CN114726672B - 高速飞行器地面站多余度人机交互系统和方法 - Google Patents

高速飞行器地面站多余度人机交互系统和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114726672B
CN114726672B CN202210228930.7A CN202210228930A CN114726672B CN 114726672 B CN114726672 B CN 114726672B CN 202210228930 A CN202210228930 A CN 202210228930A CN 114726672 B CN114726672 B CN 114726672B
Authority
CN
China
Prior art keywords
afdx
data
monitoring
display
logic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210228930.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114726672A (zh
Inventor
欧韬
张琛
李文皓
刘充
蓝可华
王昌银
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangdong Aerospace Science And Technology Research Institute
Institute of Mechanics of CAS
Original Assignee
Guangdong Aerospace Science And Technology Research Institute
Institute of Mechanics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangdong Aerospace Science And Technology Research Institute, Institute of Mechanics of CAS filed Critical Guangdong Aerospace Science And Technology Research Institute
Priority to CN202210228930.7A priority Critical patent/CN114726672B/zh
Publication of CN114726672A publication Critical patent/CN114726672A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114726672B publication Critical patent/CN114726672B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/40—Bus networks
    • H04L12/40006—Architecture of a communication node
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04J—MULTIPLEX COMMUNICATION
    • H04J3/00—Time-division multiplex systems
    • H04J3/02—Details
    • H04J3/06—Synchronising arrangements
    • H04J3/0635—Clock or time synchronisation in a network
    • H04J3/0638—Clock or time synchronisation among nodes; Internode synchronisation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/40—Bus networks
    • H04L12/40169—Flexible bus arrangements
    • H04L12/40176—Flexible bus arrangements involving redundancy
    • H04L12/40189—Flexible bus arrangements involving redundancy by using a plurality of bus systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L41/00—Arrangements for maintenance, administration or management of data switching networks, e.g. of packet switching networks
    • H04L41/06—Management of faults, events, alarms or notifications
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L43/00—Arrangements for monitoring or testing data switching networks
    • H04L43/08—Monitoring or testing based on specific metrics, e.g. QoS, energy consumption or environmental parameters
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L43/00—Arrangements for monitoring or testing data switching networks
    • H04L43/08—Monitoring or testing based on specific metrics, e.g. QoS, energy consumption or environmental parameters
    • H04L43/0852—Delays
    • H04L43/087—Jitter
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L43/00—Arrangements for monitoring or testing data switching networks
    • H04L43/16—Threshold monitoring
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L5/00—Arrangements affording multiple use of the transmission path
    • H04L5/14—Two-way operation using the same type of signal, i.e. duplex
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04Q—SELECTING
    • H04Q9/00—Arrangements in telecontrol or telemetry systems for selectively calling a substation from a main station, in which substation desired apparatus is selected for applying a control signal thereto or for obtaining measured values therefrom
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/40—Bus networks
    • H04L2012/40267—Bus for use in transportation systems
    • H04L2012/4028—Bus for use in transportation systems the transportation system being an aircraft
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04Q—SELECTING
    • H04Q2209/00—Arrangements in telecontrol or telemetry systems
    • H04Q2209/30—Arrangements in telecontrol or telemetry systems using a wired architecture
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Small-Scale Networks (AREA)

Abstract

本发明公开了一种高速飞行器地面站多余度人机交互系统和方法，该系统采用3个AFDX总线网络16作为主数据总线网络，3个AFDX总线网络保证数据传输余度，其中2个使用光纤、1个使用普通双绞线屏蔽电缆，以此保证AFDX网络物理层的传输特性裕度，单个AFDX总线网络自带冗余；该方法包括：进行核心设备功率计算、判断核心设备工作状态；进行以太网交换监控的在位和底层通讯判断；进行以太网交换监控的事件交互数据延迟判断；典型数据监控对比；以太网交换抖动、延迟判断；宽带实时监控使用判断；自检测判断；日志判断；典型逻辑对比判断；人机交互输入和响应对比判断。本发明解决了AFDX网络在施工应用时管理和配置的难度很大的难题，有利于高宽带网的应用推广。

Description

高速飞行器地面站多余度人机交互系统和方法
技术领域
本发明属于航空航天领域、飞行器设计、人机交互技术领域，尤其涉及一种高速飞行器地面站多余度人机交互系统和方法。
背景技术
高速飞行器地面站多余度人机交互设计与整个飞行器机载系统、地面站、科学试验任务顶层规划直接关联，对整个飞行器机载系统、地面站、科学试验任务设计起关键作用。在飞行及科学试验任务中必须保证人机交互数据有足够的传输调度余度，人机交互余度设计必须科学合理，以尽可能低成本来保证飞行安全需求和科学试验任务需要。
国内在高速飞行器地面站多余度人机交互技术的研究尚处于初级阶段，涉及高速飞行器地面站人机交互技术较少。专利号201610843810.2专利名称：教练机多余度人机交互系统记载了采用双1553B总线做主总线，多条422、429总线为其他数据总线，进行人机交互数据多余度传输调度，该技术方案存在的问题是：第一、1553B总线虽然具有高稳定性，但带宽不够高；第二、主总线的余度只有2个，抗风险能力灵活性不够强。因为有些特殊重要的设备只有2个余度还是存在风险，需要增加余度，另外，各个设备的重要程度不同，但是该技术方案分配多余度时不能按照优先等级分配余度，而是统一分配相同的总线余度。
现有技术为解决1553B总线带宽不够高的问题，希望采用AFDX(全双工交换式以太网)总线网络替代1553B总线网络，AFDX是当前应用最为广泛的新一代总线网络，带宽100Mbps/400Mbps远远高于RS422、ARINC 429、Mil-STD 1553B等传统航空总线，但是，AFDX网络在施工应用时的难度较大，例如管理和配置的难度很大，对AFDX网络监控和系统逻辑调度方面需要施工方单独做软件，在大带宽条件下传输多余度带来余度判断管理难度大，且涉及监控和调度方面的逻辑判断条件有几十个，软件设计逻辑和实现非常复杂，基于施工时难度较大，导致长期以来，AFDX交换网络难以推广应用。
综上，国内在高速飞行器地面站多余度人机交互技术存在二个问题，第一：由于AFDX网络在施工应用时，对使用方要求很高、需要使用方自身开发软件进行设备的监控管理和逻辑调度，并且涉及设备监控和逻辑调度的逻辑判断因素众多，导致高宽带的AFDX交换网络难以推广应用。第二是传统主总线网络的设备多余度数量少，多余度分配不够灵活。
发明内容
本发明为解决现有技术存在的问题，提出一种高速飞行器地面站多余度人机交互系统和方法，目的在于解决现有技术对AFDX网络应用实施困难、以及网络设备多余度数量不足、多余度分配不够灵活的问题。
本发明为解决其技术问题采用以下技术方案
一种高速飞行器地面站多余度人机交互系统，包括显控核心单元1、地面传感器单元2、显示交互界面3、地面支持单元4；所述地面站多余度人机交互系统与其外部的机载系统5多通道交互连接，综合完成地面站、飞行器的数据交互和各逻辑功能；
所述显控核心单元1的数据融合处理机11、显示与控制计算机12、以及数据交换记录装置13子单元，具有以太网交换监控、逻辑调度功能，即包含AFDX交换网络状态监视控制和人机交互多余度显示控制任务主软件逻辑功能，保证交互系统的完全数据监控和逻辑控制调度；
所述地面传感器单元2负责接收、采集、处理机载系统下传的基本数据和参数，透传指令控制字和机载所需数据信息，采集、处理地面传感器数据并直接执行功能动作；
所述显示交互界面3负责作图显示，提供强实时、符合人机工效的交互平台，保证直接交互输入控制；
所述地面支持单元4与显控核心单元1、显示交互界面3直接交连，实现对地面支持单元的综合显示，人员对地面支持单元的集中操控；
其特点是：
所述显控核心单元1中的太网交换监控、逻辑调度功能软件包含以下模块：以太网交换监控模块、逻辑调度模块、AFDX交换机通道实时调整并配置模块、AFDX交换机底层通讯3:2表决模块、AFDX交换机实时使用带宽3:2表决模块、AFDX交换机工作日志3:2表决模块、典型逻辑计算对比3:2表决模块；人机输入和响应3:2表决模块；
所述以太网交换监控、逻辑调度功能停驻在作为显控核心单元1的多个设备里，包括所述数据融合处理机11、显示与控制计算机12和数据交换记录装置13；所述显控核心单元1中有且仅有一台设备具备全系统以太网交换监控、逻辑调度功能，系统能识别以太网交换监控、逻辑调度功能工作情况并自动判断选择切换执行该功能的显控核心单元设备，对数据总线网络进行自主管理；飞行员、操作员可通过显示交互界面3强制指定显控核心单元1中的数据融合处理机11、显示与控制计算机12、数据交换记录装置13中任意一个设备执行以太网交换监控、逻辑调度功能，以保证多余度数据控制调度的安全可靠。
所述高速飞行器地面站多余度人机交互系统采用3个AFDX交换网络16作为主数据总线网络，3个AFDX交换网络保证数据传输余度，其中2个使用光纤、1个使用普通双绞线屏蔽电缆，以此保证AFDX网络物理层的传输特性裕度，单个AFDX交换网络自带冗余；
所述显控核心单元1、地面传感器单元2、显示交互界面3、以及地面支持单元4按差异化设计逻辑灵活接入AFDX交换网络16；该差异化设计逻辑包括按照以下因素分析和综合：
1)系统级功能的设备：该设备包括系统监控、采集、逻辑处理功能：拥有该功能必须和3个AFDX交换网络都进行连接，保证其系统级功能完整性；
2)对飞行器安全和可靠性性影响的设备：该设备必须和AFDX交换网络A/B和C进行连接，保证其安全余度；
3)对人员安全性影响的设备：该设备必须和AFDX交换网络A/B和C进行连接，保证其安全余度；
4)对信号可靠性、实时性有高要求的设备：该设备建议和AFDX交换网络B和C进行连接；
5)信号传输特性、频率、带宽，图像视频需要大带宽的设备：该设备必须和AFDX交换网络A和B同时进行连接，保证其传输带宽；
6)设备详细功能约束设备、标准、规范约束设备；该设备与AFDX交换网络A、B、C中其中1个进行连接；
进一步地，该AFDX交换网络16包括AFDX交换网络A、B、C，其中，AFDX交换网络A由AFDX交换机一161和AFDX交换机二162冗余组成，AFDX交换机一161和AFDX交换机二162分别采用光纤A1、光纤A2；AFDX交换网络B由AFDX交换机三163和AFDX交换机四164冗余组成，AFDX交换机三163和AFDX交换机四164分别采用光纤B1和光纤B2；AFDX交换网络C由AFDX交换机五165和AFDX交换机六166冗余组成；AFDX交换机五165采用普通C1双绞线，AFDX交换机六166采用普通C2双绞线；422、CAN、SDI总线为其他数据总线，进行人机交互数据多余度传输调度；
所述差异化设计逻辑灵活接入AFDX交换网络16的方式包括：6ABC、4AC、4BC、4AB、2A、2B、以及2C；其中6ABC代表设备与AFDX交换网络16的3个AFDX交换网络都进行连接，拥有6组全双工通道，为4组光纤、2组双绞；其中4AC、4BC代表设备分别与1个光纤和1个双绞线AFDX交换网络进行连接，拥有4组全双工通道，为2组光纤、2组双绞；其中4AB代表设备与2个光纤AFDX交换网络都进行连接，拥有4组全双工通道，为4组光纤；其中2A、2B代表设备与1个光纤AFDX交换网络进行连接，拥有2组全双工通道，为2组光纤；其中2C代表设备与1个双绞线AFDX交换网络进行连接，拥有2组全双工通道为，2组双绞线。
进一步地，所述显控核心单元1的数据融合处理机11、显示与控制计算机12、以及数据交换记录装置13子单元接入AFDX交换网络16的方式为6ABC方式；所述显控核心单元1的监视控制计算机14、便携显控计算机15接入AFDX交换网络16的方式为4AC和4BC方式。
进一步地，所述地面传感器单元2的通信数据系统21、卫星通信系统22、战术数据链系统26接入AFDX交换网络16的方式为4AC和4BC方式；所述地面传感器单元2的地面近距通信系统23、地面光电夜视系统24接入AFDX交换网络16的方式为4AB方式；所述地面传感器单元2的差分卫星地面站系统25，接入AFDX交换网络16的方式为2A、2B方式。
进一步地，所述显示交互界面3的智能显示单元32接入AFDX交换网络16的方式为6ABC的方式；所述显示交互界面3的正前方控制显示板33、综合系统控制显示板34、语音识别控制系统35、双杆操作控制系统38，这4个子单元接入AFDX交换网络16的方式为4AC和4BC方式；所述显示交互界面3的虚拟视景增强系统36接入AFDX交换网络16的方式为4AB方式；所述显示交互界面3的双杆操作控制系统38接入AFDX交换网络16的方式为2C方式。
进一步地，所述地面支持单元4的地面电源系统41接入AFDX交换网络16的方式为4AC和4BC方式；所述地面支持单元4的嵌入式仿真系统42的方式为4AB方式。
进一步地，所述显控核心单元1、地面传感器单元2、地面支持单元4在未连接AFDX交换网络16时也响应人机交互操作，直接采集和响应显示交互界面3的人机交互操作；所述显控核心单元1的数据融合处理机11、显示与控制计算机12和数据交换记录装置13在未连接AFDX交换网络16时也响应人机交互操作：直接采集处理地面传感器单元2和地面支持单元4的数据，通过429、422、CAN数据总线和HDMI、SDI视频总线把数据直接发送给显示交互界面3；显示交互界面3能够从备份网络采集数据。所述显示交互界面3在未连接AFDX交换网络16时也响应人机交互操作：飞行员、操作员、监控员选择429、422、CAN数据总线和HDMI、SDI视频总线，直接查看显控核心单元1、地面传感器单元2、地面支持单元4的数据；
同时地面电源系统41和嵌入式仿真系统42具备远程数据采集器功能，将地面监控系统43、气象测量系统44、空调环境系统45进行统一采集并数据交互接入AFDX网络和其他总线网络；
地面站多余度人机交互系统飞行和测试时通过通信数据系统21、卫星通信系统22、地面近距通信系统23和机载系统5进行无线电通信；在地面维护和仿真时通过AFDX网络与机载机载系统5进行通信和数据交，所述机载系统5包括机载传感器单元52、任务载荷系统57。
进一步地，所述多余度人机交互系统与所述机载系统5为多通道数据信息交互连接：通过地面AFDX交换网络16与机载AFDX交换网络59直接连接；通过通信数据系统21、卫星通信系统22、地面近距通信系统23、战术数据链系统26与机载传感器单元52、任务载荷系统57无线电通信连接，综合完成地面站、飞行器的数据交互和各逻辑功能。
一种以太网交换监控和逻辑调度方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、进行核心设备功率计算、判断核心设备工作状态；
步骤二、进行以太网交换监控的在位和底层通讯判断；
步骤三、进行以太网交换监控的事件交互数据延迟判断；
步骤四、进行以太网交换监控、逻辑调度功能典型数据监控对比；
步骤五、进行以太网交换监控的以太网交换抖动、延迟判断；
步骤六、进行以太网交换监控的宽带实时监控使用判断；
步骤七、进行以太网交换监控、逻辑调度功能的自检测判断；
步骤八、进行以太网交换监控、逻辑调度功能的ADFX交换机的日志判断；
步骤九、进行以太网交换监控、逻辑调度功能的典型逻辑对比判断；
步骤十、进行以太网交换监控、逻辑调度功能的人机交互输入和响应对比判断。
所述步骤一具体过程如下：
1)读取地面电源系统41的汇流条电压和电气配置；
2)读取综合系统控制显示板34上电使能；
3)读取交换机、数据融合处理机11、显示与控制计算机12、数据交换记录装置13、智能显示单元32的电压、电流；所述交换机包括AFDX交换机一_六161-166；所述电压、电流来自于地面电源系统41在设备配送电时单独采集；
4)读取核心设备电压、电流；所述电压、电流为核心设备内部自主采集；
5)进行以太网核心设备功率计算、判断核心设备工作状态；
6)如果发现异常，执行以太网监控和逻辑调度功能的设备，自动控制不正常功率设备重新启动并人机界面报故；
所述步骤二具体过程如下：
1)读取交换机及数据融合处理机11、显示与控制计算机12、数据交换记录装置13硬件在位；
2)读取交换机及数据融合处理机11、显示与控制计算机12、数据交换记录装置13硬件喂狗，包括计数器、逻辑心跳；
3)进行以太网交换监控的在位和底层通讯判断；
4)如果发现异常，数据融合处理机11、显示与控制计算机12、数据交换记录装置13对在位和底层通讯进行3:2表决，假定故障状态为真时，是否影响通信，如有影响，重新进行调度配置，并报告故障状态；
所述步骤三具体过程如下：
1)读取基准时间，每50ms通过ADDX网络进行地面站时间同步；所述基准时间默认RTK卫星时间、次认显示与控制计算机12自计时；
2)读取地面站各个设备时间同步延时，进行以太网交换监控的时间同步判断；
3)如果发现异常，执行以太网监控和逻辑调度功能的设备，根据延迟阈值进行通道调整并配置；所述延迟阈值根据延迟绝对值和连续次数；
所述步骤四具体过程如下：
1)读取飞行器大气、飞行器惯导、地面电源系统41、智能显示单元32提供的典型参数数据，对典型参数数据传输延迟差和值对比进行监控，进行以太网交换监控的太网交换监控、逻辑调度功能典型数据监控对比；
2)如果发现异常，数据融合处理机11、显示与控制计算机12、数据交换记录装置13对典型数据监控进行3比2表决，假定故障状态为真时，判断是否影响通信，如有影响进行调度配置，并报告故障状态；
所述步骤五具体过程如下：
1)读取并综合计算数据流抖动、延迟、进行以太网监控的太网交换抖动、延迟判断；
2)如果发现异常，执行以太网监控和逻辑调度功能的设备，根据数据流抖动和延迟阈值进行通道调整并配置；
所述步骤六具体过程如下：
1)读取AFDX交换机的实时使用宽带，进行太网交换监控的带宽实时监控使用判断；
2)如果发现异常，数据融合处理机11、显示与控制计算机12、数据交换记录装置13对AFDX交换机的实时使用宽带进行3:2表决，假定故障状态为真时，判断是否影响通信，如有影响进行调度配置，并报告故障状态；
所述步骤七具体过程如下：
1)读取核心设备自检测信息：故障代码，根据故障代码，进行以太网交换监控、逻辑调度功能的自检测判断；
2)如果发现异常，执行以太网监控和逻辑调度功能的设备，根据自检测信息进行通道调整并配置；所述自检测信息为故障代码处置表信息；
所述步骤八具体过程如下：
1)读取AFDX交换机日志，根据交换机数据、故障日志，进行以太网交换监控、逻辑调度功能的AFDX交换机日志判断；
2)如果发现异常，数据融合处理机11、显示与控制计算机12、数据交换记录装置13对AFDX交换机日志进行3:2表决，假定该日志异常状态为真时，判断是否影响通信，如有影响进行调度配置，并报告故障状态；
所述步骤九具体过程如下：
1)读取飞行器机电电器单元机械参数，进行起落架逻辑运算、读取智能显示单元32的逻辑参数进行画面逻辑运算、进行周期内部逻辑运算、进行以太网交换监控、逻辑调度功能的典型逻辑计算对比判断；
2)如果发现异常，数据融合处理机11、显示与控制计算机12、数据交换记录装置13对典型逻辑计算对比进行3:2表决，重新进行调度配置，并报告故障状态；
所述步骤十具体过程如下：
1)出现典型人机交互操作时如电源操作、舵面自检、雷达发射等，进行输入相应对比，进行太网交换监控、逻辑调度功能的人机交互输入和响应对比判断。
2)如果发现异常，数据融合处理机11、显示与控制计算机12、数据交换记录装置13对人机交互输入和响应进行3:2表决，重新进行调度配置，并报告故障状态；
本发明的优点效果
1、本发明通过设置具有以太网交换监控和逻辑调度功能的以太网交换监控模块、逻辑调度模块、AFDX交换机通道实时调整并配置模块、AFDX交换机底层通讯3:2表决模块、AFDX交换机实时使用带宽3:2表决模块、AFDX交换机工作日志3:2表决模块、典型逻辑计算对比3:2表决模块、人机输入和响应3:2表决模块，通过采用按差异化设计逻辑灵活接入AFDX交换网络16的方法，解决了AFDX网络在施工应用时的难度较大、对AFDX网络监控和系统逻辑调度方面需要施工方单独做软件、在大带宽条件下传输多余度带来余度判断管理难度大、软件设计逻辑和实现非常复杂的难题。
2、本发明通过按照差异化逻辑分类设备，使得系统、组件、设备按余度设计差异化灵活接入AFDX交换网络：针对系统级功能的设备、对飞行器安全和可靠性性影响的设备、对人员安全性影响的设备、对信号可靠性和实时性有高要求的设备、图像视频需要大带宽的设备、实现约束和规范的设备，按照它们各自特点差异化接入AFDX交换网络；满足飞行员、操作员、监控员不同的人机交互需求。多余度设计保证飞行器科学试验的高完成度，保证飞行的高安全性，保证任务的高可靠性。
附图说明
图1为本发明高速飞行器地面站多余度人机交互系统框图；
图2为本发明地面站多余度人机交互系统AFDX交换网络框图；
图3为本发明以太网交换监控、逻辑调度判断流程图；
具体实施方式
⑴地面站多余度人机交互系统的AFDX交换网络16设计原理
1)3个AFDX网络的多通道保证系统在做监控表决时能快速做出；
2)3个AFDX网络其中2个使用光纤、1个使用双绞线，在保证光纤或双绞线之一受扰时保证系统物理原理上的冗余；
3)3个AFDX网络通道每个网络自带冗余尽可能的保证减少以太网交换监控、逻辑调度功能对交换机改变(通过交换机的维护端口配置和管理交换机)；
4)3个AFDX网络保证2个终端设备之间最多拥有9组通道，一般2个终端设备拥有4组通道，当超过3个AFDX网络后系统以太网交换监控、逻辑调度功能实现难度后会指数倍的增加；
5)3个AFDX网络保证2个终端之间最极限情况下通过3个交换网络级连保证传输，正常情况下1个交换网络或2个网络级连保证传输；
6)3个AFDX网络保证应急视频、事件文件的带宽传输，在终端视频电缆直链出现问题时和在事件文件传输时尽可能不影响AFDX的带宽，其中单个光纤传输带宽是大于单个双绞线传输带宽，优先使用光纤交换机；
7)3个AFDX网络中，光纤交换机和双绞线交换机是通过各一组双绞和光纤级联，光纤交换机是通过两组光纤级联。
⑵高速飞行器地面站多余度人机交互系统中各设备、系统、组件的主要功能和特点
1)显控核心单元1的主要功能和特点
数据融合处理机11：对机载、地面、网络的多维度数据进行融合和综合处理，具备对同一系统单个传感器参数多余度数据融合能力，同一系统多传感器数据融合能力，不同系统同参数融合能力，不同系统及传感器参数智能相关及外推能力；具备对同一系统多传感器综合管理能力，不同系统及传感器智能协调管理能力，飞行器多系统及多传感器优化使用能力；具备集中采集直接转发能力；具备任务主软件(OFP)驻留和AFDX交换网络状态监视控制(热备)功能。
显示与控制计算机12：具备对导航解算，智能任务规划，态势评估，威胁估计的能力，具备对多飞行器协同，集群飞行器任务规划、传感器协调、火力分配的能力，具备体系化接入、跨域协作、互操作功能，具备对武器发控管理能力，武器火控解算能力，智能多目标分配攻击能力，自动毁伤评估能力；具备集中采集直接转发能力；具备AFDX交换网络状态监视控制和人机交互多余度显示控制任务主软件(OFP)逻辑功能。
数据交换记录装置13：具备对所有AFDX交换网络(主数据总线网络)、备份总线、离散模拟量等直接无损采集并记录，对各个设备、系统、组件的重要内部参数进行统一无损采集并记录，并具备集中采集直接转发能力；具备任务主软件(OFP)驻留和AFDX交换网络状态监视控制(热备)。
监视控制计算机14：具备对各个设备、系统、组件的工作状态、参数、指标的监视能力，对各个实现功能的监视能力；能根据监控员的人机交互显示控制需求，进行语言、风格、主题设置，具备图形化拖曳式配置功能，以保证良好可在自定义的人机交互界面，具备对不同用户配置进行存储功能；能根据监控员的需求实时选择监数据信息，进行实时显示组合调整。
便携显控计算机15：具备对飞行器直接地面维护和检查功能，具备对显示交互界面3的重要交互显控操作备份功能，保证人机交互显控操作的余度。
AFDX交换网络16：作为主数据总线网络，具备数据信息可控及时传送能力，有独立的3个AFDX交换网络A、B、C，单个交换网络由2台AFDX交换机冗余组成，终端和交换机之间最多可4个光纤、2个普通双绞线屏蔽电缆连接保证AFDX网络物理层的传输特性裕度，保证数据安全可靠传输。
2)地面传感器单元2的主要功能和特点
通信数据链系统21：具备多频段大速率的音视频、数据信息、保密电文通信能力，支持地空组网，按需具备中继通信能力，具备自动/半自动定向连接飞行器能力，可融合使用差分卫星地面站数据，具备数据链云台自对准、测量能力，保证地面站与飞行器数据安全可靠传输。
卫星通信系统22：具备ka、ku等频段较大速率的音视频、数据信息、保密电文通信能力，具备自动/半自动锁定连接通信卫星能力，可融合使用差分卫星地面站数据，具备卫星通信转台天线自对准、测量能力，通过卫星保证飞行器与地面站的数据安全可靠传输。
地面近距通信系统23：具备近距多频段的音视频、数据信息超高带宽通信能力，具备地面站飞行员、操作员、监控员与外部飞行器机组人员、场务人员、他站通信功能，具备着陆滑行阶段机载飞行参数、音视频超高速下载能力。
地面光电夜视系统24：具备空中/面上红外、图像等多模融合成像、扫描能力，单及多目标跟踪能力。
差分卫星地面站系统25：能完成差分卫星地面站精确自标校，具备提供参考修正RTK差分信息能力。
战术数据链系统26：具备能保密频段数据信息、保密电文通信，支持通信组网，扩展具备自动/半自动定向连接能力，具备战术链路自对准、测量能力，保证战术数据安全可靠传输。
3)显示交互界面3的主要功能和特点
液晶显示器31：具备向监控员提供各个机载/地面设备、系统、组件的工作状态、参数、指标的监视画面，提供各个实现功能的监视画面，可根据监控员需求实时显示任务监控数据信息，也可直接调显飞行员、操作员的人机交互界面，提供监视画面的人机交互操作输入显示。
智能显示单元32：具备飞行所需最详细的态势、飞行器状态、矢量、系统、传感器、告警显示界面，具备可调节分屏能力、智能切换数据源能力，多个智能显示单元互相备份保证余度，具备独立备份显示能力。
正前方控制显示板33：具备最快捷的显控操作能力，提供最所需的态势、飞行器状态、矢量、显示界面，提供通信导航识别数据链等常用操作界面，提供任务载荷常用操作界面，可以快捷自定义，具备智能切换数据源能力、具备独立备份显示能力。
综合系统控制显示板34：具备提供机载/地面系统上下电、系统状态指示，提供机载系统传感器准备和使用的操作，提供地面系统准备和使用的操作，具备键盘、鼠标输入能力，可备份提供飞行员最所需的态势、矢量、显示界面，具备智能切换数据源能力、具备独立备份显示能力。
语音识别控制系统35：具备识别中文/英文语音能力，并智能匹配工作命令，机载/地面系统音量管理能力，具备事件、告警语音生成功能，具备和通信数据系统、地面近距通信系统、战术数据链系统交互功能,具备主动探测降噪能力和及时语音反馈能力。
虚拟视景增强系统36：具备飞行员平视显示功能，具备态势和威胁增强、地形和跑道增强、近地告警能力，保证飞行员具备夜视飞行、传感器、任务载荷快速操纵能力，具备独立备份显示能力。
刹车前轮舵面系统37：提供人工操作/联合操控时刹车、前轮转弯、方向舵、起落架的操作输入平台,提供信息反馈功能(含力反馈)。
双杆操作控制系统38：包含驾驶杆、油门杆，具备(除刹车、前轮转弯、方向舵、起落架外)全部交互操作功能，满足杆不离手操作,提供信息反馈功能(含力反馈)。
4)地面支持单元4的主要功能和特点
地面电源系统41：具备智能切换主供电的功能，供电包括市电、发电机、电池组，能人工切换供电电源，能稳定提供交流220V，直流56V、28V的供电，具备直接向飞行器供电能力，具备远程数据采集器功能。
嵌入式仿真系统42：具备提供飞行器的仿真环境、飞行性能仿真能力，提供传感器和任务载荷仿真能力，具备仿真数据直接驱动地面/机载设备、系统、组件的能力，具备远程数据采集器功能。
地面监控系统43：具备地面站舱内重点区域的音视频高品质采集能力，具备地面站舱外转台、天线、光电夜视等伺服作动部件的高清采集能力，具备监控音视频长时间记录存储和事件标记功能。
气象测量系统44：能实时测量提供风速、风向、温度、能见度等气象信息和参数。
空调环境系统45：具备供热、制冷、通风、净化能力，能测量和调控地面站温度、湿度，具备测量飞行员的典型生理指标能力。
机载系统5：包括机载显控核心单元51、机载传感器单元52、电传飞控系统53、燃油发动机系统54、机电电气系统55、外挂接口系统56、任务载荷系统57、环境液压系统58、机载AFDX交换网络59。在本文机载系统不逐一累述。
⑶太网交换监控、逻辑调度功能中的逻辑判断条件
1、地面站汇流条电压
2、地面站电气配置
3、上电使能
4、设备电压
5、设备电流
6、交换机及数据融合处理机11、显示与控制计算机12、数据交换记录装置13硬件在位(硬件喂狗信号)
7、时间同步
8、时间同步延时
9、周期数据延时
10、事件交互延时
11、软件喂狗(计数器、逻辑心跳)
12、典型数据监控对比
13、综合抖动、延迟
14、带宽实时监控使用
15、自检测
16、AFDX交换机日志
17、典型逻辑计算对比
18、人机交互输入和响应对比
基于以上发明原理，本发明设计了一种高速飞行器地面站多余度人机交互系统。
一种高速飞行器地面站多余度人机交互系统如图1、图2所示，包括显控核心单元1、地面传感器单元2、显示交互界面3、地面支持单元4；所述地面站多余度人机交互系统与其外部的机载系统5多通道交互连接，综合完成地面站、飞行器的数据交互和各逻辑功能；
所述显控核心单元1的数据融合处理机11、显示与控制计算机12、以及数据交换记录装置13子单元，具有以太网交换监控、逻辑调度功能，即包含AFDX交换网络状态监视控制和人机交互多余度显示控制任务主软件逻辑功能，保证交互系统的完全数据监控和逻辑控制调度；
所述地面传感器单元2负责接收、采集、处理机载系统下传的基本数据和参数，透传指令控制字和机载所需数据信息，采集、处理地面传感器数据并直接执行功能动作；
所述显示交互界面3负责作图显示，提供强实时、符合人机工效的交互平台，保证直接交互输入控制；
所述地面支持单元4与显控核心单元1、显示交互界面3直接交连，实现对地面支持单元的综合显示，人员对地面支持单元的集中操控；
其特点是：
所述显控核心单元1中的太网交换监控、逻辑调度功能软件包含以下模块：以太网交换监控模块、逻辑调度模块、AFDX交换机通道实时调整并配置模块、AFDX交换机底层通讯3:2表决模块、AFDX交换机实时使用带宽3:2表决模块、AFDX交换机工作日志3:2表决模块、典型逻辑计算对比3:2表决模块；人机输入和响应3:2表决模块；
所述以太网交换监控、逻辑调度功能停驻在作为显控核心单元1的多个设备里，包括所述数据融合处理机11、显示与控制计算机12和数据交换记录装置13；所述显控核心单元1中有且仅有一台设备具备全系统以太网交换监控、逻辑调度功能，系统能识别以太网交换监控、逻辑调度功能工作情况并自动判断选择切换执行该功能的显控核心单元设备，对数据总线网络进行自主管理；飞行员、操作员可通过显示交互界面3强制指定显控核心单元1中的数据融合处理机11、显示与控制计算机12、数据交换记录装置13中任意一个设备执行以太网交换监控、逻辑调度功能，以保证多余度数据控制调度的安全可靠。
所述高速飞行器地面站多余度人机交互系统采用3个AFDX交换网络16作为主数据总线网络，3个AFDX交换网络保证数据传输余度，其中2个使用光纤、1个使用普通双绞线屏蔽电缆，以此保证AFDX网络物理层的传输特性裕度，单个AFDX交换网络自带冗余；
所述显控核心单元1、地面传感器单元2、显示交互界面3、以及地面支持单元4按差异化设计逻辑灵活接入AFDX交换网络16；该差异化逻辑包括按照以下因素分析和综合：
1)系统级功能的设备：该类设备包括系统监控、采集、逻辑处理功能：拥有该功能必须和3个AFDX交换网络都进行连接，保证其系统级功能完整性；
2)对飞行器安全和可靠性性影响的设备：该类设备必须和AFDX交换网络A/B和C进行连接，保证其安全余度；
3)对人员安全性影响的设备：该类设备必须和AFDX交换网络A/B和C进行连接，保证其安全余度；
4)对信号可靠性、实时性有高要求的设备：该类设备建议和AFDX交换网络B和C进行连接；
5)信号传输特性、频率、带宽，图像视频需要大带宽的设备：该类设备必须和AFDX交换网络A和B同时进行连接，保证其传输带宽；
6)设备详细功能约束设备,标准、规范约束设备；该类设备与AFDX交换网络A、B、C中其中1个进行连接；
该AFDX交换网络16包括AFDX交换网络A、B、C，其中，AFDX交换网络A由AFDX交换机一161和AFDX交换机二162冗余组成，AFDX交换机一161和AFDX交换机二162分别采用光纤A1、光纤A2；AFDX交换网络B由AFDX交换机三163和AFDX交换机四164冗余组成，AFDX交换机三163和AFDX交换机四164分别采用光纤B1和光纤B2；AFDX交换网络C由AFDX交换机五165和AFDX交换机六166冗余组成；AFDX交换机五165采用普通C1双绞线，AFDX交换机六166采用普通C2双绞线；422、CAN、SDI总线为其他数据总线，进行人机交互数据多余度传输调度；
所述差异化设计逻辑灵活接入AFDX交换网络16的方式包括：6ABC、4AC、4BC、4AB、2A、2B以及2C；其中6ABC代表设备与AFDX交换网络16的3个AFDX交换网络都进行连接，拥有6组全双工通道，为4组光纤、2组双绞；其中4AC、4BC代表设备分别与1个光纤和1个双绞线AFDX交换网络进行连接，拥有4组全双工通道，为2组光纤、2组双绞；其中4AB代表设备与2个光纤AFDX交换网络都进行连接，拥有4组全双工通道，为4组光纤；其中2A、2B代表设备与1个光纤AFDX交换网络进行连接，拥有2组全双工通道，为2组光纤；其中2C代表设备与1个双绞线AFDX交换网络进行连接，拥有2组全双工通道为，为2组双绞线。
所述显控核心单元1的数据融合处理机11、显示与控制计算机12、以及数据交换记录装置13子单元接入AFDX交换网络16的方式为6ABC方式；所述显控核心单元1的监视控制计算机14、便携显控计算机15接入AFDX交换网络16的方式为4AC和4BC方式。
所述地面传感器单元2的通信数据系统21、卫星通信系统22、战术数据链系统26接入AFDX交换网络16的方式为4AC和4BC方式；所述地面传感器单元2的地面近距通信系统23、地面光电夜视系统24接入AFDX交换网络16的方式为4AB方式；所述地面传感器单元2的差分卫星地面站系统25，接入AFDX交换网络16的方式为2A、2B方式。
所述显示交互界面3的智能显示单元32接入AFDX交换网络16的方式为6ABC的方式；所述显示交互界面3的正前方控制显示板33、综合系统控制显示板34、语音识别控制系统35、双杆操作控制系统38，这4个子单元接入AFDX交换网络16的方式为4AC和4AB方式；所述显示交互界面3的虚拟视景增强系统36接入AFDX交换网络16的方式为4AB方式；所述显示交互界面3的双杆操作控制系统38接入AFDX交换网络16的方式为2C方式。
所述地面支持单元4的地面电源系统41接入AFDX交换网络16的方式为4AC和4BC方式；所述地面支持单元4的嵌入式仿真系统42的方式为4AB方式。
所述显控核心单元1、地面传感器单元2、地面支持单元4在未连接AFDX交换网络16时也响应人机交互操作，直接采集和响应显示交互界面3的人机交互操作；所述显控核心单元1的数据融合处理机11、显示与控制计算机12和数据交换记录装置13在未连接AFDX交换网络16时也响应人机交互操作：直接采集处理地面传感器单元2和地面支持单元4的数据，通过429、422、CAN数据总线和HDMI、SDI视频总线把数据直接发送给显示交互界面3；显示交互界面3能够从备份网络采集数据。所述显示交互界面3在未连接AFDX交换网络16时也响应人机交互操作：飞行员、操作员、监控员选择429、422、CAN数据总线和HDMI、SDI视频总线，直接查看显控核心单元1、地面传感器单元2、地面支持单元4的数据；
同时地面电源系统41和嵌入式仿真系统42具备远程数据采集器功能，将地面监控系统43、气象测量系统44、空调环境系统45进行统一采集并数据交互接入AFDX网络和其他总线网络；
地面站多余度人机交互系统飞行和测试时通过通信数据系统21、卫星通信系统22、地面近距通信系统23和机载系统5进行无线电通信；在地面维护和仿真时通过AFDX网络与机载机载系统5进行通信和数据交，所述机载系统5包括机载传感器单元52、任务载荷系统57。
所述多余度人机交互系统与所述机载系统5为多通道数据信息交互连接：通过地面AFDX交换网络16与机载AFDX交换网络59直接连接；通过通信数据系统21、卫星通信系统22、地面近距通信系统23、战术数据链系统26与机载传感器单元52、任务载荷系统57无线电通信连接，综合完成地面站、飞行器的数据交互和各逻辑功能。
一种以太网交换监控和以太网逻辑调度方法如图3所示，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、进行核心设备功率计算、判断核心设备工作状态；
步骤二、进行以太网交换监控的在位和底层通讯判断；
步骤三、进行以太网交换监控的事件交互数据延迟判断；
步骤四、进行以太网交换监控、逻辑调度功能典型数据监控对比；
步骤五、进行以太网交换监控的以太网交换抖动、延迟判断；
步骤六、进行以太网交换监控的宽带实时监控使用判断；
步骤七、进行以太网交换监控、逻辑调度功能的自检测判断；
步骤八、进行以太网交换监控、逻辑调度功能的ADFX交换机的日志判断；
步骤九、进行以太网交换监控、逻辑调度功能的典型逻辑对比判断；
步骤十、进行以太网交换监控、逻辑调度功能的人机交互输入和响应对比判断。
所述步骤一具体过程如下：
1)读取地面电源系统41的汇流条电压和电气配置；
2)读取综合系统控制显示板34上电使能；
3)读取交换机、数据融合处理机11、显示与控制计算机12、数据交换记录装置13、智能显示单元32的电压、电流；所述交换机包括AFDX交换机一_六161-166；所述电压、电流来自于地面电源系统41在设备配送电时单独采集；
4)读取核心设备电压、电流；所述电压、电流为核心设备内部自主采集；
5)进行以太网核心设备功率计算、判断核心设备工作状态；
6)如果发现异常，执行以太网监控和逻辑调度功能的设备，自动控制不正常功率设备重新启动并人机界面报故；
所述步骤二具体过程如下：
1)读取交换机及数据融合处理机11、显示与控制计算机12、数据交换记录装置13硬件在位；
2)读取交换机及数据融合处理机11、显示与控制计算机12、数据交换记录装置13硬件喂狗，包括计数器、逻辑心跳；
3)进行以太网交换监控的在位和底层通讯判断；
4)如果发现异常，数据融合处理机11、显示与控制计算机12、数据交换记录装置13对在位和底层通讯进行3:2表决，假定故障状态为真时，是否影响通信，如有影响，重新进行调度配置，并报告故障状态；
所述步骤三具体过程如下：
1)读取基准时间，每50ms通过ADDX网络进行地面站时间同步；所述基准时间默认RTK卫星时间、次认显示与控制计算机12自计时；
2)读取地面站各个设备时间同步延时，进行以太网交换监控的时间同步判断；
3)如果发现异常，执行以太网监控和逻辑调度功能的设备，根据延迟阈值进行通道调整并配置；所述延迟阈值根据延迟绝对值和连续次数；
所述步骤四具体过程如下：
1)读取飞行器大气、飞行器惯导、地面电源系统41、智能显示单元32提供的典型参数数据，对典型参数数据传输延迟差和值对比进行监控，进行以太网交换监控的太网交换监控、逻辑调度功能典型数据监控对比；
2)如果发现异常，数据融合处理机11、显示与控制计算机12、数据交换记录装置13对典型数据监控进行3比2表决，假定故障状态为真时，判断是否影响通信，如有影响进行调度配置，并报告故障状态；
所述步骤五具体过程如下：
1)读取并综合计算数据流抖动、延迟、进行以太网监控的太网交换抖动、延迟判断；
2)如果发现异常，执行以太网监控和逻辑调度功能的设备，根据数据流抖动和延迟阈值进行通道调整并配置；
所述步骤六具体过程如下：
1)读取AFDX交换机的实时使用宽带，进行太网交换监控的带宽实时监控使用判断；
2)如果发现异常，数据融合处理机11、显示与控制计算机12、数据交换记录装置13对AFDX交换机的实时使用宽带进行3:2表决，假定故障状态为真时，判断是否影响通信，如有影响进行调度配置，并报告故障状态；
所述步骤七具体过程如下：
1)读取核心设备自检测信息：故障代码，根据故障代码，进行以太网交换监控、逻辑调度功能的自检测判断；
2)如果发现异常，执行以太网监控和逻辑调度功能的设备，根据自检测信息进行通道调整并配置；所述自检测信息为故障代码处置表信息；
所述步骤八具体过程如下：
1)读取AFDX交换机日志，根据交换机数据、故障日志，进行以太网交换监控、逻辑调度功能的AFDX交换机日志判断；
2)如果发现异常，数据融合处理机11、显示与控制计算机12、数据交换记录装置13对AFDX交换机日志进行3:2表决，假定该日志异常状态为真时，判断是否影响通信，如有影响进行调度配置，并报告故障状态；
所述步骤九具体过程如下：
1)读取飞行器机电电器单元机械参数，进行起落架逻辑运算、读取智能显示单元32的逻辑参数进行画面逻辑运算、进行周期内部逻辑运算、进行以太网交换监控、逻辑调度功能的典型逻辑计算对比判断；
2)如果发现异常，数据融合处理机11、显示与控制计算机12、数据交换记录装置13对典型逻辑计算对比进行3:2表决，重新进行调度配置，并报告故障状态；
所述步骤十具体过程如下：
1)出现典型人机交互操作时如电源操作、舵面自检、雷达发射等，进行输入相应对比，进行太网交换监控、逻辑调度功能的人机交互输入和响应对比判断。
2)如果发现异常，数据融合处理机11、显示与控制计算机12、数据交换记录装置13对人机交互输入和响应进行3:2表决，重新进行调度配置，并报告故障状态；
以上所述并非是对本发明的限制，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明实质范围的前提下，还可以做出若干变化、改型、添加或替换，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高速飞行器地面站多余度人机交互系统，包括显控核心单元（1）、地面传感器单元（2）、显示交互界面（3）、地面支持系统（4）；所述地面站多余度人机交互系统与其外部的机载系统（5）多通道交互连接，综合完成地面站、飞行器的数据交互和各逻辑功能；
所述显控核心单元（1）的数据融合处理机（11）、显示与控制计算机（12）、以及数据交换记录装置（13）子单元，具有以太网交换监控、逻辑调度功能，即包含AFDX交换网络状态监视控制和人机交互多余度显示控制任务主软件逻辑功能，保证交互系统的完全数据监控和逻辑控制调度；
所述地面传感器单元（2）负责接收、采集、处理机载系统下传的基本数据和参数，透传指令控制字和机载所需数据信息，采集、处理地面传感器数据并直接执行功能动作；
所述显示交互界面（3）负责作图显示，提供强实时、符合人机工效的交互平台，保证直接交互输入控制；
所述地面支持系统（4）与显控核心单元（1）、显示交互界面（3）直接交连，实现对地面支持系统的综合显示，人员对地面支持系统的集中操控；
其特征在于：
所述显控核心单元（1）中的太网交换监控、逻辑调度功能软件包含以下模块：以太网交换监控模块、逻辑调度模块、AFDX交换机通道实时调整并配置模块、AFDX交换机底层通讯3:2表决模块、AFDX交换机实时使用带宽3:2表决模块、AFDX交换机工作日志3:2表决模块、典型逻辑计算对比3:2表决模块；人机输入和响应3:2表决模块；
所述以太网交换监控、逻辑调度功能停驻在作为显控核心单元（1）的多个设备里，包括所述数据融合处理机（11）、显示与控制计算机（12）和数据交换记录装置（13）；所述显控核心单元（1）中有且仅有一台设备具备全系统以太网交换监控、逻辑调度功能，系统能识别以太网交换监控、逻辑调度功能工作情况并自动判断选择切换执行该功能的显控核心单元设备，对数据总线网络进行自主管理；飞行员、操作员可通过显示交互界面（3）强制指定显控核心单元（1）中的数据融合处理机（11）、显示与控制计算机（12）、数据交换记录装置（13）中任意一个设备执行以太网交换监控、逻辑调度功能，以保证多余度数据控制调度的安全可靠；
所述高速飞行器地面站多余度人机交互系统采用3个AFDX总线网络（16）作为主数据总线网络，3个AFDX总线网络保证数据传输余度，其中2个使用光纤、1个使用普通双绞线屏蔽电缆，以此保证AFDX网络物理层的传输特性裕度，单个AFDX总线网络自带冗余；
所述显控核心单元（1）、地面传感器单元（2）、显示交互界面（3）、以及地面支持系统（4）按差异化设计逻辑灵活接入AFDX总线网络（16）；该差异化设计逻辑包括按照以下因素分析和综合：
1）系统级功能的设备：该设备包括系统监控、采集、逻辑处理功能：拥有该功能必须和3个AFDX总线网络都进行连接，保证其系统级功能完整性；
2) 对飞行器安全和可靠性性影响的设备：该设备必须和AFDX总线网络A/B和C进行连接，保证其安全余度；
3）对人员安全性影响的设备：该设备必须和AFDX总线网络B和C进行连接，保证其安全余度；
4）对信号可靠性、实时性有高要求的设备：该设备和AFDX总线网络B和C进行连接；
5）信号传输特性、频率、带宽，图像视频需要大带宽的设备：该设备必须和AFDX总线网络A和B同时进行连接，保证其传输带宽；
6）设备详细功能约束设备,标准、规范约束设备；该设备与AFDX总线网络A、B、C中其中1个进行连接。
2.根据权利要求1所述一种高速飞行器地面站多余度人机交互系统，其特征在于：该AFDX总线网络（16）包括AFDX交换网络A、B、C，其中，AFDX交换网络A由AFDX交换机一（161）和AFDX交换机二（162）冗余组成，AFDX交换机一（161）和AFDX交换机二（162）分别采用光纤A1、光纤A2；AFDX交换网络B由AFDX交换机三（163）和AFDX交换机四（164）冗余组成，AFDX交换机三（163）和AFDX交换机四（164）分别采用光纤B1和光纤B2；AFDX交换网络C由AFDX交换机五（165）和AFDX交换机六（166）冗余组成；AFDX交换机五（165）采用普通C1双绞线，AFDX交换机六（166）采用普通C2双绞线；422、CAN、SDI总线为其他数据总线，进行人机交互数据多余度传输调度；
所述差异化设计逻辑灵活接入AFDX总线网络（16）的方式包括：6ABC、4AC、4BC、4AB、2A、2B以及2C；其中6ABC代表设备与AFDX总线网络（16）的3个AFDX总线网络都进行连接，拥有6组全双工通道，为4组光纤、2组双绞； 其中4AC、4BC代表设备分别与1个光纤和1个双绞线AFDX总线网络进行连接，拥有4组全双工通道，为2组光纤、2组双绞；其中4AB代表设备与2个光纤AFDX总线网络都进行连接，拥有4组全双工通道，为4组光纤；其中2A、2B代表设备与1个光纤AFDX总线网络进行连接，拥有2组全双工通道，为2组光纤；其中2C代表设备与1个双绞线AFDX总线网络进行连接，拥有2组全双工通道为，为2组双绞线。
3.根据权利要求2所述一种高速飞行器地面站多余度人机交互系统，其特征在于：所述显控核心单元（1）的数据融合处理机（11）、显示与控制计算机（12）、以及数据交换记录装置（13）子单元接入AFDX总线网络（16）的方式为 6ABC方式；所述显控核心单元（1）的监视控制计算机（14）、便携显控计算机（15），这2个子单元接入AFDX总线网络（16）的方式为4AC和4BC方式。
4.根据权利要求2所述一种高速飞行器地面站多余度人机交互系统，其特征在于：所述地面传感器单元（2）的通信数据系统（21）、卫星通信系统（22）、战术数据链系统（26），这3个子单元接入AFDX总线网络（16）的方式为4AC和4BC方式；所述地面传感器单元（2）的地面近距通信系统（23）、地面光电夜视系统（24）接入AFDX总线网络（16）的方式为4AB方式；所述地面传感器单元（2）的差分卫星地面站系统（25），接入AFDX总线网络（16）的方式为2A、2B方式。
5.根据权利要求2所述一种高速飞行器地面站多余度人机交互系统，其特征在于：所述显示交互界面（3）的智能显示单元（32）接入AFDX总线网络（16）的方式为6ABC的方式；所述显示交互界面（3）的正前方控制显示板（33）、综合系统控制显示板（34）、语音识别控制系统（35）、双杆操作控制系统（38），这4个子单元接入AFDX总线网络（16）的方式为4AC和4AB方式；所述显示交互界面（3）的虚拟视景增强系统36接入AFDX总线网络16的方式为4AB方式；所述显示交互界面（3）的双杆操作控制系统（38）接入AFDX总线网络（16）的方式为2C方式。
6.根据权利要求2所述一种高速飞行器地面站多余度人机交互系统，其特征在于：所述地面支持系统（4）的地面电源系统（41）接入AFDX总线网络（16）的方式为4AC和4BC方式；所述地面支持系统（4）的嵌入式仿真系统（42）的方式为4AB方式。
7.根据权利要求1所述一种高速飞行器地面站多余度人机交互系统，其特征在于：所述显控核心单元（1）、地面传感器单元（2）、地面支持系统（4）在未连接AFDX总线网络（16）时也响应人机交互操作，直接采集和响应显示交互界面（3）的人机交互操作；所述显控核心单元（1）的数据融合处理机（11）、显示与控制计算机（12）和数据交换记录装置（13）在未连接AFDX总线网络（16）时也响应人机交互操作：直接采集处理地面传感器单元（2）和地面支持系统（4）的数据，通过429、422、CAN数据总线和HDMI、SDI视频总线把数据直接发送给显示交互界面（3）；显示交互界面（3）能够从备份网络采集数据；所述显示交互界面（3）在未连接AFDX总线网络（16）时也响应人机交互操作：飞行员、操作员、监控员选择429、422、CAN数据总线和HDMI、SDI视频总线，直接查看显控核心单元（1）、地面传感器单元（2）、地面支持系统（4）的数据；
同时地面电源系统（41）和嵌入式仿真系统（42）具备远程数据采集器功能，将地面监控系统（43）、气象测量系统（44）、空调环境系统（45）进行统一采集并数据交互接入AFDX网络和其他总线网络；
地面站多余度人机交互系统飞行和测试时通过通信数据系统（21）、卫星通信系统（22）、地面近距通信系统（23）和机载系统（5）进行无线电通信；在地面维护和仿真时通过AFDX网络与机载机载系统（5）进行通信和数据交，所述机载系统5包括机载传感器单元（52）、任务载荷系统（57）。
8.根据权利要求1所述一种高速飞行器地面站多余度人机交互系统，其特征在于：所述多余度人机交互系统与所述机载系统（5）为多通道数据信息交互连接：通过地面AFDX总线网络（16）与机载AFDX交换网络（59）直接连接；通过通信数据系统（21）、卫星通信系统（22）、地面近距通信系统（23）、战术数据链系统（26）与机载传感器单元（52）、任务载荷系统（57）无线电通信连接，综合完成地面站、飞行器的数据交互和各逻辑功能。
9.一种基于权利要求1-8任意一项所述一种高速飞行器地面站多余度人机交互系统的以太网交换监控和逻辑调度方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、进行核心设备功率计算、判断核心设备工作状态；
步骤二、进行以太网交换监控的在位和底层通讯判断；
步骤三、进行以太网交换监控的事件交互数据延迟判断；
步骤四、进行以太网交换监控、逻辑调度功能典型数据监控对比；
步骤五、进行以太网交换监控的以太网交换抖动、延迟判断；
步骤六、进行以太网交换监控的宽带实时监控使用判断；
步骤七、进行以太网交换监控、逻辑调度功能的自检测判断；
步骤八、进行以太网交换监控、逻辑调度功能的ADFX交换机的日志判断；
步骤九、进行以太网交换监控、逻辑调度功能的典型逻辑对比判断；
步骤十、进行以太网交换监控、逻辑调度功能的人机交互输入和响应对比判断。
10.根据权利要求9所述的以太网交换监控和逻辑调度方法，其特征在于：
所述步骤一具体过程如下：
1）读取地面电源系统（41）的汇流条电压和电气配置；
2）读取综合系统控制显示板（34）上电使能；
3）读取交换机、数据融合处理机（11）、显示与控制计算机（12）、数据交换记录装置（13）、智能显示单元（32）的电压、电流；所述交换机包括AFDX交换机一-六（161）-（166）；所述电压、电流来自于地面电源系统41在设备配送电时单独采集；
4）读取核心设备电压、电流；所述电压、电流为核心设备内部自主采集；
5）进行以太网核心设备功率计算、判断核心设备工作状态；
6）如果发现异常，执行以太网监控和逻辑调度功能的设备，自动控制不正常功率设备重新启动并人机界面报故；
所述步骤二具体过程如下：
1）读取交换机及数据融合处理机（11）、显示与控制计算机（12）、数据交换记录装置（13）硬件在位；
2）读取交换机及数据融合处理机（11）、显示与控制计算机（12）、数据交换记录装置（13）硬件喂狗，包括计数器、逻辑心跳；
3) 进行以太网交换监控的在位和底层通讯判断；
4）如果发现异常，数据融合处理机（11）、显示与控制计算机（12）、数据交换记录装置（13）对在位和底层通讯进行3:2表决，假定故障状态为真时，是否影响通信，如有影响，重新进行调度配置，并报告故障状态；
所述步骤三具体过程如下：
1）读取基准时间，每50ms通过ADDX网络进行地面站时间同步；所述基准时间默认RTK卫星时间、次认显示与控制计算机（12）自计时；
2）读取地面站各个设备时间同步延时，进行以太网交换监控的时间同步判断；
3）如果发现异常，执行以太网监控和逻辑调度功能的设备，根据延迟阈值进行通道调整并配置；所述延迟阈值根据延迟绝对值和连续次数；
所述步骤四具体过程如下：
1）读取飞行器大气、飞行器惯导、地面电源系统（41）、智能显示单元（32）提供的典型参数数据，对典型参数数据传输延迟差和值对比进行监控，进行以太网交换监控的太网交换监控、逻辑调度功能典型数据监控对比；
2）如果发现异常，数据融合处理机（11）、显示与控制计算机（12）、数据交换记录装置（13）对典型数据监控进行3比2表决，假定故障状态为真时，判断是否影响通信，如有影响进行调度配置，并报告故障状态；
所述步骤五具体过程如下：
1）读取并综合计算数据流抖动、延迟、进行以太网监控的太网交换抖动、延迟判断；
2）如果发现异常，执行以太网监控和逻辑调度功能的设备，根据数据流抖动和延迟阈值进行通道调整并配置；
所述步骤六具体过程如下：
1）读取AFDX交换机的实时使用宽带，进行太网交换监控的带宽实时监控使用判断；
2）如果发现异常，数据融合处理机（11）、显示与控制计算机（12）、数据交换记录装置（13）对AFDX交换机的实时使用宽带进行3:2表决，假定该故障状态为真时，判断是否影响通信，如有影响进行调度配置，并报告故障状态；
所述步骤七具体过程如下：
1）读取核心设备自检测信息：故障代码，根据故障代码，进行以太网交换监控、逻辑调度功能的自检测判断；
2）如果发现异常，执行以太网监控和逻辑调度功能的设备，根据自检测信息进行通道调整并配置；所述自检测信息为故障代码处置表信息；
所述步骤八具体过程如下：
1）读取AFDX交换机日志，根据交换机数据、故障日志，进行以太网交换监控、逻辑调度功能的AFDX交换机日志判断；
2）如果发现异常，数据融合处理机（11）、显示与控制计算机（12）、数据交换记录装置（13）对AFDX交换机日志进行3:2表决，假定该日志异常状态为真时，判断是否影响通信，如有影响进行调度配置，并报告故障状态；
所述步骤九具体过程如下：
1）读取飞行器机电电器单元机械参数，进行起落架逻辑运算、读取智能显示单元（32）的逻辑参数进行画面逻辑运算、进行周期内部逻辑运算、进行以太网交换监控、逻辑调度功能的典型逻辑计算对比判断；
2）如果发现异常，数据融合处理机（11）、显示与控制计算机（12）、数据交换记录装置（13）对典型逻辑计算对比进行3:2表决，重新进行调度配置，并报告故障状态；
所述步骤十具体过程如下：
1）出现典型人机交互操作时如电源操作、舵面自检、雷达发射，进行输入相应对比，进行太网交换监控、逻辑调度功能的人机交互输入和响应对比判断；
2）如果发现异常，数据融合处理机（11）、显示与控制计算机（12）、数据交换记录装置（13）对人机交互输入和响应进行3:2表决，重新进行调度配置，并报告故障状态。
CN202210228930.7A 2022-03-08 2022-03-08 高速飞行器地面站多余度人机交互系统和方法 Active CN114726672B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210228930.7A CN114726672B (zh) 2022-03-08 2022-03-08 高速飞行器地面站多余度人机交互系统和方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210228930.7A CN114726672B (zh) 2022-03-08 2022-03-08 高速飞行器地面站多余度人机交互系统和方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114726672A CN114726672A (zh) 2022-07-08
CN114726672B true CN114726672B (zh) 2023-08-04

Family

ID=82236921

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210228930.7A Active CN114726672B (zh) 2022-03-08 2022-03-08 高速飞行器地面站多余度人机交互系统和方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114726672B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117639906B (zh) * 2024-01-26 2024-04-12 成都星联芯通科技有限公司 用于高轨卫星宽带下信关站性能测试方法、装置及系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101482753A (zh) * 2009-02-11 2009-07-15 北京华力创通科技股份有限公司 一种多余度飞控计算机实时仿真装置及系统
CN107592187A (zh) * 2017-09-20 2018-01-16 成都中科信息技术有限公司 一种基于双通道表决系统的表决方法
WO2020151468A1 (zh) * 2019-01-22 2020-07-30 岳秀兰 主次无线设备通过物联网连接建立的车辆远程驾驶体系
CN111884891A (zh) * 2020-06-10 2020-11-03 上海宇航系统工程研究所 一种用于运载火箭的以太网总线系统
CN112051859A (zh) * 2020-08-11 2020-12-08 湖北吉利太力飞车有限公司 一种基于afdx网络的空中交通飞行器的航电系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101482753A (zh) * 2009-02-11 2009-07-15 北京华力创通科技股份有限公司 一种多余度飞控计算机实时仿真装置及系统
CN107592187A (zh) * 2017-09-20 2018-01-16 成都中科信息技术有限公司 一种基于双通道表决系统的表决方法
WO2020151468A1 (zh) * 2019-01-22 2020-07-30 岳秀兰 主次无线设备通过物联网连接建立的车辆远程驾驶体系
CN111884891A (zh) * 2020-06-10 2020-11-03 上海宇航系统工程研究所 一种用于运载火箭的以太网总线系统
CN112051859A (zh) * 2020-08-11 2020-12-08 湖北吉利太力飞车有限公司 一种基于afdx网络的空中交通飞行器的航电系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
AFDX网络系统监控设计与实现;王竹清;肖立民;胡玉其;;计算机测量与控制(第07期);71-74 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114726672A (zh) 2022-07-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110853411B (zh) 单一飞行员驾驶系统及控制方法
CN109070997A (zh) 机组自动化系统和方法
CN102915038A (zh) 一种微小型无人直升机双余度自主飞行控制系统
CN110071754A (zh) Uav测控链路中断故障应急处理方法
CN110884687A (zh) 一种机电系统phm技术半物理实时仿真验证平台
CN103576650A (zh) 一种机场地面设备运行安全监控管理系统
CN114726672B (zh) 高速飞行器地面站多余度人机交互系统和方法
CN112596799A (zh) 一种可扩展通用型机载任务管理系统
CN111443593A (zh) 一种网络化多余度的飞行器控制系统
CN107861377A (zh) 一种无人直升机的航电系统
CN110727290A (zh) 一种轻型无人直升机的航电系统方法及构架
CN115811373B (zh) 一种飞机前舱通信验证系统、方法及存储介质
CN112650279B (zh) 用于飞机的云飞行管理系统及云飞行管理方法
CN106470141A (zh) 一种基于gjb289a总线的机电数据交换方法
CN113392064A (zh) 一种微型综合航电核心处理机
CN109034723A (zh) 一种用于程序管制的塔台指挥电子进程管控系统
CN113256843A (zh) 集成式飞行记录设备及方法
CN114275160B (zh) 一种具有多维度信息探测能力的航空平台及协同作业方法
CN109841092A (zh) 一种无人机地面指挥控制系统
US20220411104A1 (en) Set of electronic modules and method for constructing aircraft flight control units from this set
RU133508U1 (ru) Магистральный самолет с системой управления общесамолетным оборудованием и самолетными системами
CN112671627A (zh) 一种机载飞行控制系统的体系化总线选型方法及装置
Todd Fly-by-light flight control system development for transport aircraft
CN210310909U (zh) 一种飞机着陆信号指示装置
Lunlong et al. Analysis of requirements and architecture of the next generation flight management system

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant