技术领域
[0001] 本
发明属于机载设备技术领域，具体涉及空中冲突探测机载设备的性能评 估平台。
背景技术
[0002] 目前通用航空在国家政策的强
力引领下，在市场需求的正向驱动下， 已经“热起来”，并正在“飞起来”。
[0003] 而飞行安全则是通航快速“飞起来”的前提。运输航空采用的空中冲突探 测设备TCAS，其探测模型主要针对运输飞机固定航线飞行特点，且成本较高， 不适应于通航航空实际需求。为了解决通航飞机空中飞行安全保障手段缺乏这 一问题，研究机构和设备厂商都在积极研究和开发基于ADS-B技术的通航空中 探测机载设备。ADS-B技术分为ADS-B OUT和ADS-B IN，ADS-B OUT是指航空 器具备广播ADS-B数据的能力，ADS-B IN是指航空器具备接收周围其他航空 器ADS-B数据的能力。其中，ADS-B数据包含航空器
位置、速度、识别码等信 息。通航航空器在具备ADS-B IN能力
基础上，利用ADS-B数据，针对通航作 业飞行特点，研制一种适用于通航的空中冲突探测机载设备。另外，中国无人 机行业异军突起，在全球范围也属于领先地位，大有“弯道超车”的趋势。现 在发展迅猛、应用广阔的主要是低空、近距离、慢速飞行的小型无人机，而无 人机的将来必定是高空、超视距、快速飞行无人机与有人机在
空域、运行、管 理等方面的融合，如无人机物流、无人驾驶。基于ADS-B技术的低成本空中冲 突探测解决方案同样适用于未来无人机的安全运行保障。
[0004] 基于ADS-B的空中冲突探测机载设备属于航空业新型机载设备，其应用前 景广阔，但是，若该机载设备的可靠性得不到保障，会误导通航飞行员的判断 与操作，会影响无人机自主避撞能力，反而会增加通航和无人机的空中飞行危 险。一种新型机载设备的应用和推广，需要一个快速、有效的评估方法对其进 行正确评估。机载设备的可靠性，即机载设备不仅符合民航对航空器设备的初 始适航要求，还要符合民航对航空器设备的持续适航要求。但是
现有技术缺乏 这样一种评估平台，可以对机载设备的可靠性进行评估。
发明内容
[0005] 针对现有技术中的
缺陷，本发明提供一种空中冲突探测机载设备的性能评 估平台，不仅可以用于机载设备初始适航取证时的性能检测，还能用于持续适 航能力
跟踪的性能监测，提高了机载设备可靠性评估的有效性。
[0006] 一种空中冲突探测机载设备的性能评估平台，
[0007] 包括主处理器、网络通信模
块和
接口模块；其中，所述网络通信模块和接 口模块分别连接至所述主处理器；所述接口模块实现与待评估机载设备之间的 通信；所述主处理器用于存储
计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所 述主处理器被配置用于调用所述程序指令，执行以下方法：
[0008] 采集航空器真实的飞行轨迹；
[0009] 当接收到用户的性能检测指令时，结合所述飞行轨迹生成多个空中冲突仿 真场景，将多个空中冲突仿真场景传输给待评估机载设备；
[0010] 接收待评估机载设备根据多个空中冲突仿真场景获得的多个第一探测结 果，结合多个空中冲突仿真场景对多个第一探测结果进行评估，以得到检测评 估报告；
[0011] 当接收到用户的性能监测指令时，定期读取待评估机载设备中记录的多个 第二探测结果，根据多个第二探测结果分别提取对应的多个真实航空器飞行场 景，根据所述多个真实航空器飞行场景对多个第二探测结果进行评估，以得到 监测评估报告。
[0012] 优选地，所述获得航空器真实的飞行轨迹具体包括：
[0013] 实时采集并存储航空器的以下监视源数据：ADS-B、MLAT和SSR数据；并 对所有监视源数据进行关联、纠错和归一化，以获得所述飞行轨迹。
[0014] 优选地，所述性能检测指令由用户在待评估机载设备的初始适航取证阶段 发出。
[0015] 优选地，所述结合所述飞行轨迹生成多个空中冲突仿真场景具体包括：
[0016] 结合预设的空中冲突场景脚本分别生成包含本机飞行轨迹和不同第一他 机飞行轨迹的多个空中冲突仿真场景；
[0017] 所述第一他机飞行轨迹为与本机飞行轨迹有冲突的飞行轨迹。
[0018] 优选地，所述性能监测指令由用户在待评估机载设备通过初始适航后发 出。
[0019] 优选地，所述根据多个第二探测结果分别提取对应的多个真实航空器飞行 场景具体包括：
[0020] 分别根据每个第二探测结果采集对应的本机飞行轨迹和第二他机飞行轨 迹，提取对应的真实航空器飞行场景；
[0021] 其中，本机飞行轨迹为待评估机载设备对应航空器的飞行轨迹；第二他机 飞行轨迹为第二探测结果中对应的航空器的飞行轨迹。
[0022] 优选地，所述结合多个空中冲突仿真场景对多个第一探测结果进行评估， 以得到检测评估报告，或根据所述多个真实航空器飞行场景对多个第二探测结 果进行评估，以得到监测评估报告具体包括：
[0023] 定义第一个空中冲突仿真场景或真实航空器飞行场景为评估场景，定义 所述评估场景中本机飞行轨迹为本机轨迹，定义所述评估场景中第一他机飞行 轨迹或第二飞行轨迹为他机轨迹；
[0024] 结合航空器的运行区域特点，设置危险区域和非危险区域；
[0025] 执行评估步骤：将所述本机轨迹和他机轨迹在时间上对齐，并分别计算本 机轨迹和他机轨迹在空间上距离最近的位置点；若这两个位置点落入所述非危 险区域时，生成运行正常信息；若这两个位置点落入所述危险区域时，生成冲 突告警；
[0026] 定义下一个空中冲突仿真场景或真实航空器飞行场景为评估场景，重新执 行所述评估步骤，直至判定到最后一个空中冲突仿真场景或真实航空器飞行场 景；
[0027] 将所有空中冲突仿真场景或真实航空器飞行场景对应的运行正常信息和 冲突告警分别与对应的第一探测结果或第二探测结果进行对比，获得多个对比 结果；
[0028] 对所有对比结果进行统计，以获得所述检测评估报告或监测评估报告。
[0029] 优选地，所述将所述本机轨迹和他机轨迹在时间上对齐，并分别计算本机 轨迹和他机轨迹在空间上距离最近的位置点具体包括：
[0030] 根据本机轨迹对应航空器的监视源特征设置时间对齐判定
门限；
[0031] 分别在所述本机轨迹和他机轨迹中选取时间点上重叠的轨迹
片段；
[0032] 定义其中一轨迹片段为主动方轨迹；
[0033] 将两个轨迹片段在时间轴上进行对齐；
[0034] 定义主动方轨迹中首个时间点为判定时间点；
[0035] 执行判定步骤：在另一轨迹片段中查找与判定时间点对齐的时间点，若对 齐成功，获取这两个轨迹片段在该判定时间点下的位置点，计算这两个位置点 在空间位置的距离，若最小距离不存在，定义该距离为最小距离，若该距离小 于最小距离，最小距离等于该距离；
[0036] 如果对齐失败，循环定义主动方轨迹中下一个时间点为判定时间点，执行 所述判定步骤，直至选取到主动方轨迹中最后一个时间点；
[0037] 定义两个轨迹片段中最小距离对应的位置点为所述距离最近的位置点。
[0038] 优选地，所述检测评估报告和监测评估报告均包括正确率、误警率、漏警 率、重复告警率和迟警率。
[0039] 由上述技术方案可知，本发明提供的空中冲突探测机载设备的性能评估平 台，不仅可以用于机载设备初始适航取证时的性能检测，还能用于持续适航能 力跟踪的性能监测，提高了机载设备可靠性评估的有效性。
附图说明
[0040] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将 对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附 图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分 并不一定按照实际的比例绘制。
[0041] 图1为本发明
实施例一提供的性能评估平台的模块
框图。
[0042] 图2为本发明实施例一提供的性能评估平台
软件执行的
流程图。
[0043] 图3为本发明实施例二提供的性能评估方法的流程图。
[0044] 图4为图3中时间对齐方法的流程图。
具体实施方式
[0045] 下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例 仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限 制本发明的保护范围。需要注意的是，除非另有说明，本
申请使用的技术术语 或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
[0046] 应当理解，当在本
说明书和所附
权利要求书中使用时，术语“包括”和“包 含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排 除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在 或添加。
[0047] 还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施 例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使 用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个” 及“该”意在包括复数形式。
[0048] 还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和 /或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并 且包括这些组合。
[0049] 如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据 上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测 到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以 依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所 描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
[0050] 实施例一：
[0051] 一种空中冲突探测机载设备的性能评估平台，参见图1，
[0052] 包括主处理器、网络通信模块和接口模块；其中，所述网络通信模块和接 口模块分别连接至所述主处理器；所述接口模块实现与待评估机载设备之间的 通信；所述主处理器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所 述主处理器被配置用于调用所述程序指令，参见图2，执行以下方法：
[0053] S1：采集航空器真实的飞行轨迹；
[0054] 优选地，所述获得航空器真实的飞行轨迹具体包括：实时采集并存储航空 器的以下监视源数据：ADS-B、MLAT和SSR数据；并对所有监视源数据进行关 联、纠错和归一化，以获得所述飞行轨迹。
[0055] 具体地，步骤S1采集ADS-B、MLAT(多点
定位)和SSR(二次雷达)数据， 目的是弥补单监视源自身特点带来的数据缺陷，步骤S1利用关联和纠错，将 三种监视源归一化，得到高
精度、高更新率、全
覆盖的飞行轨迹。
[0056] S2：当接收到用户的性能检测指令时，结合所述飞行轨迹生成多个空中冲 突仿真场景，将多个空中冲突仿真场景传输给待评估机载设备；
[0057] 优选地，所述性能检测指令由用户在待评估机载设备的初始适航取证阶段 发出。所述结合所述飞行轨迹生成多个空中冲突仿真场景具体包括：结合预设 的空中冲突场景脚本分别生成包含本机飞行轨迹和不同第一他机飞行轨迹的 多个空中冲突仿真场景；所述第一他机飞行轨迹为与本机飞行轨迹有冲突的飞 行轨迹。
[0058] 具体地，空中冲突仿真场景不对航空器进行标识。步骤S2可以利用航空 器飞行轨迹和预设的空中冲突场景脚本，批量、快速地仿
真空中冲突场景。
[0059] S3：接收待评估机载设备根据多个空中冲突仿真场景获得的多个第一探测 结果，结合多个空中冲突仿真场景对多个第一探测结果进行评估，以得到检测 评估报告；
[0060] 具体地，由于待评估机载设备在初始适航取证阶段(即将待评估机载设备 首次安装在航空器上的时间)，需要对待评估机载设备的功能、
稳定性做详细 测试，所以需要依托于大量的空中冲突场景数据。但是此时既不能从实际空域 运行中得到足够数量的空中冲突场景，又不能使用真实飞机刻意去飞冲突场 景，所以就利用空中冲突仿真场景对待评估机载设备的第一探测结果进行评 估，例如判断第一探测结果是否正确，并对结果进行统计。第一探测结果体现 了该待评估机载设备处于空中冲突仿真场景中的运行数据。
[0061] S4：当接收到用户的性能监测指令时，定期读取待评估机载设备中记录的 多个第二探测结果，根据多个第二探测结果分别提取对应的多个真实航空器飞 行场景，根据所述多个真实航空器飞行场景对多个第二探测结果进行评估，以 得到监测评估报告。
[0062] 优选地，所述性能监测指令由用户在待评估机载设备通过初始适航后发 出。所述根据多个第二探测结果分别提取对应的多个真实航空器飞行场景具体 包括：分别根据每个第二探测结果采集对应的本机飞行轨迹和第二他机飞行轨 迹，提取对应的真实航空器飞行场景；其中，本机飞行轨迹为待评估机载设备 对应航空器的飞行轨迹；第二他机飞行轨迹为第二探测结果中对应的航空器的 飞行轨迹。
[0063] 具体地，第二探测结果为本机对他机的探测结果。步骤S4为待评估机载 设备在通过初始适航后、在使用过程中进行的持续适航性的监测。步骤S4定 期读取待评估机载设备上的第二探测结果，并结合读取的飞行轨迹提取出相应 的真实航空器飞行场景，对第二探测结果进行评估，例如判断飞行数据是否正 确，并对结果进行统计。
[0064] 具体地，例如如果读取待评估机载设备中记录的100个第二探测结果，就 需要获取这100个第二探测结果中，每个第二探测结果对应的本机飞行轨迹和 第二他机飞行轨迹，并分别结合这100个本机飞行轨迹和第二他机飞行轨迹提 取100个真实航空器飞行场景，利用这100个真实航空器飞行场景对这100 个第二探测结果进行评估，得到100个评估结果，并对这100个评估结果进行 统计。所以性能检测和性能监测都是基于一定量样本下的统计。
[0065] 该性能评估平台还可以输出检测评估报告和监测评估报告，例如输出PDF 文档、word文档或excel文档，该评估平台还可以打印检测评估报告和监测 评估报告。
[0066] 该性能评估平台不仅可以用于机载设备初始适航取证时的性能检测，还能 用于持续适航能力跟踪的性能监测，用户还可以根据实际需求，通过灵活的人 机接口，完成两种功能的切换，该性能评估平台能够帮助航空器运营人掌握机 载设备运行状态，提高了机载设备可靠性评估的有效性，
预防由于机载设备适 航能力下降造成的飞行安全事故。
[0067] 实施例二：
[0068] 实施例二在实施例一的基础上，还增加以下内容：
[0069] 空中冲突探测是基于两个航空器飞行轨迹的预测，实现对空中冲突的提前 预测，提前告知飞行员。所述对机载设备的性能评估，应包含对正确率、误警 率、漏警率、重复告警率、迟警率的统计。
[0070] 影响机载设备探测准确性的主要因素是对两架航空器飞行轨迹预测的准 确性，为此，本实施例提供了以下方法，依托两架航空器的真实飞行轨迹，进 行冲突
风险的判定，从而避免了轨迹预测带来的误差。
[0071] 参见图3，所述结合多个空中冲突仿真场景对多个第一探测结果进行评 估，以得到检测评估报告，或根据所述多个真实航空器飞行场景对多个第二探 测结果进行评估，以得到监测评估报告具体包括：
[0072] S11：定义第一个空中冲突仿真场景或真实航空器飞行场景为评估场景， 定义所述评估场景中本机飞行轨迹为本机轨迹，定义所述评估场景中第一他机 飞行轨迹或第二飞行轨迹为他机轨迹；
[0073] S12：结合航空器的运行区域特点，设置危险区域和非危险区域；
[0074] 具体地，运行区域包括高空、低空等，步骤S12根据航空器不同的运行区 域，设置不同的危险区域和非危险区域。
[0075] S13：执行评估步骤：将所述本机轨迹和他机轨迹在时间上对齐，并分别 计算本机轨迹和他机轨迹在空间上距离最近的位置点；若这两个位置点落入所 述非危险区域时，生成运行正常信息；若这两个位置点落入所述危险区域时， 生成冲突告警；
[0076] S14：定义下一个空中冲突仿真场景或真实航空器飞行场景为评估场景， 重新执行所述评估步骤S13，直至判定到最后一个空中冲突仿真场景或真实航 空器飞行场景；
[0077] S15：将所有空中冲突仿真场景或真实航空器飞行场景对应的运行正常信 息和冲突告警分别与对应的第一探测结果或第二探测结果进行对比，获得多个 对比结果；
[0078] S16：对所有对比结果进行统计，以获得所述检测评估报告或监测评估报 告。
[0079] 具体地，该方法首先根据航空器的运行区域特点，设置适当的危险区域和 非危险区域大小，再将本机轨迹和他机轨迹在时间上对齐，计算得到两个轨迹 在空间距离最近的位置点,若这两个位置点均落入危险区域内，则表明待评估 机载设备可能存在冲突。若这两个位置点落入非危险区域内，则表明待评估机 载设备不存在冲突。最后与待评估机载设备的第一探测结果或第二探测结果进 行对比评估。这样该方法就能够通过利用输入大量场景进行评估，统计出机载 设备的性能报告。
[0080] 本发明实施例所提供的平台，为简要描述，实施例部分未提及之处，可参 考前述平台实施例中相应内容。
[0081] 实施例三：
[0082] 实施例三在实施例二的基础上，还增加了以下内容：
[0083] 由于不同的输入场景在时间上并不是完全同步的，甚至存在轨迹断点等情 况，所以在进行空间距离最近的位置点计算之前，有必要采用一种高效
算法将 两架航空器的真实轨迹进行时间对齐，参见图4，所述将所述本机轨迹和他机 轨迹在时间上对齐，并分别计算本机轨迹和他机轨迹在空间上距离最近的位置 点具体包括：
[0084] 根据本机轨迹对应航空器的监视源特征设置时间对齐判定门限；
[0085] 分别在所述本机轨迹和他机轨迹中选取时间点上重叠的轨迹片段；
[0086] S21：定义其中一轨迹片段为主动方轨迹；
[0087] S22：将两个轨迹片段在时间轴上进行对齐；
[0088] S23：定义主动方轨迹中首个时间点为判定时间点；
[0089] S24：执行判定步骤：在另一轨迹片段中查找与判定时间点对齐的时间点， 若对齐成功，获取这两个轨迹片段在该判定时间点下的位置点，计算这两个位 置点在空间位置的距离，若最小距离不存在，定义该距离为最小距离，若该距 离小于最小距离，最小距离等于该距离；
[0090] 具体地，例如如果场景中包括飞行轨迹A和飞行轨迹B，假设定义飞行轨 迹A为主动方轨迹，那么在判定时，首先获取飞行轨迹A中第一个时间点T1， 在飞行轨迹B中查找与T1对齐的时间点，若对齐失败，循环定义主动方轨迹 中下一个时间点T2为判定时间点，重复执行步骤S24，如果时间点T1对齐成 功，计算两个位置点的距离，如果该距离比已存在的最小距离小，用该距离替 换最小距离。这样当轮询完主动方轨迹的时间点后，就能找到这两条飞行轨迹 最小距离的位置点。
[0091] S25：如果对齐失败，循环定义主动方轨迹中下一个时间点为判定时间点， 执行所述判定步骤，直至选取到主动方轨迹中最后一个时间点；
[0092] S26：定义两个轨迹片段中最小距离对应的位置点为所述距离最近的位置 点。
[0093] 具体地，该方法根据对各类机载设备特点确定对应的时间对齐判定门限， 采用的是主动方主动查询的方式，减少遍历次数，从而提高空间距离最近的位 置点计算效率。
[0094] 本发明实施例所提供的平台，为简要描述，实施例部分未提及之处，可参 考前述平台实施例中相应内容。
[0095] 实施例四：
[0096] 实施例三在上述实施例的基础上，还增加了以下内容：
[0097] 该性能评估平台，还包括
存储器模块和显示模块；其中，所述存储器模块 和显示模块分别连接至所述主处理器；该评估平台采用集成化的模块搭建，开 发简单，成本低，体积小，方便携带。
[0098] 优选地，所述存储器模块包括RAM单元和ROM单元；其中，RAM单元存储 所述空中冲突场景常用脚本，ROM单元存储空中冲突场景临时脚本。
[0099] 优选地，所述网络通信模块包括
移动通信网络，读取航空器以下的监视源 数据：ADS-B、MLAT(多点定位)和SSR(二次雷达)数据。
[0100] 优选地，所述性能评估平台还包括与所述主处理器连接的
LED灯模块；所 述主处理器包括ARM Core芯片和DSP芯片。例如由于仿真空中冲突场景的运 算量大、实时性要求高，所以可以采用DSP芯片专门负责空中冲突场景的仿真， 即分别从RAM和ROM读取空中冲突场景常用脚本和空中冲突场景临时脚本，并 与ARM Core芯片进行通信，完成空中冲突场景的仿真。ARM Core负责完成三 大功能：管理平台接口，管理DSP完成空中冲突场景的仿真，以及性能评估。
[0101] 优选地，所述接口模块包括USB接口和串口，实现该评估平台与待评估机 载设备之间的数据交互。例如实现机载设备探测信息或飞行数据的录入，实现 评估报告的输出。
[0102] 优选地，所述LED灯模块包括第一LED灯、第二LED灯和第三LED灯；所 述第一LED灯指示所述性能评估平台的工作状态；例如：黄色代表待机状态， 绿色代表工作状态，红色代表故障。所述第二LED灯指示监视源的接收状态； 即是否正在接收监视源。所述第三LED灯指示检测评估报告或监测评估报告的 输出状态；例如是否正在输出检测评估报告或监测评估报告。
[0103] 优选地，所述显示模块包括
触摸屏和屏幕LCD。触摸屏用于实现
人机交互， 屏幕LCD用于实现评估系统状态显示。
[0104] 优选地，还包括与主处理器连接的电源模块，电源模块包括
电池供
电子模 块和市电供电子模块。
[0105] 本发明实施例所提供的平台，为简要描述，实施例部分未提及之处，可参 考前述平台实施例中相应内容。
[0106] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其 限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术 人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行
修改，或者 对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相 应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明 的权利要求和说明书的范围当中。
