CN108594635A - 一种用于航电系统中数据综合显示控制的装置和方法 - Google Patents

一种用于航电系统中数据综合显示控制的装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了用于航电系统中数据综合显示控制的装置和方法，能够提高航电系统中数据综合显示控制的实时性，且可靠性和集成度较高。该装置包括：两个或更多综合显示控制单元DU，每个DU设置在不同的舱位中并各自包括：电源模块、数据处理控制模块、视频处理单元、显示器以及多个通信接口；所述数据处理控制模块包括左处理单元和右处理单元，二者同时进行数据处理且通过单个显示器显示左处理单元的数据处理结果；左处理单元和右处理单元之间具有内部同步接口以进行数据同步通信；左处理单元和右处理单元中的每一个具有导航数据处理模块、大气数据处理模块、无线电数据处理模块、以及平视数据处理模块以分别对相应的数据进行处理。

Description

一种用于航电系统中数据综合显示控制的装置和方法
技术领域
本发明涉及航空电子技术领域，尤其涉及一种用于航电系统中数据综合显示控制的装置和方法。
背景技术
现代飞机上通常使用统一处理单元对飞机上各种航空电子设备的信息进行统一处理，将功能相同或相近的设备组合在一个组件内，在显示器上综合显示相关的参数，并在各航空电子设备之间通过机载数据总线来传送有关信息，从而使整个飞机上所有航空电子设备的性能达到更高的水平，这样的系统称为综合航电系统。
综合航电系统中包括功能众多的各种设备，例如综合显示控制单元、数据接口单元、双余度大气数据系统、INS/GNSS组合导航系统、综合无线电系统、平视显示单元、以及座舱监视系统等，这些设备均需要通过各种途径发送到综合显示控制单元(简称DU)来进行显示，并接收控制指令，因此DU是飞行员与机载系统进行人机互动的关键终端。随着综合航电系统复杂度的不断提升，所需要连接的各种设备及对应的数据通道数量也不断增加，其中部分设备往往具有双重备份，而且备份机制也不尽相同，因此完成机载系统相关状态信息和控制提示信息显示的DU设备结构也越来越复杂且集成度较低，导致响应时间也越来越长，进而导致整体性能和可靠性无法达到更高标准航电系统的要求。
发明内容
本发明的目的之一至少在于，针对如何克服上述现有技术存在的问题，提供一种用于航电系统中数据综合显示控制的装置和方法，能够提高航电系统中数据综合显示控制的实时性，且可靠性和集成度较高。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案包括以下各方面。
一种用于航电系统中数据综合显示控制的装置，其包括：两个或更多综合显示控制单元DU，每个DU设置在不同的舱位中并各自包括：电源模块、数据处理控制模块、视频处理单元、显示器以及多个通信接口；
所述数据处理控制模块包括左处理单元和右处理单元，二者同时进行数据处理且通过单个显示器显示左处理单元和右处理单元中一者的数据处理结果；左处理单元和右处理单元之间具有内部同步接口以进行数据同步通信；
左处理单元通过串行接口直接连接第一INS/GNSS、第一ADC、以及CNS设备，右处理单元通过串行接口直接连接第二INS/GNSS和第二ADC；并且，在右处理单元向CNS发送调谐指令时，通过左处理单元和右处理单元之间的内部同步接口同步数据和指令；
左处理单元和右处理单元中的每一个通过以太网接口分别与第一、第二数据接口单元DIU连接；平视显示器HUD与第一、第二DIU均连接并将信息分别发送给第一、第二DIU；第一DIU将数据通过以太网接口发送给左处理单元，第二DIU将数据通过以太网接口发送给右处理单元；
左处理单元和右处理单元中的每一个具有导航数据处理模块、大气数据处理模块、无线电数据处理模块、以及平视数据处理模块以分别对相应的数据进行处理。
一种用于航电系统中数据综合显示控制的方法，其包括通过根据所述的装置对航电系统中数据进行处理。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明至少具有以下有益效果：
左处理单元和右处理单元中的每一个通过以太网接口经由数据接口单元DIU与惯性导航系统/全球卫星导航系统组合导航系统INS/GNSS、大气数据计算机ADC、平视显示器HUD、以及综合无线电系统CNS(其中包括多个甚高频电台VHF以及对应的控制设备)连接，通过串行接口直接与INS/GNSS、ADC、以及CNS连接，并通过导航数据处理模块、大气数据处理模块、无线电数据处理模块、以及平视数据处理模块以分别对相应的数据进行处理，能够提高航电系统中数据综合显示控制的实时性，且可靠性和集成度较高，适合应用在各种航电系统中进行机载系统相关状态信息和控制提示信息的实时显示，并按照飞行员即时操作实时发送有关指令和控制信息。
附图说明
图1是根据本发明实施例的综合显示控制单元的结构示意图。
图2是根据本发明实施例的导航数据处理模块进行数据处理的流程图。
图3是根据本发明另一实施例的导航数据处理模块进行数据处理的流程图。
图4是根据本发明实施例的无线电数据处理模块发送调谐指令并接收回复数据的流程图。
图5是根据本发明实施例的处理单元切换流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明，以使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
具有多个舱位的飞机上通常需要在每个舱位中设置一套综合显示控制单元DU，例如对于前后舱机型，可以将第一综合显示控制单元和第二综合显示控制单元分别设置在前座舱和后座舱的前端，各自通过以太网总线与第一数据接口单元和第二数据接口单元连接(从而与数据接口单元连接的多种设备进行数据交互)，并分别通过串行总线与大气数据计算机(ADC，Air Data Computer)、惯性导航系统/全球卫星导航系统INS/GNSS组合导航系统、综合无线电系统(CNS)等设备直接连接。第一综合显示控制单元和第二综合显示控制单元均可以设置为具有处理单元和显示器的一体结构，用于显示飞行状态和导航信息并通过触摸屏和实体按键接收飞行员的控制操作指令。例如，可以显示俯仰、倾斜和飞行高度、速度、马赫数、升降速度、航向等，让驾驶员更直观的了解飞机的实际飞行状态。综合显示控制单元的显示器屏幕设置为具有红外触摸结构，以支持多点触摸，并可以通过显示器边框上均布的按键实现各项控制切换、选择、调节等，还可以通过位于屏幕左、右下角的双层旋钮来进行调谐，以对飞机做出准确的操控。
根据本发明实施例的用于航电系统中数据综合显示控制的装置包括两个或更多综合显示控制单元，每个综合显示控制单元设置在不同的舱位中，每个DU设备具有两个处理单元，同一DU中的两个处理单元之间具有内部同步接口以实现双余度数据备份，设置在前舱和后舱的DU之间不直接连接，而各自与DIU连接，通过DIU间接传递故障信息。
图1示出了根据本发明实施例的综合显示控制单元100的结构示意图，其包括电源模块110、数据处理控制模块120、视频处理单元130、显示器140以及多个通信接口。数据处理控制模块120包括左处理单元121和右处理单元122，左处理单元121和右处理单元122之间具有内部同步接口(例如可以采用同步总线，也可以采用一路以太网接口进行同步)以进行数据同步通信，以实现双余度数据处理，其通过单个显示器显示左处理单元的数据处理结果，仅在满足切换触发条件时才切换显示右处理单元的数据处理结果。每个综合显示控制单元100通过机载28V直流电源供电，综合显示控制单元100内的电源模块110具有多路独立输出，分别为各单元提供电源。视频处理单元130配置用于生成用户接口UI界面，以显示各种飞行参数并接收控制指令(例如，通过显示器上的GUI界面或者实体按键)。
左处理单元121通过串行接口直接连接INS/GNSS-1、ADC-1、CNS等设备，右处理单元122通过串行接口直接连接INS/GNSS-2、ADC-2；当使用右处理单元122对CNS发送调谐指令时，通过处理单元121和122之间的内部同步接口同步数据和指令。
左处理单元121和右处理单元122中的每一个通过以太网接口分别与数据接口单元DIU-1、DIU-2连接；平视显示器HUD与DIU-1、DIU-2均连接并将信息分别发送给DIU-1和DIU-2，DIU-1将数据通过以太网接口发送给左处理单元121，DIU-2将数据通过以太网接口发送给右处理单元122。左处理单元121和右处理单元122中的每一个具有导航数据处理模块、大气数据处理模块、无线电数据处理模块、以及平视数据处理模块以分别对相应的数据进行处理。
图2示出了根据本发明实施例的导航数据处理模块进行数据处理的流程图。其包括以下步骤：导航数据处理模块分别周期(例如50ms)地通过一路以太网接口经由DIU接收(步骤201)来自INS/GNSS的第一导航数据(例如，左处理单元121通过以太网接口经由DIU-1接收来自INS/GNSS-1的导航数据，且右处理单元122通过以太网接口经由DIU-2接收来自INS/GNSS-2的导航数据)；并周期地通过一路RS422接口直接接收(步骤202)来自INS/GNSS的第二导航数据(例如，左处理单元121直接通过RS422接口接收来自INS/GNSS-1的导航数据，且右处理单元122直接通过RS422接口接收来自INS/GNSS-2的导航数据)；分别校验(步骤203、204)第一导航数据(即来自以太网接口的数据)和第二导航数据(即来自RS422接口的数据)是否正确；当校验正确时(例如，数据包中校验位的校验码正确)，分别接收(步骤205、206)来自以太网接口和RS422接口的数据队列，并进行解析(步骤207、208)；对来自以太网接口的数据队列的解析结果进行判断(步骤209)；当来自以太网接口的第一导航数据有效且解析结果正确(例如，根据数据队列解析出的导航数据符合预设的格式要求)时(步骤210)将第一导航数据融合(例如，将两个来自以太网接口的第一导航数据融合)后作为DU上UI界面的导航数据源并发送至视频处理单元130以生成UI界面，否则(步骤211)将第二导航数据融合后作为导航数据源并发送至视频处理单元130以生成UI界面。即以融合后的第一导航数据为UI界面的主数据源，只要第一导航数据的解析结果正确，则不对第二导航数据队列的数据进行解析，仅将其作为备用的数据源以提高导航数据的处理效率。
图3示出了根据本发明进一步实施例的导航数据处理模块进行数据处理的流程图。为了提高DU中导航数据的安全性和稳定性，导航数据处理模块在对来自以太网接口和RS422接口的数据队列进行解析之后，分别判断(步骤312)来自以太网接口和RS422接口的数据队列的解析结果是否正确；当来自以太网接口的第一导航数据的解析结果正确且来自RS422接口的第二导航数据的解析结果不正确时(步骤313)将第一导航数据作为DU上UI界面的导航数据源；当第一导航数据的解析结果不正确且第二导航数据的解析结果正确时(步骤314)将第二导航数据作为DU上UI界面的导航数据源；当第一导航数据和第二导航数据的解析结果均正确时(步骤315)将第一导航数据和第二导航数据进行融合处理(例如，对多个导航数据中相同的字段值结合预设航线路径进行统计分析，去置信度最高的字段值)之后，作为DU上UI界面的导航数据源。
大气数据处理模块与导航数据处理模块进行数据处理的流程类似，大气数据处理模块分别周期(例如100ms)地通过一路以太网接口经由DIU接收来自第一套ADC的第一大气数据，并周期地通过一路RS422接口直接接收来第二套ADC的第二大气数据；分别校验第一大气数据和第二大气数据是否正确；当校验正确时，分别接收来自以太网接口和RS422接口的数据队列，并进行解析；判断对来自以太网接口的数据队列的解析结果进行判断；当来自以太网接口的第一大气数据的解析结果正确时将第一大气数据作为DU上UI界面的大气数据源并发送至UI界面，否则将第二大气数据作为大气数据源并发送至UI界面。即以第一大气数据为UI界面的左要数据源，只要第一大气数据的解析结果正确，则不对第二大气数据队列的数据进行解析，仅将其作为备用的数据源以提高大气数据的处理效率。而且也可以将第一导大气据和第二大气数据进行融合处理之后，作为DU上UI界面的大气数据源。
综合无线电系统(CNS)主要包括甚高频电台VHF、多模接收机VOR/ILS、无线电高度表RA、自动定向机ADF、测距机DME、航管应答机XPDR和机内通话ACU等设备，共同集成为一集成装置，统一通过数据处理机与外部设备进行数据交互。CNS中各设备与DU的数据通信关系类似，下文以对其中的甚高频电台VHF的调谐过程为例进行详细说明。
图4示出了根据本发明实施例的无线电数据处理模块发送调谐指令并接收回复数据的流程图。CNS中的甚高频电台VHF与DU通过DIU设备以太网接口间接通信，或者通过RS422串行接口直接通信。每台甚高频电台VHF只与DU中的左处理单元直接连接，没有直接连接甚高频电台的右处理单元可以经由左处理单元与右处理单元之间的内部同步接口通过左处理单元对甚高频电台进行控制。
具体地，当左或右处理单元中的无线电数据处理模块发送调谐指令(包括音量调节、通道选择等)时：无线电数据处理模块接收(步骤401)用户通过UI界面发送的甚高频电台调谐指令和端口选择指令(例如，选择以太网端口还是串行端口)并保存(步骤402)端口类型选择值；判断(步骤403)调谐指令来自DU的左处理单元还是右处理单元；当调谐指令来自左处理单元时(步骤404)周期(例如100ms)地通过一路RS422接口直接向甚高频电台发送调谐指令；当调谐指令来自右处理单元时(步骤405)周期地通过右处理单元与左处理单元之间的内部同步接口经由左处理单元向甚高频电台发送调谐指令；并且，无论调谐指令来自左处理单元或右处理单元(步骤406)均周期地通过一路以太网接口经由DIU向甚高频电台发送调谐指令。
当无线电数据处理模块接收来自甚高频电台的回复数据时：分别周期地通过一路以太网接口经由DIU接收(步骤411)并通过一路RS422接口直接接收(步骤412)来自甚高频电台的回复数据包；判断(步骤413)存储的端口类型选择值为以太网端口还是串行端口；当选择值为以太网端口时(步骤414)读取来自以太网接口的甚高频电台变量值；当选择值为串行端口时(步骤415)判断调谐指令来自DU的左处理单元还是右处理单元；当调谐指令来自左处理单元时(步骤416)周期地读取来自RS422接口的甚高频电台变量值；当调谐指令来自右处理单元时(步骤417)通过与左处理单元之间的内部同步接口周期地读取来自RS422接口的甚高频电台变量值。
处理单元中的平视数据处理模块分别通过一路以太网接口经由DIU接收来自HUD数据，HUD将数据分别通过2路以太网发送给DIU-1和DIU-2，DIU-1将数据发送给DU的左处理单元121；DIU-2将数据发送给DU的右处理单元122，并和右处理单元122通过内部以太网接口数据同步，当来自DIU-1的HUD数据无效时，使用另一个处理单元同步的数据。从而提高系统的数据处理效率和可靠性，并减少物理连接复杂度。
左处理单元和右处理单元的均可以作为主处理单元(即处理单元的视频数据显示在UI界面的那个处理单元)，其状态并不固定，可以在运行过程中进行切换，切换流程如图5所示。当前主处理单元周期地向视频处理单元发送(步骤501)方波信号；视频处理单元接收(步骤502)方波信号，并周期地检测(步骤503)是否存在方波信号；当存在预定的方波信号时继续接收(步骤502)方波信号；当在预设的时间段内的检测结果均为方波信号不存在时，视频处理单元将当前从处理单元切换(步骤504)为主处理单元，并将切换后的主处理单元的视频数据显示在UI界面；同时，数据处理控制模块分别查询(511、512、513)与DIU之间以太网接口的状态、DIU设备的状态、以及CNS设备的状态；对各状态进行判断(步骤514)；当任一状态出现预设级别以上的告警时(例如链路故障告警、设备故障告警、时钟丢失告警、误码率过高告警等严重告警)通过视频处理单元在用户界面(包括显示器上的GUI界面和指示灯等)显示相应的切换提示(步骤515)；接收(步骤516)用户根据提示通过用户界面输入的切换指令；控制视频处理单元将当前主处理单元切换(步骤504)为从处理单元，并将切换后的主处理单元的视频数据显示在UI界面。
数据处理控制模块还通过与各设备连接的离散量接口来获取多种离散量，例如DIU状态离散量(例如，0表示DIU正常，1表示DIU有故障告警)，VHF调谐端口选择离散量(例如0表示以太网端口，1表示串行端口)，处理单元状态离散量(例如0表示左处理单元，1表示右处理单元)，121.5MHz救生触发离散量，156.8MHz救生触发离散量(例如0表示救生触发，1表示救生未触发)等等。
以上所述，仅为本发明具体实施方式的详细说明，而非对本发明的限制。相关技术领域的技术人员在不脱离本发明的原则和范围的情况下，做出的各种替换、变型以及改进均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于航电系统中数据综合显示控制的装置，其特征在于，所述装置包括：两个或更多综合显示控制单元DU，每个DU设置在不同的舱位中并各自包括：电源模块、数据处理控制模块、视频处理单元、显示器以及多个通信接口；
所述数据处理控制模块包括左处理单元和右处理单元，二者同时进行数据处理且通过单个显示器显示左处理单元和右处理单元中一者的数据处理结果；左处理单元和右处理单元之间具有内部同步接口以进行数据同步通信；
左处理单元通过串行接口直接连接第一INS/GNSS、第一ADC、以及CNS设备，右处理单元通过串行接口直接连接第二INS/GNSS和第二ADC；并且，在右处理单元向CNS发送调谐指令时，通过左处理单元和右处理单元之间的内部同步接口同步数据和指令；
左处理单元和右处理单元中的每一个通过以太网接口分别与第一、第二数据接口单元DIU连接；平视显示器HUD与第一、第二DIU均连接并将信息分别发送给第一、第二DIU；第一DIU将数据通过以太网接口发送给左处理单元，第二DIU将数据通过以太网接口发送给右处理单元；
左处理单元和右处理单元中的每一个具有导航数据处理模块、大气数据处理模块、无线电数据处理模块、以及平视数据处理模块以分别对相应的数据进行处理。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述导航数据处理模块配置为用于：分别周期地通过一路以太网接口经由DIU接收来自INS/GNSS的第一导航数据，并周期地通过一路RS422接口直接接收来自INS/GNSS的第二导航数据；分别校验第一导航数据和第二导航数据是否正确；当校验正确时，分别接收来自以太网接口和RS422接口的数据队列，并进行解析；对来自以太网接口的数据队列的解析结果进行判断；当来自以太网接口的第一导航数据有效且解析结果正确时将第一导航数据融合后作为DU上UI界面的导航数据源并发送至视频处理单元以生成UI界面，否则将第二导航数据融合后导航数据作为导航数据源并发送至视频处理单元以生成UI界面。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述导航数据处理模块进一步配置用于：在对来自以太网接口和RS422接口的数据队列进行解析之后，分别判断来自以太网接口和RS422接口的数据队列的解析结果是否正确；当来自以太网接口的第一导航数据的解析结果正确且第二导航数据的解析结果不正确时将第一导航数据作为DU上UI界面的导航数据源；当第一导航数据的解析结果不正确且第二导航数据的解析结果正确时将第二导航数据作为DU上UI界面的导航数据源；当第一导航数据和第二导航数据的解析结果均正确时将第一导航数据和第二导航数据进行融合处理之后作为DU上UI界面的导航数据源。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述无线电数据处理模块配置用于：接收用户通过UI界面发送的甚高频电台调谐指令和端口选择指令并保存端口类型选择值；判断调谐指令来自DU的左处理单元还是右处理单元；当调谐指令来自左处理单元时周期地通过一路RS422接口直接向甚高频电台发送调谐指令；当调谐指令来自右处理单元时周期地通过右处理单元与左处理单元之间的内部同步接口经由左处理单元向甚高频电台发送调谐指令；并且，无论调谐指令来自左处理单元或右处理单元均周期地通过一路以太网接口经由DIU向甚高频电台发送调谐指令。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述无线电数据处理模块进一步配置用于：分别周期地通过一路以太网接口经由DIU接收并通过一路RS422接口直接接收来自甚高频电台的回复数据包；判断存储的端口类型选择值为以太网端口还是串行端口；当选择值为以太网端口时读取来自以太网接口的甚高频电台变量值；当选择值为串行端口时判断调谐指令来自DU的左处理单元还是右处理单元；当调谐指令来自左处理单元时周期地读取来自RS422接口的甚高频电台变量值；当调谐指令来自右处理单元时通过与左处理单元之间的内部同步接口周期地读取来自RS422接口的甚高频电台变量值。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述左处理单元中的平视数据处理模块分别通过一路以太网接口经由第一、第二DIU接收来自HUD的数据；第一DIU将数据发送给DU的左处理单元，第二DIU将数据发送给右处理单元，左右处理单元实时通过内部以太网接口同步对方的HUD数据以进行数据备份；并且校验左处理单元的HUD数据是否正确，当校验有效时，将左处理单元HUD数据赋值给HUD变量；当左处理单元HUD数据校验无效时，将从右处理单元同步过来的备份HUD数据赋值给HUD变量。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的装置，其特征在于，所述综合显示控制单元之间通过一路传输速率为100Mb/s且运行UDP协议的双工以太网接口作为外部同步接口进行数据同步通信。
8.一种用于航电系统中数据综合显示控制的方法，其特征在于，所述方法包括通过根据权利要求1至7中的任一项所述的装置对航电系统中数据进行处理。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法包括：当前左处理单元周期地向视频处理单元发送方波信号；视频处理单元接收方波信号，并周期地检测是否存在方波信号；当存在预定的方波信号时继续接收方波信号；当在预设的时间段内的检测结果均为方波信号不存在时，视频处理单元将当前右处理单元切换为主处理单元，并将切换后的主处理单元的视频数据显示在UI界面。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：数据处理控制模块分别查询与DIU之间以太网接口的状态、DIU设备的状态、以及CNS设备的状态；对各状态进行判断；当任一状态出现预设级别以上的告警时通过视频处理单元在用户界面显示相应的切换提示；接收用户根据提示通过UI界面输入的切换指令；控制视频处理单元将当前右处理单元切换为主处理单元，并将切换后的主处理单元的视频数据显示在UI界面。
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