CN105679101A - 管理系统，特别是飞行器的飞行管理系统 - Google Patents

Abstract

本公开内容涉及一种管理系统(1)，其包括：航空电子核心(2)，其实现飞行器管理的通用功能并且提供至少与该通用功能相关的服务；开放层部分(4)中的至少一个迁移功能(F1、F2、Fn)，其执行航空电子核心(2)与开放层应用(AP1、AP2、APm)之间的对接功能，该开放层应用需要与航空电子核心(2)通信，以确保所交换的数据的同质性和一致性以及数据交换的完整性和安全性；以及航空电子核心(2)与开放层功能(F1、F2、Fn)之间的、支持数据交换的交换接口(6)。

Description

管理系统，特别是飞行器的飞行管理系统

技术领域

本发明涉及一种用于飞行器的管理系统，特别是用于运输机的管理系统。

优选地，该管理系统相当于一种FMS(飞行管理系统)类型的飞行管理系统。

然而，它也可以涉及其他航空电子系统，例如机场导航系统。

背景技术

现有的航空电子体系在航空电子部分通常包括一种FMS类型的飞行管理系统，其特别为机组成员提供了在飞行前进行设定并且在飞行中保持或改变航线以将乘客送往目的地的可能性。

与此同时，主要出于成本以及开发简单的原因，许多创新相继出现以在开放层侧实施旨在简化机组成员的与飞行器任务管理有关的工作的功能。

在本发明背景下：

–航空电子部分(或层)涉及机载组件(电脑、系统等)，这些机载组件安全可靠以遵守给定的完整性和可用性约束；和

-开放层部分涉及装备在飞行器驾驶舱内、托管应用的设备(便携式电脑、平板电脑等)，这些设备对于被整合到例如飞行器中来说不足够安全。

鉴于航空电子层与开放层之间存在的强隔离，这些开放层功能向驾驶舱中的整合是非常有限的，其极大地减少了它们的益处，因为这强制机组人员周旋于两个设备层之间，以手动的方式将信息从一个设备层传送到另一个设备层，从而造成额外的工作负荷以及输入错误数据的较大风险。

发明内容

本发明目的在于克服开放层向飞行器驾驶舱的整合有限这个缺陷。本发明涉及一种用于飞行器的(特别是移动)管理系统，特别是飞行管理系统。

根据本发明，管理系统包括：

–“航空电子核心”，其实现“通用”的飞行器管理功能，并提供至少与这些通用功能关联的服务；

–开放层部分中的至少一个“迁移功能”，其执行航空电子核心与“开放层应用”之间的对接功能，该开放层应用需要与航空电子核心通信，以确保所交换的数据的同质性和一致性；和

–位于航空电子核心与所述至少一个迁移功能之间的交换接口，其支持数据交换。

因此，由于所述至少一个迁移功能以及所述交换接口，有可能对接开放层应用与包括针对相关管理的主要功能(通用功能)的管理系统的航空电子核心，同时确保所交换的数据的同质性和一致性并且保证交换的完整性和安全性。

这个管理系统结构解决了开放层应用到管理系统中的整合的问题，以克服上述缺陷。

在优选的实施例中，航空电子核心包括：

-软件部分集合，其集中在至少一个硬件部分上并且实现了通用管理功能；

-功能服务集合，其与由航空电子核心实现的通用功能集合相关，并且对来自航空电子核心外部的应用的请求开放。

此外，有利地，迁移功能包含以下元素中的至少一些：

–被配置成如下的功能：

·确保从开放层应用到航空电子设备核心的数据的一致性、融合和/或合并；

·执行数据安全保护的至少一部分；

·从开放层应用所使用的模型中提取数据以供给航空电子核心的简化模型；

·从航空电子核心向开放层应用输出数据；

–针对航空电子核心而提供对以下内容的访问的功能服务：

·开放层平台上托管的特定数据；

·由开放层应用经由所述至少一个迁移功能而承载的服务；

–针对开放层应用而通过对以下内容的访问的功能服务：

·航空电子核心数据；

·与航空电子核心所支持的功能集合相关的功能服务。

另外，有利地，航空电子核心与所述至少一个迁移功能之间的交换接口基于以下元素中的至少一些：

–双向数据请求；

–双向功能执行请求；

–双向事件告警；

–双向消息传送；和

–双向文件传送。

此外，有利地，交换接口包括数据安全模块，该数据安全模块被配置成自动监测待传送的数据并根据所述监测自动管理对在航空电子核心与所述至少一个迁移功能之间传送数据的授权。

有利地，数据安全模块包括以下安全应用中的至少一个：

–错误数据流检测应用；

–数据一致性及格式检查应用；和

–数据解密应用。

优选地，数据安全模块包括开关组件，该开关组件是以下类型之一：

–硬件类型；

–软件类型。

在本发明的背景下，管理系统可以对应于不同的航空电子系统，例如机场导航系统。

在优选的实施例中，所述管理系统是飞行器的飞行管理系统。

在这个优选实施例的第一变形中，有利地，由航空电子核心所实现的通用功能包括以下功能中的至少一些：

–飞行计划管理；

–空间航线计算；

–沿航线的预测的计算；

–沿航线的气象条件的推测；

–飞行器的位置的计算；

–飞行器的位置与航线之间的偏离的计算；

–用于将飞行器锁定在航线上的引导设定值的计算；

–数据安全功能的至少一部分。

此外，在该优选实施例的第二变形中，有利地，由(简化的)航空电子核心实现的通用功能仅包括以下功能：

–飞行计划管理；

–空间中的航线的计算；

–飞行器位置与航线之间的偏离的计算；和

–用于将飞行器锁定在航线上的引导设定值的计算。

本发明也涉及一种飞行器，特别是一种设置有如上所述的管理系统的运输机。

附图说明

附图将清楚地展示本发明如何实现。在这些附图中，相同的参考标记表示相似的元素。

图1是飞行器的飞行管理系统的一个实施例的框图；

图2示意性地示出了图1中的飞行管理系统的用于实现特定计算实例的装置。

具体实施方式

图1示意性示出的说明本发明的系统1用于飞行器(图中未示出)的任务管理，所述飞行器特别是运输机。

这种用于管理例如飞行器移动的任务的系统优选地对应于FMS类型的飞行管理系统。然而，它也可以是其他航空电子系统，例如机场导航系统。在以下描述中，所描述的系统1是飞行管理系统的实例。

如图1所示，(飞行管理)系统1，包括：

–“航空电子核心”2，其实现“通用”飞行器飞行管理功能，并提供至少与下文中详细描述的那些通用功能关联的服务。

–集合3，其包括迁移到开放层部分(或设备)4中的至少一个功能，称之为“迁移功能”，该迁移功能执行航空电子核心2与“开放层”应用的集合5之间的特有对接功能，所述开放层应用需要与航空电子核心2通信，以确保所交换的数据的同质性与一致性并且保证数据交换的完整性和安全性，以及遵循航空电子核心2所使用的格式。

–交换接口6，其位于航空电子核心2与一个或多个迁移功能的所述集合3之间，并且支持数据交换且保证这些组件之间的隔离。

图1展示了航空电子部分P1以及开放层部分P2。集合3包括多个迁移功能F1、F2…Fn，n为整数，并且集合5包括多个开放层应用AP1、AP2…APm，m为整数。

航空电子核心2与开放层部分4之间的信息传输特别地可以通过以太网连接、A429总线或者Wifi连接来实现，如双向连接L1所示。此外，开放层部分4与集合5之间的信息传输特别地可以通过Wifi或者3G/4G连接来实现，如双向连接L2所示。

在一个具体实施例中，开放层部分4包括EFB(电子飞行包)类型的电子飞行装置，或者任意其他特别用于为飞行器飞行作准备的便携式电脑或者触控平板电脑。

系统1的这种结构便利(在航空电子设备之外的)开放层应用整合到系统1中，开放层应用例如是安装在驾驶舱内的EFB装置、平板电脑、膝上型电脑上的任务管理应用。这通过以下方式有效地帮助飞行器的机组人员完成其执行任务的工作：

–将开放层应用4与航空电子核心2间所交换的数据的融合、集中和转换功能迁移至开放层部分；

–操纵这些数据以生成将供给航空电子核心2的元素，例如飞行计划、航线图、性能数据、预测等；

–确保系统1中的航空电子核心2与开放层部分4之间的连接的安全，以防止这些元素受到恶意破坏。

在硬件层，系统1包括整合在两个不同的硬件平台上的不同软件。例如，IMA模块连同与系统1的航空电子核心2相连的PC平台来托管航空电子核心2软件，并且包括用于开放层部分4的特定软件。

在一个优选实施例中，航空电子核心2包括：

–软件部分的集合7，其集中在同一硬件部分上或者一组硬件部分上，实现通用飞行管理功能；和

–功能服务的集合8，其与由航空电子核心2实现的通用功能集合相关，并且对来自航空电子核心2外部的应用的请求开放。

应当指出：

–软件部分表示在预定的时间段内可执行的以及执行的软件；和

–硬件部分表示机载设备，其包括计算单元、存储器、与其他硬件部分和飞行器环境的物理接口，以及用于运行软件部分集合的机构。

优选地，集合3包含多个迁移功能F1至Fn。这些迁移功能例如包括：

–被配置成如下的功能：

·确保从(集合5的)开放层应用到航空电子核心2的数据的一致、融合和/或合并；

·执行数据安全保护的全部或一部分；

·从(集合5的)开放层应用所使用的模型(天气预测等)中提取数据以供给航空电子核心2的简化模型；

·从航空电子核心2向(集合5的)开放层应用输出数据；

–针对航空电子核心2提供对以下的访问的功能服务：

·开放层平台上托管的特定数据；和

·由(集合5的)开放层应用经由迁移功能承载的服务(特定的人机界面、特定的性能计算等)；

–针对(集合5的)开放层应用提供对以下的访问的功能服务：

·航空电子核心2数据；和

·与航空电子核心2所支持的功能集合相关的功能服务。

这些迁移功能被整合在整个(飞行管理)系统1中，而不需要对航空电子核心2的软件元件进行修改，但是需要依靠由航空电子核心2提供的功能服务。这些迁移功能可以独立于航空电子核心2进行开发，包括由与负责开发航空电子核心2的厂商不同的厂商来开发。

此外，航空电子核心2与迁移功能的集合3之间的交换接口6是基于对编码消息的使用的，即：

–双向数据请求；

–双向功能执行请求；

–双向事件告警；

–双向消息传送；和

–双向文件传送。

交换接口6包含至少一个数据安全模块10，该数据安全模块被配置成自动监测待传送的数据并且根据所述监测自动管理对在航空电子核心2与集合3的迁移功能之间传送数据的授权。

数据安全模块10以安全的方式实现航空电子核心2与开放层部分4之间的物理连接。数据安全模块10的主要功能是激活/去激活航空电子核心2至开放层部分4的连接的功能。

数据安全模块10包括：

–能够被控制的开关组件11。该开关组件11被配置成能够被交替地带入两个不同位置中的一个或另一个，所述两个不同位置即第一位置和第二位置，在该第一位置中，该开关组件阻止数据在开放层部分4与航空电子核心2之间的(经由连接L1的)传输，在该第二位置中，该开关组件允许数据(经由连接L1)的传输；和

–监测单元(或模块)12，其包括至少一个安全应用A1。该安全应用A1被配置成监测数据以能够检测错误数据流。

开关组件11：

–或者是硬件开关组件。这种开关组件例如是特别由监测单元12和一个或多个安全应用所控制的开关(晶体管)，其用于隔离两个设备并且在检测到特定条件时自动切断连接或者根据机组人员的动作而切断连接；。

–或者是软件开关组件。这种开关组件是一种程序，该程序在检测到特定条件时自动切断连接，例如错误数据流、错误格式等等。该开关组件可以位于在航空电子核心2和开放层部分4之外的设备中，或者在必要的情况下位于特定部分中。

另外，在特定实施例的示例中，监测单元12包括如图1所示的以下安全应用A1至A3：

–错误数据流检测应用A1；

–数据一致性及格式检查应用A2。这个应用A2根据相关数据的类别而将期望的格式与检测到的格式进行比较。即便具有可变内容和大小的飞行计划数据与风力和温度数据也具有已知的且可检测的格式和尺寸(“范围”)。预期的数据格式在应用软件中被编码，以防止有人恶意绕过保护机制。应用A2用作过滤器，在格式不正确或尺寸不正确的数据进入航空电子核心2之前拒绝该数据，确保仅针对某些明确指定的飞行阶段来进行某些数据交换(风力及温度数据可以只在地面上从层部分4被传送至航空电子核心2)；

–数据解密应用A3。该应用A3实现了一种根据相关数据来计算CRC(循环冗余码校验)值的常用方法。发送器和接收器应用同一种算法来计算这个值，并且如果数据和它的CRC码一起被发送，则接收器能够将数据解码、重新计算CRC码并将所计算的值与自发送器接收到的值相比较。解密确保了数据在信息传送期间没有被损坏，但其不能验证数据是否从根源上有效。

作为对数据格式检查以及在迁移功能中执行的格式化的补充，航空电子部分P1数据交换安全功能，这些功能或者在系统模块处，或在上游航空电子防火墙中。在一个特定实施例中，系统1中提供这样的航空电子防火墙。

特别地，系统1在开关组件11与航空电子核心2之间，在交换接口6中包括流监测类型的验证，功能性验证等等，以确保数据交换的完整性。

此外，系统1还包括开放层部分4的集合3的迁移功能与开放层应用的集合5之间的交换接口13，这包括例如API接口(应用程序接口)。

另外，在优选实施例中，由航空电子内核2实现的通用飞行管理功能包括如下功能：

–飞行计划管理；

–空间中的航线的计算；

–沿航线的预测的计算；

–沿航线的气象条件的推测；

–飞行器的位置的计算；

–飞行器位置与航线之间的偏离的计算；

–用于将飞行器锁定在航线上的引导设定值的计算；

–管理“分体”型驾驶舱理念的能力；和

–数据安全功能的一部分。

在一个特定的实施例中，航空电子核心2的功能内容被限制为针对根据预定义参考飞行计划引导飞行器所严格必需的元素，并且将定义、修订和更新该参考飞行计划和任务管理的全部功能迁移至开放层。在该特定的实施例中，由航空电子核心2实现的通用功能限于以下功能：

–飞行计划管理(航段的缓冲器的管理、激活段的确定、排序)；

–空间中的航线的计算；

–飞行器的位置与航线之间的偏离的计算；

–用于将飞行器锁定在航线上的引导设定值的计算。

在该特定实施例中，系统1因而包括被缩减至最少功能以确保飞行器根据由外部系统预定义的飞行计划进行鲁棒和完整的引导的航空电子核心2，以及分布在开放层平台的多个硬件部分上所托管的多个软件部分上的迁移功能，以确保常用飞行管理系统的其其余功能，以及与开放层中所开发的任务管理和机组人员决策辅助及支持应用之间的接口功能。

在一个特定的实施例中，仅对于引导而言严格必需的元件被保留在航空电子核心2中，能够根据开放层中限定的飞行计划(但在传送前由飞行员确认生效，并经过交换接口6传送)针对RNPAR0.1NM类型的操作对“危险”类型的类别进行响应，并且开放层(膝上型电脑、平板电脑等)的高级图形界面能力被用来处理任务管理和飞行计划的定义及修订。

系统1因而可以：

–以缩减的成本(时间、资金)被开发；

–确保开放层和航空电子核心2提供给机组人员的信息的一致性；

–确保在(集合5的)开放层应用与航空电子核心2之间经由专用连接所交换的数据的安全性，以例如保证飞行器被引导的航线的完整性；

–确保与(集合5的)开放层应用的交换保持在能够保证航空电子核心2的鲁棒性和性能的使用范围内；

–特别通过限制更新次数和相关的退化风险，增加航空电子核心2的稳定性和成熟度。

这样，获得了开放的飞行管理系统1，其包括稳定的航空电子核心2，该航空电子核心用作与飞行计划管理和航线及预测的计算有关的功能服务和数据的服务器，独立于开放层而开发的其他功能或系统能够有效地与该航空电子核心对接。

下面参考图2，以与低速性能计算有关的具体实现(或应用为例描述系统1的操作。

在图2中，比如EFB型电子装置这样的开放层部分4包括：

–TOPOC(起飞和着陆性能优化计算机)应用，下文称作“应用A4”，其被配置成计算和执行低速性能计算；

–迁移功能的集合3；和

–人机界面14(与应用A4相连)，其经由连接l1和l2连接至应用A4，并且经由连接l3和l4连接至集合3。

此外，航空电子核心2设置有飞行计划模块15。交换接口6经由连接L5和L6连接至集合3，并且经由连接L7和L8连接至航空电子核心2。

在开放层中托管的应用A4与迁移至该应用的开放层中的功能相关，用于使得机组人员能够通过考虑最新的参数(风力条件、温度、飞行器质量、所选跑道的特性等)来计算飞行器的起飞和着陆性能(特征速度等)并且将该性能插入系统1的航空电子核心2中。

在该示例中，应用A4负责：

–人机界面，以及机组人员对航空电子核心2所做的请求的参数化；

–性能计算；和

–当机组人员经由迁移功能确认结果生效时，向航空电子核心2发送用于计算的数据和计算结果。

此外，(集合3的)迁移功能负责：

–将从应用A4或航空电子核心2接收的数据格式化；

–检查从应用A4传送至航空电子核心2的数据的格式/尺寸和功能一致性；

–检查应用A4与航空电子核心2之间的交换流；和

–对与航空电子核心2的交换进行排序。

此外，航空电子核心2是用于如下的服务提供者：

–将由机组人员在FMS页面输入的、用于低速性能计算的数据，经由(集合3的)迁移功能传送至应用A4，以在人机界面14中显示该数据；

–获取由应用A4实现的计算结果，以及经由迁移功能获取已经被用于计算的数据；

–将结果及数据显示在FMS页面中；

–将结果和数据插入飞行计划；和

–基于所插入的结果及数据而更新飞行计划的预测。

在图2所示的系统1的基础上的一个特定实施例中，相关的示例可以有如下连续步骤：

–航空器的机组人员在开放层屏幕上访问低速性能计算管理的人机界面，例如人机界面14；

–应用A4经由(集合3的)迁移功能请求航空电子核心2向其传送已经由机组人员在FMS页面中输入的、用于低速性能计算的参数，并将它们显示在人机界面14上；

–机组人员在开放层中选择低速性能计算的参数(例如跑道污染状态)，并开始计算；

–应用A4的性能计算模块获取数据及计算参数，执行计算，并将结果返回人机界面以将其呈现给机组人员；

–机组人员在用于A4的人机界面14上对检查和确认结果，应用A4经由迁移功能集合3将结果以及已经用于计算的数据传送至航空电子核心2；

–航空电子核心2获取数据和结果，利用接收的数据及结果更新FMS页面；

–机组人员再次确认显示在FMS页面上的数据及结果；和

–航空电子核心2将数据插入(模块15的)飞行计划中，并且在新插入的数据的基础上重新开始航线和预测的计算。

如上所述，系统1特别提供了以下优点：

–，而不只是在庞大且难以维护的软件上累积更新升级，同时受益于对开放层平台进行开发的灵活性，使附加功能与日益复杂的飞行管理系统之间的对接成为可能；

–为未来的航空电子系统前景作准备，在未来的航空电子系统中飞行管理系统限于用于引导的航线的管理，而由其他系统支持任务管理和决策支持；

–航空电子核心与开放层应用之间的一定的工业独立性，迁移功能确保两个层间的灵活、鲁棒的对接；

–航空电子核心的成熟度提高，这是因为其更广泛的部署及其更大的稳定性。因此，航空电子核心的更新频率降低，这有助于减少异常情况(退化、有缺陷的新功能的引入等)；

–在不对航空电子核心的证书(应用的操作许可)产生任何影响的情况下，安装与航空电子核心对接的应用的能力；

–开放层应用中的选择机制的灵活管理；

–必须完整且可靠的航空电子核心的功能与关键性较低的任务的相关功能之间的严格隔离；

–利用开放层设备的计算能力以使用与嵌入飞行管理系统中的那些模型相比更加复杂和准确的模型的可能性。通过以尽可能一致的方式使复杂模型的输出适应航空电子核心的简单模型，来改进FMS计算和预测。因此，通过改进开放层应用与航空电子核心之间的整合，也改进了FMS计算的质量。

在一个特定的实施例中，飞行管理系统在其航空电子部分中包括两个模块，即一个标准模块和一个特殊模块，特殊模块例如托管安全检查的一部分。在此情况下，开放层部分可以通过经由特殊模块的安全模块与标准模块交换而依靠于这些功能。

Claims (9)

1.一种用于飞行器的管理系统，特别是一种飞行管理系统，其特征在于，所述管理系统(1)包括：

-航空电子核心(2)，该航空电子核心实现飞行器管理的通用功能，并提供至少与所述通用功能相关的服务；

-开放层部分(4)中的至少一个迁移功能(F1、F2、Fn)，该至少一个迁移功能执行所述航空电子核心(2)与开放层应用(5)(AP1、AP2、APm)之间的对接功能，所述开放层应用需要与所述航空电子核心(2)通信，以确保所交换的数据的同质性和一致性；和

-在所述航空电子核心(2)与所述至少一个迁移功能(F1、F2、Fn)之间的交换接口(6)，所述交换接口支持所述数据交换，

其中，所述交换接口(6)包含数据安全模块(10)，该数据安全模块被配置成自动监测待传送的数据并且根据所述监测而自动管理对在所述航空电子核心(2)与所述至少一个迁移功能(F1、F2、Fn)之间传送数据的授权。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述航空电子核心(2)包括：

-软件部分的集合(7)，所述软件部分集中在至少一个硬件部分上，并且实现通用管理功能；和

-功能服务的集合(8)，所述功能服务与由所述航空电子核心(2)所实现的通用功能集合相关，并且对来自在所述航空电子核心(2)外部的应用的请求开放。

3.根据上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述迁移功能(F1、F2、Fn)包括以下元素中的至少一些：

-被配置成如下的功能：

·确保从所述开放层应用(AP1、AP2、APm)到所述航空电子核心(2)的数据的一致、融合和/或合并；

·执行数据安全保护的至少一部分；

·从由所述开放层应用(AP1、AP2、APm)所使用的模型中提取数据以供给所述航空电子核心(2)的简化模型；

·从所述航空电子核心(2)向所述开放层应用(AP1、AP2、APm)输出数据；

-针对所述航空电子核心(2)提供对以下内容的访问的功能服务：

·开放层平台上托管的特定数据；

·由所述开放层应用(AP1、AP2、APm)经由所述至少一个迁移功能(F1、F2、Fn)而承载的服务；和

-针对所述开放层应用(AP1、AP2、APm)提供对以下内容的访问的功能服务：

·所述航空电子核心(2)的数据；

·与所述航空电子核心(2)所支持的功能集合相关的功能服务。

4.根据上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述航空电子核心(2)与所述至少一个迁移功能(F1、F2、Fn)之间的所述交换接口(6)基于如下元素中的至少一些：

-双向数据请求；

-双向功能执行请求；

-双向事件告警；

-双向消息传送；和

-双向文件传送。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据安全模块(10)包含如下安全应用中的至少之一：

-错误数据流检测应用(A1)；

-数据一致性及格式检查应用(A2)；和

-数据解密应用(A3)。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述数据安全模块(10)包括开关组件(11)，所述开关组件(11)是如下类型之一：

-硬件类型；

-软件类型。

7.根据上述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述管理系统(1)是飞行器的飞行管理系统。

8.根据权利要求7所述的飞行管理系统，其特征在于，由所述航空电子核心(2)实现的通用功能仅包括以下功能：

-飞行计划管理；

-空间中的航线的计算；

-飞行器的位置与航线之间的偏离的计算；

-用于将飞行器锁定在航线上的导航设定值的计算。

9.根据权利要求7所述的飞行管理系统，其特征在于，由所述航空电子核心(2)实现的通用功能包含以下功能中的至少一些：

-飞行计划管理；

-空间中的航线的计算；

-沿航线的预测的计算；

-沿航线的气象条件的推断；

-飞行器的位置的计算；

-飞行器的位置与航线之间的偏离的计算；

-用于将飞行器锁定在航线上的引导设定值的计算；和

-数据安全保护功能的一部分。