元内部的
信号处理逻辑。
[0046] 以上所述，仅为本发明具体实施方式的详细说明，而非对本发明的限制。相关技术领域的技术人员在不脱离本发明的原则和范围的情况下，做出的各种替换、变型以及改进均应包含在本发明的保护范围之内。
