CN110515593A - 一种飞机航电系统架构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种飞机航电系统架构，属于飞机或者模拟器航电系统领域领域。本发明的一种飞机航电系统架构，其设计方法是将航电系统分解为数据接口层、数据中心层、算法处理层、人机交互层、传感器层。把抽象的逻辑层和接口层分开，构建以数据中心层为中心，以数据接口层数据交互接口的综合航空电子系统架构。其中数据接口层包含了各种传感器接口、操作系统接口、显示界面接口、控制系统接口、总线接口、和各种其他任务系统接口，实现了功能层与数据中心层之间的数据交互。所有的系统通过接口层，与数据中心层进行数据交互，完成了数据的转发、存储、采集、处理、控制等功能。新的构架能够增强稳定可靠性、剥离业务和接口、便于移植和复用。

Description

一种飞机航电系统架构

技术领域

本发明涉及飞机或者模拟器航电系统领域，具体涉及一种航电系统的架构设计。

背景技术

目前飞机的航电系统，正在由原始的结合式以及分散式航空电子设备逐渐向综合模块化航空电子系统(综合模块化航空电子系统(Integrated Modular Avionics,缩略为IMA,简称综合航电))演化。综合模块化航空电子系统具备层次性、综合性、软件性、灵活性特点。综合航电系统的出现，系统集成化程度高，信息更加集中，飞行员便于操作使用和掌握信息。

但目前综合航电、任务机各种信息和操纵软件，基本上是根据具体的机型定制研发，核心算法和显控软件，与各个传感器系统、操纵系统、显示系统、雷达火控相关系统，数据交互的总线接口，是紧耦合状态，不利于核心算法的重用，也不利于模拟器仿真软件的研发移植。

发明内容

本发明的技术任务是针对现有技术的不足，提供一种飞机航电系统架构。

本发明的设计原理具体如下，

基于面向对象的思想，建立了以数据为中心的，充分抽象和提炼系统逻辑层，建立起逻辑系统的概念，并将各个逻辑系统的具体实现的接口与系统的数据和算法核心相分离的方式，来构建飞机的综合航电系统，在原有模块化的基础上，增加了数据中心逻辑层、各个抽象数据生产与消费逻辑层、和各个逻辑系统的接口层，即建立数据中心，分离系统的业务和接口，改善了开发效率、移植效率、和可靠性，增强了重用性，使得开发更加条例化、逻辑化、系统化。同时，分离的接口层的具体接口，还可以虚拟化和实例化，移植和复用操作灵活、便捷。既能在飞机之间重用各个任务系统，也能在飞机和模拟器之间方便的进行系统移植，增强模拟训练系统的仿真度，提高开发效率。还可以通过建立虚拟化接口的方式，对系统进行测试和仿真使用，具有良好的开发效率和效能。

另外，如果需要增强系统的可靠性和抗毁性，还可以针对数据中心层做好双备份镜像，或者多备份镜像系统，以保证数据的完整性和抗毁性，为安全飞行提供最佳最可靠的保障。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提出了一种飞机航电系统架构，该系统架构以数据中心为基础，以接口为交互实现，实现了数据与接口分离，包括：数据接口层、数据中心层、算法处理层、人机交互层、传感器层，

数据中心层建立数据中心存储区，并自带数据完整性检查功能，通过接口进行数据的输入输出，数据中心层能够在数据写入完毕，发出数据到达消息；

算法处理层指的是各个任务机和传感器系统的内部处理、算法、综合等处理等功能，算法处理层与数据的采集、传输、接收接口，进行分离，包含在了数据接口层里。

人机交互层则包含操作界面和显示界面，操作界面指的是各种操纵盒、操纵系统、周边建等人机操纵元件；显示界面则是多功能显示器、仪表的信息显示仪表或者系统。

传感器层包含雷达、红外、发动机参数、飞机参数等传感器，用于飞机本体或者远程环境参数的获取与采集。

上述人机交互层和传感器层的信息数据，经过数据接口层的对应的接口与数据中心层进行数据交互，上述算法处理层通过数据接口层的对应的接口与数据中心层进行数据交互，所有的逻辑和算法解算，都在算法处理层进行；目的是将数据存储中心、算法处理中心、人机操作界面分离，同时，各个中心和操纵界面本体与交互接口进行逻辑分开，实现最大可能的系统复用，增强系统可靠性，移植性，便于在飞机之间、飞机与模拟器之间共享核心业务系统，甚至能做到无缝连接。

方案优选地，所述数据接口层由总线接口，传感器接口，操作系统接口，显示界面接口，控制接口，数据中心接口，算法中心接口等各个任务或者传感器系统的接口等组成；用于完成与核心系统的数据交互，并完成协议通信，协议转换，交互数据的变换等功能；

其中总线接口用于数据在各个系统之间的传输；传输包括读写各个系统的数据、数据协议转换、协议数据校验等功能；

其中传感器接口用于对雷达、高度、速度、发动机参数、飞机多面参数等传感器的数据的采集、控制、协议转换、数据发送与接收等功能，完成了系统内部数据对数据中心层交互功能；

其中操作系统接口对飞机操纵盒、操纵系统、周边建、触摸屏等人机操纵界面的采集、控制、协议转换、数据发送与接收等功能，完成操作数据对数据中心层交互功能；

其中显示界面接口用于对显示器、显示仪表、指示灯、语音告警等系统，进行数据的控制、协议转换、传输、接收的功能，完成显示数据对数据中心层交互功能；

其中控制接口用于对发动机控制、飞机操纵面、液压系统、供气系统等系统进行控制、协议转换、传输、接收的功能，完成显示数据对数据中心层交互功能；

其中数据中心接口用于对数据中心层的数据进行存储和读取操作；

其中算法中心接口用于对算法处理层的数据进行存储和读取操作。

方案优选地，所述数据中心层由数据存储中心和数据中心接口组成；数据存储中心能够实现数据的存储、完备性检查等功能；数据中心接口则提供数据读取和存储的功能，实现与外部其他接口的数据交互；

其中数据存储中心是用于存储飞机系统总体数据的存储体，并具有数据校验功能；

其中数据中心接口即用于对数据中心层的数据进行存储和读取操作。

方案优选地，所述算法处理层由算法或者综合处理中心和算法中心接口组成，算法中心接口属于数据接口层的接口；

其中算法或者综合处理中心用于进行飞机综合数据的任务处理或者逻辑处理、数据转换；

其中算法中心接口用于对算法处理层的数据进行存储和读取操作。

方案优选地，所述人机交互层由飞机操纵盒、周边建、操纵系统、多功能显示器、显示元件及其交互接口组成；实现人机操纵和显示，实现操纵的采集和显示、控制等功能；其交互接口是数据接口层的接口类型。

其中飞机操纵盒是飞机系统的操纵台上的操纵元件，可以真实的物理操纵元件，也可以是虚拟仿真的操纵元件；

其中周边建是飞机多功能显示器，或者综合显示器的周边操作键，可以是真实的物理操纵元件，也可以是虚拟仿真的操纵元件；

其中操纵系统是油门、操纵杆、脚蹬等操纵系统，可以是真实的物理操纵系统，也可以是虚拟仿真的操纵系统；

其中多功能显示器、显示元件等是用于飞机数据显示的设备，可以是真实的物理显示系统，也可以是虚拟仿真的显示系统。

方案优选地，所述传感器层由各种战术传感器和飞机参数、发动机参数等传感器组成；也包括传感器接口；

其中战术传感器是雷达、红外探测器等传感器；可以是真实的物理的系统，也可以是虚拟仿真的系统；

其中飞机参数传感器是飞机舵面、起落架、液压、气压等传感器，可以是真实的物理传感器，也可以是虚拟仿真的传感器；

其中发动机参数传感器，是排气温度、发动机转速等各种发动机相关的传感器；可以是真实的物理传感器，也可以是虚拟仿真的传感器；

其中传感器接口，是传感器的采集、协议转换、传输、控制指令的接口。

本发明不局限于飞机航电系统的架构，坦克、舰船、车辆、大型机械、自动化设备、各种生产线等军用和民用装备的综合电子管理系统，都可以采用本发明的架构进行设计。

本发明的一种飞机航电系统架构，与现有技术相比所产生的有益效果是：

本发明综合航电系统的架构，能够实现业务与接口分离，以数据中心为基础，以接口为交互实现，实现了数据与接口分离。从而该架构具有良好的移植性、可靠性、复用性，能快速开发出可靠的综合航电系统，并能用于航电系统的仿真校验，便于进行虚实结合的系统仿真，能快速高效的进行综合航电系统的开发和构建。

附图说明

附图1是一种飞机航电系统架构图

图中各标号表示：

001、数据接口层，002、数据中心层，003、算法处理层，

004、人机交互层，005、传感器层。

具体实施方式

下面结合附图1和具体实施例，对本发明的一种飞机航电系统架构作以下详细说明。

实施例一

结合附图1，本发明提出了一种飞机航电系统架构，该系统架构以数据中心为基础，以接口为交互实现，实现了数据与接口分离，包括：数据接口层001、数据中心层002、算法处理层003、人机交互层004、传感器层005，

数据中心层002建立数据中心存储区，并自带数据完整性检查功能，通过接口进行数据的输入输出，数据中心层能够在数据写入完毕，发出数据到达消息；

算法处理层003指的是各个任务机和传感器系统的内部处理、算法、综合等处理等功能，算法处理层003与数据的采集、传输、接收接口，进行分离，包含在了数据接口层001里。

人机交互层004则包含操作界面和显示界面，操作界面指的是各种操纵盒、操纵系统、周边建等人机操纵元件；显示界面则是多功能显示器、仪表的信息显示仪表或者系统。

传感器层005包含雷达、红外、发动机参数、飞机参数等传感器，用于飞机本体或者远程环境参数的获取与采集。

上述人机交互层004和传感器层005的信息数据，经过数据接口层001的对应的接口与数据中心层002进行数据交互，上述算法处理层003通过数据接口层001的对应的接口与数据中心层002进行数据交互，所有的逻辑和算法解算，都在算法处理层003进行；目的是将数据存储中心、算法处理中心、人机操作界面分离，同时，各个中心和操纵界面本体与交互接口进行逻辑分开，实现最大可能的系统复用，增强系统可靠性，移植性，便于在飞机之间、飞机与模拟器之间共享核心业务系统，甚至能做到无缝连接。

上述数据接口层001由总线接口，传感器接口，操作系统接口，显示界面接口，控制接口，数据中心接口，算法中心接口等各个任务或者传感器系统的接口等组成；用于完成与核心系统的数据交互，并完成协议通信，协议转换，交互数据的变换等功能；

其中总线接口用于数据在各个系统之间的传输；传输包括读写各个系统的数据、数据协议转换、协议数据校验等功能；

其中传感器接口用于对雷达、高度、速度、发动机参数、飞机多面参数等传感器的数据的采集、控制、协议转换、数据发送与接收等功能，完成了系统内部数据对数据中心层002交互功能；

其中操作系统接口对飞机操纵盒、操纵系统、周边建、触摸屏等人机操纵界面的采集、控制、协议转换、数据发送与接收等功能，完成操作数据对数据中心层002交互功能；

其中显示界面接口用于对显示器、显示仪表、指示灯、语音告警等系统，进行数据的控制、协议转换、传输、接收的功能，完成显示数据对数据中心层002交互功能；

其中控制接口用于对发动机控制、飞机操纵面、液压系统、供气系统等系统进行控制、协议转换、传输、接收的功能，完成显示数据对数据中心层002交互功能；

其中数据中心接口用于对数据中心层的数据进行存储和读取操作；

其中算法中心接口用于对算法处理层003的数据进行存储和读取操作。

上述数据中心层002由数据存储中心和数据中心接口组成；数据存储中心能够实现数据的存储、完备性检查等功能；数据中心接口则提供数据读取和存储的功能，实现与外部其他接口的数据交互；

其中数据存储中心是用于存储飞机系统总体数据的存储体，并具有数据校验功能；

其中数据中心接口即用于对数据中心层的数据进行存储和读取操作。

上述算法处理层003由算法或者综合处理中心和算法中心接口组成，算法中心接口属于数据接口层001的接口；

其中算法或者综合处理中心用于进行飞机综合数据的任务处理或者逻辑处理、数据转换；

其中算法中心接口用于对算法处理层003的数据进行存储和读取操作。

上述人机交互层004由飞机操纵盒、周边建、操纵系统、多功能显示器、显示元件及其交互接口组成；实现人机操纵和显示，实现操纵的采集和显示、控制等功能；其交互接口是数据接口层001的接口类型。

其中飞机操纵盒是飞机系统的操纵台上的操纵元件，可以真实的物理操纵元件，也可以是虚拟仿真的操纵元件；

其中周边建是飞机多功能显示器，或者综合显示器的周边操作键，可以是真实的物理操纵元件，也可以是虚拟仿真的操纵元件；

其中操纵系统是油门、操纵杆、脚蹬等操纵系统，可以是真实的物理操纵系统，也可以是虚拟仿真的操纵系统；

其中多功能显示器、显示元件等是用于飞机数据显示的设备，可以是真实的物理显示系统，也可以是虚拟仿真的显示系统。

上述传感器层005由各种战术传感器和飞机参数、发动机参数等传感器组成；也包括传感器接口；

其中战术传感器是雷达、红外探测器等传感器；可以是真实的物理的系统，也可以是虚拟仿真的系统；

其中飞机参数传感器是飞机舵面、起落架、液压、气压等传感器，可以是真实的物理传感器，也可以是虚拟仿真的传感器；

其中发动机参数传感器，是排气温度、发动机转速等各种发动机相关的传感器；可以是真实的物理传感器，也可以是虚拟仿真的传感器；

其中传感器接口，是传感器的采集、协议转换、传输、控制指令的接口。

本发明不局限于飞机航电系统的架构，坦克、舰船、车辆、大型机械、自动化设备、各种生产线等军用和民用装备的综合电子管理系统，都可以采用本发明的架构进行设计。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。

Claims (7)

1.一种飞机航电系统架构，其特征在于，该系统架构以数据中心为基础，以接口为交互实现，实现了数据与接口分离，包括：数据接口层(001)、数据中心层(002)、算法处理层(003)、人机交互层(004)、传感器层(005)，

所述数据中心层(002)建立数据中心存储区，并自带数据完整性检查功能，通过接口进行数据的输入输出，数据中心层能够在数据写入完毕，发出数据到达消息；

所述算法处理层(003)指的是各个任务机和传感器系统的内部处理、算法、综合处理功能，算法处理层(003)与数据的采集、传输、接收接口，进行分离，包含在了数据接口层(001)里；

所述人机交互层(004)则包含操作界面和显示界面，操作界面指的是各种操纵盒、操纵系统、周边建人机操纵元件；显示界面则是多功能显示器、仪表的信息显示仪表或者系统；

所述传感器层(005)包含雷达、红外、发动机参数、飞机参数传感器，用于飞机本体或者远程环境参数的获取与采集；

上述人机交互层(004)和传感器层(005)的信息数据，经过数据接口层(001)的对应的接口与数据中心层(002)进行数据交互，上述算法处理层(003)通过数据接口层(001)的对应的接口与数据中心层(002)进行数据交互，所有的逻辑和算法解算，都在算法处理层(003)进行。

2.根据权利要求1所述的一种飞机航电系统架构，其特征在于，所述数据接口层(001)由总线接口，传感器接口，操作系统接口，显示界面接口，控制接口，数据中心接口，算法中心接口各个任务或者传感器系统的接口组成；用于完成与核心系统的数据交互，并完成协议通信，协议转换，交互数据的变换功能；

其中总线接口用于数据在各个系统之间的传输；传输包括读写各个系统的数据、数据协议转换、协议数据校验功能；

其中传感器接口用于对雷达、高度、速度、发动机参数、飞机多面参数传感器的数据的采集、控制、协议转换、数据发送与接收功能，完成了系统内部数据对数据中心层(002)交互功能；

其中操作系统接口对飞机操纵盒、操纵系统、周边建、触摸屏人机操纵界面的采集、控制、协议转换、数据发送与接收功能，完成操作数据对数据中心层(002)交互功能；

其中显示界面接口用于对显示器、显示仪表、指示灯、语音告警系统，进行数据的控制、协议转换、传输、接收的功能，完成显示数据对数据中心层(002)交互功能；

其中控制接口用于对发动机控制、飞机操纵面、液压系统、供气系统系统进行控制、协议转换、传输、接收的功能，完成显示数据对数据中心层(002)交互功能；

其中数据中心接口用于对数据中心层的数据进行存储和读取操作；

其中算法中心接口用于对算法处理层(003)的数据进行存储和读取操作。

3.根据权利要求1或2所述的一种飞机航电系统架构，其特征在于，所述数据中心层(002)由数据存储中心和数据中心接口组成；数据存储中心能够实现数据的存储、完备性检查功能；数据中心接口则提供数据读取和存储的功能，实现与外部其他接口的数据交互；

其中数据存储中心是用于存储飞机系统总体数据的存储体，并具有数据校验功能；

其中数据中心接口即用于对数据中心层的数据进行存储和读取操作。

4.根据权利要求1或2所述的一种飞机航电系统架构，其特征在于，所述算法处理层(003)由算法或者综合处理中心和算法中心接口组成，算法中心接口属于数据接口层(001)的接口；

其中算法或者综合处理中心用于进行飞机综合数据的任务处理或者逻辑处理、数据转换；

其中算法中心接口用于对算法处理层(003)的数据进行存储和读取操作。

5.根据权利要求1或2所述的一种飞机航电系统架构，其特征在于，所述人机交互层(004)由飞机操纵盒、周边建、操纵系统、多功能显示器、显示元件及其交互接口组成；实现人机操纵和显示，实现操纵的采集和显示、控制功能；其交互接口是数据接口层(001)的接口类型；

其中飞机操纵盒是飞机系统的操纵台上的操纵元件，可以真实的物理操纵元件，也可以是虚拟仿真的操纵元件；

其中周边建是飞机多功能显示器，或者综合显示器的周边操作键，可以是真实的物理操纵元件，也可以是虚拟仿真的操纵元件；

其中操纵系统是油门、操纵杆、脚蹬操纵系统，可以是真实的物理操纵系统，也可以是虚拟仿真的操纵系统；

其中多功能显示器、显示元件是用于飞机数据显示的设备，可以是真实的物理显示系统，也可以是虚拟仿真的显示系统。

6.根据权利要求1或2所述的一种飞机航电系统架构，其特征在于，所述传感器层(005)由各种战术传感器和飞机参数、发动机参数传感器组成；也包括传感器接口；

其中战术传感器是雷达、红外探测器传感器；可以是真实的物理的系统，也可以是虚拟仿真的系统；

其中飞机参数传感器是飞机舵面、起落架、液压、气压传感器，可以是真实的物理传感器，也可以是虚拟仿真的传感器；

其中发动机参数传感器，是排气温度、发动机转速各种发动机相关的传感器；可以是真实的物理传感器，也可以是虚拟仿真的传感器；

其中传感器接口，是传感器的采集、协议转换、传输、控制指令的接口。

7.根据权利要求1或2所述的一种飞机航电系统架构，其特征在于，该飞机航电系统的架构，除适用于飞机外，还适用于坦克、舰船、车辆、大型机械、自动化设备、各种生产线等军用和民用装备的综合电子管理系统。