CN106184781B - 教练机多余度人机交互系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的教练机多余度人机交互系统，包括任务处理单元、传感器、显示交互界面和非航电系统，任务处理单元负责对传感器数据进行信息融合和功能实现，负责对传感器和显示交互界面功能、动作的逻辑处理控制；传感器负责采集处理和发送基本数据和参数，并执行基本功能和动作；显示交互界面负责作图及显示和直接交互的输入控制；非航电系统与任务处理单元、显示交互界面直接交连以实现和飞行员的人机交互。本发明公开的教练机多余度人机交互系统，通过多余度人机交互设计，进行数据多余度传输调度，多余度显示控制，满足飞行员不同任务的人机交互需求，增加飞机的飞行及训练安全性，适用于不同用途的教练机。
Description
技术领域
本发明属于人机交互技术领域，具体涉及教练机多余度人机交互系统。
背景技术
教练机人机交互是飞机提供与飞行员控制和显示接口，能将飞机引导到指定空域，能够使飞机完成导航、进场和着陆，保证飞机返航，提供态势、作战、训练等任务功能。
教练机人机交互是关系到飞机安全，人机交互数据必须有足够的传输调度余度来满足飞行及任务的需求，同时余度设计必须科学合理，以保证尽可能低成本来保证安全、飞行及任务需要。
教练机人机交互需要适应飞行学员学习需求的全过程，人机交互的显示控制余度设计应当适应飞行学员从驾驶术一直上升到作战能力培训的能力，并直接衔接目标一线作战飞机。通过多余度的人机交互以保证飞行学员在一型教练机上完成尽可能多的训练。
教练机多余度人机交互技术是一种高度系统集成以及智能化的新技术，为飞机训练提供了一种先进的技术途径，拓展了飞机训练的任务类型，增加飞机对于不同类型作战飞机的衔接性，并使得飞机的训练成本得以降低，同时提高了飞机全寿命周期的效费比。国内在教练机多余度人机交互技术的研究尚处于初级阶段，所以教练机多余度人机交互设计与整个飞机航电任务系统顶层规划对应，对整个飞机航电任务系统的设计起到决定性的作用。
发明内容
本发明为解决上述技术问题，提供教练机多余度人机交互系统，使教练机人机交互所需的数据多余度传输调度，飞行员所需的人机交互多余度显示控制，满足飞行员不同任务的人机交互需求。
为了解决本发明的技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：教练机多余度人机交互系统，包括任务处理单元1、传感器2、显示交互界面3和非航电系统4，所述任务处理单元1负责对传感器2数据进行信息融合和功能实现，负责对传感器2和显示交互界面3功能、动作的逻辑处理控制；所述传感器2负责采集处理和发送基本数据和参数，并执行基本功能和动作；所述显示交互界面3负责作图及显示和直接交互的输入控制；所述非航电系统4与任务处理单元1、显示交互界面3直接交连以实现和飞行员的人机交互；所述任务处理单元1包括数据融合处理机11、传感器管理处理机12、机电管理处理机13、任务管理处理机14、显示控制处理机15；所述传感器2包括大气数据系统21、惯性组合导航系统22、卫星组合导航系统23、无线导航识别系统24、语音识别控制系统25、备份仪表系统26、火控雷达系统27、光电夜视系统28、电子防护告警系统29、通信数据系统210、机电燃油测量系统211；所述显示交互界面3包括液晶显示器（MFD）31、平视显示器（HUD）32、辅助显示输入板33、正前方控制板34、通信导航控制板35、系统控制显示板36、双杆操作控制系统37；所述非航电系统4包括电传飞控系统41、发动机系统42、嵌入式训练系统43、外挂接口系统44、起落架刹车系统45。
优选地，所述教练机多余度人机交互系统采用双1553B总线做主总线，多条422、429总线为其他数据总线，进行人机交互数据多余度传输调度。
优选地，所述机电管理处理机13、任务管理处理机14和显示控制处理机15具有主总线控制调度功能，保证交互系统的完全数据逻辑控制工作。
优选地，所述数据融合处理机11、传感器管理处理机12和机电管理处理机13直接采集处理传感器2和非航电系统4的数据，再通过429和422总线把数据直接发送给显示交互界面3，所述飞行员可以在显示交互界面3选择查看传输数据。
优选地，主总线控制调度功能停驻在作为任务处理单元1的多个设备里，包括机电管理处理机13、任务管理处理机14、显示控制处理机15，所述任务处理单元1中有且仅有一台设备具备总线控制功能，系统能识别主总线控制调度功能工作情况并自动判断选择切换执行该功能的任务处理单元设备，同时可通过显示交互界面3，保证飞行员能强制指定任务处理单元1中的机电管理处理机13、任务管理处理机14和显示控制处理机15任一设备执行主总线控制功能，以保证主总线控制调度的多余度安全可靠性。
优选地，所述惯性组合导航系统22采用激光捷联惯性部件和卫星天线组合而成，飞机左右各安装一台以保证余度。
优选地，所述MFD31、HUD32、辅助显示输入板33、正前方控制板34、通信导航控制板35、系统控制显示板36具备智能显示机制，其可以通过按钮\旋钮实现独立备份显示。
与现有技术相比，本发明获得的有益效果是：
本发明公开的教练机多余度人机交互系统，通过多余度人机交互设计，使教练机人机交互所需的数据多余度传输调度，飞行员所需的人机交互多余度显示控制，满足飞行员不同任务的人机交互需求，增加飞机的飞行及训练安全性，并且降低飞机的成本和扩展飞机功能，扩展教练机在系统和战术等方面的训练能力，适用于不同用途的教练机。
附图说明
图1为教练机多余度人机交互系统框图。
附图标记：1、任务处理单元；11、数据融合处理机；12、传感器管理处理机；13、机电管理处理机；14、任务管理处理机；15显示控制处理机；2、传感器；21、大气数据系统；22、惯性组合导航系统；23、卫星组合导航系统；24、无线导航识别系统；25、语音识别控制系统；26、备份仪表系统；27、火控雷达系统；28、光电夜视系统；29、电子防护告警系统；210、通信数据系统；211、机电燃油测量系统；3、显示交互界面；31、MFD；32、HUD；33、辅助显示输入板；34、正前方控制板；35、通信导航控制板系统；36、控制显示板；37、双杆操作控制系统；4、非航电系统；41、电传飞控系统；42、发动机系统；43、嵌入式训练系统；44、外挂接口系统；45、起落架刹车系统。
具体实施方案
下面结合附图，对实施例进行详细说明。
参见附图1，教练机多余度人机交互系统，包括任务处理单元1、传感器2、显示交互界面3和非航电系统4，所述任务处理单元1负责对传感器2数据进行信息融合和功能实现，负责对传感器2和显示交互界面3功能、动作的逻辑处理控制；所述传感器2负责采集处理和发送基本数据和参数，并执行基本功能和动作；所述显示交互界面3负责作图及显示和直接交互的输入控制；所述非航电系统4与任务处理单元1、显示交互界面3直接交连以实现和飞行员的人机交互；所述任务处理单元1包括数据融合处理机11、传感器管理处理机12、机电管理处理机13、任务管理处理机14、显示控制处理机15；所述传感器2包括大气数据系统21、惯性组合导航系统22、卫星组合导航系统23、无线导航识别系统24、语音识别控制系统25、备份仪表系统26、火控雷达系统27、光电夜视系统28、电子防护告警系统29、通信数据系统210、机电燃油测量系统211；所述显示交互界面3包括MFD31、HUD32、辅助显示输入板33、正前方控制板34、通信导航控制板35、系统控制显示板36、双杆操作控制系统37；所述非航电系统4包括电传飞控系统41、发动机系统42、嵌入式训练系统43、外挂接口系统44、起落架刹车系统45。
进一步地，所述教练机多余度人机交互系统采用双1553B总线做主总线，多条422、429总线为其他数据总线，进行人机交互数据多余度传输调度。
进一步地，所述机电管理处理机13、任务管理处理机14和显示控制处理机15具有主总线控制调度功能，保证交互系统的完全数据逻辑控制工作。
进一步地，所述数据融合处理机11、传感器管理处理机12和机电管理处理机13直接采集处理传感器2和非航电系统4的数据，再通过429和422总线把数据直接发送给显示交互界面3，所述飞行员可以在显示交互界面3选择查看传输数据。
进一步地，主总线控制调度功能停驻在作为任务处理单元1的多个设备里，包括机电管理处理机13、任务管理处理机14、显示控制处理机15，所述任务处理单元1中有且仅有一台设备具备总线控制功能，系统能识别主总线控制调度功能工作情况并自动判断选择切换执行该功能的任务处理单元设备，同时可通过显示交互界面3，保证飞行员能强制指定任务处理单元1中的机电管理处理机13、任务管理处理机14和显示控制处理机15任一设备执行主总线控制功能，以保证主总线控制调度的多余度安全可靠性。
所述教练机多余度人机交互系统中各设备的主要功能和特点：
大气数据系统21：直接测量周围环境总压、动压、静压、侧滑角、攻角、总温等，并计算马赫数、指示空速、真空速、大气密度比等大气参数，其采用分布式大气数据系统，具备管路、电气多余度。
惯性组合导航系统22：直接测量飞机的加速度、姿态矢量，具备接收全球卫星导航系统（GNSS）信息的能力，包括美国全球定位系统（GPS）、俄罗斯卫星导航系统（GLONASS）、中国北斗卫星导航系统（BD2），计算出经度、纬度、高度、速度矢量、风速、风向、航向等参数，其采用激光捷联惯性部件和卫星天线组合而成，精度要求较高且为飞机左右各安装一台以保证余度。
卫星组合导航系统23：直接测量飞机的加速度、姿态矢量，具备接收GPS和BD2的能力，计算出经度、纬度、高度、速度矢量、风速、风向、航向等参数，其采用光纤惯性部件和卫星天线组合而成，精度要求一般飞机仅安装一台以保证备份余度。
无线导航识别系统24：具备仪表/微波仪表着陆测量能力，无线电罗盘、塔康测量能力。
语音识别控制系统25：具备识别中文/英文语音能力，并智能匹配对应工作命令，全飞机音量管理能力，具备主动探测降噪能力和及时语音反馈能力。
备份仪表系统26：提供姿态、速度、高度的余度测量及直接指示的能力。
火控雷达系统27：提供空中/地面/海上扫描及多目标跟踪能力。
光电夜视系统28：提供空中/地面/海上红外、图像等多模融合扫描及多目标跟踪能力。
电子防护告警系统29：提供空中/地面/海上雷达跟踪告警，并提供对应的红外、箔条、抛放式诱饵弹策略和发射。
通信数据链系统210：具备多频段的语音通信能力，能进行大速率的图像视频、保密电文通信，支持空空、空地组网，按需具备中继通信能力；
机电燃油测量系统211：具备测量副油箱、保形油箱、机翼油箱、主油箱的油量及耗油量能力；
数据融合处理机11：具备对同一系统多传感器数据融合能力，不同系统同参数融合能力，具备不同系统及传感器智能相关及外推能力，并具备集中采集直接转发能力。
传感器管理处理机12：具备对同一系统多传感器综合管理能力，不同系统及传感器智能协调管理能力，全飞机多系统及多传感器优化使用能力，并具备集中采集直接转发能力。
机电管理处理机13：具备对燃油输送供给协调管理能力，起落架收放管理能力，前轮转弯及刹车管理能力，并具备集中采集直接转发能力，主总线控制调度功能。
任务管理处理机14：具备对武器发控管理能力，武器火控解算能力，智能多目标分配攻击能力，自动毁伤评估能力，主总线控制调度功能，人机交互多余度显示控制主软件驻留能力。
显示控制处理机15：具备对导航解算，智能任务规划，态势评估，威胁估计的能力，主总线控制调度功能，人机交互多余度显示控制主软件驻留能力。
MFD 31：是飞行员所需最详细的态势、飞机状态、矢量、系统、告警显示界面，具备可调节屏比能力，智能切换数据源能力、具备独立备份显示能力。
HUD 32：提供飞行员最所需的态势、矢量、显示界面，具备智能切换数据源能力、具备独立备份显示能力。
辅助显示输入板33：提供键盘、鼠标输入能力，具备提供飞行员最所需的态势、矢量、显示界面，具备智能切换数据源能力、具备独立备份显示能力。
正前方控制板34：具备提供飞行员最快捷所需的常用操作，具备提供飞行员最所需的态势、矢量、显示界面，具备智能切换数据源能力、具备独立备份显示能力。
通信导航控制板35：具备提供飞行员通信导航识别数据链等常用操作，具备提供飞行员最所需的态势、矢量、显示界面，具备智能切换数据源能力、具备独立备份显示能力。
系统控制显示板36：具备提供系统上/下电、系统状态指示、惯性组合导航系统22和卫星组合导航系统23准备对准能力，具备提供飞行员最所需的态势、矢量、显示界面，具备智能切换数据源能力、具备独立备份显示能力。
双杆操作控制系统37：具备所有的交互操作功能，实现杆不离手操作。
进一步地，所述MFD31、HUD32、辅助显示输入板33、正前方控制板34、通信导航控制板35、系统控制显示板36具备智能显示机制，其可以通过按钮\旋钮实现独立备份显示。
以上列举的仅是本发明的具体实施例之一。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多类似的改形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明所要保护的范围。
Claims (5)
1.教练机多余度人机交互系统，其特征在于：包括任务处理单元（1）、传感器（2）、显示交互界面（3）和非航电系统（4），所述任务处理单元（1）负责对传感器（2）数据进行信息融合和功能实现，负责对传感器（2）和显示交互界面（3）功能、动作的逻辑处理控制；所述传感器（2）负责采集处理和发送基本数据和参数，并执行基本功能和动作；所述显示交互界面（3）负责作图及显示和直接交互的输入控制；所述非航电系统（4）与任务处理单元（1）、显示交互界面（3）直接交连以实现和飞行员的人机交互；所述任务处理单元（1）包括数据融合处理机（11）、传感器管理处理机（12）、机电管理处理机（13）、任务管理处理机（14）、显示控制处理机（15）；所述传感器（2）包括大气数据系统（21）、惯性组合导航系统（22）、卫星组合导航系统（23）、无线导航识别系统（24）、语音识别控制系统（25）、备份仪表系统（26）、火控雷达系统（27）、光电夜视系统（28）、电子防护告警系统（29）、通信数据系统（210）、机电燃油测量系统（211）；所述显示交互界面（3）包括液晶显示器（31）、平视显示器（32）、辅助显示输入板（33）、正前方控制板（34）、通信导航控制板（35）、系统控制显示板（36）、双杆操作控制系统（37）；所述非航电系统（4）包括电传飞控系统（41）、发动机系统（42）、嵌入式训练系统（43）、外挂接口系统（44）、起落架刹车系统（45）；所述任务处理单元（1）中有且仅有一台设备具备总线控制功能，系统能识别主总线控制调度功能工作情况并自动判断选择切换执行该功能的任务处理单元设备，同时可通过显示交互界面（3），保证飞行员能强制指定任务处理单元（1）中的机电管理处理机（13）、任务管理处理机（14）和显示控制处理机（15）任一设备执行主总线控制功能。
2.如权利要求1所述的教练机多余度人机交互系统，其特征在于：所述教练机多余度人机交互系统采用双1553B总线做主总线，多条422、429总线为其他数据总线，进行人机交互数据多余度传输调度。
3.如权利要求1所述的教练机多余度人机交互系统，其特征在于：所述机电管理处理机（13）、任务管理处理机（14）和显示控制处理机（15）具有主总线控制调度功能，保证交互系统的完全数据逻辑控制工作。
4.如权利要求2所述的教练机多余度人机交互系统，其特征在于：所述数据融合处理机（11）、传感器管理处理机（12）和机电管理处理机（13）直接采集处理传感器（2）和非航电系统（4）的数据，再通过429和422总线把数据直接发送给显示交互界面（3），所述飞行员可以在显示交互界面（3）选择查看传输数据。
5.如权利要求1所述的教练机多余度人机交互系统，其特征在于：所述惯性组合导航系统（22）采用激光捷联惯性部件和卫星天线组合而成，飞机左右各安装一台。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |