CN112416827B - 一种直升机通用综合航空电子系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于航空电子系统技术领域，公开了一种直升机通用综合航空电子系统，包括：综合控制单元ICU、四台多功能显示器MFD、两台综合显示处理机IDP、数据传输装置DTD、甚高频全向信标VOR；ICU通过RS422总线同两台综合显示处理机IDP相连；每台IDP上设有多个通用型接口，每个通用型接口与RS422总线、ARINC429总线、HDLC总线或者视频叠加信号线相连；两台IDP之间通过RS422总线相连，两台IDP分别通过以太网与数据传输装置DTD相连；两台IDP通过RS422总线、ARINC429总线和视频叠加信号线分别与四台MFD连接，四台MFD通过视频记录信号线与数字视频记录仪DVR相连；两台IDP通过RS422总线和ARINC429总线与甚高频全向信标VOR相连，提升了直升机航空电子系统人机接口的友好性，具有良好的人机工效。

Description

一种直升机通用综合航空电子系统
技术领域
本发明属于航空电子系统技术领域，尤其涉及一种直升机通用综合航空电子系统。
背景技术
航空电子系统是直升机的重要组成部分，传统航空电子系统由分立的电子设备组成，重量大，占用空间，各种设备接口不统一。我国首款大型民用直升机AC313可用于各种通航作业任务，适用于运输、消防、搜索救援等领域，其综合性能完全满足我国全疆域使用要求，大型民用直升机多任务的特点需要直升机航电系统构架具有可以快速扩展的特性，而传统分立式航空电子系统存在操作复杂、功能少和功能扩展困难等问题，难以满足大型民用直升机的需求。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提出一种具有良好人机接口和可扩展通用接口的大型民用直升机通用综合航空电子系统，研制了适用于直升机的甚高频全向信标VOR信号接收系统，克服了直升机旋翼对VOR信号的影响。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。
一种直升机通用综合航空电子系统，所述系统包括：综合控制单元ICU、四台多功能显示器MFD、两台综合显示处理机IDP、数据传输装置DTD、甚高频全向信标VOR；
ICU通过RS422总线同两台综合显示处理机IDP相连；
每台IDP上设有多个通用型接口，每个通用型接口与RS422总线、ARINC429总线、HDLC总线或者视频叠加信号线相连；
两台IDP之间通过RS422总线相连，两台IDP分别通过以太网与数据传输装置DTD相连；
两台IDP通过RS422总线、ARINC429总线和视频叠加信号线分别与四台MFD连接，四台MFD通过视频记录信号线与数字视频记录仪DVR相连；
两台IDP通过RS422总线和ARINC429总线与甚高频全向信标VOR相连。
本发明技术方案的特点和进一步的改进为：
(1)所述两台综合显示处理机IDP互为备份。
(2)IDP上设置多个通用接口，当需要扩展任务系统时，IDP将直升机平台通用数据发送给扩展任务系统，；扩展任务系统产生的信号通过视频发送给IDP显示；
如果扩展任务系统需要接受综合控制，则与IDP之间通过ARINC429总线收发指令、反馈状态。
(3)ICU按照起点/终点命名飞行计划，飞行计划编辑后，飞行计划名称自动生成；当修改了飞行计划的起点或终点，飞行计划名称会自动更新，与起点终点保持一致。
(4)当直升机到达目的地并需要原路返回时，ICU生成返回的飞行计划。
(5)在甚高频全向信标VOR系统中，VOR信号经过初级处理后获得了受旋翼影响的30Hz可变相信号和受旋翼影响的30Hz基准相信号，两信号分别经过2kHz采样、27Hz–33Hz带通滤波、100kHz数据恢复和低通滤波后获得消除旋翼影响的30Hz可变相信号和30Hz基准相信号，经过方位解算和后处理后获得方位信息。
(6)飞行员使用ICU的空地信息网络界面人工输入视野内的目标信息，ICU实时生成环境态势图并显示于MFD上。
(7)直升机上产生的环境态势图通过超短波电台联入到空地信息网络中，利用所述空地信息网络与其他空中在网单位和地面在网单位进行信息共享。
本发明的电子系统通用性好，可扩展性强，操作简便，安全性高，适合在各类大型民用直升机上推广。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种直升机通用综合航空电子系统的架构组成示意图；
图2为本发明实施例提供的ICU查找航路点界面示意图；
图3为本发明实施例提供的ICU飞行计划选择界面示意图；
图4为本发明实施例提供的ICU飞行计划使用翻转功能后的界面示意图；
图5为本发明实施例提供的抗旋翼干扰VOR信号处理流程示意图；
图6为本发明实施例提供的空地信息网络结构示意图。
具体实施方式
本发明架构中的大型民用直升机通用综合航电系统以综合显示处理机(IDP)为核心部件，通过标准数字、视频接口与航电设备交联，实现综合显示控制、数据加载、视频记录等功能，并具有良好的可扩展性，可满足大型民用直升机多种任务要求。
本发明系统架构如附图1所示：
飞行员通过一台按键式中英文双语显示综合控制单元(ICU)和四台多功能显示器(MFD)操作直升机航电系统，ICU通过RS422总线同两台综合显示处理机(IDP)相连，两台互为备份，当其中一台IDP出现故障时，可由另一台IDP收集和处理所有数据信息。
两台IDP均设有通用型接口，并与RS422总线、ARINC429总线、HDLC总线、视频叠加信号线相连。两台IDP通过RS422总线相连，此外通过以太网同数据传输装置(DTD)相连。
两台IDP通过RS422总线、ARINC429总线和视频叠加信号线与四台MFD连接，四台MFD通过视频记录信号线同数字视频记录仪(DVR)相连。
两台IDP通过RS422总线同报文机相连。
两台IDP通过RS422总线和ARINC429总线同VOR相连。
两台IDP通过RS422总线和ARINC429总线同其他航电系统相连。(机内电台、气象雷达、北斗导航系统等)
两台IDP通过ARINC429总线和视频信号线同可扩展任务系统相连。()
本发明中IDP功能及指标包括：
处理器：PowerPc750；
存储器容量：总量不小于16M(不包括数字地图存贮器容量)；
具有掉电数据保护功能；
高速非易失存储器128KB，用于掉电数据保护功能；
配置VxWorks操作系统，支持地面开发、维护和OFP软件的运行；
地图数据库范围：缺省状态为全国地图，地图比例1∶100万；
地图数据库种类：彩色数字化矢量航图数据；
通过HDLC总线对多功能显示器画面进行显示控制；
具有视频输入输出处理能力，视频制式为差分XGA视频信号；
具有正常电源和应急电源的输入能力。
本发明中IDP创新性地采用了通用接口，当需要扩展任务系统时，IDP将直升机平台通用数据发送给扩展任务系统，避免扩展任务系统与机上其他设备进行复杂的交联。扩展任务系统产生的信号可以通过视频发送给IDP显示。如果扩展任务系统需要接受综合控制，可以与IDP之间通过ARINC429总线收发指令、反馈状态。通过这一设计有效提升了航空电子系统的可扩展性。
本发明中MFG功能及指标包括：
采用有源矩阵彩色液晶显示器；
有效显示面积：157.8mm×210.4mm；
分辨率：768×1024彩色像素；
视角：水平：-65°～+65°、垂直：-35°～+35°；
灰度等级：64级；
对比度：环境照度为100000LX下不小于3：1；
显示刷新速率：60Hz；
彩色种类：256种；
显示亮度和对比度：具有手动和自动亮度、对比度调节及字符亮度调节功能；
字母数字符号：能显示所有一、二级汉字库中的汉字；
作图能力：提供基本的作图函数库，能产生矢量、圆、弧、直线等；具有旋转、填充等能力；能预编程一些常用的固定字符；
面板照明及显示与夜视兼容；
具有亮度、对比度、字符亮度调节旋钮；
亮度：
白天模式：最大亮度不小于820cd/m2；
夜间模式：最小亮度不大于0.17cd/m2；
采用嵌入式操作系统，提供二次编程能力；
在面板正下方应安装机械侧滑仪，侧滑仪的照明符合夜视兼容要求；
具有外视频输入处理能力,提供视频图像输出功能。
本发明中DTD功能及指标包括：
程序存储空间：512k；
FLASH电子盘：存储容量8GB。
本发明中DVR功能及指标包括：
视频通道：4路视频输入；
输入视频信号：差分XGA视频信号；
记录介质：固态电子盘，存储容量16GB；
回放图像分辨率：分辨率不小于768×1024彩色像素；
记录时间：每路不小于300min；
记录帧率：25帧/秒；
图像压缩格式：MPEG4或H.264。
本发明中ICU功能及指标包括：
具有多普勒雷达工作方式控制功能；
具有组合导航系统参数的设置功能和航路点、航线的编辑能力；
具有无线电告警高度设置功能；
具有场压装订设置功能；
显示器采用有源矩阵彩色液晶显示器；
显示器有效显示面积：101mm×76mm；
显示器分辨率：640×480彩色象素；
显示器视角：水平：-60°～+60°、垂直：-35°～+35°；
亮度：
白天模式：最大亮度不小于800cd/m2；
夜间模式：最小亮度不大于0.17cd/m2；
显示器灰度等级：64级；
显示器显示刷新率：60Hz；
彩色种类：256种；
显示亮度和对比度：具有手动和自动亮度、对比度调节及字符亮度调节功能；具有亮度、对比度调节旋钮；
显示及面板照明满足夜视兼容要求。
本发明中ICU具备中英文切换能力，为首款大型民用直升机中英文双语ICU。ICU采用了新型操作流程，支持按照中英文、数字搜索，飞行员搜索航路点时按照航路点名称搜索，输入一个中文、英文或数字字符后，会自动将包含该字符的航路点名称显示出来供飞行员选择，摆脱了传统ICU按航路点号搜索的方式，减少了飞行员记忆负担，提高了使用效率。ICU查找航路点页面如附图2所示。ICU按照起点/终点命名飞行计划，飞行计划编辑后，飞行计划名称无需编辑可以自动生成。当修改了飞行计划的起点或终点，飞行计划名称会自动更新，与起点终点保持一致，摆脱了原先按序号命名飞行计划的方法，使画面显示更直观，提高飞行员使用效率，具有更好的人机接口友好性，ICU查找航路点页面如附图3所示。ICU飞行计划增加了反转功能，当直升机到达目的地并需要原路返回时，使用反转功能可以自动生成返回的飞行计划，减少了飞行员手动修改返航计划的工作量，ICU使用了路径反转功能的页面如附图4所示。
本发明支持直升机VOR导航功能，为首款直升机VOR系统，传统VOR系统因为受到旋翼影响会产生22Hz和132Hz干扰信号，无法应用于旋翼飞行器。本发明中VOR功能软件中基准相信号和可变相信号采用了滤波算法，其流程如附图5所示，VOR信号经过初级处理后获得了受旋翼影响的30Hz可变相信号和基准相信号，两信号分别经过2kHz采样、27–33Hz带通滤波、100kHz数据恢复和低通滤波后获得消除旋翼影响的30Hz可变相信号和基准相信号，进过方位结算和后处理后获得方位信息。通过该滤波算法可以有效滤除30Hz±3Hz以外的干扰信号，消除了由旋翼调制产生的22Hz和132Hz干扰信号，使得VOR系统可以在旋翼飞行器上工作。
本发明支持民用空地信息网络，为首款针对直升机实际应用环境的空地信息网络系统。空地信息网络由直升机机载综合传感器、直升机机载信息处理输入系统和超短波电台构成。其结构如附图6所示，使用时飞行员发现其他飞行物、鸟群和地面车辆等目标，可以使用ICU的空地信息网络界面人工输入目标，这些信息经过汇总生成环境态势图并显示于MFD上。直升机上汇总产生的环境态势图通过超短波电台联入到空地信息网络中，利用该网络同其他空中在网单位和地面在网单位实现信息共享，提升直升机飞行安全，为民用直升机城市飞行、救灾救援等应用提供了一种新工具。
本发明关键点包括：ICU支持中英文双语显示，航路点按名称搜索，按照起点/终点命名飞行计划并且名称可以自动生成自动更新，具有飞行计划反转功能；IDP具有通用型接口；具有滤波算法的抗旋翼干扰VOR；民用直升机空地信息网络。
本发明设计了新型ICU操作流程，有效提升了ICU系统的直观性和实用性，提升了直升机航空电子系统人机接口的友好性，减轻了飞行员的负担，具有良好的人机工效。利用具有通用型接口的IDP，可以快速进行功能扩展，添加任务系统，提升了航空电子系统的综合性和通用性，使得航空电子系统能够满足大型民用直升机多种客户化定制需求。发展了适用于直升机的VOR接收系统，VOR接收信号稳定连续，使用效果良好，使得VOR导航可以运用在直升机上。设计了使用于民用直升机的空地信息网络，提升直升机飞行安全，为民用直升机城市飞行、救灾救援等应用提供了一种新工具。

Claims (8)

1.一种直升机通用综合航空电子系统，其特征在于，所述系统包括：综合控制单元ICU、四台多功能显示器MFD、两台综合显示处理机IDP、数据传输装置DTD、甚高频全向信标VOR；
ICU通过RS422总线同两台综合显示处理机IDP相连；
每台IDP上设有多个通用型接口，每个通用型接口与RS422总线、ARINC429总线、HDLC总线或者视频叠加信号线相连；
两台IDP之间通过RS422总线相连，两台IDP分别通过以太网与数据传输装置DTD相连；
两台IDP通过RS422总线、ARINC429总线和视频叠加信号线分别与四台MFD连接，四台MFD通过视频记录信号线与数字视频记录仪DVR相连；
两台IDP通过RS422总线和ARINC429总线与甚高频全向信标VOR相连。
2.根据权利要求1所述的一种直升机通用综合航空电子系统，其特征在于，
所述两台综合显示处理机IDP互为备份。
3.根据权利要求1所述的一种直升机通用综合航空电子系统，其特征在于，
IDP上设置多个通用接口，当需要扩展任务系统时，IDP将直升机平台通用数据发送给扩展任务系统，扩展任务系统产生的信号通过视频发送给IDP显示；
如果扩展任务系统需要接受综合控制，则与IDP之间通过ARINC429总线收发指令、反馈状态。
4.根据权利要求1所述的一种直升机通用综合航空电子系统，其特征在于，
ICU按照起点/终点命名飞行计划，飞行计划编辑后，飞行计划名称自动生成；当修改了飞行计划的起点或终点，飞行计划名称会自动更新，与起点终点保持一致。
5.根据权利要求4所述的一种直升机通用综合航空电子系统，其特征在于，当直升机到达目的地并需要原路返回时，ICU生成返回的飞行计划。
6.根据权利要求1所述的一种直升机通用综合航空电子系统，其特征在于，在甚高频全向信标VOR系统中，VOR信号经过初级处理后获得了受旋翼影响的30Hz可变相信号和受旋翼影响的30Hz基准相信号，两信号分别经过2kHz采样、27Hz–33Hz带通滤波、100kHz数据恢复和低通滤波后获得消除旋翼影响的30Hz可变相信号和30Hz基准相信号，经过方位解算和后处理后获得方位信息。
7.根据权利要求1所述的一种直升机通用综合航空电子系统，其特征在于，飞行员使用ICU的空地信息网络界面人工输入视野内的目标信息，ICU实时生成环境态势图并显示于MFD上。
8.根据权利要求1所述的一种直升机通用综合航空电子系统，其特征在于，直升机上产生的环境态势图通过超短波电台联入到空地信息网络中，利用所述空地信息网络与其他空中在网单位和地面在网单位进行信息共享。
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