CN103927797B - 集成音频管理功能的飞行器中的飞行记录系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集成音频管理功能的飞行器中的飞行记录系统，其为具有简单、精确、可靠且低成本的安装和连接架构的飞行记录系统。该系统包括匣子（3），其在飞行器上设置有可反转附接装置，所述匣子包括用于记录会话和音频通信的记录装置（7）以及用于管理信号并用于向记录装置提供源自座舱的音频环境的信号的音频管理装置（9）。

Description

集成音频管理功能的飞行器中的飞行记录系统

技术领域

本发明涉及飞行器中的飞行记录领域，更具体地，涉及对座舱中的会话和音频通信的记录。

背景技术

飞行记录系统的发展和安装在事件或事故的情况下对于调查是非常重要的，因而有助于提高效率并提升航空安全性。

飞行器通常配备有两个记录器。第一个是会话和消息记录器，其被设计为记录座舱中的会话和通信以及在地面与飞行器之间传输的数据链路消息。第二个被设计为记录飞行参数。两个记录器与公共时基同步。根据规则，两个记录器安装在飞行器的接近尾部的后部，因为这是在与地面或大海碰撞后通常受到最佳保护的部分。

图3概略地示出了根据现有技术的会话和消息记录系统的示例。

该系统101包括飞行记录器107、音频管理单元（Audio Management Unit，AMU）109、座舱语音记录器控制单元（Cockpit Voice Recorder Control Unit，CVRCU）110、座舱区域麦克风（Cockpit Area Mike，CAM）112和数据链路系统114。

飞行记录器或“黑匣子”107包括被设计为记录座舱中的会话和通信的座舱语音记录器（Cockpit Voice Recorder，CVR）107a和被设计为记录在地面与飞行器之间传输的飞行数据消息的数据消息记录器107b。

数据链路系统114安装在航空电子设备机架（avionics rack）中并向消息记录器107b提供数据消息。

CAM座舱区域麦克风112安装在座舱中以拾取会话和座舱区域噪音。该CAM座舱区域麦克风通过座舱语音记录器控制单元CVRCU110连接至座舱语音记录器CVR107a。该CVR安装在座舱中，并包括用以对从座舱区域麦克风CAM112输出的信号进行放大的前置放大器116。

音频管理单元AMU109安装在航空电子设备机架中，并且其目的在于覆盖机组人员之间的所有无线电和内部电话通信并将从通信和座舱音频环境输出的音频信号发送到座舱语音记录器CVR107a。

图4概略地示出了根据现有技术的飞行记录器的功能架构。

飞行记录器107包括两个组件。第一组件包括内部存储有所有记录数据的坠机残存模块单元（Crash Survival Module Unit，CSMU）111。更具体地，坠机残存模块单元CSMU111由围绕固态型存储器113的若干层构成。CSMU单元113也设置有水下定位信标（Underwater Locator Beacon，ULB）115，其在下沉的情况下接通并发出超声波信号以帮助定位飞行器。

第二组件包括管理所有接收信号的电子接口116。该电子接口116包括四个输入-输出接口118a-118d、现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）120a、音频数字信号处理（Audio Digital Signal Processing，ADSP）装置122、用于CSMU单元的接口124和用于电力供应的接口125a。

第一接口118a是在四个不同的信道（信道1至信道4）上接收模拟音频信号的输入接口。第一信道、第二信道和第三信道通过音频管理单元AMU109连接至座舱中的音频通信设备（耳筒（boomset）、扬声器、内部电话等）。更具体地，第一信道、第二信道和第三信道分别连接到飞行员、副飞行员和第三乘客的通信设备。第四信道通过CVRCU110连接到座舱区域麦克风CAM112。第一接口118a在将通过四个信道接收到的模拟信号发送到信号处理单元ADSP122之前将它们转换成数字信号。

第二接口118b是连接到会话语音记录器控制单元CVRCU110的音频监视器的输出接口。因此，代表飞行记录器的正确操作的音频信号可被发送到CVRCU单元110。

第三接口118c是连接到会话语音记录器控制单元CVRCU110和座舱区域麦克风CAM112的输入-输出接口。

第四接口118d是与ARINC429标准兼容的输入-输出接口，并且其包括连接到飞行器上的中央维护系统（centralised maintenance system，CMS）的用于管理故障的输入（CMS输入）和输出（CMS输出）以及时间参考输入（GMT输入）。

现场可编程门阵列FPGA120a与激活逻辑建立链路，从而一旦引擎通电就自动启动记录器。

音频信号处理装置ADSP122管理所有音频数据并将它们以数字格式传递到CSMU单元的接口124。该单元在将数据保存在CSMU111的固态存储器113中之前对数据进行压缩。

电力供应接口125a将适当的电压提供到飞行记录器116的不同部件。

图5概略地示出根据现有技术的音频管理单元的功能架构。

音频管理单元AMU109包括适配板132、双音频板134a、134b、电力供应接口125b和现场可编程门阵列FPGA120b。

适配板132包括用以与飞行员、副飞行员和第三乘客的所有模拟音频信号接口的音频输入和输出接口。

该适配板还包括与用于故障管理输入（CMS输入）和输出（CMS输出）的ARINC429标准兼容的接口132a。

此外，适配板132包括具有飞行记录器的接口132b，其包括时间参考输入（GMT输入）和三个输出，通过该三个输出，音频信号在飞行员、副飞行员和第三乘客所特有的三个不同信道上被传送。该接口132b被适配为在将对应于每个信道的音频信号发送到记录器107之前将它们混合。

双音频板134a、134b分别包括用于飞行员和副飞行员的对话和音频会话的第一专用板和第二专用板。双音频板134a、134b被设计为处理数字音频数据。其目的也在于管理无线电通信和导航功能并且处理故障的管理以及地面与飞行器之间的SELCAL选择性呼叫。

最后，电力供应接口125b的目的在于将适当的电压提供到音频管理单元109的不同部件。

从而音频管理单元109和飞行记录器107包括需要适配和转换装置以及大量各种各样的连接的不同种类的接口（模拟和数字）。

此外，如上所述，音频管理单元位于航空电子设备机架中，同时飞行记录器安装在飞行器的后部中以满足规则。这需要许多长导线连接，其增加了飞行器质量平衡。

此外，两个设备单元之间的连接的架构相当复杂，并且将音频管理单元连接到飞行记录器并传送不同模拟信号和数字信号的线缆必须穿过整个飞行器，从而穿过对于干扰敏感的地带和路线，这由于隔离限制而产生了许多安装问题。

此外，特别严格的可靠性和冗余约束越来越多地支配航空要求。因此，预期规定要求两个飞行记录器应该安装在飞行器的不同部分中，因此再次增加了导线连接的数量。

因此，本发明的目的在于通过公开具有简单、精确、可靠且低成本的安装和连接架构的记录系统来克服上述缺点。

发明内容

本发明涉及一种飞行器中的飞行记录系统，该飞行记录系统包括：记录装置，记录会话和音频通信；以及音频管理装置，用于向记录装置提供从座舱中的音频环境输出的信号，该系统包括包含所述记录装置和所述管理装置的匣子。

考虑将记录装置和管理装置包含在同一匣子中，这通过减少布线而减少了重量并简化了连接架构，同时最小化干扰。

有利地，所述记录装置和所述管理装置被一起结合在所述匣子中并且它们的公共功能被因素分解。这能够简化并最小化部件和连接的数量，便于集成并减少重量和成本。

本发明还涉及一种飞行器，其包括安装在航空电子设备机架中的具有上述特性的第一匣子和安装在飞行器的后部中的具有上述特性的第二匣子。

附图说明

在参照附图阅读本发明的优选实施例之后，本发明的其他特性和优点将变得显而易见，在附图中：

图1非常概略地示出根据本发明的一个实施例的飞行记录系统；

图2非常概略地示出根据本发明的优选实施例的管理和记录匣子的功能架构；

图3概略地示出根据现有技术的记录系统的示例；

图4概略地示出根据现有技术的飞行记录器的功能架构；以及

图5概略地示出根据现有技术的音频管理单元的功能架构。

具体实施方式

本发明的构思包括将音频管理功能集成到飞行记录器的电子接口中。

图1非常概略地示出根据本发明的一个实施例的飞行记录系统。

根据本发明，记录系统由包括记录装置7和音频管理装置9的管理和记录匣子3构成。因而，记录装置7和管理装置9被集成到同一匣子3中。

记录装置7旨在记录座舱中的会话、噪声和音频通信。音频管理装置9旨在管理信号并向记录装置7提供从座舱中的音频环境输出的信号。

更具体地，记录装置7和音频管理装置9是通过对其公共功能（交叉阴影线部分）进行因素分解（factorising）（即，使其公有）来合并在一起，以形成由管理和记录匣子3实现的单个单元。因此，相同的电子装置可用于音频管理和记录功能。有利地，由匣子7接收或发送的所有音频信号传递通过数字连接。

此外，图1中的实施例示出了管理和记录匣子3设置有飞行器上的可反转附接装置5。

图2概略地示出根据本发明的优选实施例的管理和记录匣子的功能架构。

匣子3包括两个部分。第一部分仍包括封入用于存储记录数据的存储（或存储器）装置13（例如固态型存储器）的CSMU单元11。因此，存储器13由防震动、防火和防深处浸入的壳体保护。CSMU单元11也设置有ULB信标15。

匣子的第二部分对应于电子接口16，其控制并管理信号以及将不同数据记录在存储器13中。该第二部分包括第一末端系统17a和第二末端系统17b、第一数字声音链路19a和第二数字声音链路19b、第一数字信号处理装置21a和第二数字信号处理装置21b、计算装置23以及电力供应装置25。

第一末端系统17a和第二末端系统17b被适配成分别连接至飞行器的第一通信网络和第二通信网络（AFDX网络1、AFDX网络2）。

应注意，飞行器通信系统允许数字设备通过AFDX（航空电子全双工交换式以太网）型网络发送和/或接收数据。

值得提醒的是，为了航空需求所开发的AFDX网络基于交换式以太网。此外，AFDX网络使用虚拟链路的概念，所述虚拟链路被定义为通过该网络进行导向的、从源终端得到且服务于一个地址或多个地址的路径。

接着匣子3可以在同一物理链路上的虚拟链路上通过末端系统17a、17b同时发送和接收帧。从虚拟链路确保了在潜伏时间限制、物理流隔离、通带和流方面的特性的意义讲，AFDX网络也是确定性的。为此目的，每条虚拟链路均具有通过网络从端到端的保留路径。数据以按以太网帧格式压缩的IP分组的形式来发送。

因而，通过AFDX网络、经过第一末端系统17a和第二末端系统17b以完全安全的方式管理地面与飞行器之间的所有无线电通信和导航信号以及选择性呼叫SELCAL。类似地，与时间参考、故障管理和激活逻辑相关的信号传递通过第一末端系统17a和第二末端系统17b。

因而，第一末端系统17a和第二末端系统17b替换根据现有技术的音频管理单元和飞行记录器的若干接口，诸如ARINC429接口和现场可编程门阵列FPGA（参见现有技术的图4和图5）。

第一数字声音链路19a和第二数字声音链路19b例如是数字音频串行链路。数字声音链路19a、19b中的每一个均被适配成连接到一组音频信道27a至27d，其包括用于飞行员的第一信道27a、用于副飞行员的第二信道27b、用于座舱的第三乘客的第三信道27c以及用于座舱中的音频环境（引擎噪声、警报、命令的启动等）的第四信道27d。根据本发明，座舱中的耳筒、麦克风、内部电话、区域麦克风和其他声音单元是数字单元。因此，不再有任何模拟连接或接口，这相比于现有技术减少了连接数量并进一步简化了架构。应该注意，座舱区域麦克风CAM当前通过第四信道27d直接连接到管理和记录匣子3。

第一数字信号处理装置21a和第二数字信号处理装置21b分别连接到第一末端系统17a和第二末端系统17b以及连接到第一链路19a和第二链路19b。传递通过末端系统17a、17b和数字声音链路19a、19b的所有数据和所有信号根据其分配由处理装置21a、21b来管理和处理。因此，在没有使用任何模拟/数字转换的情况下，处理装置21a、21b执行管理单元处理功能（现有技术中的图4）以及飞行记录器功能（现有技术中的图3）。

数字信号处理装置21a、21b被配置为经由末端系统17a、17b通过AFDX网络来管理所有无线电通信和无线电导航功能。这有助于管理机组人员之间、座舱与机舱之间、座舱与地面之间的通信以及乘客通知等。数字信号处理装置21a、21b还通过AFDX网络管理故障管理和激活逻辑。

类似地，数字信号处理装置21a、21b被配置为在将属于单个信道的音频信号发送到计算装置23之前管理并混合这些音频信号。

有利地，第一处理装置21a针对飞行员会话和通信，而第二处理装置21b针对副飞行员会话和通信。因此，处理装置21a、21b和数字声音链路19a、19b的二重性维持了飞行员的信道与副飞行员的信道之间的隔离。

计算装置23提供了存储器13与第一处理装置21a和第二处理装置21b之间的接口。计算装置23根据现有技术（参见图4）执行与CSMU单元的接口相同的功能，并且具体地，在发送要记录的数据之前对要记录的数据进行数据压缩以将其记录在存储器13中。

第一处理单元21a和第二处理单元21b以及计算装置23也被适配成管理通过第一末端系统17a和第二末端系统17b从第一AFDX网络和第二AFDX网络接收到的数据消息并将其记录在存储器13中。因此，语音数据和数据消息被记录在同一匣子3中。

最终，电力供应装置25将向匣子3的不同装置或部件提供适当电压。因而电力供应装置25是音频管理和记录功能所共有的。

应注意，匣子3的第二部分（即，电子接口16）执行所有音频管理功能，进而对应于音频管理装置9。此外，两个部分都对应于记录装置7。也就是说，通过本发明的该优选实施例，音频管理装置9整体包括在记录装置7中。

因而，根据本发明的音频管理和记录功能整体在单个匣子3内部以数字的方式实施。这消除了几十米的布线，最小化干扰问题，简化了连接架构并且消除了重量为几千克的设备。

具体地，所有音频通信和记录信号都是数字的并且全部通过末端系统17a、17b以及数字声音链路19a、19b管理。因而，消除了根据现有技术的所有适配接口以及所有模拟-数字或数字-模拟转换。

此外，通过AFDX网络管理所有信号和数据消息。因此，不再需要ARINC429接口和逻辑接口。

有利地，根据第一实施例和安装方法，匣子3与ARINC600标准兼容，以使得其可以直接安装在航空电子设备机架中。

根据第二实施例和安装方法，匣子3与ARINC404标准兼容，例如与1/2ATR长格式兼容。这意味着可以靠近航空电子设备机架来安装匣子。

有利地，第一管理和记录匣子3靠近航空电子设备机架安装或安装在航空电子设备机架内部，以及第二管理和记录匣子3安装在飞行器的后部中。

Claims (8)

1.一种飞行器中的飞行记录系统，包括：

记录装置，用于记录与会话和音频通信有关的数字信号；以及

音频管理装置，用于向所述记录装置提供从所述飞行器的座舱中的音频环境输出的数字信号，

其中，所述记录装置和所述音频管理装置通过对公共功能进行因素分解来合并在一起以形成单个管理和记录单元，使得相同的电子部件用于音频管理功能和记录功能二者，所述音频管理功能和记录功能完全数字化地包含在所述单个管理和记录单元中，

其中所述单个管理和记录单元包括被适配成分别连接到第一飞行器网络和第二飞行器网络的第一末端系统和第二末端系统，使得所述单个管理和记录单元被适配成经由所述第一末端系统和所述第二末端系统将数据帧发送至所述第一飞行器网络和所述第二飞行器网络并且从所述第一飞行器网络和所述第二飞行器网络接收所述数据帧，其中所述第一末端系统和所述第二末端系统中的每一个被适配成经由所述第一飞行器网络和所述第二飞行器网络接收包括音频通信和在地面与所述飞行器之间的导航信号和选择性呼叫的数字信号以及与时间参考、故障管理和激活逻辑有关的额外数字信号，

其中所述第一飞行器网络为AFDX网络1和所述第二飞行器网络为AFDX网络2。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述单个管理和记录单元包括：

存储器(13)，存储记录数据，所述存储器由防震动、防火和防浸入的壳体(11)保护，

第一数字声音链路(19a)和第二数字声音链路(19b)，所述链路中的每条链路均适配成连接到一组音频信道，所述一组音频信道包括用于飞行员的第一信道(27a)、用于副飞行员的第二信道(27b)、用于第三乘客的第三信道(27c)以及用于所述座舱中的音频环境的第四信道(27d)，

第一数字信号处理装置(21a)和第二数字信号处理装置(21b)，分别连接到所述第一末端系统(17a)和所述第二末端系统(17b)并连接到所述第一数字声音链路(19a)和所述第二数字声音链路(19b)，所述第一数字信号处理装置和所述第二数字信号处理装置被配置为管理并处理传递通过所述第一末端系统和所述第二末端系统且通过所述第一数字声音链路和所述第二数字声音链路的数据和信号，

计算装置(23)，提供在所述存储器(13)与所述第一数字信号处理装置(21a)和所述数字信号第二处理装置(21b)之间的接口，所述计算装置被配置为压缩要记录的数据并在将所述要记录的数据记录在所述存储器中之前适配对应的信号，以及

电力供应装置(25)，被设计为向所述单个管理和记录单元中的不同装置提供电压。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一数字信号处理装置(21a)专用于飞行员会话和通信，而所述第二数字信号处理装置(21b)专用于副飞行员会话和通信。

4.根据权利要求2至3中的任一项所述的系统，其特征在于，所述第一数字信号处理装置(21a)和所述数字信号第二处理装置(21b)和所述计算装置(23)被适配成管理通过所述第一末端系统和所述第二末端系统从所述第一飞行器网络和所述第二飞行器网络接收到的数据消息并将所述数据消息记录在所述存储器(13)中。

5.根据权利要求1至3中的任一项所述的系统，其特征在于，所述单个管理和记录单元在所述飞行器上设置有可反转附接装置(5)。

6.根据权利要求1至3中的任一项所述的系统，其特征在于，所述单个管理和记录单元与ARINC 600标准兼容。

7.根据权利要求1至3中的任一项所述的系统，其特征在于，所述单个管理和记录单元与ARINC 404标准兼容。

8.一种包括根据前述权利要求中的任一项所述的飞行记录系统的飞行器，其特征在于，第一单个管理和记录单元安装在航空电子设备机架中，并且第二单个管理和记录单元安装在所述飞行器的后部中。