CN111915930A - 机载空管增强协处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种机载空管增强协处理系统及方法，其中系统包括机载原生航电系统、机载空管增强协处理终端以及地面空管系统，机载空管增强协处理终端通过总线连接到机载原生航电系统，用于通过总线接收机载原生航电系统发送的机载总线数据以及地面空管系统发送的地空通信报文信息，机载空管增强协处理终端还用于根据机载总线数据以及地空通信报文信息实现飞行计划空地协商、空地数字化管制交互、增强态势感知以及机载飞行冲突探测与解脱。本发明实施例能够在不改变机载原生航电系统架构的基础上，满足四维航迹运行下空地系统间协同的要求，实现空地间决策协同与功能增强。

Description

机载空管增强协处理系统及方法

技术领域

本发明涉及航空航天技术领域，尤其涉及一种机载空管增强协处理系统及方法。

背景技术

随着持续增长的飞行需求与有限的空域资源之间的矛盾日益激化，基于航迹的运行(Trajectory Based Operation,TBO)成为下一代空管系统的核心理念。TBO精细化运行的实现依赖空地联动的协同空管技术作保障，航空器机载原生航电系统与地面空管系统间决策与指令信息的高效同步成为空地态势一致性共享的关键。

现有机载原生航电系统计算能力有限，难以支持多样化地空通信业务下高复杂度的空管决策与管制指令信息交互。

发明内容

本发明实施例提供一种机载空管增强协处理系统及方法，以有效实现机载原生航电系统与地面空管系统间的信息交互，实现空地间决策协同。

第一方面，本发明实时例提供一种机载空管增强协处理系统，包括机载原生航电系统、机载空管增强协处理终端以及地面空管系统；

所述机载空管增强协处理终端通过总线连接到所述机载原生航电系统；

所述机载空管增强协处理终端用于通过所述总线接收所述机载原生航电系统发送的机载总线数据以及所述地面空管系统发送的地空通信报文信息；

所述机载空管增强协处理终端还用于根据所述机载总线数据以及所述地空通信报文信息实现飞行计划空地协商、空地数字化管制交互、增强态势感知以及机载飞行冲突探测与解脱。

在一种可能的实施方式中，所述机载空管增强协处理终端包括：接口采集模块、互操作模块、功能处理模块和显示控制模块；

其中，所述接口采集模块用于实现机载总线数据、地空通信报文信息的收集；

所述互操作模块用于建立总线数据协议与地空通信协议之间基于语义一致性表达的一致性映射；

所述功能处理模块用于执行机载空管功能重构与增强；

所述显示控制模块用于实现电子飞行包的管制信息和空管功能的显示交互。

在一种可能的实施方式中，所述接口采集模块包括：机载总线数据采集模块和地空通信报文采集模块；

其中，所述机载总线数据采集模块用于实现机载总线数据的采集，所述地空通信报文采集模块用于实现地空通信报文信息的采集。

在一种可能的实施方式中，所述互操作模块包括总线协议帧提取模块、报文特征提取模块和一致性映射模块；

其中，所述总线协议帧提取模块用于根据机载总线数据提取对应的总线数据协议帧；

所述报文特征提取模块用于根据地空通信报文信息提取对应的报文特征；

所述一致性映射模块用于根据提取的总线数据协议帧与报文特征实现机载总线数据和地空通信报文信息间的一致性映射。

在一种可能的实施方式中，所述功能处理模块包括空管功能重构模块和管制应用增强模块；

其中，所述空管功能重构模块用于实现飞行计划空地协商和空地数字化管制交互；

所述管制应用增强模块用于实现机载增强态势感知，还用于实现机载飞行冲突探测与解脱。

在一种可能的实施方式中，所述空管功能重构模块具体用于基于飞行计划数据的创建、编辑、管理、协调、确认与信息反馈，实现飞行计划空地协商；基于数据链通信协议与合同式自动相关监视协议标准下的连接建立、报文传输和连接断开，实现飞行员与地面管制员的空地数字化管制交互。

在一种可能的实施方式中，所述管制应用增强模块具体用于获取地面空管系统通过地空通信报文上传的增强态势信息，根据所述增强态势信息实现机载端的增强态势感知，其中，所述增强态势信息包括空中交通动态信息、飞行情报信息。

在一种可能的实施方式中，所述管制应用增强模块具体用于基于机载自身获得的态势信息与地面空管系统上传的增强态势信息，实现机载端的飞行冲突探测与解脱。

在一种可能的实施方式中，所述显示控制模块包括电子飞行包显示模块和人机交互界面模块；

其中，所述电子飞行包显示模块用于实现电子飞行包的可视化显示功能，所述人机交互界面模块用于实现人机交互。

第二方面，本发明实施例提供一种机载空管增强协处理方法，应用于机载空管增强协处理终端，所述方法包括：

获取机载原生航电系统发送的机载总线数据以及地面空管系统发送的地空通信报文信息；

基于获取到的机载总线数据以及地空通信报文信息，实现所述机载原生航电系统与所述地面空管系统之间的管制交互。

本实施例提供的机载空管增强协处理系统及方法，包括机载原生航电系统、机载空管增强协处理终端以及地面空管系统，机载空管增强协处理终端通过总线连接到机载原生航电系统，用于通过总线接收机载原生航电系统发送的机载总线数据以及地面空管系统发送的地空通信报文信息，机载空管增强协处理终端还用于根据机载总线数据以及地空通信报文信息实现飞行计划空地协商、空地数字化管制交互、增强态势感知以及机载飞行冲突探测与解脱，能够在不改变机载原生航电系统架构的基础上，有效实现机载原生航电系统与地面空管系统之间的管制交互，突破现有机载原生航电系统架构计算能力受限、变更适航严苛的限制，增强机载端空管决策能力，满足四维航迹运行下空地系统间协同的实时性要求，航空器通过机载空管增强协处理终端与机载原生航电系统、地面空管系统的高效交互，可以更主动地参与空管决策过程，实现空地间决策协同和功能增强，为面向四维航迹的精细化运行提供空地间协同联动的技术保障。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1为本发明实施例提供的一种应用场景示意图；

图2为本发明实施例提供的一种机载空管增强协处理系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种机载空管增强协处理方法的流程示意图；

图4为本发明实施例提供的一种机载空管增强协处理方法中根据一致性映射对机载总线数据和地空通信报文信息进行处理的流程示意图；

图5为本发明实施例提供的一种机载空管增强协处理方法中对获取到的机载总线数据进行分析并得到对应的总线数据协议帧的流程示意图；

图6为本发明实施例提供的一种机载飞行冲突探测与解脱流程的示意图。

通过上述附图，已示出本发明明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本发明构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。

本发明实施例可以应用于任意空地交互的领域中。图1为本发明实施例提供的一种应用场景示意图。如图1所示，航空器可以与地面空管系统进行通信，从而实现空地交互。可选的，所示航空器内可以设置有机载原生航电系统以及机载空管增强协处理终端，所述机载原生航电系统可以通过机载空管增强协处理终端实现与地面空管系统的决策协同和功能增强。

为了解决机载原生航电系统计算能力不足的问题，本发明实施例在航空器中搭载机载空管增强协处理终端，实现所述机载原生航电系统与所述地面空管系统之间的管制交互，不改变机载原生航电系统架构，实现飞行员的增强态势感知以及飞行员与地面管制员空地数字化管制交互等功能，突破现有机载原生航电系统架构计算能力受限、变更适航严苛的限制，增强机载端空管决策能力，满足四维航迹运行下空地系统间协同的实时性要求，航空器通过机载空管增强协处理终端与机载原生航电系统、地面空管系统的高效交互，可以更主动地参与空管决策过程，实现空地间决策协同和功能增强。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在各实施例之间不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

图2为本发明实施例提供的一种机载空管增强协处理系统的结构示意图。如图2所示，所述机载空管增强协处理系统可以包括机载原生航电系统、机载空管增强协处理终端以及地面空管系统。

其中，所述机载空管增强协处理终端通过总线连接到所述机载原生航电系统；所述机载空管增强协处理终端用于通过所述总线接收所述机载原生航电系统发送的机载总线数据以及所述地面空管系统发送的地空通信报文信息；所述机载空管增强协处理终端还用于根据所述机载总线数据以及所述地空通信报文信息实现飞行计划空地协商、空地数字化管制交互、增强态势感知以及机载飞行冲突探测与解脱。

本发明实施例中，所述机载原生航电系统可以包括航空器中搭载的任意的原生系统，包括但不限于：飞行任务管理系统、导航系统、监视系统、显示系统等。机载原生航电系统与机载空管增强协处理终端之间可以通过机载总线数据流实现信息交互。地面空管系统可以包括设置在地面的、用于进行空中管制的任意系统，包括但不限于：航路管制指挥(CPDLC ADS-C)系统、航站情报服务(D-ATIS)系统、起飞前放行服务(DLC)系统、空管协同运行(D-CDM)系统、航空公司运行控制系统(AOC)、地面通信系统等。所述地面空管系统与总线之间通过地空数据链实现通信。所述机载空管增强协处理终端可以通过总线获取地面空管系统上传的信息。

本实施例中，机载空管增强协处理终端主要可以实现重构和增强两种功能，重构功能包括飞行计划空地协商和空地数字化管制交互等，增强功能包括增强态势感知和机载飞行冲突探测与解脱等。

本实施例提供的机载空管增强协处理系统，包括机载原生航电系统、机载空管增强协处理终端以及地面空管系统，机载空管增强协处理终端通过总线连接到机载原生航电系统，用于通过总线接收机载原生航电系统发送的机载总线数据以及地面空管系统发送的地空通信报文信息，机载空管增强协处理终端还用于根据机载总线数据以及地空通信报文信息实现飞行计划空地协商、空地数字化管制交互、增强态势感知以及机载飞行冲突探测与解脱，能够在不改变机载原生航电系统架构的基础上，有效实现机载原生航电系统与地面空管系统之间的管制交互，突破现有机载原生航电系统架构计算能力受限、变更适航严苛的限制，增强机载端空管决策能力，满足四维航迹运行下空地系统间协同的实时性要求，航空器通过机载空管增强协处理终端与机载原生航电系统、地面空管系统的高效交互，可以更主动地参与空管决策过程，实现空地间决策协同和功能增强，为面向四维航迹的精细化运行提供空地间协同联动的技术保障。

可选的，所述机载空管增强协处理终端包括：接口采集模块、互操作模块、功能处理模块和显示控制模块；其中，所述接口采集模块用于实现机载总线数据、地空通信报文信息的收集；所述互操作模块用于建立总线数据协议与地空通信协议之间基于语义一致性表达的一致性映射；所述功能处理模块用于执行机载空管功能重构与增强；所述显示控制模块用于实现电子飞行包的管制信息和空管功能的显示交互。

可选的，所述接口采集模块包括：机载总线数据采集模块和地空通信报文采集模块；其中，所述机载总线数据采集模块用于实现机载总线数据的采集，所述地空通信报文采集模块用于实现地空通信报文信息的采集。

可选的，所述互操作模块可以包括总线协议帧提取模块、报文特征提取模块和一致性映射模块；其中，所述总线协议帧提取模块用于根据机载总线数据提取对应的总线数据协议帧；所述报文特征提取模块用于根据地空通信报文信息提取对应的报文特征；所述一致性映射模块用于根据提取的总线数据协议帧与报文特征实现机载总线数据和地空通信报文信息间的一致性映射。

可选的，所述功能处理模块包括空管功能重构模块和管制应用增强模块；其中，所述空管功能重构模块用于实现飞行计划空地协商和空地数字化管制交互；所述管制应用增强模块用于实现机载增强态势感知，还用于实现机载飞行冲突探测与解脱。

可选的，所述空管功能重构模块具体用于基于飞行计划数据的创建、编辑、管理、协调、确认与信息反馈，实现飞行计划空地协商；基于数据链通信协议与合同式自动相关监视协议标准下的连接建立、报文传输和连接断开，实现飞行员与地面管制员的空地数字化管制交互，其中，空地数字化管制交互可以包括但不限于飞行员与地面管制员之间的指令、应答等信息的交互。可选的，所述管制应用增强模块具体用于获取地面空管系统通过地空通信报文上传的增强态势信息，根据所述增强态势信息实现机载端的增强态势感知，其中，所述增强态势信息包括空中交通动态信息、飞行情报信息。

可选的，所述管制应用增强模块具体用于基于机载自身获得的态势信息与地面空管系统上传的增强态势信息，实现机载端的飞行冲突探测与解脱。

可选的，所述显示控制模块包括电子飞行包显示模块和人机交互界面模块；其中，所述电子飞行包显示模块用于实现电子飞行包的可视化显示功能，所述人机交互界面模块用于实现人机交互。

以上所述的各个模块，可以通过软件、硬件或者软硬件结合的方式来实现，本发明实施例对此不作限制。

此外，本发明实施例还提供一种机载空管增强协处理方法，应用于机载空管增强协处理终端，所述方法包括：获取机载原生航电系统发送的机载总线数据以及地面空管系统发送的地空通信报文信息；基于获取到的机载总线数据以及地空通信报文信息，实现所述机载原生航电系统与所述地面空管系统之间的管制交互。

可选的，基于获取到的机载总线数据以及地空通信报文信息，实现所述机载原生航电系统与所述地面空管系统之间的管制交互，可以包括：基于机载总线协议与地空通信报文协议的一致性映射，对获取到的机载总线数据以及地空通信报文信息进行处理，根据处理结果实现所述机载原生航电系统与所述地面空管系统之间的管制交互。

本发明实施例提供的系统和方法的具体实现原理、过程和有益效果将在下文进行详细地描述。

图3为本发明实施例提供的一种机载空管增强协处理方法的流程示意图。本发明实施例中方法的执行主体可以为机载空管增强协处理终端。如图3所示，本实施例中的方法，可以包括：

步骤301、获取机载原生航电系统发送的机载总线数据以及地面空管系统发送的地空通信报文信息。

本实施例中，机载总线数据可以包括机载原生航电系统获取到的任意数据，尤其可以包括机载导航系统、监视系统、飞行任务管理系统等系统中的飞机运动信息(高度、航向、姿态、空速、地速、马赫数、位置等)，恶劣气象等飞行安全威胁信息，航迹预测信息等。地空通信报文信息可以包括飞行计划、飞行动态、气象等信息。

步骤302、基于机载总线协议与地空通信报文协议的一致性映射，对获取到的机载总线数据以及地空通信报文信息进行处理。

本实施例中，机载总线协议与地空通信报文协议的一致性映射，可以有多种实现方式。可选的，机载总线协议与地空通信报文协议的一致性映射，可以包括机载总线数据与地空通信报文信息的映射，或者，可以包括机载总线数据与地空通信报文信息中字段的映射，在此不作限定。

在一致性映射包括机载总线数据与地空通信报文信息的映射时，一个简单的示例是，机载总线数据中的“天气信息请求”，与地空通信报文信息中的“天气信息响应”具有对应关系。

在一致性映射包括机载总线数据与地空通信报文信息中字段的映射时，机载总线数据与地空通信报文信息可以被拆分为多个字段，一致性映射中包含字段的映射关系。一个简单的示例是，机载总线数据中的“天气信息请求”可以被拆分为“天气信息”和“请求”两个字段，地空通信报文信息中的“天气信息响应”可以拆分为“天气信息”和“响应”，那么机载总线数据中的“天气信息”与地空通信报文信息中的“天气信息”对应，机载总线数据中的“请求”与地空通信报文信息中的“响应”对应。

在本步骤中，可以基于上述一致性映射，确定从机载原生航电系统获取到的机载总线数据对应的地空通信报文信息，以及从地面空管系统获取到的地空通信报文信息对应的机载总线数据。

步骤303、根据处理结果实现所述机载原生航电系统与所述地面空管系统之间的管制交互。

本实施例中，在确定与机载原生航电系统获取到的机载总线数据对应的地空通信报文信息，或者，确定从地面空管系统获取到的地空通信报文信息对应的机载总线数据后，可以向机载原生航电系统、地面空管系统或者飞行员发送相应的信息，例如，在获取到地面空管系统发送的飞机下一航段天气信息响应后，若确定该响应信息对应的是从机载原生航电系统中的监视系统获取到的下一天气信息请求，此时可以将该天气信息响应反馈给所述监视系统，从而实现所述机载原生航电系统与所述地面空管系统之间的管制交互。

其中，本发明实施例中的管制交互，可以包括但不限于机载原生航电系统与地面空管系统之间的各类指令和信息例如机载指令、应答信息等的交互。

在实际应用中，本实施例提供的上述流程可以应用于任意的管制交互功能，尤其可以应用于飞行计划空地协商、空地数字化管制交互、增强态势感知、机载飞行冲突探测与解脱等功能。在应用于相应的功能中时，所述机载总线数据和地空通信报文信息可以为该功能下的相应数据和信息。例如，在应用于飞行计划空地协商功能时，所述机载总线数据可以为变更的飞行计划数据，所述地空报文信息可以为针对所述变更的飞行计划数据的确认信息。上述四种功能的具体实现方式将在后文进行详细说明。

本实施例提供的技术方案，可以应用于基于四维航迹运行的航空领域，可以在不改变原生航电设备硬件单元的情况下，采用机载总线挂载机载空管增强协处理终端，实现机载原生航电系统与地面空管系统的信息交互，尤其可以实现空地间决策与指令信息的交互同步。高效自主的机载空管决策能力是四维航迹精细化运行下的重要保障手段。航空器通过机载空管增强协处理终端与机载原生航电系统、地面空管系统的高效交互，可以更主动地参与空管决策过程，实现空地间决策协同。

本实施例提供的机载空管增强协处理方法，通过获取机载原生航电系统发送的机载总线数据以及地面空管系统发送的地空通信报文信息，基于机载总线协议与地空通信报文协议的一致性映射，对获取到的机载总线数据以及地空通信报文信息进行处理，并根据处理结果实现所述机载原生航电系统与所述地面空管系统之间的管制交互，能够有效实现机载原生航电系统与地面空管系统之间的信息交互，突破现有机载原生航电系统架构计算能力受限、变更适航严苛的限制，增强机载端空管决策能力，满足四维航迹运行下空地系统间协同的实时性要求，航空器通过机载空管增强协处理终端与机载原生航电系统、地面空管系统的高效交互，可以更主动地参与空管决策过程，实现空地间决策协同，为面向四维航迹的精细化运行提供空地间协同联动的技术保障。

图4为本发明实施例提供的一种机载空管增强协处理方法中根据一致性映射对机载总线数据和地空通信报文信息进行处理的流程示意图。本实施例是在上述实施例提供的技术方案的基础上，可以通过总线协议语义库、总线协议模板库、地空通信协议规范库等实现对总线数据和地空通信报文信息的处理。如图4所示，本实施例中，基于机载总线协议与地空通信报文协议的一致性映射，对获取到的机载总线数据以及地空通信报文信息进行处理，可以包括：

步骤401、对获取到的机载总线数据进行分析，得到所述机载总线数据对应的总线数据协议帧。

本实施例中，总线数据协议帧可以包括机载总线协议中的语义特征，例如拆分后得到的字段或者字段对应的特征向量等。

对获取到的机载总线数据，在预置总线协议语义库、总线协议模板库中选择模板进行匹配，得到总线数据协议帧。

步骤402、对获取到的地空通信报文信息进行分析，得到所述地空通信报文信息对应的报文特征。

本实施例中，报文特征可以包括报文信息中的语义特征，例如拆分后得到的字段或者字段对应的特征向量等。

对获取到的地空通信报文信息，在地空通信协议规范库中选择报文模板进行匹配，提取报文特征。

步骤403、基于机载总线协议与地空通信报文协议的一致性映射，对得到的总线数据协议帧和报文特征进行处理。

本实施例中，一致性映射可以包括机载总线协议帧与报文特征之间的映射，根据所述一致性映射可以确定总线数据协议帧对应的报文特征，也可以确定报文特征对应的总线数据协议帧，从而实现空地之间的管制交互。

本实施例提供的机载空管增强协处理方法，增加了总线协议语义库、总线协议模板库、地空通信协议规范库等，通过对获取到的机载总线数据进行分析，得到所述机载总线数据对应的总线数据协议帧，对获取到的地空通信报文信息进行分析，得到所述地空通信报文信息对应的报文特征，并基于机载总线协议与地空通信报文协议的一致性映射，对得到的总线数据协议帧和报文特征进行处理，能够有效实现根据总线数据协议帧和报文特征进行信息交互，提高了信息交互的准确性，且适用性较强。

图5为本发明实施例提供的一种机载空管增强协处理方法中对获取到的机载总线数据进行分析并得到对应的总线数据协议帧的流程示意图。本实施例是在上述实施例提供的技术方案的基础上，可以通过数据识别、模板匹配等提取总线协议数据帧。如图5所示，本实施例中，对获取到的机载总线数据进行分析，得到所述机载总线数据对应的总线数据协议帧，可以包括：

步骤501、对获取到的机载总线数据进行识别，确定所述机载总线数据的类型。

本实施例中，对获取到的机载总线数据进行识别，可以有多种实现方式。可选的，对获取到的机载总线数据进行识别，可以通过特定字段识别，或者，可以通过数据长度识别，在此不作限定。

步骤502、根据所述机载总线数据的类型，在总线协议语义库中选择对应的语义模板进行初次匹配。

本实施例中，可以对已有的机载总线数据、地空通信报文信息进行语法和语义规则的学习，构建预置的总线协议语义库M、总线协议模板库N、地空通信协议规范库S。

在对新收到的机载总线数据D进行识别得到对应的类型后，可以依据数据类型从预置总线协议语义库M中选取语义模板M_i(M_i∈M)进行初次匹配，区分出总线数据传输的服务角色、请求、响应与头尾标志，实现初步的机载总线数据要素分割。

步骤503、根据匹配结果，在总线协议模板库中选择对应的协议模板进行二次匹配，得到相似度匹配值。

本实施例中，在初次匹配后，可以结合预置总线协议模板库N，对分割后的总线数据信息进行相似度二次匹配，对比协议模板中的语法分布模式，得到相似度匹配值。

相似度匹配值计算公式为：

式中，W_1k,W_2k分别表示总线数据和协议模板的第k个特征项的权值，k∈[1,m]。具体的，第k个特征项权值计算公式为：

式中，tf_k表示特征项t_k的出现频率，l＝1时F_l为机载总线数据中的要素总数，l＝2时F_l为协议模板总数，

为F_l中出现特征项t_k的字段总数或语义模板总数，变量j表示遍历所有特征项，j＝1,2,…,m。

步骤504、若所述相似度匹配值大于或等于预设阈值，则根据所述协议模板得到总线数据协议帧。

步骤505、若所述相似度匹配值小于预设阈值，则进行语料增量学习，提取总线数据协议帧。

本实施例中，将计算得到的相似度匹配值与预设阈值进行对比。如果相似度匹配值大于或等于预设阈值，则表明机载总线数据与总线协议模板库中对应的模板相匹配，此时对比协议模板中的语法分布模式，拆分得到总线数据协议帧。如果相似度匹配值小于预设阈值，则表明机载总线数据与总线协议模板库中对应的模板不匹配，此时进行语料增量学习，再提取总线数据协议帧。增量学习过程模型为：

式中，D和G分别为机载总线数据和该机载总线数据语义依存框架下的依存图，w_c,w_l,w_r分别为中心词、左依存词和右依存词，＜l,c＞∈G,＜r,c＞∈G分别表示依存图中w_l,w_r与w_c的依存关系。根据现有的总线协议语义库和总线协议模板库，训练模型参数P(w_l|w_c)、P(w_r|w_c)，实现对总线数据语义语法的分析。参数估算公式为：

式中，count_i(＜l,c＞∈T)、count_i(＜r,c＞∈T)分别表示左依存于中心词和右依存于中心词的次数，count_i(＜·,c＞∈T)、count_i(＜c,·＞∈T)分别为左、右依次的总词数。

步骤506、在语料增量学习后，更新所述总线协议语义库和所述总线协议模板库。

本实施例中，在语料增量学习后，现有总线协议模板库和总线协议语义库为：

式中，M_D表示新获取到的机载总线数据对应的语义模板，N_D表示新获取到的机载总线数据对应的模板。

本实施例提供的机载空管增强协处理方法，通过对获取到的机载总线数据进行识别并确定类型，在总线协议语义库中选择对应的语义模板进行初次匹配，实现初步的总线数据要素分割，对分割后的总线数据，在总线协议模板库中选择对应的模板进行二次匹配，得到相似度匹配值并根据相似度匹配值大小，得到总线数据协议帧，或者，进行语料增量学习并更新所述总线协议语义库和所述总线协议模板库，同时得到总线数据协议帧，能够有效精准提取总线数据协议帧，提高了总线数据协议帧和报文特征信息交互的准确性。

在得到总线数据协议帧后，基于类似的原理，对获取到的地空通信报文P，从预置地空通信协议规范库S中选取报文模板S_i(S_i∈S)进行相似度匹配，提取报文特征。

然后按照已有的管制服务协议逻辑，自动进行提取的总线数据协议帧和地空通信报文特征间的关联映射，实现完备的总线协议语义库、总线协议模板库和地空通信协议规范库间的一致性表达。

在上述实施例提供的技术方案的基础上，可选的是，还可以在建立总线数据协议与地空通信协议的一致性映射、实现协处理设备与机载原生航电系统的互操作后，重构部分机载空管功能，如飞行计划空地协商、空地数字化管制交互等，并预留适应未来空地分布式决策需要的管制增强能力，如增强态势感知、机载飞行冲突探测与解脱等。

其中，飞行计划空地协商具体涉及驾驶舱内机组人员对飞行计划数据创建、数据编辑、状态管理与变更协商，空地数字化管制交互具体涉及地空数字化管制过程中飞行员与地面管制员间的连接建立、报文传输和连接断开。

可以理解的是，本发明各实施例所述的飞行员与地面管制员间的交互，具体可以是指飞行员所操作的设备与地面管制员所操作的设备之间的交互。

一种可选的机载空管功能为开展飞行计划空地协商功能。开展机载飞行计划空地协商，是指对飞行前、飞行实施过程中机载端与地面空管系统之间的飞行计划信息的协商进行管理，实现飞行计划数据创建、数据编辑、状态管理与变更协商。

可选的，所述方法还可以包括：获取飞行员输入的飞行计划数据，和/或，自动创建飞行计划数据；接收飞行员输入的飞行计划编辑信息，根据所述飞行计划编辑信息，对所述飞行计划数据中的航路点进行下述至少一项操作：插入、删除、查询；接收飞行员输入的飞行计划管理信息，根据所述飞行计划管理信息，确定所述飞行计划数据对应的状态，所述状态包括下述至少一项：正常实施、计划偏移、备用飞行计划激活。

具体的，飞行计划数据可以包括但不限于航空器起飞、爬升、下降等各阶段的速度、高度、水平距离数据，飞机质量数据，航路上有关风速、风向的数据等。

进一步的，还可以针对变更的飞行计划，实现空地相关方之间的协调、确认与信息反馈。其中，信息反馈可以是指，在飞行员变更飞行计划后，可以将变更后的飞行计划发给地面空管系统，或者，在地面空管系统变更飞行计划后，可以对应发送给机载原生航电系统，从而实现空地间的信息反馈功能；确认可以是指，在飞行员变更飞行计划后，可以将变更后的飞行计划发给地面空管系统，由地面空管系统进行确认后再实施，同理，在地面空管系统变更飞行计划后，可以发送给飞行员进行确认；协调可以是指，机载空管增强协处理终端可以根据飞行情况自动生成或者变更飞行计划，并将飞行计划发送给空地两端，空地两端分别确认后，才能执行生成或者变更后的飞行计划，实现空地之间的协调。

通过上述方式，能够实现对飞行前、飞行实施过程中机载端与地面空管系统之间的飞行计划信息的协商进行管理。

另一种可选的机载空管功能为开展空地数字化管制交互。空地数字化管制交互具体涉及地空数字化管制过程中飞行员与地面管制员间指令、应答等信息的交互。具体地，在基于当前ARNINC 623协议的起飞前放行(DCL)、自动航站情报服务(D-ATIS)等已有应用服务协议的同时，机载空管增强协处理终端还支持未来空中导航系统FANS 1/A、FANS 2/B、FANS 3/C的数据链通信协议(CPDLC)、合同式自动相关监视协议(ADS-C)标准下的飞行员与地面管制员间的连接建立、报文传递和连接断开。其中，连接建立是指飞机向地面空管系统请求ATN登陆，地面空管系统收到登陆请求后将登陆信息与飞行计划相比对，确认建立连接。报文传递是指在连接建立后，进行CPDLC报文、ADS-C报文的收发控制和传输确认，确保正确的向飞行员发送报文，确保地面管制员能够正确的接收报文，并确保飞行员、地面管制员能够正确的发送应答。连接断开是指地面空管系统发送包含结束通信的报文，飞机对挂起报文进行最终回复，飞机与地面空管系统断开连接。

可选的，所述机载空管增强协处理终端还可以获取地面空管系统通过地空通信报文上传的增强态势信息，根据所述增强态势信息实现机载端的增强态势感知，其中，所述增强态势信息包括空中交通动态信息、飞行情报信息等增强态势信息，从而使机载端可以获取更多的态势信息，增强机载端的态势感知。

具体的，机载空管增强协处理终端可支持广播式自动相关监视(ADS-B)、广播式飞行信息服务(FIS-B)和广播式交通信息服务(TIS-B)，实现TIS-B、FIS-B等多种服务，实现飞行所需的态势信息的推送与交通态势感知。其具体为，通过ADS-B实现航空器状态信息(身份编码、位置信息、速度、飞行意图等)、空中气象等周围空域状况信息的广播与接收；通过FIS-B接收地面空管系统推送的气象(日常报，特选报和机场天气预报)等航空情报信息；通过TIS-B推送监视信息集成过滤后的空中交通监视全景信息。

为应对未来空地分布式决策需要，减轻日益复杂的空中交通流量场景下地面空管人员的航迹管理负荷，可以增加机载飞行冲突探测与解脱功能，以确保管制员指挥失误、管制设备故障等情况下机载端飞行安全。因此，本实施例提供的机载空管增强协处理方法还可以包括机载飞行冲突探测与解脱流程。具体来说，可以基于机载原生航电系统自身获得的态势信息与地面空管系统上传的增强态势信息，实现机载端的飞行冲突探测与解脱。

图6为本发明实施例提供的一种机载飞行冲突探测与解脱流程的示意图。本实施例是在上述实施例提供的技术方案的基础上，在建立总线数据协议与地空通信协议的一致性映射、实现协处理设备与机载原生航电系统的互操作后，实现机载飞行冲突探测与解脱功能。以水平方向间隔管理为例，根据飞机的速度、航向和二维位置建立时空间间隔相结合的飞行保护区，通过计算未来一段时间两架或多架航空器最接近距离及最接近时间，判断冲突危险的可能及危险级别，给出合理的间隔保持措施。如图6所示，所述机载飞行冲突探测与解脱流程可以包括：

步骤601、计算未来预设时间内至少两架航空器可能经过的位置范围。

本实施例中，位置范围计算公式为：

式中，R_t为圆形保护区半径，V_l为平飞速度，V_c为转弯速度，t₁为最大转弯时间(90°转弯时间)，ω_m为最大转弯角速率，R_NMAC为机身碰撞风险区。机身碰撞风险区可以为距航空器预设距离的区域。

步骤602、计算所述至少两架航空器未来预设时间内的最接近距离和最接近时间。

本实施例中，计算公式为：

式中，

为两架航空器相对速度，

为两架航空器当前相对位置矢量，t_CPA为最接近时间，

为最接近距离。

步骤603、根据所述位置范围、所述最接近距离和所述最接近时间，判断所述至少两架航空器的冲突可能性与冲突级别。

具体的，若最接近时间小于0，则航空器相互远离，未来不存在冲突可能。若最接近距离大于圆形保护区半径，则无冲突风险。若最接近时间大于0且最接近距离小于圆形保护区半径，则航空器间存在冲突风险。当存在冲突风险时，最接近距离和最接近时间越小，冲突级别越高。

步骤604、根据所述冲突可能性与冲突级别，输出间隔保持措施信息。

具体的，所述间隔保持措施信息可以为警示信息如提示飞行员未来可能发生的冲突，或者，可以为控制指令，所述航空器可以根据所述控制指令调整速度大小和航向，保持航空器间安全间隔，规避碰撞风险。

本实施例中，通过计算未来预设时间内至少两架航空器可能经过的位置范围，计算所述至少两架航空器未来预设时间内的最接近距离和最接近时间，判断所述至少两架航空器的冲突可能性与冲突级别，并根据所述冲突可能性与冲突级别，输出间隔保持措施信息，可以实现机载飞行冲突探测与解脱功能，保持航空器间安全间隔，规避碰撞风险。

此外，本发明实施例还可以提供电子飞行包显示功能，实现电子飞行包的管制信息和空管功能的显示交互，提供良好的人机交互体验。

其中，显示交互可以是指机载空管增强协处理终端与飞行员间的显示交互。所述机载空管增强协处理终端可以包括所述电子飞行包。所述管制信息可以为任意实现航空器管制的信息，包括但不限于机载指令、应答信息等，所述空管功能可以为任意类型的空管功能，包括但不限于飞行计划空地协商、空地数字化管制交互、增强态势感知以及机载飞行冲突探测与解脱等。

具体的，可以搭配直观、可视化用户界面，显示飞行全程的数字化信息和管制解决方案，使机组成员获取自登机到降落全飞行过程所需的所有数字化信息和空管功能，借助电子飞行包便携和操作简单的优势，为机组人员提供良好的人机交互体验，增强飞行员情境感知能力。

本发明实施例还提供一种机载空管协处理设备，包括：存储器和至少一个处理器；

所述存储器存储计算机执行指令；

所述至少一个处理器执行所述存储器存储的计算机执行指令，使得所述至少一个处理器执行上述任一实施例所述的方法。

本实施例提供的设备的具体实现原理和效果可以参见图1-图6所示实施例对应的相关描述和效果，此处不做过多赘述。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求书来限制。

Claims (10)

1.一种机载空管增强协处理系统，其特征在于，包括机载原生航电系统、机载空管增强协处理终端以及地面空管系统；

所述机载空管增强协处理终端通过总线连接到所述机载原生航电系统；

所述机载空管增强协处理终端用于通过所述总线接收所述机载原生航电系统发送的机载总线数据以及所述地面空管系统发送的地空通信报文信息；

所述机载空管增强协处理终端还用于根据所述机载总线数据以及所述地空通信报文信息实现飞行计划空地协商、空地数字化管制交互、增强态势感知以及机载飞行冲突探测与解脱。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述机载空管增强协处理终端包括：接口采集模块、互操作模块、功能处理模块和显示控制模块；

其中，所述接口采集模块用于实现机载总线数据、地空通信报文信息的收集；

所述互操作模块用于建立总线数据协议与地空通信协议之间基于语义一致性表达的一致性映射；

所述功能处理模块用于执行机载空管功能重构与增强；

所述显示控制模块用于实现电子飞行包的管制信息和空管功能的显示交互。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述接口采集模块包括：机载总线数据采集模块和地空通信报文采集模块；

其中，所述机载总线数据采集模块用于实现机载总线数据的采集，所述地空通信报文采集模块用于实现地空通信报文信息的采集。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述互操作模块包括总线协议帧提取模块、报文特征提取模块和一致性映射模块；

其中，所述总线协议帧提取模块用于根据机载总线数据提取对应的总线数据协议帧；

所述报文特征提取模块用于根据地空通信报文信息提取对应的报文特征；

所述一致性映射模块用于根据提取的总线数据协议帧与报文特征实现机载总线数据和地空通信报文信息间的一致性映射。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述功能处理模块包括空管功能重构模块和管制应用增强模块；

其中，所述空管功能重构模块用于实现飞行计划空地协商和空地数字化管制交互；

所述管制应用增强模块用于实现机载增强态势感知，还用于实现机载飞行冲突探测与解脱。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述空管功能重构模块具体用于基于飞行计划数据的创建、编辑、管理、协调、确认与信息反馈，实现飞行计划空地协商；基于数据链通信协议与合同式自动相关监视协议标准下的连接建立、报文传输和连接断开，实现飞行员与地面管制员的空地数字化管制交互。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述管制应用增强模块具体用于获取地面空管系统通过地空通信报文上传的增强态势信息，根据所述增强态势信息实现机载端的增强态势感知，其中，所述增强态势信息包括空中交通动态信息、飞行情报信息。

8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述管制应用增强模块具体用于基于机载自身获得的态势信息与地面空管系统上传的增强态势信息，实现机载端的飞行冲突探测与解脱。

9.根据权利要求2-8任一项所述的系统，其特征在于，所述显示控制模块包括电子飞行包显示模块和人机交互界面模块；

其中，所述电子飞行包显示模块用于实现电子飞行包的可视化显示功能，所述人机交互界面模块用于实现人机交互。

10.一种机载空管增强协处理方法，其特征在于，应用于机载空管增强协处理终端，所述方法包括：

获取机载原生航电系统发送的机载总线数据以及地面空管系统发送的地空通信报文信息；

基于获取到的机载总线数据以及地空通信报文信息，实现所述机载原生航电系统与所述地面空管系统之间的管制交互。

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