CN109850169B - 一种用于机载hud显示系统的监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于机载HUD显示系统的监控方法，本方法对数据传感器，接口模块，显示模块进行分段监控，同时还对传感器源到显示端进行完整的监控，从而大大提高HUD显示系统的安全性，降低其产生误导的概率，从而使得HUD显示系统能够满足适航的要求。

Description

一种用于机载HUD显示系统的监控方法

技术领域

本发明属于机载HUD显示监控技术，涉及一种适用于机载HUD显示系统的监控方法。

背景技术

在起飞进近等关键飞行阶段，飞机驾驶员视觉受限是目前世界范围内严重飞行事故的主要因素之一。为了解决这个问题，各国的研究机构投入了大量的人力和物力用于开发新的飞机座舱显示技术。HUD显示系统就是在这个背景下应运而生的。HUD是相对于飞行驾驶中必须低头查看各种仪表数据的一种系统称呼，使用中只要保持直立的坐姿，双眼平视前方就可以从风挡前的一块特殊玻璃上获取飞行的大部分数据。

HUD显示系统是近十年才开始广泛应用在民用客机上，其利用显示在HUD上的重要图形和符号与驾驶舱外界的真实信息进行叠加，将飞行员从驾驶舱(HDD)中解放出来，大大改善了飞行员的情景意识，对飞行实现精确着陆和安全飞行起到了重要作用。

由于飞行员在起飞或进近等飞行关键阶段主要参考HUD上显示的重要图形和符号，因此这些符号和信息如果出现错误，则会对飞行员产生误导，甚者造成击毁人亡的灾难性事故，因此审查方对HUD系统的不能显示误导信息的研制保证等级通常要求是A级(10-9)，这就大大提高了HUD系统的研制难度。

目前国外供应商提供的比较先进的HUD显示系统有柯林斯提供的HGS系统，泰勒斯提供的HUD显示系统等，其产品均在波音或空客的民用飞机上得到了适航取证，其中监控技术是HUD显示系统的核心技术。目前国内在HUD显示系统监控技术方面还不是很成熟，本监控方法提出了一种适用于HUD显示系统的监控方案，能够满足HUD显示系统对误导的苛刻要求，为HUD系统取得适航认证提供了一种行之有效的解决方法。

HUD具有透视、平视、准直、等角的特点，提高飞机在低能见度下和夜间的运行能力。HUD的平视导引功能可以降低起降运行要求，实施低能见度起飞、特殊I类/特殊II类进近和CAT IIIa进近，进而保障航行安全、准点。根据安全性要求，具备导引功能的HUD在显示导引符号不能产生误导的研制保证等级是A级，也就是出现误导的概率不能超过10-9(灾难性事故)，为了满足如此苛刻的安全等级要求，本方法提出了一种采用独立的监控通道，所以不会影响正常的机载HUD显示系统功能。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种用于机载HUD显示系统的监控方法，监控功能独立于HUD显示功能，不占用HUD显示功能的资源，与显示功能硬件独立。在起飞进近等关键飞行操作阶段，监控功能通过实时监控HUD显示功能生成的画面信息，当出现显示信息错误时，及时通告故障处理模块，对飞行员进行告警，使得飞行员可以及时采取措施，保证飞行的安全。

技术方案

一种用于机载HUD显示系统的监控方法，所述的HUD显示系统包括HUD计算平台、HUD显示端和摄像机，所述的HUD计算平台包括HUD显示功能模块和HUD显示监控功能，所述的HUD显示功能模块包括接口模块A1、数据处理模块和图形卡，所述的数据处理模块设有接口处理软件B1；HUD显示监控功能包括接口模块A2、监控数据处理模块和故障处理模块，所述的监控数据处理模块设有接口处理软件B2和完整性监控软件；其特征在于步骤如下：

步骤1：传感器数据同时发送给接口模块A1和接口模块A2；

步骤2：时间信号分别发送给接口模块A1、接口模块A2、数据处理模块、监控数据处理模块和摄像机；

步骤3：接口模块A1将传感器数据加时间戳发送给接口处理模块A2；

步骤4：摄像机接收时间信号，同时拍摄一帧图像加上时间戳发送给接口模块A2；

步骤5：接口模块A2将传感器数据、接收到的时间信号、接口模块A1的数据加时间信号、来自摄像机的图像加时间信号这四路数据发送给接口处理软件B2；

步骤6：接口处理软件B1接收时间信号，对接口模块A1发送过来的传感器数据进行解码处理，发送给符号生成软件，同时发送解码后的数据和时间戳给接口处理软件B2；

步骤7：接口处理软件B2接收时间信号，接收接口模块A2的四路数据并进行解码处理，接收来自接口处理软件B1的数据加时间戳，发送给完整性监控软件；

步骤8：完整性监控软件接收来自接口处理软件B2的数据、时间信号、符号生成软件关键符号信息、图形卡生成的图像信息，按照完整性监控算法进行计算处理，生成完整性监控结果；

步骤9：故障处理模块接收来自完整性监控软件的监控结果，并进行相应的故障处理。

步骤8中所述的完整性监控算法的步骤如下：

步骤1：判断接口模块A1接收到传感器数据标定的时间戳与接口模块A2接收到的传感器数据的时间戳是否在允许范围，如果是，则执行步骤2，否则执行步骤9；

步骤2：判断接口模块A1接收到传感器数据与接口模块A2接收到的传感器数据是否一致，如果是，则执行步骤3，否则执行步骤9；

步骤3：判断接口软件B1解析后的数据所添加的时间戳是否与接口软件B2处理后的数据添加的时间戳一致，如果是，则执行步骤4，否则执行步骤9；

步骤4：判断符号生成软件所添加的时间戳与摄像头拍摄图像添加的时间戳，图形卡输出所添加的时间戳是否在允许范围，如果是，则执行步骤5，否则执行步骤9；

步骤5：根据摄像机拍摄的图像逆向计算由符号生成软件所发送的关键符号的传感器数据信息；

步骤6：根据图形卡输出图形逆向计算由符号生成软件所发送的关键符号的传感器数据信息；

步骤7：分别对比步骤5和步骤6所逆向计算的传感器数据与接口软件B2解析的传感器数据是否在允许范围，如果是，执行步骤8，否则执行步骤9；

步骤8：HUD显示端显示正确；

步骤9：故障处理模块完成相应的故障处理。

有益效果

本发明提出的一种用于机载HUD显示系统的监控方法，提高机载HUD显示系统的安全性，降低HUD显示系统显示信息对飞行员误导的概率。本方法对数据传感器，接口模块，显示模块进行分段监控，同时还对传感器源到显示端进行完整的监控，从而大大提高HUD显示系统的安全性，降低其产生误导的概率，从而使得HUD显示系统能够满足适航的要求。有益效果如下：

1)提供了具有独立通道的完整性监控技术，提高了HUD显示系统的安全性，降低了HUD显示系统产生误导信息的概率。

2)监控方法不仅对各个数据处理部分进行监控，还提供了对HUD显示系统完整的回路监控，监控包括系统级监控和组件级两级监控，大大提高了对HUD显示错误信息的检出概率。

3)考虑实时性，各个监控单元均获取时间信号，并把时间信号以时间戳的形式传递给下一个处理单元，从而保证了HUD显示监控功能与HUD显示功能的同步实时性。

附图说明

图1是本发明所涉及到的HUD监控系统原理框图。

图2是监控方法的处理流程图，表示一次完整监控处理流程。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

本发明的主要内容是通过一种方法，对HUD显示系统所显示的信息进行有效的监控，从而提高了HUD显示系统的安全性。

1)接口模块A2分别接收传感器数据，时间信号，接口模块A1接口数据加时间戳，摄像机图像数据加时间戳.如图1所示。

2)接口模块A2将所接收的四路数据发送给接口处理软件B2。

3)接口软件B2接收接口模块A2发送的接口数据叠加时间信号，来自接口处理软件B1解码后的数据加时间戳，并对来自接口模块B2的传感器数据进行解码处理。

4)接口处理软件B2将收到的3路数据发送给完整性监控软件。

5)完整性监控软件接收来自接口处理软件B2的数据，时间信号，来自符号生成软件的关键符号信息，以及来自图形卡的帧信息，通过完整性监控算法图2进行计算，将处理结果发送给故障处理模块。

6)故障处理模块接收来自完整性监控软件的监控结果，当满足告警条件时，向飞行员发出告警信息，同时采取必要的措施，如重启HUD系统等。

原理如图1所示，HUD显示系统包括HUD计算平台，HUD显示端，HUD计算平台包括HUD显示功能和HUD显示监控功能。HUD显示功能包括接口处理模块，数据处理模块和图形卡；HUD显示监控功能包括接口模块、监控数据处理模块，和故障处理模块。

HUD显示系统包括HUD计算平台，HUD显示端HUD显示监控功能是独立于HUD显示功能。HUD显示监控功能包含的软件是满足DO178B适航要求。HUD显示监控功能对HUD显示功能各个功能进行分段监控。HUD显示监控功能对HUD显示从传感器源到HUD显示端进行完整监控。HUD显示监控功能对HUD显示功能的监控是同步的。

HUD计算平台包括HUD显示功能和HUD显示监控功能。HUD显示端包括投影组件和组合镜，主要用于显示HUD显示功能所生成的符号信息，供飞行员参考使用。HUD显示功能包括接口模块，数据处理模块，图形卡模块，其中数据处理模块运行接口处理软件和符号生成软件。HUD显示监控功能包括接口模块，监控数据处理模块，故障处理模块和摄像机模块。HUD显示监控功能具有独立的接口处理模块。HUD显示监控功能具有独立的监控数据处理模块。HUD显示监控功能具有独立的故障处理模块。HUD显示监控数据处理单元运行满足DO178B A级软件认证的分区操作系统。HUD显示监控功能接口数据处理软件的软件研制保证等级为DAL A。HUD显示监控功能完整性监控软件的软件研制保证等级为DAL A。HUD显示监控功能的接口模块不仅接收来自传感器的数据，同样接收来自HUD显示功能接口模块转发的数据，从而对HUD显示功能的接口模块功能进行监控。HUD接口处理软件不仅接收接口处理模块发送的数据，同时接收HUD显示功能模块接口处理软件发送的数据，从而完整对HUD显示功能接口处理软件的监控。HUD显示监控功能完整性监控软件不仅接收接口处理软件的数据，同时接收符号生成软件发送的关键符号信息，从而对符号生成软件的关键符号进行监控。HUD显示监控功能通过摄像机模块实时拍摄HUD显示端的符号画面和组合镜上的折转机构位置。HUD显示监控功能完整性监控软件通过对摄像机拍摄的画面进行信息提取，对图形信息进行逆向计算，计算出原始的数据。通过逆向计算的数据与原始接口数据进行对比，从而当前HUD显示端的符号信息是否正确。当完整性监控软件通过对比发现不一致时，发送信号给故障处理模块进行处理。HUD显示功能接口模块与HUD显示监控功能接口处理模块接收同一时间信号。HUD显示功能接口处理软件与HUD显示监控功能接口处理软件接收同一时间信号。HUD显示功能符号生成软件与HUD显示监控功能接收同一时间信号。HUD摄像机模块接收同一时间信号。

本发明的技术解决方案是，采用如下步骤：

1)传感器数据同时发送给接口模块A1和接口模块A2。

2)时间信号分别发送给接口模块A1、接口模块A2、接口处理软件B1、接口处理软件B2、符号生成软件、完整性监控软件和摄像机。

3)接口模块A1将接口数据加时间戳发送给接口处理模块A2。

4)摄像机接收时间信号，同时拍摄一帧图像(摄像机与HUD显示端相连对其进行拍摄)加上时间戳发送给接口模块A2。

5)接口模块A2将传感器数据，接收到的时间信号，接口模块A1的数据加时间信号，来自摄像机的图像加时间信号这四路数据发送给接口处理软件B2。

6)接口处理软件B1接收时间信号，对接口数据进行解码处理，发送给符号生成软件，同时发送解码后的数据和时间戳给接口处理软件B2。

7)接口处理软件B2，接收时间信号，接收接口模块A2的数据(四路数据)进行解码处理，接收来自接口处理软件B1的数据加时间戳，发送给完整性监控软件。

8)完整性监控软件接收来自接口处理软件B2的数据，时间信号，符号生成软件关键符号信息，图形卡生成的图像信息(图形卡根据符号生成软件发送的绘图指令生成图像，并将其发送到HUD显示端)，按照完整性监控算法进行计算处理，生成完整性监控结果。

9)故障处理模块接收来在完整性监控软件的监控结果，并进行相应的故障处理。

完整性监控算法的处理步骤如下：

1)判断接口模块A1接收到传感器数据标定的时间戳与接口模块A2接收到的传感器数据的时间戳是否在允许范围，如果是，则执行步骤2，否则执行步骤9

2)判断接口模块A1接收到传感器数据与接口模块A2接收到的传感器数据是否一致，如果是，则执行步骤3，否则执行步骤9

3)判断接口软件B1解析后的数据所添加的时间戳是否与接口软件B2处理后的数据添加的时间戳一致，如果是，则执行步骤4，否则执行步骤9

4)判断符号生成软件所添加的时间戳与摄像头拍摄图像添加的时间戳，图形卡输出所添加的时间戳是否在允许范围，如果是，则执行步骤5，否则执行步骤9

5)根据摄像机拍摄的图像逆向计算由符号生成软件所发送的关键符号的传感器数据信息。

6)根据图形卡输出图形逆向计算由符号生成软件所发送的关键符号的传感器数据信息。

7)分别对比步骤5和步骤6所逆向计算的传感器数据与接口软件B2解析的传感器数据是否在允许范围，如果是，执行步骤8，否则执行步骤9。

8)HUD显示功能显示正确。

9)向HUD显示系统上报HUD显示功能出现功能异常，由HUD显示系统做进一步的故障处理，如显示警告信息，重启HUD显示系统等。

Claims (1)

1.一种用于机载HUD显示系统的监控方法，所述的HUD显示系统包括HUD计算平台、HUD显示端和摄像机，所述的HUD计算平台包括HUD显示功能模块和HUD显示监控功能，所述的HUD显示功能模块包括接口模块A1、数据处理模块和图形卡，所述的数据处理模块设有接口处理软件B1；HUD显示监控功能包括接口模块A2、监控数据处理模块和故障处理模块，所述的监控数据处理模块设有接口处理软件B2和完整性监控软件；其特征在于步骤如下：

步骤1：传感器数据同时发送给接口模块A1和接口模块A2；

步骤2：时间信号分别发送给接口模块A1、接口模块A2、数据处理模块、监控数据处理模块和摄像机；

步骤3：接口模块A1将传感器数据加时间戳发送给接口处理模块A2；

步骤4：摄像机接收时间信号，同时拍摄一帧图像加上时间戳发送给接口模块A2；

步骤5：接口模块A2将传感器数据、接收到的时间信号、接口模块A1的数据加时间信号、来自摄像机的图像加时间信号这四路数据发送给接口处理软件B2；

步骤6：接口处理软件B1接收时间信号，对接口模块A1发送过来的传感器数据进行解码处理，发送给符号生成软件，同时发送解码后的数据和时间戳给接口处理软件B2；

步骤7：接口处理软件B2接收时间信号，接收接口模块A2的四路数据并进行解码处理，接收来自接口处理软件B1的数据加时间戳，发送给完整性监控软件；

步骤8：完整性监控软件接收来自接口处理软件B2的数据、时间信号、符号生成软件关键符号信息、图形卡生成的图像信息，按照完整性监控算法进行计算处理，生成完整性监控结果；

步骤9：故障处理模块接收来自完整性监控软件的监控结果，并进行相应的故障处理；

步骤8中所述的完整性监控算法的步骤如下：

步骤1：判断接口模块A1接收到传感器数据标定的时间戳与接口模块A2接收到的传感器数据的时间戳是否在允许范围，如果是，则执行步骤2，否则执行步骤9；

步骤2：判断接口模块A1接收到传感器数据与接口模块A2接收到的传感器数据是否一致，如果是，则执行步骤3，否则执行步骤9；

步骤3：判断接口软件B1解析后的数据所添加的时间戳是否与接口软件B2处理后的数据添加的时间戳一致，如果是，则执行步骤4，否则执行步骤9；

步骤4：判断符号生成软件所添加的时间戳与摄像头拍摄图像添加的时间戳，图形卡输出所添加的时间戳是否在允许范围，如果是，则执行步骤5，否则执行步骤9；

步骤5：根据摄像机拍摄的图像逆向计算由符号生成软件所发送的关键符号的传感器数据信息；

步骤6：根据图形卡输出图形逆向计算由符号生成软件所发送的关键符号的传感器数据信息；

步骤7：分别对比步骤5和步骤6所逆向计算的传感器数据与接口软件B2解析的传感器数据是否在允许范围，如果是，执行步骤8，否则执行步骤9；

步骤8：HUD显示端显示正确；

步骤9：故障处理模块完成相应的故障处理。

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