CN104670509B - 航空电子系统，特别是飞行器的飞行管理系统 - Google Patents

航空电子系统，特别是飞行器的飞行管理系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种飞行器的飞行管理系统，其中，其由以下构成：‑用于实施关于飞行器的飞行管理的通用功能性的核心模块；‑用于实施特定补充功能性的补充模块；‑用于所述核心模块和所述补充模块之间的消息交换的接口；‑所述核心模块设置有接口功能性以使其能够与包括称为通用人机接口的至少一个人机接口的所述飞行器的机载系统对接；以及‑所述补充模块还设置有用于访问连接到所述补充模块的特定人机接口的接口功能性。

Description

航空电子系统，特别是飞行器的飞行管理系统
技术领域
本发明涉及一种飞行器的飞行管理系统。
背景技术
通常，航空电子系统，尤其飞行管理系统，是相对复杂的系统，其对于新功能性的需求、尤其在引导飞行器飞行层面上在不断增长。因此，已经安装在飞行器中的、使用寿命相对长的飞行管理系统必须能够演进，以集成当前与这些需求有关的新功能性，这在考虑这些系统的复杂性的情况下、即使对于微小的修改也需要相当大的努力，以一方面用于其在未必适配这些新功能想的系统中的实施，并且另一方面用于正确实施的验证而没有相关衰退。其结果是，目前飞行管理系统的任何更新需要大量时间并且相对昂贵。
发明内容
本发明的目的是提出一种航空电子系统、尤其飞行器的飞行管理系统的架构，该架构使得能够开发不同的功能性并且使它们单独演进，从而能够在架构中容易地集成特定功能性，例如，专用于所述飞行器所属的实体的功能性，实体例如特定飞行器模型、飞行器家族、公司、联盟、所有或部分舰队。因此，这样的架构允许航空电子系统的简单化更新，这有助于减少由这样操作所花费的时间和总成本。
为此，根据本发明的飞行器的飞行管理系统的特征在于由以下构成：
-用于实施关于飞行器的飞行管理的通用功能性的核心模块；
-用于实施特定补充功能性的补充模块；
-用于所述核心模块和补充模块之间的消息交换的接口；
-所述核心模块具有接口功能性，以允许其与包括称为通用人机接口的至少一个人机接口的所述飞行器的机载系统对接；以及
-所述补充模块还具有用于访问连接到所述补充模块的特定人机接口的接口功能性。
具有两个分离模块的该结构的优点来自以下事实：补充模块的补充功能性与航空电子系统集成，而无需修改核心模块的软件元素，并且为此而仅使用该核心模块提供的功能和功能服务，其在这种情况下是核心模块的通用功能性。因此，这些补充功能性能够独立于核心模块来开发。
附图说明
通过阅读实施方式的示例的以下描述，下面提及的本发明的特征以及其他特征将显得更加清楚，所述描述是参照附图而给出的，其中：
图1是根据本发明的飞行器的飞行管理系统的框图；以及
图2示出了根据本发明的飞行器的飞行管理系统的实现。
具体实施方式
本描述是关于飞行器的飞行管理系统而给出的，但应当理解，所说明的原理可以应用于任何航空电子系统，例如飞机导航系统。如本领域技术人员已知的，这样的飞行管理系统位于飞行器上。
图1所示的飞行管理系统本质上由核心模块10和用于补充功能性的补充模块20构成。
核心模块10实施关于飞行器的飞行管理的一组功能性11、12、…、1n(例如飞行计划管理、燃料管理等)。这些功能性是飞行管理系统的通用基本功能或飞行管理系统的通用功能服务。这些功能服务使用由操作系统(未示出)定时的一个或更多个通用功能。
补充模块20实施一组补充功能性21、…、2m，这些补充功能性专用于飞行器所属的实体，例如特定飞行器模型、飞行器家族、公司、联盟、所有或部分舰队。这些功能性是关于核心模块10的功能的新功能，或者是核心模块10的功能的、给核心模块10提供行为修改的替选功能，或者关于使用这些补充功能中的一个或更多个补充功能的核心模块10的服务的补充服务。
根据有利的实施方式，在至少一个软件分区(符合ARINC653)中实施核心模块10和补充模块20的各个功能性(11至1n；21至2m)。在本上下文中，软件分区是这样的软件：其能够被执行并且在限定时隙中被执行，该时隙将该软件分区与其他软件分区隔离开并且在也隔离开的物理空间(通常是存储空间或输入/输出空间)上。由低电平逻辑层提供这些不同的隔离，例如操作系统，其对于时间隔离而使用运行所述软件分区的微处理器内部的硬件时钟，并且对于空间隔离而使用控制对所讨论的物理空间(存储器或输入/输出空间)的访问的机制。
仍在这ARINC653背景中，每个软件分区与称为RAM端口的至少一个存储共享通信端口相关联，以允许其与其他软件分区交换消息。可以通过采样(采样端口：与端口相关联的存储器在数据的每次接收时被更新)或排队(排队端口：接收的消息被置于队列中)来执行该交换。由端口发送或接收的这些消息例如如下：特定数据请求、请求执行服务功能、事件警告、特定消息的传送、文件传送等。
图1所示的飞行管理系统还包括设置在核心模块10和补充模块20之间的消息交换接口30。核心模块10和补充模块20的至少一个端口分别分配到该接口30，通过该接口30，所讨论的消息经过能够是RAM端口的这个或这些端口。有利地，接口30实施通过通过接口30的消息而执行的数据编码协议。
核心模块10具有接口功能性16，以允许其与包括所谓通用的至少一个人机接口41的飞行器40的机载系统对接。如图1中的情况，它们还可以包括机载设备42，例如当前安装在飞行器中的设备，如飞行仪器、各种传感器等。
补充模块还具有接口功能性26，其用于经由交换接口30访问核心模块10的接口功能性16以能够与通用人机接口41对接。补充模块20的该接口功能性26还能够允许与专用于补充模块20的人机接口50对接。这个或每个人机接口41；50能够由宽屏、触摸屏等构成，由键盘、鼠标、轨迹球、平视显示系统、增强现实系统等构成。
在特定的实施方式中，根据本发明的飞行管理系统被托管在集成核心模块10和补充模块20的、作为分离硬件设备的若干IMA(综合成模块化航空电子系统是所述ARINC653标准中主要描述的架构)设备上。此外，每个模块10；20能够由一个或更多个机载硬件设备构成。硬件设备包括例如算法单元、存储器、具有飞行器的各种设备的物理接口以及用于管理一组软件分区以使得所讨论的设备能够实施功能或服务的操作系统。
根据该实施方式，核心模块10和补充模块20借助AFDX(应用全双工以太网)网络、以太网网络、ARINC429网络等彼此通信。
此外，接口功能性16和26符合ARINC661标准，该标准限定了飞行器的驾驶舱的显示系统以及该系统与管理航空电子功能性的应用(功能、服务)之间的通信。
在另一实施方式中，核心模块10和补充模块20构成单个IMA设备(ARINC653)作为单个硬件设备，其各个软件分区借助文件共享(共享的文件)或存储器共享(共享的存储器)、通过RAM端口彼此通信，从而形成消息交换接口30。在该实施方式中，接口功能性16和26还遵循ARINC661标准。
具有两个分离模块的这个结构的优点来自以下事实：补充模块20的补充功能性被集成在飞行管理系统中，而无需修改核心模块10的软件元素，并且为此仅使用核心模块提供的功能和功能服务(在这种情况下是飞行管理系统的通用功能性)。此外，这些补充功能性能够独立于核心模块10来开发。
由核心模块10实施的通用功能11至1n例如是至少一个以下功能：飞行计划管理功能、计算空间中的轨道的功能、通过关于飞行条件(速度、时间、燃料量等)的物理量而计算沿飞行器的给定轨道所取得的值的预测的功能、基于给定模型通过关于气象条件(风、温度等)的物理量而外推沿飞行器的给定轨道所取得的值的功能、计算飞行器的当前位置的功能、计算飞行器的当前位置和给定理论轨道的位置之间的偏差的功能、计算用于伺服给定轨道上的飞行器的引导定值的功能、使得能够根据分割式哲学(split type philosophy)来管理飞行器驾驶舱的一组功能(借助驾驶舱内的功能的多个实例之间的控制和同步)等。
核心模块10或补充模块20中的每个模块还可以实施称为信封功能性的、不同于先前描述的那些的功能性。
核心模块10的功能性16允许获取来自各种设备42(飞行仪器、各种传感器等)的飞行器数据。该功能性16有利地配备有用于检测和排除任何无效数据的过滤装置和用于将一组有效数据混合成合并数据的合并装置。为了访问该数据，补充功能性在端口上发送用于访问数据获取功能性16的请求(所述请求随后通过消息交换接口30)，该功能性16作为返回而发送包含所述数据的响应。这是用于对被传送到所述数据获取功能性16的请求做出响应的机制。
补充模块20还可以包括非图1中所示情况的这样的功能性。
核心模块10和/或补充模块20还可以包括数据的获取功能性(未示出)，该数据是从地面发送向飞行器的并且经由ATN(航空电信网络)网络、ACARS(飞机通信寻址和报告系统)网络、特定VHF(甚高频)网络或快速点到点无线链路而被发送。这些数据也可以通过用于对被传送到所讨论的功能性的请求做出响应的机制来访问。
核心模块10还可以包括至少一个机载数据库18，在数据库18中例如存储有由机务人员创建的数据或在地面(如跑道、助航系统、航点等)上加载和提供的数据。其还包括用于管理这些数据库的功能。这里再次，通过用于对被传送到所讨论的管理功能的请求做出响应的机制，这些数据可以以读/写的方式被访问。
核心模块10的数据库可以间接经由交换接口30和核心模块10、仅由核心模块10本身访问或者由补充模块20访问。在后一情况下，经由交换接口30传送请求和响应，如上所述，交换接口30可以包括确保这些请求和响应的安全性的加密装置。
补充模块20还可以包括一个或更多个特定数据库(非图1中所示的情况)。
核心模块10还可以包括维护功能性19。当在设备上检测到故障时，该功能性可以发送消息告知该故障的飞行器的维护中心。其还可以响应来自维护中心的请求以这些交互式测试等。
补充模块20还可以包括这样的功能性。
在剩下的描述中，参照附图2，将给出补充模块(例如补充模块20)的一组补充功能性的实现示例，以使得机务人员能够搜索最接近于飞行器的当前位置的机场，以及根据将选择的标准而显示该机场同时对该机场进行分类，并且随后提出通向所选机场之一并且能够被激活并替代当前飞行计划的替选飞行计划。
为此，核心模块10是以下功能服务的提供者：提供最接近于飞行器的当前位置的机场的标识的功能性110(该信息通常根据称为导航数据库的数据库18中存储的信息来确定)、在通用人机接口41上显示该信息的功能性120、飞行计划可用性数据的传输功能性130、插入新飞行计划功能性140等。
关于补充模块20，其接口功能性26用于与特定人机接口50对接，特定人机接口50允许机务人员做出请求并输入用于该请求的参数。其包括控制搜索最近机场的标识的功能性210、用于根据由机务人员借助于人机接口50选择的标准来对在所发送的请求的响应中所获得的结果进行分类的功能性220。其还包括用于借助于特定人机接口50选择实体例如要着陆的机场的功能性230、用于生成已建立的飞行计划的替选飞行计划的功能性240、用于检查飞行计划可用性的功能性250等。
对核心模块10的功能性的请求排序是由补偿模块20(经由使得能够访问所述功能性的端口)来提供的。
下面描述所使用的交换的不同步骤。
在第一步骤E1中，借助特定人机接口50，机务人员选择补充模块20的功能210性(例如：搜索最近机场的功能性)并且输入实施该功能性必需的参数值(例如：飞行器当前位置周围的搜索半径、最大机场数量等)。
在第二步骤E2中，补充功能性210向功能性110发送请求至标识核心模块10的最近机场的功能性110，使得该功能性110在导航数据库18中搜索最接近飞行器当前位置的机场。该请求包括由机务人员先前选择的参数。根据一个实施方式，该请求是以包含所述参数的消息的形式的，该消息可以以排队模式(排队端口)而被传送到核心模块10的有关功能性110的RAM(ARINC 653)端口。
在第三步骤E3中，核心模块10的有关功能性110发送响应到补充功能性210。根据一个实施方式，在排队模式(排队)中，该响应被传送到RAM(ARINC 653)端口，其使得能够访问补充模块的有关功能性。
在第四步骤E4中，补充模块20的分类功能性220基于在来自核心模块的响应中标识的每个机场的列表值的外推来计算预测，按照能够由机务人员在特定人机接口50上限定的标准、根据所述预测来执行所述机场的分类，并且显示特定人机接口50上的结果。
在第五步骤E5中，补充模块20的分类功能性220向核心模块10的显示功能性120发送用于在通用人机接口41尤其导航屏幕(导航显示器)上以特定颜色显示机场的请求。跟前面一样，在排队模式(排队)中，该请求被传送到RAM(ARINC 653)端口以使得能够访问核心模块10的有关功能性。
在第六步骤E6中，借助于功能性230和特定人机接口50，飞行器的驾驶员从导航屏幕上显示的机场之中选择机场。
在第七步骤E7中，补充模块20的功能性240计算直接通向已经被选择的机场的替选飞行计划。
在第八步骤E8中，补充功能性250以采样模式(采样端口)读取与核心模块10的功能性130借助端口上的消息周期性发送的次级(且因此是非占用的)飞行计划的存在和可用性有关的数据。如果在读取这些数据时没有次级飞行计划是可用的，则补充功能性250经由交换接口30控制消息在通用人机接口上的显示以警告机务人员。相反地，如果次级飞行计划是可用的(正如图2中的情况)，则补充功能性250将关于在可用次级飞行计划中插入替选飞行计划的请求传送到核心模块的功能性140。该请求例如能够以“排队”模式(排队)、通过RAM(ARINC 653)端口上的消息来被传达。
这时，核心模块10具有能够由机务人员经由通用人机接口查询且可能能够被激活以用于引导的次级飞行计划。
本发明的优点如下。其允许独立地开发核心模块的通用功能性和补充模块的补充功能性。由于补充功能性具有与由核心模块提供的通用功能性相容的唯一集成约束，因此本发明能够使飞行管理系统经由补充模块的修改而单独演进。专用于实体例如飞行器、飞行器家族、公司、联盟、所有或部分舰队的功能性因而能够被实现在飞行管理系统中，而无需深入修改整个系统。
此外，其使得能够在已变得复杂的飞行管理系统中集成补充功能性，而无须在难以维护的大量软件中严格地堆积这些演进。此外，其使得能够准备具有限于管理用于引导的轨道的飞行管理系统和支持任务管理和决策辅助的其他系统的未来的航空电子架构的愿景。
最后，由于其更广泛的部署和其更高的稳定性，其使得核心模块的成熟度增加。因此，核心模块的演进频率降低，这使得能够减少异常(退化、呈现故障的新功能性的引入等)。

Claims (10)

1.一种飞行器的飞行管理系统，包括位于所述飞行器上的：
-核心模块，其用于实施关于所述飞行器的飞行管理的通用功能性；
-补充模块，其用于实施特定的补充功能性；
-接口，其用于所述核心模块和所述补充模块之间的消息交换；
-所述核心模块设置有接口功能性，以允许所述核心模块与包括至少一个通用人机接口的所述飞行器的机载系统对接；以及
-所述补充模块还设置有用于访问连接到所述补充模块的特定人机接口的接口功能性。
2.如权利要求1所述的飞行管理系统，其中，在所述补充模块中实现的功能性专用于所述飞行器所属的实体。
3.如权利要求1或2所述的飞行管理系统，其中，所述补充模块的所述接口功能性使得能够直接地、或借助于所述核心模块来访问所述飞行器的所述机载系统。
4.如权利要求1或2所述的飞行管理系统，其中，在被分配有至少一个端口的至少一个软件分区中实施所述补充模块或所述核心模块的每个功能性，所述核心模块和所述补充模块的功能性经由所述端口彼此通信。
5.如权利要求4所述的飞行管理系统，其中，所述功能性通过用于对分别传送到所述功能性的请求做出的响应的机制而彼此通信。
6.如权利要求1或2所述的飞行管理系统，其中，在相同的硬件设备上实现所述核心模块和所述补充模块。
7.如权利要求1或2所述的飞行管理系统，其中，以分开的硬件设备的形式来实现所述核心模块和所述补充模块，所述硬件设备属于允许所述硬件设备彼此通信的网络。
8.如权利要求1或2所述的飞行管理系统，其中，所述核心模块实施关于所述飞行器的飞行管理的至少一个以下功能性：飞行计划管理功能性、计算空间中的轨道的功能性、通过关于飞行条件的物理量来计算沿飞行器的给定轨道所取得的值的预测的功能性、基于给定模型通过关于气象条件的物理量来外推沿飞行器的给定轨道所取得的值的功能性、计算飞行器的当前位置的功能性、计算飞行器的当前位置和给定理论轨道的位置之间的偏离的功能性、计算用于伺服给定轨道上的飞行器的引导定值的功能性、使得能够根据分割式哲学来管理飞行器的驾驶舱的一组功能性、提供最接近于飞行器的当前位置的机场的标识的功能性、传输飞行计划可用性数据的功能性、插入新飞行计划的功能性。
9.如权利要求1或2所述的飞行管理系统，其中，所述补充模块实施至少一个以下补充功能性：控制搜索最近机场的标识的功能性、根据由机务人员借助所述特定人机接口而选择的标准来对响应于所发送的请求而获得的结果进行分类的功能性、用于借助所述特定人机接口来选择对请求的响应的实体的功能性、用于生成已经建立的一个飞行计划的替选飞行计划的功能性、用于检查飞行计划的可用性的功能性。
10.如权利要求9所述的飞行管理系统，其中，所述实体是机场。
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