一种支持基于性能导航的飞行管理系统的平台架构的制作方法

1.本发明涉及民航飞行管理系统技术领域，具体涉及一种支持基于性能导航的飞行管理系统的平台架构。


背景技术：

2.为了提高空中运输效率、提高飞行安全水平，国内外民航业都在推进实施基于性能导航(performancebasednavigation，pbn)运行，用以替代传统的基于特定导航源(如甚高频全向信标、指点信标)的导航方式。pbn的核心是区域导航(areanavigation，rnav)技术，它使得飞机沿着飞行计划规定的、以航路点和航段定义的航迹飞行。
3.现代大型民航客机的rnav系统如图1所示，其主要由电子仪表系统(electronic flight instrument system，efis)、自动飞行系统(automatic flight system，afs)、显示控制单元(controlanddisplayunit，cdu)、飞行管理系统(flightmanagementsystem，fms)和各种导航传感器设备(如卫星导航接收机gnss、甚高频全向信标接收机vor、测距仪dme、惯性导航系统irs等)。cdu的作用是供机组对rnav系统进行配置、对飞行计划进行修改并监视rnav系统。efis提供飞行数据和航迹的显示。afs自动地使飞机按照预期飞行航迹飞行；导航传感器设备用于提供用于计算飞机位置的各种导航数据。fms则是rnav系统的处理核心，其主要功能是从导航数据库中读取和构建飞行计划，并据此构造预期飞行航迹；基于多导航传感器设备输入计算飞机的经纬高位置，并与预期飞行航迹比较后，向自动飞行系统提供飞行控制指令以使飞机按照pbn程序自动飞行，或者据此计算飞机的航迹偏差并输出显示，由机组手动操纵飞机以按照pbn程序飞行；实时地对导航性能进行监视，并在无法满足所需导航性能(required navigation performance，rnp)时及时向机组发出告警。
4.然而，现有飞行管理系统的平台架构存在对导航数据库的访问频率高，且分区间的数据交互量大等问题。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是现有飞行管理系统的平台架构存在对导航数据库的访问频率高，且分区间的数据交互量大等问题。本发明目的在于提供一种支持基于性能导航的飞行管理系统的平台架构，本发明结合现代民航客机综合模块化航空电子系统(integrated modular avionics，ima)的特点，并以支持pbn为出发点，对飞行管理系统fms的软件分区的划分进行优化，以及对各个软件分区的主要功能、工作原理、软件接口和各个分区之间的数据交互关系进行详细描述，使得设计出的飞行管理系统fms更符合基于性能导航pbn的rnav功能的要求。本发明通过对各个软件分区的功能分配和定义，最大程度地降低了导航数据库的访问频率，减少了分区间的数据交互量。
6.本发明通过下述技术方案实现：
7.一种支持基于性能导航的飞行管理系统的平台架构，该平台架构包括：
8.导航设备接口程序，用于接收各导航设备的导航测量数据，并将导航测量数据发
送至综合导航分区，供综合导航分区进行访问；导航设备包括甚高频全向信标接收机vor、测距仪dme、大气数据惯性导航系统adirs和卫星导航接收机gnss；及对甚高频全向信标接收机vor和测距仪dme的导航测量数据进行有效性校验，并将校验结果反馈至无线电调谐分区；
9.无线电调谐分区，用于根据飞行程序或者无线电定位性能的要求，结合水平导引分区的航路/程序调谐导航台信息和核心分区的导航台信息，对甚高频全向信标接收机vor、测距仪dme的调谐频率进行控制，使甚高频全向信标接收机vor、测距仪dme调谐到相应的导航台；
10.综合导航分区，用于根据从导航设备接口程序接收的各导航设备的导航测量数据及无线电调谐分区的调谐目标导航台信息，计算飞机位置信息；并将飞机位置信息输出至核心分区和水平导引分区；
11.水平导引分区，用于根据飞行计划构造出预期飞行航迹，将从综合导航分区获取的飞机位置信息与预期飞行航迹进行比较，计算出飞机的偏航信息，并将偏航信息输出至核心分区；
12.核心分区，用于结合无线电调谐分区、综合导航分区和水平导引分区传输过来的相关信息，通过显控接口进行显控，通过导航数据库接口与导航数据库进行数据交互，及进行飞行计划管理。
13.进一步地，各导航设备的导航测量数据包括：
14.甚高频全向信标接收机vor输出的vor测量方位角；
15.测距仪dme输出的dme测量斜距；
16.大气数据惯性导航系统adirs输出的经纬高度、飞机航姿信息和气压高度；以及
17.卫星导航接收机gnss输出的经纬高、精度和完好性信息。
18.进一步地，导航设备接口程序，还用于向甚高频全向信标接收机vor和测距仪dme发送各个通道的目标调谐频率；及向大气数据惯性导航系统adirs和卫星导航接收机gnss发送手动设置的位置，用于校准和初始捕星。
19.进一步地，有效性是指导航测量数据随时间呈现出稳定的变化趋势，无跳值和野值；有效性校验的步骤为：
20.根据当前时刻之前的某段时间(如5秒)内的导航测量数据，进行多项式拟合并预测出当前时刻的导航测量数据，并将其作为预测值；
21.进行导航测量数据的实际值与预测值之间的偏差判断：
22.如果导航测量数据的实际值与预测值之间的偏差超过预设范围，则认为该导航测量数据的实际值无效；
23.如果导航测量数据的实际值与预测值之间的偏差不超过预设范围，则认为该导航测量数据的实际值有效。
24.进一步地，无线电调谐分区的具体功能包括：
25.结合来自于水平导引分区的航路/程序调谐导航台信息和来自于核心分区的手动调谐与恢复控制指令，判断甚高频全向信标接收机vor和测距仪dme的每个调谐通道的调谐方式，确定不同调谐方式的目标导航台和目标调谐频率；当接收到核心分区的导航台禁用指令、导航设备接口程序的vor/dme信号无效或者综合导航分区的vor/dme信号不合理时，
则无线电调谐分区不得将所指示的导航台作为调谐目标；
26.并向导航设备接口程序输出每个设备和通道的目标调谐频率；及向综合导航分区输出每个设备和通道的调谐方式和调谐目标导航台信息，供其选择合适的导航定位模式，以进行无线电定位；及向核心分区输出每个设备和通道的调谐方式和调谐目标导航台信息，以及无效调谐告警，供显示控制单元cdu显示；
27.其中，调谐方式包括手动调谐、航路调谐、程序调谐和自动调谐。
28.进一步地，综合导航分区的具体功能包括：
29.基于导航设备接口程序接收到的vor测量方位角、dme测量斜距和气压高度，并依据无线电调谐分区的调谐目标导航台信息中所指示的导航台位置信息，进行vor/dme和dme/dme模式的无线电定位，计算出vor/dme位置和dme/dme位置；当接收到核心分区的导航设备禁用指令时，丢弃掉对应的导航测量数据而不用于定位计算；
30.从计算出的vor/dme位置和dme/dme位置，以及卫星导航接收机gnss和大气数据惯性导航系统adirs传来的gnss位置、adirs位置中，选择一个最优位置作为fms位置；fms位置即为飞机位置；当接收到来自于核心分区的导航模式手动选择指令，选择指令所指示的导航模式的定位结果作为fms位置；如果来自于无线电调谐模块的调谐模式信息中有模式为程序调谐的导航台，则使用基于该导航台计算出的vor/dme位置作为fms位置；
31.将vor/dme位置、dme/dme位置、gnss位置、adirs位置和fms位置及速度输出到核心分区，供显示控制单元cdu和电子仪表系统efis显示；将fms位置输出到水平导引分区，用于计算飞机的偏航距xtk；
32.对vor/dme位置、dme/dme位置、gnss位置、adirs位置和fms位置的实际导航性能anp进行计算，并输出到核心分区，供显示控制单元cdu显示；
33.根据fms位置和导航台位置信息计算出理论的vor方位角和dme斜距，并据此对vor测量方位角和dme测量斜距的合理性进行校验，校验不通过时向无线电调谐分区发送指示；
34.将fms位置的实际导航性能anp与来自于水平导引分区的当前使用所需导航性能rnp进行比较，如果实际导航性能anp超过所需导航性能rnp，则向核心分区输出实际导航性能anp超限的告警信息；
35.当导航测量数据不足以计算出fms位置时，向核心分区输出无法定位的告警；此时，如果收到手动位置设置的指令，则将指令中的位置设为fms位置，并将fms位置通过导航设备接口程序发送给大气数据惯性导航系统adirs和卫星导航接收机gnss，用于校准和初始捕星。
36.进一步地，水平导引分区的具体功能包括：
37.根据来自于综合导航分区的fms位置，以及来自于核心分区的后续航路点和航段序列，
38.确定飞机当前所处于的航段，指示正在飞向的航路点；
39.根据从核心分区发送过来的后续航路点和航段序列，构建出飞机的预期飞行航迹，并计算出综合导航分区发送过来的fms位置到预期飞行航迹之间的最小水平距离；将最小水平距离作为飞机的偏航距xtk，并输出到核心分区供显示控制单元cdu和电子仪表系统efis显示；
40.从核心分区发送过来的后续航段序列中，读取飞机当前所处于的航段的所需导航
性能rnp值，将所需导航性能rnp值输出至综合导航分区；
41.从核心分区发送过来的后续航段序列中，读取飞机当前所处航段的航路/程序调谐导航台信息，将航路/程序调谐导航台信息输出至无线电调谐分区；
42.结合综合导航分区发送过来的飞机位置、速度信息以及偏航距xtk等，计算出耦合到自动飞行系统afs的导引指令，以实现控制飞机沿着预期飞行航迹飞行。
43.进一步地，核心分区包括显控飞控接口、导航数据库接口和水平飞行管理模块；
44.显控飞控接口，用于负责飞行管理系统fms与显示控制单元cdu及电子仪表系统efis之间的数据交互：接收显示控制单元cdu传来的各种手动指令，并将各种手动指令发送至相应分区；接收综合导航分区、无线电调谐分区的水平导引分区的输出信息，并将输出信息显示在显示控制单元cdu及电子仪表系统efis的相应位置；
45.导航数据库接口，用于负责飞行管理系统fms与导航数据库之间的数据交互：根据综合导航分区发来的fms位置，定期(如每3分钟)从导航数据库中索引出距离飞机最近的20个导航台并将其信息发送给无线电调谐分区；根据水平飞行管理模块中输入的飞行计划，从导航数据库中读取并缓存适用于飞行计划的各个航段及航路点信息；根据来自于水平导引分区的当前飞行航段信息，将飞行计划中的随后5个航段的信息发送给水平导引分区；
46.水平飞行管理模块，用于根据显示控制单元cdu输入的飞行计划输入和修改指令，对主用和备用飞行计划的创建和修改。
47.进一步地，各种手动指令包括手动位置输入指令、手动导航模式选择指令、手动导航设备禁用指令、手动导航台禁用指令和手动调谐指令；
48.将手动位置输入指令发送给综合导航分区，用于强制设置其输出的fms位置；并将手动位置输入指令发给导航设备接口程序供大气数据惯性导航系统adirs和卫星导航接收机gnss的校准和初始捕星；
49.将手动导航模式选择指令发送给综合导航分区，供综合导航分区将fms位置设置为该指令所指示的导航模式；
50.将手动导航设备禁用指令发送给综合导航分区，使综合导航分区丢弃掉对应的导航测量数据而不用于定位计算；
51.将手动导航台禁用指令发送给无线电调谐分区，使无线电调谐分区避免选择所指示的导航台作为导航设备的调谐目标；
52.将手动调谐指令发送给无线电调谐分区，使无线电调谐分区输出相应的调谐指令和和显示/告警指令。
53.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
54.本发明一种支持基于性能导航的飞行管理系统的平台架构，本发明结合现代民航客机ima的特点，并以支持pbn为出发点，对飞行管理系统fms的软件分区的划分进行优化，以及对各个软件分区的主要功能、工作原理、软件接口和各个分区之间的数据交互关系进行详细描述，使得设计出的飞行管理系统fms更符合基于性能导航pbn的rnav功能的要求。本发明通过对各个软件分区的功能分配和定义，最大程度地降低了导航数据库的访问频率，减少了分区间的数据交互量。
附图说明
55.此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
56.图1为现代大型民航客机的rnav系统的结构示意图；
57.图2为本发明飞行管理系统fms中用于支持pbn区域导航的软件分区及数据交互示意图；
58.图3为本发明飞行管理系统fms与外部系统的数据交互示意图。
具体实施方式
59.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
60.现有飞行管理系统的平台架构存在对导航数据库的访问频率高，且分区间的数据交互量大等问题。本发明基于在现代大型民航客机上，飞行管理系统fms以软件形式驻留于集成模块化航电系统ima中，并以软件分区换分成不同的功能模块。飞行管理系fms的功能除支持pbn rnav之外，还包括性能计算、数据链应用管理、健康管理等，而本发明仅关注其rnav功能部分。本发明通过优化现有飞行管理系统的平台架构，对飞行管理系统fms的软件分区的划分进行优化，以及对各个软件分区的主要功能、工作原理、软件接口和各个分区之间的数据交互关系进行详细描述，使得设计出的飞行管理系统fms更符合基于性能导航pbn的rnav功能的要求。本发明通过对各个软件分区的功能分配和定义，最大程度地降低了导航数据库的访问频率，减少了分区间的数据交互量。
61.如图2所示，飞行管理系统fms中用于支持pbn区域导航的部分主要包括导航设备接口程序、核心分区、无线电调谐分区、综合导航分区和水平导引分区等。如图3所示，通过导航设备接口程序进行与各类导航传感器设备之间的数据交互，通过核心分区控制的导航数据库接口进行与导航数据库之间数据交互，以及通过显控/飞控接口进行与电子仪表系统efis、自动飞行系统afs和显示控制单元cdu之间的数据交互。
62.实施例1
63.如图1所示，本发明一种支持基于性能导航的飞行管理系统的平台架构，该平台架构包括：
64.导航设备接口程序，用于接收各导航设备的导航测量数据，并将导航测量数据发送至综合导航分区，供综合导航分区进行访问；导航设备包括甚高频全向信标接收机vor、测距仪dme、大气数据惯性导航系统adirs和卫星导航接收机gnss；及对甚高频全向信标接收机vor和测距仪dme的导航测量数据进行有效性校验，并将校验结果反馈至无线电调谐分区；
65.无线电调谐分区，用于根据飞行程序或者无线电定位性能的要求，结合水平导引分区的航路/程序调谐导航台信息和核心分区的导航台信息，对甚高频全向信标接收机vor、测距仪dme的调谐频率进行控制，使甚高频全向信标接收机vor、测距仪dme调谐到相应的导航台；
66.综合导航分区，用于根据从导航设备接口程序接收的各导航设备的导航测量数据
及无线电调谐分区的调谐目标导航台信息，计算飞机位置信息；并将飞机位置信息输出至核心分区和水平导引分区；
67.水平导引分区，用于根据飞行计划构造出预期飞行航迹，将从综合导航分区获取的飞机位置信息与预期飞行航迹进行比较，计算出飞机的偏航信息，并将偏航信息输出至核心分区；
68.核心分区，用于结合无线电调谐分区、综合导航分区和水平导引分区传输过来的相关信息，通过显控接口进行显控，通过导航数据库接口与导航数据库进行数据交互，及进行飞行计划管理。
69.本发明具体实施，各分区、导航设备接口程序之间交互逻辑如下：
70.1、导航设备接口程序，用于完成飞行管理系统fms与各个导航设备之间的数据交互，具体包括：
71.接收各导航设备的导航测量数据，并将导航测量数据发送至综合导航分区，供综合导航分区进行访问；各导航设备的导航测量数据包括：甚高频全向信标接收机vor输出的vor测量方位角，测距仪dme输出的dme测量斜距，大气数据惯性导航系统adirs输出的经纬高度、飞机航姿信息和气压高度；以及卫星导航接收机gnss输出的经纬高、精度和完好性信息；
72.对甚高频全向信标接收机vor和测距仪dme的导航测量数据进行有效性校验，并将校验结果反馈至无线电调谐分区；
73.向甚高频全向信标接收机vor和测距仪dme发送各个通道的目标调谐频率；以及
74.向大气数据惯性导航系统adirs和卫星导航接收机gnss发送手动设置的位置，用于校准和初始捕星。
75.具体地，有效性是指导航测量数据随时间呈现出稳定的变化趋势，无跳值和野值；有效性校验的步骤为：
76.根据当前时刻之前的某段时间(如5秒)内的导航测量数据，进行多项式拟合并预测出当前时刻的导航测量数据，并将其作为预测值；
77.进行导航测量数据的实际值与预测值之间的偏差判断：
78.如果导航测量数据的实际值与预测值之间的偏差超过预设范围，则认为该导航测量数据的实际值无效；
79.如果导航测量数据的实际值与预测值之间的偏差不超过预设范围，则认为该导航测量数据的实际值有效。
80.2、无线电调谐分区，根据飞行程序或者无线电定位性能的要求，对v甚高频全向信标接收机vor和测距仪dme的调谐频率进行控制，使这些设备调谐到相应的导航台。fms支持的调谐方式分为手动调谐、航路调谐、程序调谐和自动调谐等，具体包括：
81.结合来自于水平导引分区的航路/程序调谐导航台信息(源自于导航数据库中的航段条目)和来自于核心分区的手动调谐与恢复控制指令，判断甚高频全向信标接收机vor和测距仪dme的每个调谐通道的调谐方式，确定手动调谐、航路调谐和程序调谐的的目标导航台和目标调谐频率；其中，航路调谐是指当航段以导航台作为终点时，将vor/dme调谐到该导航台；程序调谐是指当航段被指定了推荐导航台时，将vor/dme调谐到推荐使用的导航台。
82.对于自动调谐的设备和通道，基于来自于核心分区的距离飞机最近的20个导航台的导航台信息，在排除掉手动调谐、航路调谐和程序调谐的导航台后剩下的导航台中选择最有利于完成vor/dme或dme/dme定位计算(具有最好的信号接收强度和几何构形)的导航台站。
83.当接收到核心分区的导航台禁用指令、导航设备接口程序的vor/dme信号无效或者综合导航分区的vor/dme信号不合理时，则无线电调谐分区不得将所指示的导航台作为调谐目标；
84.并向导航设备接口程序输出每个设备和通道的目标调谐频率；及向综合导航分区输出每个设备和通道的调谐方式和调谐目标导航台信息，供其选择合适的导航定位模式，以进行无线电定位；及向核心分区输出每个设备和通道的调谐方式和调谐目标导航台信息，以及无效调谐告警，供显示控制单元cdu显示；这里的无效调谐是指飞行程序规定当前的航段需要进行航路或程序调谐，但是对应的调谐通道被机组手动调谐而无法进行航路或程序调谐。
85.3、综合导航分区，用于为fms提供飞机位置信息，具体包括：
86.基于导航设备接口程序接收到的vor测量方位角、dme测量斜距和气压高度，并依据无线电调谐分区的调谐目标导航台信息中所指示的导航台位置信息，进行vor/dme和dme/dme模式的无线电定位，计算出vor/dme位置和dme/dme位置；
87.当接收到核心分区的导航设备禁用指令时，丢弃掉对应的导航测量数据而不用于定位计算；
88.从计算出的vor/dme位置和dme/dme位置，以及卫星导航接收机gnss和大气数据惯性导航系统adirs传来的gnss位置、adirs位置中，选择一个最优位置作为fms位置；fms位置即为飞机位置；当接收到来自于核心分区的导航模式手动选择指令，选择指令所指示的导航模式的定位结果作为fms位置；如果来自于无线电调谐模块的调谐模式信息中有模式为程序调谐的导航台，则使用基于该导航台计算出的vor/dme位置作为fms位置；
89.将vor/dme位置、dme/dme位置、gnss位置、adirs位置和fms位置及速度输出到核心分区，供显示控制单元cdu和电子仪表系统efis显示；将fms位置输出到水平导引分区，用于计算飞机的偏航距xtk；
90.对vor/dme位置、dme/dme位置、gnss位置、adirs位置和fms位置的实际导航性能anp进行计算，并输出到核心分区，供显示控制单元cdu显示；
91.根据fms位置和导航台位置信息计算出理论的vor方位角和dme斜距，并据此对vor测量方位角和dme测量斜距的合理性进行校验，校验不通过时向无线电调谐分区发送指示；
92.将fms位置的实际导航性能anp与来自于水平导引分区的当前使用所需导航性能rnp进行比较，如果实际导航性能anp超过所需导航性能rnp，则向核心分区输出实际导航性能anp超限的告警信息；
93.当导航测量数据不足以计算出fms位置时，向核心分区输出无法定位的告警；此时，如果收到手动位置设置的指令，则将指令中的位置设为fms位置，并将fms位置通过导航设备接口程序发送给大气数据惯性导航系统adirs和卫星导航接收机gnss，用于校准和初始捕星。
94.4、水平导引分区根据飞行计划构造出预期飞行航迹，将飞机位置与预期飞行航迹
进行比较以计算出飞机的偏航信息，具体包括：
95.根据来自于综合导航分区的fms位置，以及来自于核心分区的后续航路点和航段序列，
96.确定飞机当前所处于的航段，指示正在飞向的航路点；
97.根据从核心分区发送过来的后续航路点和航段序列，构建出飞机的预期飞行航迹，并计算出综合导航分区发送过来的fms位置到预期飞行航迹之间的最小水平距离；将最小水平距离作为飞机的偏航距xtk，并输出到核心分区供显示控制单元cdu和电子仪表系统efis显示；
98.从核心分区发送过来的后续航段序列中，读取飞机当前所处于的航段的所需导航性能rnp值，将所需导航性能rnp值输出至综合导航分区；
99.从核心分区发送过来的后续航段序列中，读取飞机当前所处航段的航路/程序调谐导航台信息，将航路/程序调谐导航台信息输出至无线电调谐分区；
100.结合综合导航分区发送过来的飞机位置、速度信息以及偏航距xtk等，计算出耦合到自动飞行系统afs的导引指令，以实现控制飞机沿着预期飞行航迹飞行。
101.5、核心分区包括显控飞控接口、导航数据库接口和水平飞行管理模块；具体包括：
102.a，显控飞控接口，用于负责飞行管理系统fms与显示控制单元cdu及电子仪表系统efis之间的数据交互，包括：
103.a)控制指令管理：接收显示控制单元cdu传来的各种手动指令，并将各种手动指令发送至相应分区；即接收cdu传来的手动位置输入与恢复、导航模式手动选择与恢复和导航设备禁用与恢复控制指令并转发给综合导航分区，接收cdu传来的导航台禁用与恢复和手动调谐与恢复控制指令并转发给无线电调谐分区，接收cdu传来的飞行计划修改指令并转发给飞行计划管理子模块以进行飞行计划的管理；
104.b)显示信息管理：接收综合导航分区、无线电调谐分区的水平导引分区的输出信息，并将输出信息显示在显示控制单元cdu及电子仪表系统efis的相应位置；即接收来自于综合导航分区的位置、速度、(计算fms位置所基于的)导航模式、实际导航性能anp、anp超限(超过rnp)告警和无法计算位置告警等信息，来自于无线电调谐分区的调谐频率、调谐方式和无效调谐告警等信息，以及来自于水平导引分区的当前飞行航段(用于指示正在飞向的航路点)和偏航距xtk等信息，用于将上述信息显示在cdu及efis的相应位置。
105.b，导航数据库接口，用于负责飞行管理系统fms与导航数据库之间的数据交互：根据综合导航分区发来的fms位置，定期(如每3分钟)从导航数据库中索引出距离飞机最近的20个导航台并将其信息发送给无线电调谐分区；根据水平飞行管理模块中输入的飞行计划，从导航数据库中读取并缓存适用于飞行计划的各个航段及航路点信息；根据来自于水平导引分区的当前飞行航段信息，将飞行计划中的随后5个航段的信息发送给水平导引分区；
106.c，水平飞行管理模块，用于根据显示控制单元cdu输入的飞行计划输入和修改指令，对主用和备用飞行计划的创建和修改。
107.相较于现有飞行管理系统的平台架构方案，本发明的改进如下：
108.第一，本发明解决了现有方案中无线电调谐选台操作需要频繁访问导航数据库的问题。现有方案要求在每次选台时根据飞机位置从导航数据库中检索出飞机附近的导航
台，而本发明方案设计了导航数据库接口程序，通过导航数据库接口程序自发地、定期从导航数据库中检索出飞机附近的导航台发送到无线电调谐分区供其选台使用。
109.第二，现有方案没有披露航路/程序调谐的实现方法，本发明进行了新设计实现：当水平导引分区根据飞机位置和飞行计划中的航段信息完成了航路点排序(确定了飞机当前所处的航段)后，亦可从航段信息中读取当前航段对航路/程序调谐的要求，并将航路/程序调谐所指定的导航台信息发送给无线电调谐分区。支持航路/程序调谐是为了能够兼容传统飞行程序。
110.第三，为了支持航路/程序调谐功能，也需要无线电调谐分区将导航设备的调谐模式发送给综合导航分区和显控接口，供导航计算和显示。
111.第四，现有方案没有披露对vor和dme导航数据进行有效性和合理性的双重校验的实现方法，本发明进行了新设计实现：单独定义了一个导航设备接口程序，用于缓存各个导航设备发来的导航数据并监测vor和dme导航数据的有效性；且合理性则由综合导航分区进行判断。
112.第五，现有方案将rnp管理全部放在了综合导航分区，这样综合导航分区也需要不断地去从导航数据库中检索当前航段rnp，执行效率低。本发明重新规划了rnp管理的方式：综合导航分区所需的当前航段rnp改为由水平导引分区提供。水平导引分区在确定了飞机所处航段后，从航段信息中读取rnp并发送给综合导航分区，用于将其与anp进行比较，实现导航性能监视与告警功能。这样不用频繁地访问导航数据库，而在水平导引分区航段调谐时即可拿到相关rnp数据，从而减少了分区间的数据交互量。
113.第六，现有方案没有披露手动指令的实现方法及数据流，本发明进行了新设计实现：各种手动指令包括手动位置输入指令、手动导航模式选择指令、手动导航设备禁用指令、手动导航台禁用指令和手动调谐指令；
114.将手动位置输入指令发送给综合导航分区，用于强制设置其输出的fms位置；并将手动位置输入指令发给导航设备接口程序供大气数据惯性导航系统adirs和卫星导航接收机gnss的校准和初始捕星；
115.将手动导航模式选择指令发送给综合导航分区，供综合导航分区将fms位置设置为该指令所指示的导航模式；
116.将手动导航设备禁用指令发送给综合导航分区，使综合导航分区丢弃掉对应的导航测量数据而不用于定位计算；
117.将手动导航台禁用指令发送给无线电调谐分区，使无线电调谐分区避免选择所指示的导航台作为导航设备的调谐目标；
118.将手动调谐指令发送给无线电调谐分区，使无线电调谐分区输出相应的调谐指令和和显示/告警指令。
119.因此，本发明结合现代民航客机ima的特点，并以支持pbn为出发点，对飞行管理系统fms的软件分区的划分进行优化，以及对各个软件分区的主要功能、工作原理、软件接口和各个分区之间的数据交互关系进行详细描述，使得设计出的飞行管理系统fms更符合基于性能导航pbn的rnav功能的要求。本发明通过对各个软件分区的功能分配和定义，最大程度地降低了导航数据库的访问频率，减少了分区间的数据交互量。
120.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步
详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种支持基于性能导航的飞行管理系统的平台架构，其特征在于，该平台架构包括：导航设备接口程序，用于接收各导航设备的导航测量数据，并将导航测量数据发送至综合导航分区；所述导航设备包括甚高频全向信标接收机vor、测距仪dme、大气数据惯性导航系统adirs和卫星导航接收机gnss；及对甚高频全向信标接收机vor和测距仪dme的导航测量数据进行有效性校验，并将校验结果反馈至无线电调谐分区；无线电调谐分区，用于根据飞行程序或者无线电定位性能的要求，对甚高频全向信标接收机vor、测距仪dme的调谐频率进行控制，使甚高频全向信标接收机vor、测距仪dme调谐到相应的导航台；综合导航分区，用于根据从导航设备接口程序接收的各导航设备的导航测量数据及无线电调谐分区的调谐目标导航台信息，计算飞机位置信息；并将所述飞机位置信息输出至核心分区和水平导引分区；水平导引分区，用于根据飞行计划构造出预期飞行航迹，将从综合导航分区获取的飞机位置信息与预期飞行航迹进行比较，计算出飞机的偏航信息，并将偏航信息输出至核心分区；核心分区，用于结合无线电调谐分区、综合导航分区和水平导引分区传输过来的相关信息，通过显控接口进行显控，通过导航数据库接口与导航数据库进行数据交互，及进行飞行计划管理。2.根据权利要求1所述的一种支持基于性能导航的飞行管理系统的平台架构，其特征在于，所述各导航设备的导航测量数据包括：甚高频全向信标接收机vor输出的vor测量方位角；测距仪dme输出的dme测量斜距；大气数据惯性导航系统adirs输出的经纬高度、飞机航姿信息和气压高度；以及卫星导航接收机gnss输出的经纬高、精度和完好性信息。3.根据权利要求1所述的一种支持基于性能导航的飞行管理系统的平台架构，其特征在于，所述导航设备接口程序，还用于向甚高频全向信标接收机vor和测距仪dme发送各个通道的目标调谐频率；及向大气数据惯性导航系统adirs和卫星导航接收机gnss发送手动设置的位置。4.根据权利要求1所述的一种支持基于性能导航的飞行管理系统的平台架构，其特征在于，所述有效性是指导航测量数据随时间呈现出稳定的变化趋势，无跳值和野值；有效性校验的步骤为：根据当前时刻之前的某段时间内的导航测量数据，进行多项式拟合并预测出当前时刻的导航测量数据，并将其作为预测值；进行导航测量数据的实际值与预测值之间的偏差判断：如果导航测量数据的实际值与预测值之间的偏差超过预设范围，则认为该导航测量数据的实际值无效；如果导航测量数据的实际值与预测值之间的偏差不超过预设范围，则认为该导航测量数据的实际值有效。5.根据权利要求1所述的一种支持基于性能导航的飞行管理系统的平台架构，其特征在于，所述无线电调谐分区的具体功能包括：
结合来自于水平导引分区的航路/程序调谐导航台信息和来自于核心分区的手动调谐与恢复控制指令，判断甚高频全向信标接收机vor和测距仪dme的每个调谐通道的调谐方式，确定不同调谐方式的目标导航台和目标调谐频率；当接收到核心分区的导航台禁用指令、导航设备接口程序的vor/dme信号无效或者综合导航分区的vor/dme信号不合理时，则无线电调谐分区不得将所指示的导航台作为调谐目标；并向导航设备接口程序输出每个设备和通道的目标调谐频率；及向综合导航分区输出每个设备和通道的调谐方式和调谐目标导航台信息，供其选择合适的导航定位模式，以进行无线电定位；及向核心分区输出每个设备和通道的调谐方式和调谐目标导航台信息，以及无效调谐告警，供显示控制单元cdu显示；其中，所述调谐方式包括手动调谐、航路调谐、程序调谐和自动调谐。6.根据权利要求2所述的一种支持基于性能导航的飞行管理系统的平台架构，其特征在于，所述综合导航分区的具体功能包括：基于导航设备接口程序接收到的vor测量方位角、dme测量斜距和气压高度，并依据无线电调谐分区的调谐目标导航台信息中所指示的导航台位置信息，进行vor/dme和dme/dme模式的无线电定位，计算出vor/dme位置和dme/dme位置；从计算出的vor/dme位置和dme/dme位置，以及卫星导航接收机gnss和大气数据惯性导航系统adirs传来的gnss位置、adirs位置中，选择一个最优位置作为fms位置；所述fms位置即为飞机位置；将vor/dme位置、dme/dme位置、gnss位置、adirs位置和fms位置及速度输出到核心分区，供显示控制单元cdu和电子仪表系统efis显示；将fms位置输出到水平导引分区，用于计算飞机的偏航距xtk；对vor/dme位置、dme/dme位置、gnss位置、adirs位置和fms位置的实际导航性能anp进行计算，并输出到核心分区，供显示控制单元cdu显示；根据fms位置和导航台位置信息计算出理论的vor方位角和dme斜距，并据此对vor测量方位角和dme测量斜距的合理性进行校验，校验不通过时向无线电调谐分区发送指示；将fms位置的实际导航性能anp与来自于水平导引分区的当前使用所需导航性能rnp进行比较，如果实际导航性能anp超过所需导航性能rnp，则向核心分区输出实际导航性能anp超限的告警信息。7.根据权利要求6所述的一种支持基于性能导航的飞行管理系统的平台架构，其特征在于，所述综合导航分区的具体功能还包括：当接收到来自于核心分区的导航模式手动选择指令，选择指令所指示的导航模式的定位结果作为fms位置；如果来自于无线电调谐模块的调谐模式信息中有模式为程序调谐的导航台，则使用基于该导航台计算出的vor/dme位置作为fms位置；当导航测量数据不足以计算出fms位置时，向核心分区输出无法定位的告警；此时，如果收到手动位置设置的指令，则将指令中的位置设为fms位置，并将fms位置通过导航设备接口程序发送给大气数据惯性导航系统adirs和卫星导航接收机gnss，用于校准和初始捕星。8.根据权利要求1所述的一种支持基于性能导航的飞行管理系统的平台架构，其特征在于，所述水平导引分区的具体功能包括：
根据来自于综合导航分区的fms位置，以及来自于核心分区的后续航路点和航段序列，确定飞机当前所处于的航段，指示正在飞向的航路点；根据从核心分区发送过来的后续航路点和航段序列，构建出飞机的预期飞行航迹，并计算出综合导航分区发送过来的fms位置到预期飞行航迹之间的最小水平距离；将所述最小水平距离作为飞机的偏航距xtk，并输出到核心分区供显示控制单元cdu和电子仪表系统efis显示；从核心分区发送过来的后续航段序列中，读取飞机当前所处于的航段的所需导航性能rnp值，将所需导航性能rnp值输出至综合导航分区；从核心分区发送过来的后续航段序列中，读取飞机当前所处航段的航路/程序调谐导航台信息，将航路/程序调谐导航台信息输出至无线电调谐分区；结合综合导航分区发送过来的飞机位置、速度信息以及偏航距xtk，计算出耦合到自动飞行系统afs的导引指令，以实现控制飞机沿着预期飞行航迹飞行。9.根据权利要求1所述的一种支持基于性能导航的飞行管理系统的平台架构，其特征在于，所述核心分区包括显控飞控接口、导航数据库接口和水平飞行管理模块；显控飞控接口，用于负责飞行管理系统fms与显示控制单元cdu及电子仪表系统efis之间的数据交互：接收显示控制单元cdu传来的各种手动指令，并将各种手动指令发送至相应分区；接收综合导航分区、无线电调谐分区的水平导引分区的输出信息，并将输出信息显示在显示控制单元cdu及电子仪表系统efis的相应位置；导航数据库接口，用于负责飞行管理系统fms与导航数据库之间的数据交互：根据综合导航分区发来的fms位置，定期从导航数据库中索引出距离飞机最近的20个导航台并将其信息发送给无线电调谐分区；根据水平飞行管理模块中输入的飞行计划，从导航数据库中读取并缓存适用于飞行计划的各个航段及航路点信息；根据来自于水平导引分区的当前飞行航段信息，将飞行计划中的随后5个航段的信息发送给水平导引分区；水平飞行管理模块，用于根据显示控制单元cdu输入的飞行计划输入和修改指令，对主用和备用飞行计划的创建和修改。10.根据权利要求9所述的一种支持基于性能导航的飞行管理系统的平台架构，其特征在于，各种手动指令包括手动位置输入指令、手动导航模式选择指令、手动导航设备禁用指令、手动导航台禁用指令和手动调谐指令；将手动位置输入指令发送给综合导航分区，用于强制设置其输出的fms位置；并将手动位置输入指令发给导航设备接口程序供大气数据惯性导航系统adirs和卫星导航接收机gnss的校准和初始捕星；将手动导航模式选择指令发送给综合导航分区，供综合导航分区将fms位置设置为该指令所指示的导航模式；将手动导航设备禁用指令发送给综合导航分区，使综合导航分区丢弃掉对应的导航测量数据而不用于定位计算；将手动导航台禁用指令发送给无线电调谐分区，使无线电调谐分区避免选择所指示的导航台作为导航设备的调谐目标；将手动调谐指令发送给无线电调谐分区，使无线电调谐分区输出相应的调谐指令和和显示/告警指令。

技术总结
本发明公开了一种支持基于性能导航的飞行管理系统的平台架构，该平台架构包括：导航设备接口程序、无线电调谐分区、综合导航分区、水平导引分区和核心分区，核心分区包括显控飞控接口、导航数据库接口和水平飞行管理模块。本发明结合现代民航客机IMA的特点，并以支持PBN为出发点，对飞行管理系统FMS的软件分区的划分进行优化，以及对各个软件分区的主要功能、工作原理、软件接口和各个分区之间的数据交互关系进行详细描述，使得设计出的飞行管理系统FMS更符合基于性能导航PBN的RNAV功能的要求。本发明通过对各个软件分区的功能分配和定义，最大程度地降低了导航数据库的访问频率，减少了分区间的数据交互量。减少了分区间的数据交互量。减少了分区间的数据交互量。


技术研发人员：刘嘉琪 王焱滨 王勇 崔凯
受保护的技术使用者：中电科航空电子有限公司
技术研发日：2023.02.24
技术公布日：2023/5/13