CN101739845A - 基于航空数据链信息的民机航空电子验证系统及其方法 - Google Patents

Abstract

基于航空数据链信息的民机航空电子验证系统及其方法，包括：航空数据链信息的接收装置，数据链解码模块，配置管理模块，数据库模块，用于存储飞机的机型数据和性能数据、本地区的民用航线数据、实际飞行数据；验证平台工具模块，任务模块，用于根据任务调用所述数据库模块内的数据，获得对比分析验证所需的基于航空数据链信息生成的实际轨迹数据；对比分析应用模块，用于将验证平台工具模块所获得的验证对象的数据与任务模块的实际飞行数据进行对比，根据用户设定的对比点，提供数字差值报告或轨迹的吻合度报告；分析终端。本发明通过现行民航通信数据链技术支持数字化开发环境，由此为航空电子系统提供一种逼真的试验和验证手段。

Description

基于航空数据链信息的民机航空电子验证系统及其方法

技术领域

本发明属于民用飞机航空电子系统技术领域，特别涉及航空电子的验证、飞行管理、航空数据链通信技术的验证系统及其方法。

背景技术

当代民机航空电子设备和系统涵盖了航空通信、航空仪表、计算机、大气、导航和定位传感器等领域，成为独立于具体飞机设计而进行自我发展的综合学科，对飞机性能、功能和寿命周期成本产生越来越重要的影响。因此，研发过程需要反复验证和迭代，才能达到较为优化的结果。

航空电子系统在满足飞机的技术指标要求的同时，应具有较低研发成本，使用户买得起，用得起。为此，越来越广泛地采用数字化验证手段，使那些原本在综合和试飞过程中才暴露的问题在设计阶段就能显现，以缩短开发周期，降低开发成本。

与实际装机试飞相比，数字化的验证手段相对便宜且方便，但这些数字化开发环境通常由复杂的飞机、设备等数学模型、计算机系统及专业开发工具组成，大多为欧美专业厂家开发，购置模型及软件升级费用仍然相当惊人。

数字开发环境的一个缺点是，未解决实效性、符合性和真实性问题，尤其满足中国民航实际飞行中的运行考验。因此，通过这类进口的设计手段研发出来的当代综合航空电子系统，仍要安排大量试飞，进行适航性检验。

当前民航数据链系统主要有两种：ACARS和ADS-B。

ACARS是当代民航普遍使用一种，其被称之为飞机通信广播和报告系统(AircraftCommunication Addressing and Reporting System)，用以保障飞机的运行管理。从技术上说，它是一种在航空器和地面站之间建立无线电或卫星通信以传输短消息(报文)的数字数据链。之前，地面和飞行人员之间的交流通过电台口头联系。

在飞机，ACARS的功能由执行数据管理的ACARS管理单元的电子装置和飞行员使用的控制显示器单元组成。在地面，ACARS由多个无线电收发机构成网络，接收和发送数据信息。航空公司通过合同使用该网络，获得飞机运行数据，实现航班管理。

ACARS有三种报文类型：(1)空中交通管制(ATC)，这主要用于飞行人员与塔台管制人员请求飞行许可，以及塔台批准飞行的数据通信联络；(2)航空公司运行控制(AOC)，这主要是航空公司与空中的飞行机组进行的业务数据通信联系，这些报文内容由航空公司自己定义，主要包括油耗、发动机和飞行数据；(3)航空公司航线管理控制(AAC)，这主要是航空公司的航线管理数据。

ACARS的网络由美国ARINC公司建立并且运行。用户通过合同使用上下传信息的服务。因为它采用标准的民用航空频段、调幅广播模式和公开的标准数据结构，所以公众可以自行接收并解码，也可以通过签订合同，使用完整的ACARS服务功能。

许多航空服务单位采用普通无线电设备接收和解码ACARS报文信息，为客户提供民航航班信息服务；无线电爱好者也通过这个渠道观察民航日常飞行情况。

ADS-B则是一种面向未来飞行环境的、基于全球卫星定位系统和空空、地空数据链通信的航空器运行监视网络。机载导航系统通过广播报告本机的代号、位置、高度、速度和其他参数如磁航向滚转角、航迹角、航迹角角速率等。地面站接收这些广播信息，经过解码，传给管制中心，由此实现地对空的飞行活动监视。其他飞机接收这些广播信息，由此实现飞机间的彼此监视。

类于ACARS，通过专用电子设备，接收附近上空飞机的ADS-B广播信息，获得飞行实况数据。

因此，通过航空数据链系统，例如ACARS和ADS链路，为航空电子系统的验证环境增加一个完整的、真实的、动态的飞行环境。与现行的数字开发环境所提供的、借助数学模型和专用仿真工具实现飞行环境仿真技术相比，本发明的解决方案具有完整性、真实性、动态实时和实现成本低廉的优势，例如，使用民用收音机接收数据链的成本仅几百元到上千元人民币。

发明内容

本发明的目的在于，通过现行民航通信数据链技术支持数字化开发环境，由此为航空电子系统提供一种逼真的试验和验证手段。具体包括：(1)提供具有完整性、真实性、动态实时的飞行环境，为各类航空电子系统、尤其是复杂综合航空电子系统的开发运行验证和适航认证提供低成本、高效率的技术解决方案；(2)通过积累日常运行的真实完整的飞行数据，弥补现有航空电子系统数字开发和仿真环境中缺乏真实飞机、发动机、飞行运动数据的缺陷，从而增强系统研发的水平和能力；(3)基于航空数据链的真实信息，减少了研发飞机、发动机、大气条件等数学模型的需求和工作量，建立新型的数字化开发和仿真环境，提高系统验证水平，增加系统研发和学术探究的综合效益。

本发明的具体构思如下：

(1)建立基于航空数据链信息的民机航空电子高保真验证平台。

通过接收航空数据链数据，根据公布的行业规范，编制解码软件，并在基于常规计算机和操作系统的平台上运行，获得实时的、在本地无线电通信接收范围即大约400公里内飞行的所有民航飞机的运行动态信息，例如飞行计划、高度、航向、速度、燃油、发动机和大气数据。

将这些真实而动态的飞行数据接入现有的数字开发环境，取代现有数学模型所建立的仿真飞行环境。也就是，为现有数字开发环境提供完全真实的飞行数据环境，不再是基于飞机、发动机和大气数学模型所建立起来的仿真飞行环境。

由此，通过提供实时真实的飞行数据接收的方法，改变现有凭借数学模型的方式，从而构成一套高保真的数字开发环境，可用于各种级别的开发工作，包括功能软件、硬件、设备和复杂综合航空电子系统的试验和验证。

(2)建立验证方法

通过接收航空数据链的数据，得到飞机的真实飞行动态数据，以此作为验证比较的对象数据。

调入相关空域的航线数据，将所接收到的真实飞行数据配置到航线上，形成相关飞行轨迹数据，以此作为验证比较的基础。

将预验证的软件、设备或系统运行同一机型性能数据和同一条航线数据，并配置相同的飞行环境数据，例如温度、风速和风向，由此对比观察其差异，得出验证结论。

基于以上的发明构思，本发明采用以下技术方案：

一种基于航空数据链信息的民机航空电子验证系统，包括：

航空数据链信息的接收装置，用于接收航空数据链信息；

数据链解码模块，与所述航空数据链信息的接收装置相连接，对接收的航空数据链信息进行解码；

配置管理模块，与所述数据链解码模块相连接，用于：A、筛选航空数据链中所需要的信息，并将它整理成所需要的格式，存入到数据库模块中；B、根据对比分析应用模块的验证要求，从数据库模块中调出相关数据；C、完成数据配置管理、版本更新和记录；

数据库模块，与所述配置管理模块相连接，用于存储飞机的机型数据和性能数据、本地区的民用航线数据、实际飞行数据；

验证平台工具模块，与所述配置管理模块相连接，用于所需验证软件、硬件或系统的验证运行；

任务模块，与所述数据库模块相连接，用于根据任务调用所述数据库模块内的数据，获得对比分析验证所需的基于航空数据链信息生成的实际轨迹数据；

对比分析应用模块，与所述任务模块相连接，用于将验证平台工具模块所获得的验证对象的数据与任务模块的实际飞行数据进行对比，根据用户设定的对比点，提供数字差值报告或轨迹的吻合度报告；

分析终端，与所述对比分析应用模块和验证平台工具模块相连接，用于对验证进行操作和显示所处理的数据和分析报告。

进一步地，所述数据链解码模块为ACARS或ADS-B的数据链解码模块，所述数据链解码模块在完成数据链中所有数据的解码后输出至所述配置管理模块。

进一步地，所述航空数据链信息的接收装置为全波段收音机或宽频接收机或数据链接收机。

进一步地，所述飞机的机型数据和性能数据包括飞机重量、重心、飞行高度、爬升率、转弯率、油耗数据。

进一步地，所述本地区的民用航线数据包括机场位置、跑道、标准起飞离场、标准到达程序、航路点、航路、限制高度、禁飞区数据。

进一步地，所述数据库模块中包括实际数据记录库，用于存储所述实际飞行数据，所述实际飞行数据包括飞行性能、航线和气象条件数据。

本发明还提供一种基于航空数据链信息的民机航空电子验证方法，包括以下步骤：

1)航空数据链信息的接收步骤，接收航空数据链信息；

2)数据链解码步骤，对接收的航空数据链信息进行解码；

3)配置管理步骤，用于：A、筛选航空数据链中所需要的信息，并将它整理成所需要的格式，存入到数据库中；B、根据对比分析应用步骤中的高保真验证的要求，从数据库中调出相关数据；C、完成数据配置管理、版本更新和记录；

4)验证步骤，对所需验证的软件、硬件或系统进行验证；

5)任务步骤，根据步骤4)中的验证要求，调用由航空数据链提供的实际运行数据；

6)对比分析应用步骤，设定对比点，接收验证软件、设备或系统的运行数据，并与航空数据链获得的数据进行自动对比，给出数字化的差值报告，或者输出对比轨迹吻合度的图形分析。

进一步地，在所述步骤6)之后还包括：

7)评估步骤，根据设定的可接受的偏差值，评估所验证的软件、设备或系统是否满足设计目标。

进一步地，所述步骤7)中采用正态分布法的标准偏差值进行评估。

进一步地，所述评估方法包括：

验算方法，使用标准航线数据来运行受试件，得到运行结果，与通过航空数据链采集的同一航线的实际飞行轨迹统计值对比分析，从其偏差度来分析受试件的功能水平；

类比方法，使用航空数据链提供的实际轨迹数据作为受试件的运行参数，分析运行结果，比较受试件的功能性能与实际运行情况的吻合性，得到开发产品的性能评估依据。

本发明与现有技术比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

(1)解决方案具有独创性、新颖性和实用性

本发明通过接收航空数据链的飞行数据，采用数据库管理软件进行自动化统计提炼，得到精准的实际运行飞行轨迹数据，以此作为开发验证的比较基础，常规验证环境通过购买应用软件和数字模型作为验证依据。

其次，接收数据日复一日地持续进行，并根据飞行环境的情况例如雷雨天气分门别类归纳，所提供的对比数据具有持续自动化更新、数据越来越准的自维护和自升级特征，而传统的验证环境必须自我研发或向原厂购买升级所需的模型软件才能完成更新。

本发明的数据具有高保真、自动提炼和更新的特征，为验证工作提供了扎实可靠的试验保障环境。

(2)提供了评估的科学手段，降低了开发风险和成本

本发明提供的高保真验证环境为验证件提供了真实可信的运行数据，并建立了“验算”和“类比”两种验证法，在一个真实环境里检验受试件的功能和性能运行状态，尽早考察设计目标和开发质量是否满足预定水平，为排除设计阶段出现重大偏差提供了科学的评估依据，改变了现行顶层设计阶段缺乏实用数据、主要凭借个人经验判断的状况。

为尽早发现可能的重大设计偏差提供了一种判别工具，降低了系统开发风险，节约时间、人力和保障成本。

(3)降低研发工作对个人智力和经验的要求，为创新性研发提供了设计工具

创新过程中的一个要素是确定所研发的项目理念、功能和性能，并引导研发走向创新，这通常取决于个人的智力过程，即个人经验和技术的积累。如果一个人缺乏经验，其基本思路是参考甚至模仿现有产品。

本发明为普及创新提供了科学引导工具。即通过本发明建立的两种验证法，研发人员可尽早识别理念、技术途径的合理性和可行性，不断校准拟制的功能和性能指标，为设计变更提供了科学决策依据，由此引导研发方向。

这就为尝试新理念、新功能和新的性能提供了科学评估的平台，降低了研发工作对个人智力和能力水平的要求，提高了创新效率，降低了所需个人能力的门槛。

(4)技术解决方案成本低，便于应用普及

当前，大型航空系统的仿真验证平台主要由欧美厂家研发，国产同类产品的核心软件主要源于外方，仅进行用户化的外层开发。这样，系统升级必须依赖外方，且受制于人，成本高昂。

本方案的解决办法是采用普通的应用软件例如数据库管理软件作为数学模型的提炼工具，而数据源本身并非通过试飞等代价高昂的形式，而是一套无线电接收机、甚至家用收音机、即可实现数据源的日常采集。依据公开规范编写解码软件，完成数据源的采集。在此基础上，为验证平台提供时刻自动更新、真实而动态的飞行环境，以便受试件对比验证分析。

本发明的方法简单、配置成本低、性能高，降低了验证分析过程中对人员的个人经验的需求，因此，便于普及应用，具有明显的综合效益。

(5)改进了验证方式，增加了科学手段，保障了试飞的安全性

现有验证试验中，需要根据经验，通过人工设计，建立有针对性的验证场景和受试程序。系统越复杂，要求从业者的水平越高。但是人的智力资源有限，客观上限制了系统的创新、发展和研发进程。

本发明的核心是基于实际飞行数据进行分门别类的统计，由此建立对比验证所需的各种场景和实际运行数据。根据需要，受试件可在这种提炼出来的真实飞行环境里进行更广泛、更彻底、更低成本的预先检验。

这一高保真的验证环境减少了需要试飞等手段完成的检验任务。通过本环境更为透彻的检验，也改进了受试件的试飞安全性和可靠性。

(6)缩短研发时间，降低研发成本

为了验证受试件是否可靠地完成预定功能和性能指标，需要提供仿真或者是真实的试验环境，例如温度、振动、电磁干扰等试验环境，也包括使用真实飞机进行试飞。本发明是为受试件提供一个精度高于基于数学模型的仿真飞行环境，成本和风险低于真实试飞的真实飞行环境。同时，本发明通过日常飞行数据的自动统计和提炼，累积各种飞行场景，不断丰富试验验证项目和内容，由此可以更透彻地检验受试件，尤其为复杂系统的受试提供了一个更低成本、更加可靠的解决方案。

(7)验证手段丰富，灵活实用

本方法的基本要素是基于实际采集数据，并非现有数字验证环境中固定配套的数学模型，在验证手段上具有丰富性、灵活和实用等特征。例如既可按某一机型统计和建立对比数据，也可统计各种机型数据，建立它们的性能表现的偏差范围。通过实验和验证受试件，可以直接对比各种竞争对手的性能水平。

附图说明

图1为本发明基于航空数据链信息的民机航空电子验证系统的实施例框图；

图2为统计的水平轨迹示意图；

图3为统计的垂直轨迹示意图；

图4为确定评估参考值为两倍标准偏差H范围的示意图。

具体实施方式

实施例一

如图1所示，一种基于航空数据链信息的民机航空电子验证系统，包括：

航空数据链信息的接收装置，用于接收航空数据链信息；可使用民用全波段收音机、工业用宽频接收机、购买或自研数据链接收机；

低成本的解决方案是直接在市场上采购民用全波段收音机，在其民用航空频段上接收ACRAS广播报文信息。这种收音机市售每台价格范围为几百元到千余元人民币。

工业用宽频接收机则更能稳定地接受信号。宽频接收机是接收30~1000MHz的频率范围各类无线电接收设备的统称，其形式可以是座机、手机、车载接收机，价格也较为低廉。

也可按公布的ARINC的ACARS技术标准研制或向专业航空无线电设备供应商采购ACARS数据链接收机来接收航空数据链信息；此方法相对收音机而言成本较高，但许多航空电子设备研发单位本身就研发此类产品，可以直接采用。

为获得更详细的飞行动态数据，也可订购ADS-B接收机，接受ADS-B的广播信息。除了购买市售产品，许多航空电子设备厂家自身也研发此类产品，可以直接采用。

数据链解码模块，与所述航空数据链信息的接收装置相连接，对接收的航空数据链信息进行解码；可以根据公布的ARINC技术标准规范制作ACARS或ADS-B的数据链解码模块，也可购买现成的解码软件产品；其中，所述数据链解码模块在完成数据链中所有数据的解码后，可不做筛选与预处理，以简化所述数据链解码模块的功能；

配置管理模块，与所述数据链解码模块相连接，用于：A、筛选航空数据链中所需要的信息，并将它整理成所需要的格式，存入到数据库模块中；B、根据对比分析应用模块的高保真验证的要求，从所述数据库模块中调出相关数据；C、完成数据配置管理、版本更新和记录等功能。

数据库模块，与所述配置管理模块相连接，用于存储以下主要内容：

飞机的机型数据和性能数据，本地区的民用航线数据；同时建有实际数据记录库，以记录通过航空数据链获得的实际飞行数据。其中：

机型数据和性能数据来源于飞机用户手册公布的厂家原始数据，主要包括该机型的基本性能数据，例如飞机重量、重心、飞行高度、爬升率、转弯率、油耗等数据；

本地区的民用航线数据来源于当地民航当局公布的《民用航行资料汇编》，包括机场位置、跑道、标准起飞离场、标准到达程序、航路点、航路、限制高度、禁飞区等数据。

实际数据记录库用于记录日常通过航空数据链接收下来的飞行信息，包括飞行性能、航线和气象条件数据。不仅为验证提供所需要的直接对比数据，也通过适当的数据库管理应用软件，发掘基于统计计算基础上的、更为精准的飞行运行的轨迹数据。所提炼的飞行轨迹数据作为高保真验证任务的典型输入。

因此，验证方法包括：一、直接对比法，即将要验证的功能放到环境里运行，直接与实际数据对比。二、根据所提炼的统计轨迹作为验算依据，即把这个预定轨迹作为验证任务的输入的场景模块，以检验验证功能、软件与其的吻合度如何。

验证平台工具模块，与所述配置管理模块相连接，采用现有的各类验证平台，通过内置的机型性能模型和外围的硬件资源作为系统验证的基础，用于所需验证软件、硬件或系统的验证运行；

任务模块，与所述数据库模块相连接，用于根据任务调用所述数据库模块内的数据，获得对比分析验证所需的基于航空数据链信息生成的实际轨迹数据。其可根据分析方法的准则编写，分析方法的准则详见后继描述。

对比分析应用模块，与所述任务模块相连接，用于将验证平台工具模块所获得的验证对象的数据与任务模块的实际飞行数据进行对比，根据用户设定的对比点，提供数字差值报告，也可以提供附带图形分析功能的两个轨迹的吻合度报告。

分析终端，与所述对比分析应用模块和验证平台工具模块相连接，用于对验证进行操作和显示所处理的数据和分析报告等。它可以使用常规的显示器和计算机用键盘。根据需要，可以配置图形打印机和记录仪等输出设备。

实施例二

一种基于航空数据链信息的民机航空电子验证方法，包括以下步骤：

1)航空数据链信息的接收步骤，接收航空数据链信息，为仿真系统提供高保真的实际飞行参数；

2)数据链解码步骤，对接收的航空数据链信息进行解码；在完成数据链中所有数据的解码后，可不做筛选与预处理，以简化所述数据链解码模块的功能；

3)配置管理步骤，用于：A、筛选航空数据链中所需要的信息，并将它整理成所需要的格式，存入到数据库中，构成高保真数字开发环境所需的动态数据源；B、根据对比分析应用步骤中的高保真验证的要求，从数据库中调出相关数据；C、完成数据配置管理、版本更新和记录等功能；

4)验证步骤，机型和航线数据初始化，即将预验证的软件、设备或系统按本平台系统所具有的机型和航线数据初始化，例如机型特性、飞行性能、应飞航线、起降机场、气象条件、起落重量和燃油数据。其可采用现有的各类验证平台，通过内置的机型性能模型和外围的硬件资源作为系统验证的基础，用于所需验证软件、硬件或系统的验证运行；

5)任务步骤，根据步骤4)中的验证要求，调用由航空数据链提供的实际运行数据；

6)对比分析应用步骤，设定对比点，接收验证软件、设备或系统的运行数据，并与航空数据链获得的数据进行自动对比，给出数字化的差值报告，也可以输出对比轨迹吻合度的图形分析，以便总体分析评估使用。

其中，在所述步骤6)之后还包括：

7)评估步骤，根据设定的可接受的偏差值，评估所验证的软件、设备或系统是否满足设计目标。其具体根据验证任务的性质，确定对比分析的数据偏差评估标准。可采用正态分布法的标准偏差值，这也是经典的数学评估法。本发明包括如下两类评估方法：

验算方法，用于评估所开发的产品的功能。其使用标准航线数据来运行受试件(可以是软件、设备或系统)，得到运行结果，与通过航空数据链采集的同一航线的实际飞行轨迹统计值对比分析，从其偏差度来分析受试件的功能水平。

类比方法，用于评估所开发的产品性能。使用航空数据链提供的实际轨迹数据作为受试件(可以是软件、设备或系统)的运行参数，分析运行结果，比较受试件的功能性能与实际运行情况的吻合性，从而得出开发产品的性能评估依据。

上述评估步骤中，通过航空数据链获得运行数据，提炼用于验证对比分析的基础。

在日常飞行中，即便同一条航线上的一种机型，运行时仍然存在明显差异，应该使用数学统计方法，剔除个体偏差，形成基于统计值上的运行轨迹数据。

统计计算的工作直接使用数据库软件所带的统计分析功能即可自动完成。

为了进行切实可行的统计，并根据使用的需求，实际运行数据分成两类进行统计。

第一类是基于标准值的统计，主要是强制报告点和标准仪表离场和标准仪表到达航段轨迹。空中交通管制当局规定了强制报告点，飞行机组到达此点时必须报告飞行情况；标准仪表离场和标准仪表到达程序是空中交通管制当局规定的起降航路，飞行机组必须遵守操作规范，管理飞行参数，保持规定轨迹。这类数据具有机动性高、精度可信、数据类型完备等特征，提炼用于验证飞行性能、导航和引导水平的相关参数。

第二类是航路运行数据，主要指中高空飞行的数据。该类数据具有大气环境和飞行状态稳定的特点，宜于提炼导航规划和资源应用等指标的对比参数。

实施案例：飞行管理系统的软件设计验证

检验使用场景为上海杭州空域的空中走廊实际运行数据。

作为示例，取上海九亭航路点到浙江桐庐航路点这一段空中走廊，进行数据统计、分类和作为验证对比的数据用例。

第一步，首先接收数据链的数据，并且使用数据库软件记录和分类统计实际数据。

实际数据统计表格式示例如下。

1、整理航路相关数据。根据中国民航对外公布的航线资料，上海九亭到浙江桐庐的航路数据如表1所示

航路点名称	航路点经纬度	航向(度)	航段距离(km)	高度限制m
					九亭	N31.11.9；E121.20.0
南浔	N30.55.2；E120.25.0	258	92	1066
					笕桥	N30.18.2；E120.09.9	204	69	1118
桐庐	N29.45.9；E119.59.6	224	77	1846

表1上海九亭到浙江桐庐的航路数据

2、采集原始飞行数据。采集原始飞行数据的内容很多，具体如下：

首先，按航路点-机型组合的数据，该表主要反应了在某一航路点上，各种机型的实飞原始数据，示例表格如表2所示：

航路点	机型	航班号	计划时间	实际时间	飞机重量(kg)	计划高度(m)	实际高度(m)	实际速度(km/h)
									九亭	A320-214	MU5567	08:45	09:05	125324	2300	2350	340
九亭	A320-214	MU5571	15:45	16:00	136300	2300	2400	350
									九亭	A319-112	MU5565	16:25	16:20	115213	2300	2300	320

表2航路点-机型组合数据

其次，按高度分层进行采集大气数据，称之为高度分层大气数据，示例表如表3所示，以便构成真实的大气环境情况。本表为1000米高度分层上的24小时大气数据。所有高度分层均使用此表格，高度刻度为1000米，统计范围为从地面到高空12000米。

日期	时刻	降水量(mm)	温度(摄氏度)	风向(度)	风速(m/s)
						2009-9-24	0000-0100	0.1	16.5	170	3.2
	0100-0200	0.1	16.7	165	2.7
							0200-0300	00	17.0	189	2.6
	0300-0400	00	17.1	195	3.1
							0400-0500	00	17.2	198	1.6
	0500-0600	0.2	16.8	206	3.6
							0600-0700	0.4	16.4	220	4.2
	0700-0800	3.0	15.6	225	5.8
							0900-1000	00	16.2	240	3.4
	1000-1100	00	17.4	230	3.2
							1100-1200	00	18.1	210	1.8
	1200-13200	00	18.6	250	1.4

日期	时刻	降水量(mm)	温度(摄氏度)	风向(度)	风速(m/s)
							1300-1400	00	19.3	240	2.5
	1400-1500	00	19.1	210	2.8
							1500-1600	00	18.5	230	2.2
	1600-1700	00	18.2	230	3.0
							1700-1800	00	18.4	190	2.9
	1800-1900	00	18.1	180	1.5
							1900-2000	00	17.7	196	1.7
	2000-2100	00	17.4	170	3.2
							2100-2200	00	16.8	160	3.9
	2200-2300	00	16.3	150	2.3
							2300-2400	0.1	16.1	168	1.9

表3高度分层大气数据

3、生成统计数据表。根据统计数据，结合验证需求，生成相应的对比分析数据表。例如，下表是按机型进行统计的实际运行数据表。

A320-214机型执行情况

航路点名称	实际高度(m)	实际航向(度)	实际距离(km)	实际速度(km/h)
					九亭	1350
南浔	1550	240	90	330
					笕桥	1660	195	65	350
桐庐	1920	220	71	380

根据此表，统计的水平轨迹示意图如图2所示。图2中，粗实直线为理论航线，细虚曲线为实际飞行轨迹(本图为模拟图)。

根据此表，统计的垂直轨迹示意图如3所示。图3中，粗实直线为理论航线，细虚曲线为实际飞行轨迹(本图为模拟图)。

4、制定对比分析的参考值范围。试验和验证领域有很多成熟的分析软件，包括常规的统计数学工具。根据验证任务的性质和需求，选择适当的分析工具，定义合理的偏差值，以便评估验证结果。

制定参考值范围又称“制定正常值范围”。这是指通过对日常飞行数据的统计，制定正常飞行的数据波动范围。图4是一个两倍标准偏差H的例子。

根据研究目的和使用要求，选定适当的百分界值，如80％，90％，95％和99％。常用95％。换言之，95％的飞行数据均应满足这个正常范围。

根据指标的实际用途，确定单侧或双侧界值，如正常航路可以使用双侧界值；航路上有规定最低、最高高度者，使用单侧边界。

5、进行对比验证。

首先进行本发明所定义的验算方法。这个验证程序的目的是对新开发的功能进行验算，初步判断它与实际飞行轨迹数据的吻合度。

例如，如果受试的飞行管理系统软件执行新开发的该功能后，获得的轨迹数据落在一倍标准偏差值的范围内，则可判定该功能具有令人满意的效果；如果所获得的试验数据落在二倍标准偏差值的范围内，则认为新开发的该功能可行，但需改进；如果所获得的试验数据偏离在二倍标准偏差值的范围之外，即表明偏差过大，不可接受，需要仔细寻找设计缺陷。

受试件通过了本发明所定义的验算方法，包括修改后通过了验算方法后，则可进行本发明所定义的类比方法。

类比方法用于评估所开发的飞行管理系统软件的性能水平。即使用航空数据链提供的实际轨迹数据作为受试运行初始参数，通过分析运行结果，比较受试软件的运行状态与实际运行情况的吻合性。

例如，取上述实际轨迹一倍标准偏差值之内的任意值作为设定参数，如果该受试件可以以合理的飞行速度来控制飞行，则认为该软件所提供的飞行速度这一管理性能令人满意；如果必须调整到实际轨迹二倍标准偏差值之内的某一值作为设定参数，该受试件才能获得合理的控制速度，则认为受试件在速度管理方面的性能可以接受，但需改进；如果取实际轨迹二倍标准偏差值的边界值作为设定参数，该受试件仍然无法获得合理的速度，则认为该软件在速度管理这一性能方面可能存在瑕疵，必须仔细验证，确保飞行安全。

6、综合评估所研发的技术性能。根据机型实飞数据，整理出统计数据，得到统计偏差，作为比较对象。将受试件的运行数据分布与这些机型的实飞数据进行逐一比较，例如观察本例中飞行管理系统受试件在速度控制精度的误差分布，了解它与各类机型的实际数据的偏差情况。例如，如果该受试件在速度控制的精度上与波音737飞机的飞行管理系统相当，但落在A320飞机的精度范围之外，就可以初步认为：该受试件的速度管理水平可与波音737飞机相当，但弱于A320飞机的飞行管理系统。

Claims (9)

1.一种基于航空数据链信息的民机航空电子验证系统，其特征在于包括：

航空数据链信息的接收装置，用于接收航空数据链信息；

数据链解码模块，与所述航空数据链信息的接收装置相连接，对接收的航空数据链信息进行解码；

配置管理模块，与所述数据链解码模块相连接，用于：A、筛选航空数据链中所需要的信息，并将它整理成所需要的格式，存入到数据库模块中；B、根据对比分析应用模块的验证要求，从数据库模块中调出相关数据；C、完成数据配置管理、版本更新和记录；

数据库模块，与所述配置管理模块相连接，用于存储飞机的机型数据和性能数据、本地区的民用航线数据、实际飞行数据；

验证平台工具模块，与所述配置管理模块相连接，用于所需验证软件、硬件或系统的验证运行；

任务模块，与所述数据库模块相连接，用于根据任务调用所述数据库模块内的数据，获得对比分析验证所需的基于航空数据链信息生成的实际轨迹数据；

对比分析应用模块，与所述任务模块相连接，用于将验证平台工具模块所获得的验证对象的数据与任务模块的实际飞行数据进行对比，根据用户设定的对比点，提供数字差值报告或轨迹的吻合度报告；

分析终端，与所述对比分析应用模块和验证平台工具模块相连接，用于对验证进行操作和显示所处理的数据和分析报告。

2.根据权利要求1所述的基于航空数据链信息的民机航空电子验证系统，其特征在于：

所述数据链解码模块为ACARS或ADS-B的数据链解码模块，所述数据链解码模块在完成数据链中所有数据的解码后输出至所述配置管理模块。

3.根据权利要求1或2所述的基于航空数据链信息的民机航空电子验证系统，其特征在于：

所述航空数据链信息的接收装置为全波段收音机或宽频接收机或数据链接收机。

4.根据权利要求3所述的基于航空数据链信息的民机航空电子验证系统，其特征在于：

所述飞机的机型数据和性能数据包括飞机重量、重心、飞行高度、爬升率、转弯率、油耗数据。

5.根据权利要求4所述的基于航空数据链信息的民机航空电子验证系统，其特征在于：

所述本地区的民用航线数据包括机场位置、跑道、标准起飞离场、标准到达程序、航路点、航路、限制高度、禁飞区数据。

6.根据权利要求4或5所述的基于航空数据链信息的民机航空电子验证系统，其特征在于：

所述数据库模块中包括实际数据记录库，用于存储所述实际飞行数据，所述实际飞行数据包括飞行性能、航线和气象条件数据。

7、一种基于航空数据链信息的民机航空电子验证方法，其特征在于包括以下步骤：

1)航空数据链信息的接收步骤，接收航空数据链信息；

2)数据链解码步骤，对接收的航空数据链信息进行解码；

3)配置管理步骤，用于：A、筛选航空数据链中所需要的信息，并将它整理成所需要的格式，存入到数据库中；B、根据对比分析应用步骤中的高保真验证的要求，从数据库中调出相关数据；C、完成数据配置管理、版本更新和记录；

4)验证步骤，对所需验证的软件、硬件或系统进行验证；

5)任务步骤，根据步骤4)中的验证要求，调用由航空数据链提供的实际运行数据；

6)对比分析应用步骤，设定对比点，接收验证软件、设备或系统的运行数据，并与航空数据链获得的数据进行自动对比，给出数字化的差值报告，或者输出对比轨迹吻合度的图形分析。

8.根据权利要求7所述的基于航空数据链信息的民机航空电子验证方法，其特征在于：

在所述步骤6)之后还包括：

7)评估步骤，根据设定的可接受的偏差值，评估所验证的软件、设备或系统是否满足设计目标。

9.根据权利要求8所述的基于航空数据链信息的民机航空电子验证方法，其特征在于：

所述步骤7)中采用正态分布法的标准偏差值进行评估。

10.根据权利要求9所述的基于航空数据链信息的民机航空电子验证方法，其特征在于：

所述评估方法包括：

验算方法，使用标准航线数据来运行受试件，得到运行结果，与通过航空数据链采集的同一航线的实际飞行轨迹统计值对比分析，从其偏差度来分析受试件的功能水平；

类比方法，使用航空数据链提供的实际轨迹数据作为受试件的运行参数，分析运行结果，比较受试件的功能性能与实际运行情况的吻合性，得到开发产品的性能评估依据。

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