CN110853410B - 一种用于机载合成视景指引系统的监控单元及监控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于机载合成视景指引系统的监控单元，该监控单元包括显示模块和监控模块；监控模块用于对显示模块进行实时监控；显示模块包括告警显示子模块以及依次连接的数据库、图形生成子模块和图形显示子模块；监控模块包括依次连接的导航偏离计算子模块、监控算法处理子模块和监控结果反馈子模块；图形显示子模块与所述监控算法处理子模块连接；告警显示子模块与所述监控结果反馈子模块连接。采用仪表着陆系统和无线电高度信息作为监控信息来源，通过实时计算，监控SVGS的显示信息并将结果通过独立的通道反馈给飞行员，提高合成视景指引显示系统的安全性，降低其产生误导的概率，从而使得合成视景指引显示系统能够满足适航的要求。

Description

一种用于机载合成视景指引系统的监控单元及监控方法
技术领域
本发明属于机载合成视景指引系统的监控技术，涉及一种适用于机载合成视景指引系统的监控单元及监控方法。
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。合成视景指引显示系统就是在这个背景下应运而生的。
合成视景指引显示系统(SVGS)组合显示了飞行指引信息并支持高精度监控。合成视景指引系统提供实时的三维地形外景图像，包括障碍物，跑道图像。飞行指引信息包括包括飞行航迹符号，飞行航迹加速度指示，跑道指示符号，和飞行导引符号。合成视景指引显示系统的显示画面可以在主飞行显示器(PFD)或平视显示器(HUD)上显示。合成视景指引显示系统包括完整性和性能监控，并支持低能见度飞行操作，SVGS相对于传统的合成视景系统增加了飞行指引符号和监控功能，用于保证三维场景渲染的准确性，SVGS能够向飞行员提供增强的态势感知能力，实时向飞行员显示飞机航迹与跑道着陆区域的相对位置关系，新增的监控功能用于保证机载合成视景指引系统的准确性，可用性，完整性。SVGS向飞行员提供动态的飞机位置和趋势的感知能力，降低了飞行员的操作负荷。
目前机载合成视景指引系统在国内外都属于研究热点，国外供应商已经可以提供了比较成熟的合成视景指引系统，其产品正在试飞验证，未来将在民用飞机上得到了适航取证，其中监控技术，是合成视景指引显示系统的核心技术。目前国内SVGS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SVGS的监控方法，为SVGS取得适航认证提供了一种行之有效的解决方法。
发明内容
发明目的：
本发明的目的在于解决以上技术问题，提供一种用于机载合成视景指引显示系统的监控单元及方法，监控功能独立于SVGS显示功能，不占用SVGS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SVGS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：
本发明提供了一种用于机载合成视景指引系统的监控单元，所述系统包括显示模块和监控模块；
所述监控模块用于对显示模块进行实时监控；
所述显示模块包括告警显示子模块以及依次连接的数据库、图形生成子模块和图形显示子模块；
所述监控模块包括依次连接的导航偏离计算子模块、监控算法处理子模块和监控结果反馈子模块；
所述图形显示子模块与所述监控算法处理子模块连接；
所述告警显示子模块与所述监控结果反馈子模块连接。
进一步的，所述显示模块用于显示三维场景和飞行指引信息；
所述三维场景包括跑道、飞机姿态信息、调度地形数据、障碍物数据和机场数据库的相对应的三维场景；
所述飞行指引信息包括飞行指引仪的指引信息。
进一步的，所述数据库包括地形、障碍物、跑道信息，用于接收图形生成子模块发送的请求信息，并将对应信息反馈给图形生成子模块。
进一步的，所述图形生成子模块接收飞行管理系统发送的目标跑道信息、惯性导航系统发送的姿态信息、飞机GPS设备发送的位置信息以及飞行指引仪发送的指引信息，以及数据库所反馈的对应信息，将上述信息进行处理生成图形后发送给图形显示子模块。
进一步的，所述图形显示子模块将接收到的图形显示出来，并根据GPS位置计算相对于目标跑道的飞机偏离信息和地面高度信息，将计算结果发送给监控算法处理子模块。
进一步的，
所述导航偏离计算子模块用于接收导航信息，并计算偏离信息后发送给监控算法处理子模块；
所述监控算法处理子模块用于接收导航偏离计算子模块发送的偏离信息、图形显示子模块发送的飞机偏离信息和地面高度信息以及无线电高度仪所获取的较高置信度的飞机位置相对于地面的高度，根据收到的信息计算监控结果，并将计算结果发送给监控结果反馈子模块；
所述监控结果反馈子模块用于将接收到的监控结果反馈给显示告警显示子模块。
本发明的另一目的在于提供一种如上述任一项所述的机载合成视景指引系统的监控单元的监控方法，该方法包括如下步骤：
1)图形生成子模块接收飞行信息，以及数据库中的机载信息；
2)图形生成子模块处理生成图形后发送给图形显示子模块；
3)图形显示子模块将图形显示出来，并将飞机偏离信息和地面高度信息发送给监控算法处理子模块；
4)导航偏离计算子模块根据接收到的导航信息计算偏离信息，并发送给监控算法处理子模块；
5)监控算法处理子模块接收步骤3)所得的飞机偏离信息和地面高度信息、步骤4)所得偏离信息以及无线电高度仪所获取的较高置信度的飞机位置相对于地面的高度，根据上述三种信息，计算监控结果，并发送至监控结果反馈子模块；
6)所述监控结果反馈子模块将监控结果反馈给告警显示子模块。
进一步的，步骤1)中，
所述飞行信息包括飞行管理系统所发出的目标跑道信息、惯性导航系统所发出的姿态信息、飞机GPS设备所发出的位置信息和飞机指引仪所发出的指引信息；
所述机载信息包括地形信息、障碍物信息以及跑道信息。
进一步的，步骤3)中，所述飞机偏离信息为根据飞机GPS位置计算的相对于目标跑道的横向偏离和纵向偏离信息；
所述地面高度信息为根据GPS和地形数据库计算的高度信息。
有益效果：
1)本发明所提供的监控单元提供了具有独立通道的完整性监控技术，提高了合成视景指引显示系统的安全性，降低了合成视景指引显示系统产生误导信息的概率。
2)本发明所提供的监控方法采用独立于显示功能的数据，能够降低由于数据同源而产生出现错误而无法检出的概率，大大提高了对合成视景指引显示系统的检出概率。
3)本发明所提供的监控方法考虑了实时性，监控功能实时采集所需的信息，在允许的时间延迟范围内完成监控算法处理，并将监控结果反馈给告警显示模块，从而保证了监控功能与显示功能的同步实时性。
附图说明
图1是本发明实施例的合成视景指引系统监控单元的模块图。
图2是监控算法的处理流程图，表示一次完整监控处理流程。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
如图1所示，为本发明提供了一种用于机载合成视景指引系统的监控单元，该系统包括显示模块和监控模块；
所述监控模块用于对显示模块进行实时监控；
所述显示模块包括告警显示子模块以及依次连接的数据库、图形生成子模块和图形显示子模块；
所述监控模块包括依次连接的导航偏离计算子模块、监控算法处理子模块和监控结果反馈子模块；
所述图形显示子模块与所述监控算法处理子模块连接；
所述告警显示子模块与所述监控结果反馈子模块连接。
所述显示模块用于显示三维场景和飞行指引信息；
所述三维场景包括跑道、飞机姿态信息、调度地形数据、障碍物数据和机场数据库的相对应的三维场景；
所述飞行指引信息包括飞行指引仪的指引信息。
所述数据库包括地形、障碍物、跑道信息，用于接收图形生成子模块发送的请求信息，并将对应信息反馈给图形生成子模块。
所述图形生成子模块接收飞行管理系统发送的目标跑道信息、惯性导航系统发送的姿态信息、飞机GPS设备发送的位置信息以及飞行指引仪发送的指引信息，以及数据库所反馈的对应信息，将上述信息进行处理生成图形后发送给图形显示子模块。
所述图形显示子模块将接收到的图形显示出来，并根据GPS位置计算相对于目标跑道的飞机偏离信息和地面高度信息，将计算结果发送给监控算法处理子模块。
所述导航偏离计算子模块用于接收导航信息，并计算偏离信息后发送给监控算法处理子模块；
所述监控算法处理子模块用于接收导航偏离计算子模块发送的偏离信息、图形显示子模块发送的飞机偏离信息和地面高度信息以及无线电高度仪所获取的较高置信度的飞机位置相对于地面的高度，根据收到的信息计算监控结果，并将计算结果发送给监控结果反馈子模块；
所述监控结果反馈子模块用于将接收到的监控结果反馈给显示告警显示子模块。
监控模块和显示模块运行在独立的硬件平台，独立工作。
监控模块依赖仪表着陆系统，即导航信息。
监控模块依赖机载无线电系统。
监控模块实时监控显示的三维视景相对于机场跑道的偏离与飞机真实偏离是否一致。
监控模块与显示单元实时一致。
监控信息在平视显示器或主飞行显示器上显示。
监控模块接收机载导航信息，独立于显示单元的飞机位置信息，无线高度信息，以及显示单元的画面，通过特定的监控算法处理，想显示单元发送监控结果。
监控模块具有独立的接口处理子模块，具有独立的监控数据子处理模块，具有独立的告警处理子模块。
监控模块通过仪表着陆系统获取较高置信度的飞机位置相对于着陆跑道的偏离信息。
显示模块通过显示画面逆向计算飞机位置相对于着陆跑道的偏离。
监控模块实时处理不同来源的飞机相对于跑道的偏离信息，按照监控算法，进行相应的处理。
监控模块实时处理不同来源的飞机高度信息，按照监控算法，进行相应的处理。
监控模块对同一时刻的显示画面进行监控。
当监控算法处理后达到告警阈值，监控模块会同步完成告警显示。
机载合成视景指引系统在平视显示器上显示时，监控模块的通告信息发送给主飞行显示器，并在主飞行显示器上显示。
机载合成视景指引系统在主飞行显示器上显示时，监控模块的通告信息发送给平视显示器，并在平视显示器上显示。
上述机载合成视景指引系统的监控单元的监控方法，该方法包括如下步骤：
1)图形生成子模块接收飞行信息，以及数据库中的机载信息；
所述飞行信息包括飞行管理系统所发出的目标跑道信息、惯性导航系统所发出的姿态信息、飞机GPS设备所发出的位置信息和飞机指引仪所发出的指引信息；
所述机载信息包括地形信息、障碍物信息以及跑道信息。
2)图形生成子模块处理生成图形后发送给图形显示子模块；
3)图形显示子模块将图形显示出来，并将飞机偏离信息和地面高度信息发送给监控算法处理子模块；
所述飞机偏离信息为根据飞机GPS位置计算的相对于目标跑道的横向偏离和纵向偏离信息；
所述地面高度信息为根据GPS和地形数据库计算的高度信息。
4)导航偏离计算子模块根据接收到的导航信息计算偏离信息，并发送给监控算法处理子模块；
5)监控算法处理子模块接收步骤3)所得的飞机偏离信息和地面高度信息、步骤4)所得偏离信息以及无线电高度仪所获取的较高置信度的飞机位置相对于地面的高度，根据上述三种信息，计算监控结果，并发送至监控结果反馈子模块；
6)所述监控结果反馈子模块将监控结果反馈给告警显示子模块。
如图2所示，为监控算法的处理流程图，表示一次完整监控处理流程。
1)导航偏离计算方法如下
本算法中导航偏离指的是飞机通过导航信息获得的相对于目标跑道的横向纵向偏离与通过GPS位置计算获得的横向偏离纵向偏离的差值。
LocalDevtionDegreenav＝LocDev*DotPerDDMloc*DegreePerDotloc
其中:
LocDev为机载导航设备提供的横向偏离信息，单位为DDM
DotPerDDMloc＝12.903225
DegreePerDotloc＝1.5
LocalDevtionDegreenav表示根据飞行导航系统，计算得出的飞机相对于目标跑道的横向偏离角度。
GlideDevitionDegreenav＝GlideDev*DotPerDDMglide*
DegreePerDotglide
其中:
GlideDev为机载导航设备提供的总线偏离信息，单位为DDM
DotPerDDMglide＝11.42875
DegreePerDotglide＝0.35
GlideDevitionDegreenav表示根据飞行导航系统，计算得出的飞机相对于目标跑道预置下滑道的纵向偏离角度。
|GlideDevitionDegreenav-GlideDevitionDegreegps|<
GlideDevitionError
|LocalDevtionDegreenav–LocalDevtionDegreegps|<
LocDevitionError
GlideDevitionError表示SVGS显示功能与监控功能计算所允许的纵向误差。
LocDevitionError表示SVGS显示功能与监控功能计算所允许的横向误差。
GlideDevitionDegreegps和LocalDevtionDegreegps为显示功能渲染计算的飞机偏离信息。
2)飞机高度偏离计算
HeightAboveGroundgps＝(Altitudegps–Altitude地形数据库)
|HeightAboveGroundgps-RadioAltitude|<HeightError
其中：
Altitudegps为机载GPS获取的高度信息。
Altitude地形数据库为依据当前飞机GPS位置，在地形数据库中查找得到的当前飞机位置的地形高度。
RadioAltitude为机载无线电设备生成的无线电高度信息。
HeightError为SVGS显示功能与监控功能计算所允许的高度误差。
3)监控处理逻辑
根据算法(1)和算法(2)，判断当前的飞机偏离和高度是否在容差范围之内，当飞机偏离或高度超过容差范围，且持续6个运行周期，即产生告警信息，提示机组成员，当前合成视景指引显示系统可信度降低。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于机载合成视景指引系统的监控单元，其特征在于，所述监控单元包括显示模块和监控模块；
所述监控模块用于对显示模块进行实时监控；
所述显示模块包括告警显示子模块以及依次连接的数据库、图形生成子模块和图形显示子模块；
所述监控模块包括依次连接的导航偏离计算子模块、监控算法处理子模块和监控结果反馈子模块；
所述图形显示子模块与所述监控算法处理子模块连接；
所述告警显示子模块与所述监控结果反馈子模块连接；
所述导航偏离计算子模块用于接收导航信息，并计算偏离信息后发送给监控算法处理子模块；
所述监控算法处理子模块用于接收导航偏离计算子模块发送的偏离信息、图形显示子模块发送的飞机偏离信息和地面高度信息以及无线电高度仪所获取的较高置信度的飞机位置相对于地面的高度，根据收到的信息计算监控结果，并将计算结果发送给监控结果反馈子模块；
所述监控结果反馈子模块用于将接收到的监控结果反馈给显示告警显示子模块。
2.根据权利要求1所述的用于机载合成视景指引系统的监控单元，其特征在于，所述显示模块用于显示三维场景和飞行指引信息；
所述三维场景包括跑道、飞机姿态信息、调度地形数据、障碍物数据和机场数据库的相对应的三维场景；
所述飞行指引信息包括飞行指引仪的指引信息。
3.根据权利要求1所述的用于机载合成视景指引系统的监控单元，其特征在于，所述数据库包括地形、障碍物、跑道信息，用于接收图形生成子模块发送的请求信息，并将对应信息反馈给图形生成子模块。
4.根据权利要求1所述的用于机载合成视景指引系统的监控单元，其特征在于，所述图形生成子模块接收飞行管理系统发送的目标跑道信息、惯性导航系统发送的姿态信息、飞机GPS设备发送的位置信息以及飞行指引仪发送的指引信息，以及数据库所反馈的对应信息，将上述信息进行处理生成图形后发送给图形显示子模块。
5.根据权利要求1所述的用于机载合成视景指引系统的监控单元，其特征在于，所述图形显示子模块将接收到的图形显示出来，并根据GPS位置计算相对于目标跑道的飞机偏离信息和地面高度信息，将计算结果发送给监控算法处理子模块。
6.如权利要求1－5任一项所述的机载合成视景指引系统的监控单元的监控方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
1)图形生成子模块接收飞行信息，以及数据库中的机载信息；
2)图形生成子模块处理生成图形后发送给图形显示子模块；
3)图形显示子模块将图形显示出来，并将飞机偏离信息和地面高度信息发送给监控算法处理子模块；
4)导航偏离计算子模块根据接收到的导航信息计算偏离信息，并发送给监控算法处理子模块；
5)监控算法处理子模块接收步骤3)所得的飞机偏离信息和地面高度信息、步骤4)所得偏离信息以及无线电高度仪所获取的较高置信度的飞机位置相对于地面的高度，根据上述三种信息，计算监控结果，并发送至监控结果反馈子模块；
6)所述监控结果反馈子模块将监控结果反馈给告警显示子模块。
7.根据权利要求6所述的监控方法，其特征在于，步骤1)中，
所述飞行信息包括飞行管理系统所发出的目标跑道信息、惯性导航系统所发出的姿态信息、飞机GPS设备所发出的位置信息和飞机指引仪所发出的指引信息；
所述机载信息包括地形信息、障碍物信息以及跑道信息。
8.根据权利要求6所述的监控方法，其特征在于，步骤3)中，所述飞机偏离信息为根据飞机GPS位置计算的相对于目标跑道的横向偏离和纵向偏离信息；
所述地面高度信息为根据GPS和地形数据库计算的高度信息。
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