CN101013308A - 空地一体化飞行设备维修支援系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种空地一体化飞行设备维修支援系统，包括：空中数据子系统，用于记录飞行数据，监测设备状态以及整理故障数据；空地无线通信网络，与所述空中数据子系统连接，用于转发从空中数据系统接收到的数据；以及地面计算子系统，与所述空地无线通信网络连接，用于接收所述数据，并对所述数据进行分析。本发明还涉及一种空地一体化飞行设备维修支援方法，通过对飞行设备的重要机件进行实时监视，以对必要的飞行数据进行监测和采样，经处理后通过空地无线通信网络传送至地面计算子系统，再由地面计算子系统根据相应的算法对监测数据进行分析，生成诊断结论和维修建议，以对飞行设备进行故障检查和排除，实现对空中飞行设备进行指导。

Description

空地一体化飞行设备维修支援系统及方法

技术领域

本发明涉及维修支援系统及方法，尤其是设计空地一体化飞行设备维修支援系统及方法。

背景技术

近年来，随着我国航空运输总周转量持续高速地增长，航空业务量也随之大幅增加。在航空流量快速增加的同时，运输安全成为日渐重要的一个课题，受到了制造商和运营机构的重视。为了保证飞机在航行过程中能够保证系统在正常的状态下运行，需要保证飞机的每个部分都处于安全的环境中，这就需要对飞机的重要机件进行实时监视，对其运行中的参数变化进行分析，从而达到预知可能故障的目的。

发明内容

本发明的目的在于为了保证飞行设备的每个部分都处于安全的环境，通过对飞机的重要机件进行实时监视，对其运行中的参数变化进行分析，从而实现预知可能故障。

为实现上述目的，本发明提供了一种空地一体化飞行设备维修支援系统，包括：空中数据子系统，用于记录飞行数据，监测设备状态以及整理故障数据；空地无线通信网络，与所述空中数据子系统连接，用于转发从空中数据系统接收到的数据；以及地面计算子系统，与所述空地无线通信网络连接，用于接收所述数据，并对所述数据进行分析；其中所述空中数据子系统设有：数据采集模块，用于对飞行数据进行监测和采样；数据整理模块，与所述数据采集模块连接，用于接收所述数据采集模块记录的监测数据并对所述监测数据进行筛选、整理和分类；所述空地无线通信网络设有：空中通信控制模块，与所述数据整理模块连接，用于对所述监测数据进行打包；无线收发设备，与所述空中通信控制模块连接，用于转发打包的监测数据；地面通信控制模块，与所述无线收发设备连接，用于将打包的数据恢复为原始的监测数据；所述地面计算子系统设有：地面网络，与所述地面通信控制模块连接，用于传输所述监测数据；数据中心处理模块，与所述地面网络连接，用于对所述监测数据进行分析、判定故障以指导空中飞行操作。

上述技术方案中，所述数据采集模块包括：数据监测子模块，用于监测系统的数据参数；数据输出子模块，用于显示和存储监测数据；数据总线控制器，与所述数据监测子模块和所述数据输出子模块连接，用于将所述数据监测子模块监测的数据转化为符合数据总线标准的监测数据传送至所述数据输出子模块。

所述数据监测子模块包括用于监测机载子系统的数据参数的传感器及电子数据记录器；所述数据输出子模块包括用于显示和输出监测数据的显示输出装置及用于存储所述监测数据的数据存储器。所述传感器和/或所述电子数据记录器监测到系统的数据参数，并将其转化为符合数据总线标准的监测数据，所述监测数据通过数据总线控制器到达所述显示输出装置和所述数据存储器。

所述数据整理模块包括：数据提取子模块，用于提取数据采集子模块中存储的监测数据；数据筛选子模块，与所述数据提取子模块连接，用于对提取的监测数据进行初步筛选；融合处理子模块，与所述数据筛选子模块连接，用于筛选的监测数据进行初步处理；数据接口子模块，与所述融合处理子模块连接，用于将初步处理的监测数据转化为符合通信标准的监测数据；数据管理子模块，与所述数据提取子模块、所述数据筛选子模块及所述融合处理子模块连接，用于对所述数据提取子模块、所述数据筛选子模块及所述融合处理子模块进行综合调度。

所述空中通信控制模块包括：第一外围传输模块，与所述数据整理模块连接，用于传输监测数据；第一通信处理机模块，与所述第一外围传输模块连接，用于对所述监测数据进行编码；第一无线传输模块，与所述第一通信处理机模块连接，用于将编码后的监测数据经由无线收发设备传送出去。所述地面通信控制模块包括：第二无线传输模块，与所述无线收发设备连接，用于接收无线收发设备传输的监测数据；第二通信处理机模块，与所述第二无线传输模块连接，用于对所述监测数据进行解封装及解码；第二外围传输模块，与所述第二通信处理机模块连接，用于转发所述监测数据。

所述数据中心处理模块包括：地空数据链数据接口模块，用于为所述数据中心处理模块提供接收监测数据的接口；地面子系统，与所述地空数据链数据接口模块连接，用于接收监测数据，并对所述监测数据进行处理分析后生成诊断结果和维修建议；对外接口模块，与所述地面子系统连接，用于为所述数据中心处理模块提供与机务部门、空管中心、航空公司或飞机设计部门的进行数据交互的接口。

所述地面子系统包括：地面维护管理中心，用于对地面子系统进行管理；故障诊断与趋势预测中心，与所述地面维护管理中心连接，用于进行实时故障诊断。

所述数据中心处理模块还包括与所述地面子系统连接的远程故障诊断请求接口模块，用于为数据中心处理模块提供专家在线会诊的接口。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种空地一体化飞行设备维修支援方法，包括以下步骤：数据采集模块对飞行数据进行监测和采样，并对监测数据进行记录；数据整理模块对所述监测数据进行筛选、整理和分类后发送给空中通信控制模块；所述空中通信控制模块将监测数据打包，经由无线收发设备发送至所述地面通信控制模块；所述地面控制模块将打包的监测数据恢复为原始的监测数据，经由所述地面网络将所述监测数据发送至数据中心处理模块；所述数据中心处理模块对所述监测数据进行分析、判定故障以指导空中飞行操作。

所述的数据中心处理模块对所述监测数据进行分析、判定故障以指导空中飞行操作的步骤具体为：步骤A、接收监测数据，对接收的监测数据进行数据解码；步骤B、分析查故信息、历史数据以及解码后的监测数据生成ARDMS问题报告；步骤C、根据问题报告和故障模型进行故障诊断；步骤D、将诊断结论和维修建议发送至机务部门、空管中心、航空公司及飞机设计部门，以及将诊断结论和维修建议发送至机载子系统。

所述步骤C与步骤D之间还包括：步骤C1、判断是否遇到疑难问题，若否，执行步骤D，若是，执行步骤C2；步骤C2、请求远程诊断，远程诊断完成，执行步骤D。

由上述技术方案可知，本发明空地一体化飞行设备维修支援系统及方法通过对飞机的重要机件进行实时监视，以对必要的飞行数据进行监测和采样，经处理后通过空地无线通信网络传送至地面计算子系统，再由地面计算子系统根据相应的算法对监测数据进行分析，生成诊断结论和维修建议，以对飞行设备进行故障检查和排除，实现对空中飞行设备进行指导。

附图说明

图1为本发明空地一体化飞行设备维修支援系统结构图。

图2为数据采集模块结构示意图。

图3为数据整理模块结构示意图。

图4为空中通信控制模块及地面通信控制模块的结构示意图。

图5为数据中心处理模块结构示意图。

图6为数据中心处理模块进行故障诊断分析的一实施例流程图。

图7为数据中心处理模块进行故障诊断分析的另一实施例流程图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

为了保证飞行设备在航行过程中能够保证系统在正常状态下运行，需要保证飞机的每个部分都处于安全的环境中，这就需要对飞机的重要机件进行长期监视，对其运行的参数变化进行分析，从而达到预知可能故障的目的。

为实现上述目的，本发明提供了一种空地一体化飞行设备维修支援系统，如图1所示，包括：空中数据子系统100，用于记录飞行数据，监测设备状态以及整理故障数据；空地无线通信网络200，与所述空中数据子系统100连接，用于转发从空中数据系统接收到的数据；以及地面计算子系统300，与所述空地无线通信网络连接，用于接收所述数据，并对所述数据进行分析。

其中所述空中数据子系统100设有：数据采集模块110，用于对飞行数据进行监测和采样；数据整理模块120，与所述数据采集模块110连接，用于接收所述数据采集模块记录的监测数据并对所述监测数据进行筛选、整理和分类。数据采集设备对机载设备进行实时监测，对飞行数据进行监测和采样，并对飞行的重要数据进行记录，然后由数据整理模块对数据进行筛选，整理和分类。

所述空地无线通信网络200设有：空中通信控制模块210，与所述数据整理模块120连接，用于对所述监测数据进行打包；无线收发设备220，与所述空中通信控制模块210连接，用于转发打包的监测数据；地面通信控制模块230，与所述无线收发设备220连接，用于将打包的数据恢复为原始的监测数据。空中通信控制模块210从数据整理模块120得到简单处理后的监测数据，并将监测数据打包并用无线收发设备220转发至地面通信控制模块230，地面通信控制模块将打包的监测数据恢复为原始的监测数据。

所述地面计算子系统300设有：地面网络310，与所述地面通信控制模块230连接，用于传输所述监测数据；数据中心处理模块320，与所述地面网络310连接，用于对所述监测数据进行分析、判定故障以指导空中飞行操作。地面通信控制模块230将通过地面网络将监测数据发送至数据中心处理模块，数据中心处理模块中的计算机借助数据库和相应的算法软件，对数据进行分析，判定可能的故障，并对所测数据的趋势进行预测，最终形成对空中飞行操作的指导。

如图2所示，所述数据采集模块110包括：数据监测子模块111，用于监测系统的数据参数；数据输出子模块112，用于显示和存储监测数据；数据总线控制器113，与所述数据监测子模块和所述数据输出子模块连接，用于将所述数据监测子模块监测的数据转化为符合数据总线标准的监测数据传送至所述数据输出子模块。所述数据监测子模块111包括用于监测机载子系统的数据参数的传感器1111及电子数据记录器1112；所述数据输出子模块112包括用于显示和输出监测数据的显示输出装置1121及用于存储所述监测数据的数据存储器1122。分布于飞机机体及内部机载传感器和电子数据记录器监测到系统的重要参数值，并将其转化为符合数据总线标准的数字信息；数字信息通过数据总线到达输出装置，包括显示输出装置和数据存储器，显示输出装置能够实时的输出监测到的数据并显示其变化情况，数据存储器保存所述数字信息并为上级模块，如数据整理模块，提供原始的监测数据。

如图3所示，所述数据整理模块120包括：数据提取子模块121，用于提取数据采集子模块中存储的监测数据；数据筛选子模块122，与所述数据提取子模块121连接，用于对提取的监测数据进行初步筛选；融合处理子模块123，与所述数据筛选子模块122连接，用于筛选的监测数据进行初步处理；数据接口子模块124，与所述融合处理子模块123连接，用于将初步处理的监测数据转化为符合通信标准的监测数据；数据管理子模块125，与所述数据提取子模块121、所述数据筛选子模块122及所述融合处理子模块123连接，用于对所述数据提取子模块121、所述数据筛选子模块122及所述融合处理子模块123进行综合调度。数据提取子模块121，主要负责将数据从数据存储器中读取出来，并将数据存储器中的相应存储单元清空，为以后的数据采集做好准备。数据筛选子模块122，对提取到的监测信息进行初步的筛选，抛弃信息量较小或是非典型的数值，降低运算时间，减小系统的工作量，从而提高计算的效率。融合处理子模块123，融合飞行参数、各交联系统的状态信息等信息依据模型或故障辞典进行综合诊断，对数据进行初步的处理，并根据需要对数据进行一定的压缩和加密，以便于在较小宽带下进行无线传输。数据接口子模块124，用于将预处理后的数据转化成为符合通信标准的数字信号，为下一步进行的地空通信提供标准的数据流。数据管理模块125，用于对数据提取子模块121、数据筛选子模块122和融合处理子模块123进行综合调度，使整个数据流达到完整，协调和同步的要求。

如图4所示，所述空中通信控制模块210包括：第一外围传输模块211，与数据整理模块连接，用于传输监测数据；第一通信处理机模块212，与所述第一外围传输模块211连接，用于对所述监测数据进行编码；第一无线传输模块213，与所述第一通信处理机模212块连接，用于将编码后的监测数据经由无线收发设备传送出去。

所述地面通信控制模块230包括：第二无线传输模块231，第二通信处理机模块232及第二外围传输模块233。第二无线传输模块231，与所述无线收发设备连接，用于接收无线收发设备传输的监测数据，负责无线收发设备收发并处理监测数据，负责将接收机自动增益控制电压转化为强度评估信号，当有多个地面站接收到相同的下行链路数据时，轻度评估信号用于选择信号最好的地面站接收处理数据，此模块中加载了电台控制流程及信号处理流程。第二通信处理机模块232，与所述第二无线传输模块231连接，用于对所述监测数据进行解封装及解码，该模块定义通信处理机的通用接口和扩展接口，通用接口用来连接第二无线传输模块，扩展接口可连接其他的外设；该模块中包括数字信号处理模块，用于对无线传输模块发来的数据进行处理，以及控制模块，加载了通信控制流程，用于协调通信流量，并对数据进行封装(或解封装)处理。第二外围传输模块233，与所述第二通信处理机模块232连接，用于转发所述监测数据；地面通信控制模块通过第二外围传输模块提供的接口与地面网络连接，从而实现二者之间的高效数据传输；此外，该模块提供的网关功能能够对数据包进行相应的封装和解封装，从而实现地面通信控制模块与地面网络之间的透明数据传输。

如图5所示，所述数据中心处理模块包括：地空数据链数据接口模块321，与地面网络310连接，用于为所述数据中心处理模块提供接收机载数据报文、查故信息及飞机状态信息等监测数据的接口，并提供一个数据格式转换中间件对所述监测数据进行解码。地面子系统322，与所述地空数据链数据接口模块321连接，用于接收监测数据，并对所述监测数据进行处理分析后生成诊断结果和维修建议；对外接口模块323，与所述地面子系统连接，用于为所述数据中心处理模块提供与外界部门，如机务部门、空管中心、航空公司或飞机设计部门的进行数据交互的接口。其中，所述地面子系统322包括：地面维护管理中心3221和故障诊断与趋势预测中心3222。所述地面维护管理中心3221，用于对地面子系统进行管理，进行各类数据库的建立、海量数据管理、数据回访及分析等；故障诊断与趋势预测中心3222，与所述地面维护管理中心连接，用于进行实时故障诊断、故障预测、飞行安全和系统性能预测、维修预测、自治后勤、并且根据不同的数据类型，设有不同的故障诊断终端，基于飞行参数和内置测试(Built-in-test，简称BIT)信息分别完成飞控系统、发动机系统、航空电子系统故障诊断与趋势预测专家系统开发。

如图5，所述数据中心处理模块320还包括与所述地面子系统连接的远程故障诊断请求接口模块324，提供一个远程诊断数据访问接口中间件，用于为数据中心处理模块提供专家在线会诊的接口，为故障诊断与趋势中心提供一个补充解决途径，当故障诊断与趋势中心对飞行设备的监测数据进行故障诊断时遇到疑难问题时，能够通过该接口模块及网络实现专家在线会诊，从而保证了为飞行设备提供飞行指导的及时性及准确性。

为了实现通过对飞机的重要机件进行监视，对其运行的参数变化进行分析，从而达到预知可能故障的目的，本发明还提供了一种空地一体化飞行设备维修支援方法，包括以下步骤：数据采集模块对飞行数据进行监测和采样，并对监测数据进行记录；数据整理模块对所述监测数据进行筛选、整理和分类后发送给空中通信控制模块；所述空中通信控制模块将监测数据打包，经由无线收发设备发送至所述地面通信控制模块；所述地面控制模块将打包的监测数据恢复为原始的监测数据，经由所述地面网络将所述监测数据发送至数据中心处理模块；所述数据中心处理模块对所述监测数据进行分析、判定故障以指导空中飞行操作。

图6为数据中心处理模块进行故障诊断分析的一实施例流程图。所述的数据中心处理模块对所述监测数据进行分析、判定故障以指导空中飞行操作的步骤具体为：

步骤A、接收监测数据，对接收的监测数据进行数据解码；

步骤B、分析查故信息、历史数据以及解码后的监测数据生成ARDMS问题报告；

步骤C、根据问题报告和故障模型进行故障诊断；

步骤D、将诊断结论和维修建议发送至外界部门，如机务部门、空管中心、航空公司及飞机设计部门，以及将诊断结论和维修建议发送至机载子系统。所述步骤D中将诊断结论和维修建议发送至机载子系统具体为，将诊断结论和维修建议通过机载报文封装后经由地面网络即空地无线收发设备发给机载子系统。

当所述数据中心处理模块还包括与所述地面子系统连接的远程故障诊断请求接口模块时，当故障诊断与趋势中心对飞行设备的监测数据进行故障诊断时遇到疑难问题时，能够通过该接口模块及网络实现专家在线会诊，从而保证了为飞行设备提供飞行指导的及时性及准确性。图7为数据中心处理模块进行故障诊断分析的另一实施例流程图。该实施例在上一实施例的基础上，所述步骤C与步骤D之间还包括：

步骤C1、判断是否遇到疑难问题，若否，执行步骤D，若是，执行步骤C2；

步骤C2、请求远程诊断，远程诊断完成，执行步骤D。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (12)

1、一种空地一体化飞行设备维修支援系统，包括：空中数据子系统，用于记录飞行数据，监测设备状态以及整理故障数据；空地无线通信网络，与所述空中数据子系统连接，用于转发从空中数据系统接收到的数据；以及地面计算子系统，与所述空地无线通信网络连接，用于接收所述数据，并对所述数据进行分析；其特征在于，

所述空中数据子系统设有：数据采集模块，用于对飞行数据进行监测和采样；数据整理模块，与所述数据采集模块连接，用于接收所述数据采集模块记录的监测数据并对所述监测数据进行筛选、整理和分类；

所述空地无线通信网络设有：空中通信控制模块，与所述数据整理模块连接，用于对所述监测数据进行打包；无线收发设备，与所述空中通信控制模块连接，用于转发打包的监测数据；地面通信控制模块，与所述无线收发设备连接，用于将打包的数据恢复为原始的监测数据；

所述地面计算子系统设有：地面网络，与所述地面通信控制模块连接，用于传输所述监测数据；数据中心处理模块，与所述地面网络连接，用于对所述监测数据进行分析、判定故障以指导空中飞行操作。

2、根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据采集模块包括：数据监测子模块，用于监测系统的数据参数；数据输出子模块，用于显示和存储监测数据；数据总线控制器，与所述数据监测子模块和所述数据输出子模块连接，用于将所述数据监测子模块监测的数据转化为符合数据总线标准的监测数据传送至所述数据输出子模块。

3、根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述数据监测子模块包括用于监测机载子系统的数据参数的传感器及电子数据记录器；所述数据输出子模块包括用于显示和输出监测数据的显示输出装置及用于存储所述监测数据的数据存储器。

4、根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据整理模块包括：

数据提取子模块，用于提取数据采集子模块中存储的监测数据；

数据筛选子模块，与所述数据提取子模块连接，用于对提取的监测数据进行初步筛选；

融合处理子模块，与所述数据筛选子模块连接，用于筛选的监测数据进行初步处理；

数据接口子模块，与所述融合处理子模块连接，用于将初步处理的监测数据转化为符合通信标准的监测数据；

数据管理子模块，与所述数据提取子模块、所述数据筛选子模块及所述融合处理子模块连接，用于对所述数据提取子模块、所述数据筛选子模块及所述融合处理子模块进行综合调度。

5、根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述空中通信控制模块包括：

第一外围传输模块，与所述数据整理模块连接，用于传输监测数据；

第一通信处理机模块，与所述第一外围传输模块连接，用于对所述监测数据进行编码；

第一无线传输模块，与所述第一通信处理机模块连接，用于将编码后的监测数据经由无线收发设备传送出去；

所述地面通信控制模块包括：

第二无线传输模块，与所述无线收发设备连接，用于接收无线收发设备传输的监测数据；

第二通信处理机模块，与所述第二无线传输模块连接，用于对所述监测数据进行解封装及解码；

第二外围传输模块，与所述第二通信处理机模块连接，用于转发所述监测数据。

6、根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据中心处理模块包括：

地空数据链数据接口模块，用于为所述数据中心处理模块提供接收监测数据的接口；

地面子系统，与所述地空数据链数据接口模块连接，用于接收监测数据，并对所述监测数据进行处理分析后生成诊断结果和维修建议；

对外接口模块，与所述地面子系统连接，用于为所述数据中心处理模块提供与机务部门、空管中心、航空公司或飞机设计部门的进行数据交互的接口。

7、根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述地面子系统包括：

地面维护管理中心，用于对地面子系统进行管理；

故障诊断与趋势预测中心，与所述地面维护管理中心连接，用于进行实时故障诊断。

8、根据权利要求6或7所述的系统，其特征在于，所述数据中心处理模块还包括与所述地面子系统连接的远程故障诊断请求接口模块，用于为数据中心处理模块提供专家在线会诊的接口。

9、一种空地一体化飞行设备维修支援方法，其特征在于，包括以下步骤：

数据采集模块对飞行数据进行监测和采样，并对监测数据进行记录；

数据整理模块对所述监测数据进行筛选、整理和分类后发送给空中通信控制模块；

所述空中通信控制模块将监测数据打包，经由无线收发设备发送至所述地面通信控制模块；

所述地面控制模块将打包的监测数据恢复为原始的监测数据，经由所述地面网络将所述监测数据发送至数据中心处理模块；

所述数据中心处理模块对所述监测数据进行分析、判定故障以指导空中飞行操作。

10、根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述的数据中心处理模块对所述监测数据进行分析、判定故障以指导空中飞行操作的步骤具体为：

步骤A、接收监测数据，对接收的监测数据进行数据解码；

步骤B、分析查故信息、历史数据以及解码后的监数据生成ARDMS问题报告；

步骤C、根据问题报告和故障模型进行故障诊断；

步骤D、将诊断结论和维修建议发送至机务部门、空管中心、航空公司及飞机设计部门，以及将诊断结论和维修建议发送至机载子系统。

11、根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述步骤C与步骤D之间还包括：

步骤C1、判断是否遇到疑难问题，若否，执行步骤D，若是，执行步骤C2；

步骤C2、请求远程诊断，远程诊断完成，执行步骤D。

12、根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述步骤D中将诊断结论和维修建议发送至机载子系统具体为，将诊断结论和维修建议通过机载报文封装后发给机载子系统。

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