CN104635745B - 一种飞行管理系统双机同步的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种飞行管理系统双机同步的方法，包含以下步骤：1)初始化第一飞行管理模块和第二飞行管理模块的模式和状态；2)第一飞行管理模块和第二飞行管理模块交叉通信测试；3)确定第一飞行管理模块和第二飞行管理模块的同步模式；4)确定第一飞行管理模块和第二飞行管理模块的主机状态、从机状态；5)根据相应状态完成数据同步。本发明是一种步骤清晰，易于工程实现的方法，对于飞行管理系统在蛟龙600飞机或其他民用运输机上的双机配置，满足飞行管理系统冗余管理，提高系统可靠性的要求具有重要的现实应用意义。

Description

一种飞行管理系统双机同步的方法

技术领域

本发明属于飞行管理系统技术领域，特别是飞行管理系统双机同步技术领域。

背景技术

蛟龙600飞机是我国研制并自行设计制造的新型大型灭火/水上救援水陆两栖飞机，已纳入国家应急救援航空体系，用于森林灭火和水上救援等任务。同时，通过改进改装，可以具备客货运输、资源探测、海洋环境监测和保护等其他用途。

飞行管理系统(简称：FMS)功能模块是蛟龙600飞机航电系统重要组成模块，它提供基于多传感器的综合导航、导航数据库管理、飞行计划管理和水平制导等功能。飞行管理模块接收多功能显示控制单元(简称：MCDU)的输入，查询导航数据库数据制定飞行计划，并接收来自惯性导航系统、GPS系统、大气机等导航传感器的位置、姿态等信息，对这些导航信息进行综合管理，确定飞机位置，根据导航信息对飞机进行水平引导，使飞机沿着制定的飞行计划自动飞行。

蛟龙600飞行管理系统采用双机配置架构，包含2个飞行管理模块(简称：FMM)和2个MCDU。机组人员可以用任意一台MCDU输入数据，影响FMM的操作。采用双机配置的架构要考虑的因素应包括两个FMM的独立性、冗余管理、系统综合、功能可用性和故障响应机制等。采用双机配置的架构的双FMM应可进行信息互换，并保证数据的完整性和实时性，需要保证任意一侧对于飞行计划的编辑、对准指令、自定义导航数据库操作、导航信息调谐等数据信息的操作都应及时反映到另一侧FMM，以保证两侧数据的同步，这样两侧飞行员在MCDU或ND(导航显示)上查看到的信息才能一致，两侧飞行员的操作才能同步。同时，当一个FMM出现故障或掉电时，另一个FMM不需要机组人员额外输入即可自动接通，同时当发生故障或掉电的FMM恢复正常时，通过数据同步，可使该FMM恢复任务数据，保持两侧FMM数据一致，提高系统可靠性，保证飞行任务的完成。

为满足飞行管理系统双机冗余管理和数据同步，提高系统可靠性需求，有两个关键：一个是双机状态切换，另一个是数据同步。双机状态切换确定双机是处于同步/非同步模式，确定FMM的主机/从机/异步状态，是数据同步逻辑的基础。FMM同步的数据包含飞行计划信息、自定义导航数据库信息、导航信息、状态信息等多种数据类型，由于每种类型数据的同步方式和周期各不相同，造成了其同步逻辑相当复杂，也带来了很大数据量的通信需求，因此飞行管理系统双机同步的一个难点就是如何在同步逻辑复杂和大数据量的通信需求下保证双机同步数据的完整性和实时性。

飞行管理系统是当前民用飞机上的核心航电设备之一，目前国外的如美国的霍尼韦尔公司、GE公司以及法国的泰勒斯公司垄断了支线、干线及商务飞机的航电产品市场，掌握着飞行管理系统的核心技术及其发展。在波音、空客等机型上已实现飞行管理系统双机同步的应用，我国还没有自主研发可以装机的货架产品，国内一些院校和研究所，如西北工业大学、南京航空航天大学和天津中国民航学院等，对飞行管理系统的管理模型开展过专题研究，发表过不少专题研究报告，但针对飞行管理系统双机同步的方法国内相关研究甚少，也并未开展工程化应用实践。

发明内容

为了解决飞行管理系统双机配置下的数据同步问题，本发明提供了一种飞行管理系统双机同步的方法，通过交叉通信测试和飞行控制面板的FMM源选择确定双机的同步/非同步模式及其状态。进一步，为了解决实时数据与长周期数据的同步，通过采用基于优先级数据处理机制，满足了双机同步数据的实时大容量数据通信的需求，为民用飞机飞行管理系统双机冗余管理和数据同步提供技术保障，奠定了飞行管理系统双机配置工程化应用的基础。

本发明的发明目的通过以下技术方案实现：

一种飞行管理系统双机同步的方法，包含以下步骤：

步骤1)、系统初始化，设置第一飞行管理模块、第二飞行管理模块处于非同步模式，第一飞行管理模块、第二飞行管理模块的状态为异步状态；

步骤2)、初始化完成后，第一飞行管理模块、第二飞行管理模块分别以接收周期ΔT₁从同侧飞行管理系统下的各个子模块采集数据信息，将采集完毕的数据信息组合打包后，以发送周期ΔT₂发送给另一飞行管理模块；第一飞行管理模块、第二飞行管理模块分别以接收周期ΔT₁互相采集另一飞行管理模块传输的数据，如果第一飞行管理模块和第二飞行管理模块在每个接收周期ΔT₁内都能同时采集到完整正确的数据信息，则第一飞行管理模块和第二飞行管理模块交叉通信成功，第一飞行管理模块和第二飞行管理模块同时处于交叉通信状态；

步骤3)、第一飞行管理模块和第二飞行管理模块根据互相获得的数据信息，确定是否处于同步模式；

步骤4)、如果第一飞行管理模块和第二飞行管理模块处于同步模式，第一飞行管理模块和第二飞行管理模块根据飞行控制面板的选择确定二个飞行管理模块的主机状态、从机状态；否则第一飞行管理模块和第二飞行管理模块处于异步状态，独自处理信息，等待同步；

步骤5)、在确定主机状态、从机状态后，第一飞行管理模块和第二飞行管理模块互传数据，完成与飞行计划信息相关的数据的同步；

其中：接收周期ΔT₁比发送周期ΔT₂快。

步骤6)、在确定主机状态和从机状态后，主机执行包含指挥从机调谐无线电导航台、确认MCDU按钮操作命令处理的次序、初始化飞行计划航段序列的系统事件。

依据上述特征，所述步骤2)中采集的数据信息包含状态信息、动态导航交叉数据、传感器数据，第一飞行管理模块和第二飞行管理模块根据采集的数据信息以确定导航数据库是否在加载，处于就绪状态，惯导位置是否初始化完毕，导航参数是否有效。

依据上述特征，所述步骤3)中确定第一飞行管理模块和第二飞行管理模块是否处于同步模式的方法为：

第一飞行管理模块和第二飞行管理模块分别获得异侧导航数据库就绪状态、异侧位置初始化完毕状态、导航数据库信息和位置信息，分两种情况确定同步模式：

情况1)、飞机在地面上，如果两侧导航数据库都就绪并且位置初始化都完毕并且两侧导航数据库相同，则第一飞行管理模块和第二飞行管理模块处于同步模式，否则为非同步模式；

情况2)、飞机在空中，如果两侧导航数据库都就绪并且位置初始化都完毕并且两侧导航数据库相同并且两侧位置之差不超过设定的阈值ΔA，则第一飞行管理模块和第二飞行管理模块处于同步模式，否则为非同步模式。

依据上述特征，所述步骤5)中飞行计划信息相关的数据包含以下几种类型数据：

a、状态信息；b、动态导航交叉数据；c、加载数据库信息；d、飞行计划数据；e、无线电调谐信息；f、传感器数据。

依据上述特征，各种类型数据的同步方法如下：

a)、对同步数据的发送优先级进行设定，优先级由高到低为a>b>c>d>e>f，在同一个周期内，如果存在多种需要发送的数据类型，则优先级高的数据类型优先发送；

b)、主机和从机将状态信息、动态导航交叉数据、传感器数据以发送周期ΔT₂互相发送；主机和从机将加载数据库信息、飞行计划数据、无线电调谐信息互相实时发送并且由主机以发送周期ΔT₂将加载数据库信息、飞行计划数据、无线电调谐信息同步给从机。

与现有技术相比，本发明通过交叉通信测试和飞行控制面板FMM源选择确定双机的同步/非同步模式及其状态，根据同步数据的特点和飞行管理系统任务需求对发送的同步数据进行优先级设置，同时根据不同的数据类型设置实时数据处理与长周期数据处理相结合的方法，将复杂的发送逻辑和实时大容量数据通信的需求简单化，保证了同步数据的完整性和实时性。该发明方法是一种步骤清晰，易于工程实现的方法，对于飞行管理系统在蛟龙600飞机或其他民用运输机上的双机配置，满足飞行管理系统冗余管理，提高系统可靠性的要求具有重要的现实应用意义。

附图说明

图1是本发明方法的工作流程示意图，首先初始化FMM模式和状态，根据交叉通信的测试结果，监控系统处于同步/非同步模式，然后判定第一飞行管理模块和第二飞行管理模块是主机或者从机或者异步状态，最后根据第一飞行管理模块和第二飞行管理模块的状态完成相应的数据同步过程，其中各个模块之间的箭头代表了逻辑连接关系。

图2是本发明方法中系统总体配置架构图，由飞行控制面板的FMM源选择结果，确定第一飞行管理模块和第二飞行管理模块的主机/从机的状态，第一飞行管理模块和第二飞行管理模块直接可以互传同步信息，其中各个模块之间的箭头代表了逻辑连接关系。

图3是本发明方法中系统同步/非同步模式监控流程示意图，根据两侧第一飞行管理模块和第二飞行管理模块交叉通信的结果，如果交叉通信失败则系统处于非同步模式，交叉通信成功，则根据两侧导航数据库就绪状态、位置信息、地面还是空中等综合判定是出于同步或非同步模式，其中各个模块之间的箭头代表了逻辑连接关系。

图4是本发明方法中第一飞行管理模块和第二飞行管理模块主机/从机/异步状态判定流程图，根据系统是出于同步或非同步模式的结果，如果系统处于非同步模式，则两侧FMM皆是异步状态，如果是同步模式，则看飞行控制面板FMM源选择，如果选用FMM1则第一飞行管理模块为主机，第二飞行管理模块为从机；如果选择FMM2，则第二飞行管理模块为主机，第一飞行管理模块为从机，其中各个模块之间的箭头代表了逻辑连接关系。

图5是本发明方法中两侧第一飞行管理模块和第二飞行管理模块相互传输的数据结构图，包括：同步状态信息、动态导航交叉数据、加载数据库信息、飞行计划数据、无线电调谐信息、传感器数据。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

如图1、图2所示，本发明设计了一种飞行管理系统双机同步的方法，通过交叉通信测试和飞行控制面板FMM源确定双机的同步/非同步模式及其状态，通过采用基于优先级数据处理机制，实时数据处理与长周期数据处理相结合的方法，满足了双机同步数据的实时大容量数据通信的需求.该系统包含两个飞行管理模块(FMM)，其中一个定义为第一飞行管理模块(FMM1)，另一个定义为第二飞行管理模块(FMM2)。

(1)定义该系统有两种运行模式：同步模式，非同步模式。在同步模式下，第一飞行管理模块和第二飞行管理模块交叉互传信息，进行数据的比较和备份。在非同步模式下，第一飞行管理模块和第二飞行管理模块独立操作，不互传信息，对一侧FMM操作，不对另一侧FMM产生任务影响。

(2)定义每个FMM有三个状态：主机、从机、异步。主FMM完成的任务有：指挥从机FMM调谐无线电导航台、确认MCDU按钮操作命令处理的次序、初始化飞行计划航段序列和其它系统事件。在异步状态下，第一飞行管理模块和第二飞行管理模块分别独立操作。

具体包括以下步骤：

(1)系统初始化，在系统开机默认状态下，第一飞行管理模块、第二飞行管理模块设置以下参数变量的默认值：

a.FMM同步模式：非同步模式；

b.FMM状态：异步；

c.两侧FMM交叉通信状态：失败

d.导航数据库是否就绪:否；

e.位置初始化是否完毕:否；

f.FMM健康状态：健康；

g.飞行控制面板源选择位置：FMM1。

(2)系统初始化完成后，第一飞行管理模块、第二飞行管理模块从其他子系统模块收集相关数据，测试交叉通信状态。

第一飞行管理模块(FMM1)、第二飞行管理模块(FMM2)分别以接收周期ΔT₁从同侧飞行管理系统的其他子模块采集状态信息、动态导航交叉数据、传感器数据，以确定导航数据库是否在加载，处于就绪状态，惯导位置是否初始化完毕、导航参数是否有效，确定本侧是FMM1还是FMM2等。将采集完毕的数据组合打包后，以发送周期ΔT₂发送给异侧FMM，测试两侧交叉通信状态。

确定两侧FMM交叉通信状态，FMM1、FMM2以接收周期ΔT₁分别采集另一侧FMM传输的数据，在采集数据时，要确认数据在传输过程中，没有丢失数据，采集的数据是完整，采集完毕数据后，还要对采集的数据内容进行校验，保证数据的正确性，如果采集的数据丢失或者不正确，则两侧FMM交叉通信失败。如果FMM1和FMM2在每个接收周期内都能同时采集到完整正确的数据信息，则FMM1和FMM2交叉通信成功，两侧FMM同时处于交叉通信状态。

(3)确定系统处于同步或非同步模式。

如果两侧FMM交叉通信成功，FMM获得异侧导航数据库就绪状态、异侧位置初始化完毕状态、导航数据库信息和位置信息。根据获得的数据信息，确定系统处于何种模式，此时分两种情况考虑：

情况1)、飞机在地面上，如果两侧导航数据库都就绪并且位置初始化都完毕并且两侧导航数据库相同，则飞机处于同步模式，否则为非同步模式；

情况2)、飞机在空中，如果两侧导航数据库都就绪并且位置初始化都完毕并且两侧导航数据库相同并且两侧位置之差不超过设定的阈值ΔA，则飞机处于同步模式，否则为非同步模式。

具体流程如图3所示，伪代码如下：

系统处于同步模式，两侧FMM才能互传数据，完成飞行计划信息等相关数据的同步，否则两侧FMM独自处理信息，等待同步。

(4)确定两侧FMM状态是主机或从机或异步状态。

如果两侧FMM处于同步模式，获取飞行控制面板信息，具体流程如图4所示，根据飞行控制面板FMM源选择结果，确定主机、从机，即如果飞行控制面板FMM源选择结果为FMM1，则FMM1为主机，FMM2为从机，如果飞行控制面板FMM源选择结果为FMM2，则FMM2为主机，FMM1为从机。如果两侧FMM为非同步模式，则FMM1和FMM2均为异步状态，伪代码如下：

(5)根据FMM状态，完成数据同步。

两侧FMM根据发送的数据类型不同，确定优先级，实时或周期的进行数据同步，同步数据类型如图5所示，包括以下类型：

a.状态信息－用于同步工作模式等相关状态判断，如，飞行阶段、当前飞行计划航段、导航状态和其它事件信息。

b.动态导航交叉数据－用于监控独立的导航计算，并且提高导航解算的完整性。

c.加载数据库信息－该数据在系统间交互通信，可用来两侧FMM加载导航数据库、地图数据确认。

d.飞行计划数据－用于确保飞行计划数据输入和选择反映在所有FMM中，保证两侧FMM飞行计划数据的一致性。

e.无线电调谐信息－用于确保每个FMM调谐不同的无线电传感器，以保证导航独立性。

f.传感器数据－用于同步外部传感器的一些输入数据，如传感器离散量，确定传感器故障等。

对于数据同步应完成以下两个步骤：

1)设置数据优先级，根据同步数据的特点和飞行管理系统对同步数据的任务需求，优先级由高到低为a>b.>c>d>e>f，在同一个周期内，如果存在多种需要发送的数据类型，则优先级高的数据类型优先发送。

2)根据数据类型进行实时发送和周期发送设置，每种数据类型产生的时间特性不一样，如状态信息需要在每个循环周期内需要发送出去，而飞行计划数据则是随机性的产生，取决于飞行员是否编辑飞行计划或飞行状态等，因此可设定每种数据类型的发送特性。对于数据发送的时间设置如下：

a.实时发送：加载数据库信息、飞行计划数据、无线电调谐信息；

b.周期发送：状态信息、动态导航交叉数据、传感器数据，加载数据库信息、飞行计划数据、无线电调谐信息。

对于状态信息、动态导航交叉数据、传感器数据这三类数据，两侧FMM以发送周期ΔT₂互传，以完成飞行管理系统双机状态监控、导航独立性解算和故障信息的共享等功能。

对于加载数据库信息、飞行计划数据、无线电调谐信息这三类数据，既要实时发送，同时主机FMM应以发送周期ΔT₂发送给从机。实时发送是为了保证飞行员对于FMM飞行计划编辑、导航数据库加载和自定义导航数据库编辑等操作的实时响应，发送周期发送是为了保证数据的完整性，保证两侧FMM数据的完整和一致。

如果FMM处于非同步模式，则每个FMM独立处理输入的飞行计划等信息，互不影响。

Claims (6)

1.一种飞行管理系统双机同步的方法，包含以下步骤：

步骤1)、系统初始化，设置第一飞行管理模块、第二飞行管理模块处于非同步模式，第一飞行管理模块、第二飞行管理模块的状态为异步状态；

步骤2)、初始化完成后，第一飞行管理模块、第二飞行管理模块分别以接收周期ΔT₁从同侧飞行管理系统下的各个子模块采集数据信息，将采集完毕的数据信息组合打包后，以发送周期ΔT₂发送给另一飞行管理模块；第一飞行管理模块、第二飞行管理模块分别以接收周期ΔT₁互相采集另一飞行管理模块传输的数据，如果第一飞行管理模块和第二飞行管理模块在每个接收周期ΔT₁内都能同时采集到完整正确的数据信息，则第一飞行管理模块和第二飞行管理模块交叉通信成功，第一飞行管理模块和第二飞行管理模块同时处于交叉通信状态；

步骤3)、第一飞行管理模块和第二飞行管理模块根据互相获得的数据信息，确定是否处于同步模式；

步骤4)、如果第一飞行管理模块和第二飞行管理模块处于同步模式，第一飞行管理模块和第二飞行管理模块根据飞行控制面板的选择确定二个飞行管理模块的主机状态、从机状态；否则第一飞行管理模块和第二飞行管理模块处于异步状态，独自处理信息，等待同步；

步骤5)、在确定主机状态、从机状态后，第一飞行管理模块和第二飞行管理模块互传数据，完成与飞行计划信息相关的数据的同步；

其中：接收周期ΔT₁比发送周期ΔT₂快。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包含以下步骤：

步骤6)、在确定主机状态和从机状态后，主机执行包含指挥从机调谐无线电导航台、确认MCDU按钮操作命令处理的次序、初始化飞行计划航段序列的系统事件。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤2)中采集的数据信息包含状态信息、动态导航交叉数据、传感器数据，第一飞行管理模块和第二飞行管理模块根据采集的数据信息以确定导航数据库是否在加载，导航数据库是否处于就绪状态，惯导位置是否初始化完毕，导航参数是否有效。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤3)中确定第一飞行管理模块和第二飞行管理模块是否处于同步模式的方法为：

第一飞行管理模块和第二飞行管理模块分别获得异侧导航数据库就绪状态、异侧位置初始化完毕状态、导航数据库信息和位置信息，分两种情况确定同步模式：

情况1)、飞机在地面上，如果两侧导航数据库都就绪并且位置初始化都完毕并且两侧导航数据库相同，则第一飞行管理模块和第二飞行管理模块处于同步模式，否则为非同步模式；

情况2)、飞机在空中，如果两侧导航数据库都就绪并且位置初始化都完毕并且两侧导航数据库相同并且两侧位置之差不超过设定的阈值ΔA，则第一飞行管理模块和第二飞行管理模块处于同步模式，否则为非同步模式。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤5)中飞行计划信息相关的数据包含以下几种类型数据：

a、状态信息；b、动态导航交叉数据；c、加载数据库信息；d、飞行计划数据；e、无线电调谐信息；f、传感器数据。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于各种类型数据的同步方法如下：

a)、对同步数据的发送优先级进行设定，优先级由高到低为a>b>c>d>e>f，在同一个周期内，如果存在多种需要发送的数据类型，则优先级高的数据类型优先发送；

b)、主机和从机将状态信息、动态导航交叉数据、传感器数据以发送周期ΔT₂互相发送；主机和从机将加载数据库信息、飞行计划数据、无线电调谐信息互相实时发送并且由主机以发送周期ΔT₂将加载数据库信息、飞行计划数据、无线电调谐信息同步给从机。