CN112085865A - 一种基于飞行数据的空中实时预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于飞行数据的空中实时预警系统，属于航空电子技术领域，具体包括机载设备，所述机载设备包括分析处理模块，分析处理模块包括数据存储模块，数据存储模块被配置为以时间检索的方式完成参数快速索引，同时进行飞行数据的存储；故障诊断模块，故障诊断模块被配置为将检索后的参数进行实时解算，输出故障报告；通过数据存储模块进行数据处理、状态分析、综合诊断以及报文存储，实现飞行参数快速判读，并生成故障报告后发送至地面，完成飞行数据的空中实时预警。本发明实现了飞行参数在机载实时快速判读，并将判读后故障诊断报告的通过数据链发送至地面，实现飞机实时预警。

Description

一种基于飞行数据的空中实时预警系统

技术领域

本公开涉及航空电子技术领域，尤其涉及一种基于飞行数据的空中实时预警系统。

背景技术

在航空电子领域，随着航空电子设备的发展，越来越多的电子设备得到了应用，从而产生的数据量也越来越大，将大量的飞行参数通过有限带宽的数据链发送至地面进行实时判读的难度也越来越大。由于航空电子设备的复杂度也越来越高，对飞行参数需要进行的逻辑分析要求越来越高，在嵌入式设备的运算能力越来越强的前提下，原来需要地面设备配合分析数据的工作也逐步移植在机载设备中，提高飞机相关数据分析的高效性和实时性。

根据现有的飞机发展，飞行参数已不仅仅是飞行数据，还包括飞机的设备运行状态、飞行状态和飞行包线参数等，飞行参数是通过航空设备各传感器、总线等信号最终以原码形式进行传输，在分析中需要将这种原码还原成各种物理量值、数学量值，并进行数据解算、融合成为后续各种数据应用。机载设备对于飞行参数的判读不能照搬地面分析的方法，需要结合机载的资源进行快速、高效的分析，并将分析的判读结果形成简单的报文进行发送和存储，以提高飞行数据判读后对飞机存在异常的预警方法。

发明内容

为了满足当前飞机对于飞行过程中可实时对飞机存在的危险状态进行预警的要求，本着提高机载飞行参数解算、分析实时性的原则，本公开实施例提供一种基于飞行数据的空中实时预警系统，至少部分解决现有技术中存在的问题。

为了达到上述技术目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于飞行数据的空中实时预警系统，包括机载设备，所述机载设备的软件部分包括分析处理模块，所述分析处理模块包括，

数据存储模块，所述数据存储模块被配置为以时间检索的方式完成参数快速索引，同时进行飞行数据的存储；

故障诊断模块，所述故障诊断模块被配置为将检索后的参数进行实时解算，输出故障报告；

所述分析处理模块以模块化构架及分布式计算方式，进行实时数据接收，并通过所述数据存储模块进行数据处理、状态分析、综合诊断以及报文存储，实现飞行参数快速判读，并通过所述故障诊断模块生成故障报告后发送至地面，完成飞行数据的空中实时预警。

进一步地，所述数据存储模块中，基于参数快速索引的飞参记录方式，以数据包、时间包的形式进行记录，并增加数据索引包，在单一存储区域中，建立索引对长短不同的包所在位置进行链接，从而实现基于包的管理，根据对配置信息进行定位，获取包内参数。

进一步地，每个数据包中定时插入时间包，在时间包中加入已发送数据包的索引数据结构和前向时间包位置偏移；检索时，先将时间包挑出，建立时间包与位置的二维表，再根据该二维表和时间包所携带的索引数据格式进行检索，完成参数快速索引。

进一步地，将索引文件分散存储于存储空间中，首先逆序找到最后一个时间包，然后根据反向链接得到文件索引结构，增加EVENT判断条件，得到事件索引，再根据时间包中的包索引结构，进行信息检索。

进一步地，在信息检索过程中还包括快速定位算法，用于使系统在初始化过程中查找记录位置，并建立文件列表。

进一步地，所述快速定位算法包括：采用二分法，查找Block count值最大者，再逆序读出所有履历信息，得到文件列表。

进一步地，所述故障诊断模块对检索后的参数进行实时解算，包括通过数据解算分析，对特定的飞机状态信息进行实时监控，飞机异常状态信息的监控结果将作为故障诊断功能运行的条件和依据，输入到故障诊断功能供其调用和分析。

进一步地，在进行飞机异常状态信息的监控开始时，读取当前时刻的数据包，加载事件逻辑定义集，并提取当前时刻数据包中与每条事件逻辑相关的特征参数，进行事件匹配；按照故障判据中的逻辑定义，对相关的特征参数进行位运算，判断故障匹配结果。

进一步地，所述分析处理模块还包括数据收集模块、数据处理模块、数据调用模块和数据分发模块；所述数据解算分析是将通过所述数据收集模块接收到的飞行参数信息通过所述数据处理模块进行格式化处理，包括分类、工程值转换、按位解析；通过数据调用模块的分析单元，生成离散化的符号数据模型对飞行参数信息进行过滤分析和运算，得到快速判读结果，再将结果传送到故障诊断模块；故障诊断模块将收到的快速判读结果按照规定的格式生成故障诊断报告，然后传送给数据存储模块进行记录，同时传送给所述数据分发模块进行数据分发。

进一步地，所述机载设备的硬件部分包括DSP、FPGA和NOR FLASH功能模块，用于配置解析、参数还原、数据分析、模型运算和报告存储。

本发明提出了一种基于飞行数据的空中实时预警系统，将复杂的地面飞行参数快速判读转化为机载分布式计算。基于离散化的符号数据模型，并采用模块化的软件构架，增加定位算法进行飞行参数检索，生成离散化的符号数据模型对飞行参数信息进行过滤分析和运算，实现飞行参数在机载实时快速判读。并将判读后故障诊断报告的通过数据链发送至地面，同步获取飞机实时告警状态，实现飞机实时预警。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明空中实时预警系统的硬件平台；

图2为分析处理模块软件组成架构；

图3为索引文件的数据存储结构；

图4为二分法定位算法；

图5为检索信息检索流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本公开的基本构想，图式中仅显示与本公开中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

参考附图1-5，说明本公开实施例提供的一种基于飞行数据的空中实时预警方法，包括机载设备，所述机载设备的软件部分包括分析处理模块1，所述分析处理模块1包括，数据存储模块105，所述数据存储模块105被配置为以时间检索的方式完成参数快速索引，同时进行飞行数据的存储；故障诊断模块104，所述故障诊断模块104被配置为将检索后的参数进行实时解算，输出故障报告；所述分析处理模块1以模块化构架及分布式计算方式，进行实时数据接收，并通过所述数据存储模块105进行数据处理、状态分析、综合诊断以及报文存储，实现飞行参数快速判读，并通过所述故障诊断模块104生成故障报告，通过数据链实时发送至地面，使地勤单位同步获取飞机实时故障状态，完成飞行数据的空中实时预警。

分析处理模块1用于配置解析、参数还原、数据分析、模型运算和报告存储等。其中，数据存储模块105便于信息检索，采用时间检索的方式完成参数快速索引。故障诊断模块104根据判据进行检索后的参数实时解算，输出故障报告。

进一步地，所述数据存储模块105中，基于参数快速索引的的飞参记录方式，以数据包、时间包的形式进行记录，并增加数据索引包。基于数据索引的飞参记录方式，使飞行数据在机载设备中可快速遍历查找，并采用模块化的软件构架和分布式计算，实现飞行参数快速判读。

按照飞参数据的数学模型，将包采数据按照包类别进行分类，然后分区域存储。在单一存储区域中，建立索引对长短不同的包所在位置进行链接，从而实现基于包的管理，根据对配置信息进行定位，获取包内参数。灵活性较大，适应性和扩展性较强。参考附图3，为索引文件的数据存储结构，检索前建立，可在内存中，数据中无；下载后，可在存储到电脑时建立，追加到文件结尾。

进一步地，每个数据包中定时插入时间包，在时间包中加入已发送数据包的索引数据结构和前向时间包位置偏移；检索时，先将时间包挑出，建立时间包与位置的二维表，再根据该二维表和时间包所携带的索引数据格式进行检索，完成参数快速索引。将索引文件分散存储于存储空间中，首先逆序找到最后一个时间包，然后根据反向链接(last indexnode)得到文件索引结构，增加EVENT判断条件，得到事件索引，再根据时间包中的包索引结构，进行信息检索。

参考附图4，在信息检索过程中还包括快速定位算法，用于使系统在初始化过程中查找记录位置，并建立文件列表。所述快速定位算法包括：采用二分法，查找Block count值最大者，再逆序读出所有履历信息，得到文件列表。快速定位算法的主要目的是系统在初始化过程中查找记录位置，并建立文件列表。采用二分法，查找Block count值最大者，即为最后一条记录。然后逆序读出所有履历信息，得到文件列表。

飞行参数快速判读需建立数据模型，模型中参数包括：采集通道编号、参数类型、参数代码、参数名称、采样频率、还原类型、值域上限、值域下限、原码长度、原码类型、数据编号、标号、开始位、长度、最低有效位等信息。

所述故障诊断模块104对检索后的参数进行实时解算，包括通过数据解算分析，对特定的飞机状态信息进行实时监控，飞机异常状态信息的监控结果将作为故障诊断功能运行的条件和依据，输入到故障诊断功能供其调用和分析。

在进行飞机异常状态信息的监控开始时，读取该时刻的数据包，加载事件逻辑定义集，并提取该时刻数据包中与每条事件逻辑相关的特征参数，进行事件匹配；按照故障判据中的逻辑定义，对相关的特征参数进行位运算，判断故障匹配结果。

所述分析处理模块1还包括数据收集模块101、数据处理模块102、综合分析模块103、数据调用模块106和数据分发模块108；所述数据解算分析是将通过所述数据收集模块104接收到的飞行参数信息通过所述数据处理模块102进行格式化处理，包括分类、工程值转换、按位解析，再经过所述综合分析模块103进行分析；通过数据调用模块106的分析单元，生成离散化的符号数据模型对飞行参数信息进行过滤分析和运算，得到快速判读结果，再将结果传送到故障诊断模块104；故障诊断模块104将收到的快速判读结果按照规定的格式生成故障诊断报告，然后传送给数据存储模块105进行记录，同时传送给所述数据分发模块108进行数据分发。还包括可加载项管理模块107，用于给机载加载配置，配置加载是机载的一项基本功能，配置用于参数处理解算的数据文件。

参考附图1，所述机载设备的硬件部分包括DSP、FPGA和NOR FLASH功能模块，用于配置解析、参数还原、数据分析、模型运算和报告存储等，需要大量计算，采用多DSP+FPGA构架。

在设计中，基于机载抽象为符号数据模型的方法，通过数据收集、数据还原、数据分析等方法快速实现模型的建立和输出，机载设备可通过使用基于符号数据模型的分析配置实时、快速的分析出飞机各成员系统的工作状态和故障信息，及时提供给飞机操控员、驾驶员或地勤检查人员，以便迅速做出应对措施，快速掌握飞机飞行包线，全机状态以及快速排除机上成员系统设备故障、降低事故隐患。

分析处理模块在上电初始化会进行读配置操作，读配置过程中会对配置内关键信息进行值域判断，当相关信息的值超出值域范围，则判定读取的配置内容存在异常，读配置失败。当配置读取失败时，上报故障字，此时无法进行数据的还原和后续的分析工作，只对接收的数据进行记录。在配置初始化时，完成参数配置的提取，完成采集点、参数、数据间关系映射表的初始化。分析处理模块的配置信息可通过维护设备加载。加载配置时，分析处理模块收到全部配置数据后，对配置数据进行校验和校验。如果校验失败，则直接返回一个错误信息。当校验成功后再进行NOR FLASH的写操作，写入的数据会重新读出与配置数据进行比较，保证写入的数据正确性。在成功加载配置后，分析处理模块会重新读取配置信息，过程和上电时读配置操作一致。

数据的读出和写入均按照从前到后的顺序进行，当读出或写入位置到达缓冲数组的尾部，继续从数组的开始位置进行操作。读出内容不得大于写入内容。采用简单的数据结构可避免频繁的数据移动，降低因数据移动而占用的系统资源。根据当前使用情况每秒数据量不足20KB，缓冲区可缓冲数据超过50秒，提高数据处理的容错性。

数据还原主要使用到了还原配置的参数配置信息，参数配置中包括接口板编号、接口板类型、采集通道编号、参数类型、参数代码、参数名称、采样频率、还原类型、值域上限、值域下限、原码长度、原码类型、数据编号、标号、开始位、长度、最低有效位等信息。这是将原码数据还原为物理量、数学量的主要参数配置信息。

数据分析中主要使用了分析配置，配置中包括判据的基本信息和判断准则。判据基本信息分为：判据ID、判据名称、判据规则代码、规则复杂度、处理类型、描述。判断准则分为：判据元素数量、判据元素代码、判据条件、判据对比值、持续时间、判据操作。根据分析配置，可实时判断各判据的发生、持续和终止。根据判据复杂度不同，低级判据可以是高级判据的元素。根据处理类型不同，判据可进行生成报告、不处理等不同的操作。

软件支持用户按需定义事件及其逻辑，并以配置的方式加载至状态监控功能，对特定的飞机状态信息进行实时监控。其中，飞机异常状态信息的监控结果将作为故障诊断功能运行的条件和依据，输入到故障诊断功能供其调用和分析。

状态监控开始时，该功能读取经数据处理功能处理完的该时刻的数据包，加载事件逻辑定义集，并提取该时刻数据包中与每条事件逻辑相关的特征参数，进行事件匹配。

按照故障判据中的逻辑定义，对相关的特征参数进行位运算，来判断故障匹配结果。若故障匹配结果成立，或该故障代表的异常处于触发状态，则将结果送至报告生成功能，完成状态监控报告的生成，同时将异常触发的信息送至故障诊断报告进行存储和发送。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于飞行数据的空中实时预警系统，其特征在于，包括机载设备，所述机载设备的软件部分包括分析处理模块，所述分析处理模块包括，

数据存储模块，所述数据存储模块被配置为以时间检索的方式完成参数快速索引，同时进行飞行数据的存储；

故障诊断模块，所述故障诊断模块被配置为将检索后的参数进行实时解算，输出故障报告；

所述分析处理模块以模块化构架及分布式计算方式，进行实时数据接收，并通过所述数据存储模块进行数据处理、状态分析、综合诊断以及报文存储，实现飞行参数快速判读，并通过所述故障诊断模块生成故障报告后发送至地面，完成飞行数据的空中实时预警。

2.根据权利要求1所述的基于飞行数据的空中实时预警系统，其特征在于，所述数据存储模块中，基于参数快速索引的飞参记录方式，以数据包、时间包的形式进行记录，并增加数据索引包，在单一存储区域中，建立索引对长短不同的包所在位置进行链接，从而实现基于包的管理，根据对配置信息进行定位，获取包内参数。

3.根据权利要求2所述的基于飞行数据的空中实时预警系统，其特征在于，每个数据包中定时插入时间包，在时间包中加入已发送数据包的索引数据结构和前向时间包位置偏移；检索时，先将时间包挑出，建立时间包与位置的二维表，再根据该二维表和时间包所携带的索引数据格式进行检索，完成参数快速索引。

4.根据权利要求3所述的基于飞行数据的空中实时预警系统，其特征在于，将索引文件分散存储于存储空间中，首先逆序找到最后一个时间包，然后根据反向链接得到文件索引结构，增加EVENT判断条件，得到事件索引，再根据时间包中的包索引结构，进行信息检索。

5.根据权利要求3所述的基于飞行数据的空中实时预警系统，其特征在于，在信息检索过程中还包括快速定位算法，用于使系统在初始化过程中查找记录位置，并建立文件列表。

6.根据权利要求5所述的基于飞行数据的空中实时预警系统，其特征在于，所述快速定位算法包括：采用二分法，查找Block count值最大者，再逆序读出所有履历信息，得到文件列表。

7.根据权利要求1所述的基于飞行数据的空中实时预警系统，其特征在于，所述故障诊断模块对检索后的参数进行实时解算，包括通过数据解算分析，对特定的飞机状态信息进行实时监控，飞机异常状态信息的监控结果将作为故障诊断功能运行的条件和依据，输入到故障诊断功能供其调用和分析。

8.根据权利要求7所述的基于飞行数据的空中实时预警系统，其特征在于，在进行飞机异常状态信息的监控开始时，读取当前时刻的数据包，加载事件逻辑定义集，并提取当前时刻数据包中与每条事件逻辑相关的特征参数，进行事件匹配；按照故障判据中的逻辑定义，对相关的特征参数进行位运算，判断故障匹配结果。

9.根据权利要求6所述的基于飞行数据的空中实时预警系统，其特征在于，所述分析处理模块还包括数据收集模块、数据处理模块、数据调用模块和数据分发模块；所述数据解算分析是将通过所述数据收集模块接收到的飞行参数信息通过所述数据处理模块进行格式化处理，包括分类、工程值转换、按位解析；通过数据调用模块的分析单元，生成离散化的符号数据模型对飞行参数信息进行过滤分析和运算，得到快速判读结果，再将结果传送到故障诊断模块；故障诊断模块将收到的快速判读结果按照规定的格式生成故障诊断报告，然后传送给数据存储模块进行记录，同时传送给所述数据分发模块进行数据分发。

10.根据权利要求1所述的基于飞行数据的空中实时预警系统，其特征在于，所述机载设备的硬件部分包括DSP、FPGA和NOR FLASH功能模块，用于配置解析、参数还原、数据分析、模型运算和报告存储。

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