CN1736043B - 飞机飞行数据管理系统 - Google Patents

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Abstract

一种飞行数据收集和发送系统包括用于接收数字飞行数据的数据接口，将数据格式化为二进制或数据文件的装置，将数据文件包含进电子邮件中的装置，使用通信系统发送电子邮件的装置。一种收集和发送飞机数据的方法，包括接收和存储数字飞行数据的步骤，在发生定义事件时创建数据文件和发送数据作为电子邮件一部分的步骤。

Description

飞机飞行数据管理系统
技术领域
本发明属于飞机飞行数据的管理系统，既飞机机载数据的获取，存储和发送。
背景技术
飞机在飞行中能够自动产生和记录飞机的性能和运行数据。这些数据在飞机发生事故和事件的时候能够协助发现飞机的故障组件和系统的老化。这些数据也可以用于改善飞机的运行效率，优化飞机利用率，协助分析飞行员飞行品质及飞机的生产调配。
飞机的数据通常是由数字式飞机数据获取组件(DFDAU)来获得。飞机数据获取组件是飞机各系统各传感器及数据总线与飞机数据记录器(FDR)的接口组件，飞机数据记录器(FDR)在老型飞机上将这些数据存储在磁介质或光磁介质上，现代飞机则用固态介质储存。飞机降落后，地面人员则在飞机上取出这些介质或者从这些介质上下载数据，同时将这些数据发送到飞行运营中心(FOC)。人员的配备和人工的数据配送使得人员成本增大，数据可靠性减少，并且导致数据飞行引起的飞机延误。
飞机数据一直在用射频(HF)技术传输。这一传统技术需要很高的投资来建造射频传输系统，同时系统的多余度也需要很大的资金。
飞机系统数据的另一传输方式就是运用终端电话系统进行传输。这一技术需要飞机停靠在相应系统接口上来进行传输，并且这项技术会引起不必要的航班延误。实现这一技术需要飞机安装昂贵的电话系统，从而增加了飞机的运行和维护的费用。
除此之外，美国专利6,181,990号所包括的另一项飞机的数据传输技术是基于无线移动通讯技术的数据传输。这一技术用于将飞机的所有数据形成一个大约为40兆大小的完整的文件。文件可以以压缩的形式传输，节省文件大小，减少传输时间，数据也可加密。数据将被处理成报文形式，形成UDP/IP数据包，通过移动通讯系统将数据发送到飞行营运中心，数据从而得到解包，解压和解密处理。这一系统的缺陷在于数据量过大，移动通讯的传输方式会导致数据包的丢失。
因此，目前在飞机数据传输的领域里需要一种高效，可靠的方式实施飞机数据实时自动的远程传输。
发明内容
此项发明优化了从飞机数据收集与传输到飞机地面数据处理的系统。因此，此项飞机数据传输系统组成的发明是：
(a)飞机数据收集和监控的工具
(b)按照二进制或文本文件对数据和部分数据进行格式化的工具
(c)将二进制或文本文件集成在电子邮件里的工具
(d)传输电子邮件的工具
(e)将电子邮件传输到地面系统的工具
在另一方面，此项传输飞机数据的发明由以下步骤组成：
(a)从飞机数据总线和飞机离散数据源接受数字飞行数据
(b)将数据存贮在飞行数据文件中
(c)在特殊事件或指令下产生一个报告文件
(d)将产生的报告文件由电子邮件或电子文件的附件通过无线电传输下传
在另一个方面，这一发明有飞机数据收集和传输的功能：
(a)监测飞机数据的方法
(b)至少一个飞机的状况和相关的情况的数据库规则
(c)将飞机数据和规则数据库的比较工具
(d)飞机数据和飞机条件数据相符的工具
附图说明
此项发明将用简化的和说明性的图文来介绍：
图1代表本项发明的系统介绍
图2代表本项发明的卫星星座的介绍
图3代表一个数据处理单元的功能
图4代表一个数据处理单元的功能组成
图5代表本项发明的功能流程图
图6代表一个飞行数据报告的样本
图7代表一个发动机数据报告的样本
图8代表本项发明的地面服务器数据处理的功能图
具体实施方式
此发明为飞机提供了飞机数据管理系统。在描述次发明的时候，所有未经说明的用语将具有共性。
这里所指的“飞行数据”是飞机在运行中的运行性能数据或变量并可被感应和记录的参数。飞行数据将包括但并不限于：时间和日期；压力；高度；空速或地速；垂直加速度；磁航向；操纵杆位置；方向舵脚蹬位置；方向舵位置；水平安定面位置；燃油流量；照相；音频和视频记录。飞行数据还包括有飞行数据衍生的数据和变量。
这里的“电邮“和“电子信箱“指的是由一个计算机设备通过计算机网络向另一个计算机传递的文本信息。电邮可以包括一个简单格式(ASCII码)的文本或具有适当格式的计算机文件。电邮的客户端和服务器端的结构和功能是普及的。
总体上，如图1所示，本发明的系统包括一个安装在飞机10上的飞机数据处理组件12。与系统相关的还有一个地面站服务器14作为信息的关口，至少一个远程安置和管理的维护和运营的工作站。数据处理组件12与飞机不同的数据总线相连并且收集飞机数据。地面站服务器14截获和存储飞行数据同时按需给系统用户提供数据报告。数据用户可以通过维护和运营工作站16可以应用数据接口里的压缩数据分析软件查询和存储数据。
如图2所示，数据处理组件和远程服务器的通讯方法包括一个卫星链路，此链路包括运用数据处理组件12中的通讯模块36里的一个卫星调制解调器18，卫星星座系统22，到达地面卫星接收器24连到关口26和互联网28或其他计算机网络。卫星系统包括地球同步卫星系统或者是低轨道卫星系统。
一个全球卫星定位系统(GPS)接收机30包括在通讯模块36中。常识里，GPS接收机30接受来自GPS卫星32的无线电信号，计算飞机10的位置和高度并用于为数据处理组件提供飞行数据。
数据处理组件包括三个物理模块。一个数据获取组件34是对于飞机系统的主要接口。一个通讯模块36包括一个通讯设备18如卫星或移动蜂窝调制解调器和一个无线电收发器。一个控制模块38控制数据采集和通讯模块和处理储存飞行数据。此组件还包括一个电源组件40来接受飞机电源并在必要的时候将低电压电源传输供给到数据获取组件的电路。常规飞机电源是28伏直流。
电源组件40与数据获取模块34结合起来为数据处理组件12提供12伏直流和3.3伏直流。电源组件40可以和任何切换的飞机汇流条(未示)交联。另外，在飞机数据传输和获取的过程中如果飞机电源系统失效，则另一个连在飞机火线上28伏直流可以为系统提供备用电源。此备用电源可以按照定制好的时间切断电源以防飞机电瓶过于漏电。
数据获取模块包括至少一个数据读取模块42用于对飞机飞行数据记录器总线的接口。正常情况下，数据读取模块能够读取民用航空标准格式文件如ARINC717或573格式，并且ARINC429用于目前电子组件的通讯与交流。其他可以实施的数据格式如军方标准。另外组件还包括离散数据的输入模块(44，46)。在此，离散数据的输入并非是从数据总线得到。离散数据可以是客舱们开关，个别表头或襟翼升上和下降的控制组件。另外，组件可以包括一个串行接口48可以允许一个计算机设备如笔记本电脑，手持或台式电脑，或一个个人数字助理(PDA)连接组件。一个RS-422，或一个RS-232，或一个带有RS-232适配器的RS422接口可以提供给PDA连接。
一个飞机标识插件50提供关于飞机的特别的标识。标识信号包括飞机的生产，型号，序列号和其他与此飞机相关的特殊信息。
通讯模块36除了包括一个卫星调制解调器18或其他通讯设备外，还包括一个GPS接收机30用于没有GPS设备的飞机。正常情况下，通讯模块应用一个拥有GPS功能的卫星调制解调器。合适的卫星调制解调器可以是商业应用的，包括Magellan OM-200，Stellar调制解调器或者Quake Global Q1500卫星调制解调器。通讯模块实施的特殊通讯模式并不是目前系统的基本功能。UHF频段的卫星系统得到优先选择因为此卫星系统的全球覆盖性。如果移动蜂窝技术能够实现全球覆盖的话，此发明也会采用移动蜂窝电话的技术作为数据处理组件12和地面站服务器14之间的通讯模式。同理，VHF和HF无线电收发机也能得到运用。
数据获取模块34和通讯模块36都与数据存储和控制模块38通讯，数据存储和控制模块是数据获取组件12的主控器。它用于控制和监控数据获取模块，进行任何必要的数据转换和计算，进行数据格式化，并且在内存里储存报告和原始数据。数据存储和控制模块进一步与GPS和通讯组件通讯和控制(如下所述)，并且处理位置信息和发出数据和报告。
如图3所示，一个微型处理器子系统包括一个处理组件60与包含非易失性只读存储器和随机存储器的内存62。一个诸如UART和ARINC429的逻辑组件64提供多余的内存和一个外围设备解码电路。另一个逻辑组件提供对外部记忆卡如Compact Flash记忆卡和其他类似的记忆卡的连接和缓冲。一个可编程场逻辑阵列(FPGA)68为处理器提供对ARINC格式解码信息。一个维护口是用于软件升级和数据传输的外部串行接口。维护口可以包括一个标准RS-232口及一个可以选择RS-232，RS-422和RS-485模式的接口。
图4是本数据处理组件的另一图示。在功能上，本组件从飞机数据总线上，离散数据源和飞机标识组件上收集数据。这些信息存储在RAM内存里直到这些信息被写进非易失性储存器里或被用于产生一个总文件付在电邮上或写入电邮，然后发送到通讯系统内。
数据存储和控制组件38，或任何其他数据组件12模块用常规计算机可以用一些方法来实现如：合适的软件，插件，微型处理器或一组微型处理器，可编程逻辑单元，或其他已成熟的硬件和软件结合体。图3和图4种的功能块表示了本发明的体系但在任何情况下并不限于此发明。
图5表示了此数据组件12的数据流程图。数据组件通电以后(100)，GPS接收机开始初始化(102)并且整个组件进入监控和待命状态。在待命和监控状态下，所有的数据输入104都将得到监控，所有数据都将和储存在非易失性内存的数据库定义的规则进行比较，此时没有数据储存和记忆。数据库里的规则定义了触发组件功能12的飞机数据条件和事件。规则数据库可以储存在数据存储和控制模块的记忆部分38。比如，一个事件可以触发组件产生一个文件106。有的事件可以触发组件把数据108记录到新的文件里或到已有的文件。数据文件可以包括一个飞行数据记录文件(FDR文件)，这个文件包括所有的有关飞行数据，或一个包括几个输入数据的总文件。有的事件可能触发组件关闭数据文件110，这个文件也可以储存在移动储存卡上面112。有的事件可以触发组件产生一个总文件114，这一总文件可以通过电邮116马上或在下一时间传出去。
对于一个熟练的人来说，数据库里的规则的定义可以使用户定义传输和储存的数据文件，定义所要产生和修改的数据报告。例如，规则定义总文件可以包括飞行时间，轮挡时间和飞机的位置；发动机启动和关车时间；发动机不同条件下的性能数据用于发动机状态监控；发动机性能极限和超限报告；辅助动力装置(APU)使用(循环和运转时间)；APU的性能数据用于APU的状态监控及每台发动机的每一航班的耗油情况。另外，报告可以包括推出，起飞，落地和到位(OOOI)时间，提供运行数据用于飞行品质监控(FOQA)，或按定义的极限进行监控并产生超限报告。
图6表示了包括在电邮里的有数据产生的样本飞行数据报告。图7表示了一份样本发动机趋势报告。
一个“产生文件”事件可以和监控同时进行，也可以在组件12通电时立即触发。一个“记录数据”事件可以是飞机发动机的启动或其他初始的飞行事件。一个“文件关闭”事件使数据可以以FDR文件格式或汇总文件或两种形式写入移动存储卡里。一个“文件关闭”事件可以在飞行结束阶段的信号触发，如飞机在跑道上落地或飞行发动机的关闭。另外，“关闭文件”事件也可以在飞行阶段由机组或地面人员人工选择触发或者由一组数据表示飞机现时状况。
以上介绍的“事件”只是用于对数据库规则运用的示范，本发明并不局限于所列出的可能的规则和事件。
正常情况下，一个汇总文件是一个可以机读的文件如一个二进制文件或一个文本文件。此汇总文件可以选择用合适的加密方式进行加密。常理下，这个汇总文件是用地面站服务器14上的特殊程序来读取的，这个地面服务器在加密的基础上提供又一安全层。汇总文件在正常时只是限于飞机的标识，数据读取和可以打包在一个大于100字节和小于1000字节的数据标识文件。此汇总文件可以包括在一个电邮里如附件形式。
正常情况下，数据处理组件12包括一个电邮客户端或电邮软件用选择的常规方法来储存，发送或接收电邮。电邮的客户端也可以和PDA接口从而电邮文件可以通过地面站服务器14或与地面站服务器14相连的其他服务器通过PDA给机组发送信息。因此，一些建议性文件或其他信息可以传送到飞行机组。
由数据处理组件12发送的数据被卫星地面站24收到并通过关口26，互联网28，专用计算机网络，虚拟专用网(VPN)或公共切换电话网(PSTN)传送到地面站服务器14。
图8表示了系统中一个地面站服务器14的功能图块。数据组件12发送的电邮文件被一个防火墙200收到并送入第一服务器202并通过第二内部防火墙206送入第二服务器204。数据文件，通常是汇总文件，从电邮文件里剥离和衍生出来并也在加密或未被加密时存入数据库207。存入地面服务器或其他远程工作站的应用软件可以用来从汇总文件中产生数据报告。系统也能配置从而使数据电邮文件自动产生并通过一个SMTP电邮服务器208送达到用户。同时用户也可以通过互联网(HTTP或HTTPS)，专用网或虚拟网来访问数据。另外，一个记忆卡读取器210可以提供用来将移动存储器的文件发送到地面服务器。
在系统运用中，不同的改装，变化和超前的改变可以得到实施，但不背离本发明的范围。在不合本发明冲突的情况下，这里所陈述的发明可以得到一些与原来不一样的细节和特点的修改。

Claims (17)

1.一种飞机数据发送系统，包括：
(a)监控和收集飞机数据的装置；
(b)格式化飞机数据或飞机数据的一部分作为二进制文件或文本文件的装置；
(c)将所述二进制文件或文本文件包含到电子邮件消息的装置；
(d)发送电子邮件的装置；以及
(e)通信装置，包括卫星调制解调器和收发机，用于将电子邮件传送到地面站。
2.如权利要求1所述的系统，进一步包括GPS接收机。
3.如权利要求1所述的系统，其中监控和收集飞机数据的装置包括至少一个飞机数据总线接口。
4.如权利要求3所述的系统，其中监控和收集飞机数据的装置进一步包括至少一个离散输入接口。
5.如权利要求1所述的系统，其中二进制文件或文本文件包含飞机数据或一部分飞机数据的汇总文件。
6.如权利要求5所述的系统，其中格式化飞机数据或飞机数据的一部分作为二进制文件或文本文件的装置包含用于加密二进制文件或文本文件的装置。
7.如权利要求1所述的系统，其中监控和收集飞机数据的装置包含随机存储器和非易失性只读存储器。
8.如权利要求7所述的系统，其中非易失性只读存储器包含固态存储卡。
9.如权利要求1所述的系统，进一步包含：规则数据库，所述数据库包含多个飞机数据条件和相关动作；监控飞机数据并将飞机数据与规则数据库比较的装置。
10.一种从飞机发送飞机数据的方法，包括以下步骤：
(a)监控和接收数字飞行数据，所述数字飞行数据来自飞机数据总线或离散输入模型，或者上述两者；
(b)将所述数字飞行数据存储在飞行数据文件中；
(c)对于一个特定的事件或命令产生一个汇总文件；以及
(d)以电子邮件或电子邮件附件的形式通过无线电发送器或卫星调制解调器和收发机将汇总文件发送出去。
11.如权利要求10所述的方法，进一步包括地面中心接收电子邮件，并将汇总文件存储在数据库中的步骤。
12.如权利要求11所述的方法，进一步包括将电子邮件转发到用户的步骤。
13.如权利要求12所述的方法，进一步包括产生和发送包含附加数据文件的第二电子邮件给用户的步骤。
14.如权利要求10所述的方法，进一步包含将飞行数据文件存储到一个可移动非易失性只读存储器的步骤。
15.如权利要求14所述的方法，所述可移动非易失性只读存储器包含固态存储卡。
16.如权利要求10所述的方法，进一步包含以下步骤：
监控飞机数据，并将飞机数据与规则数据库进行比较，其中所述规则数据库定义了至少一个飞机数据条件和相关动作；以及
如果飞机数据满足规则数据库的条件，则采取动作。
17.如权利要求16所述的方法，其中采取的动作从下述组中选择：产生数据文件，将数据记录到数据文件，关闭数据文件，将数据文件保存到存储器，或产生数据文件并通过电子邮件发送数据文件。
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