飛行導航在空中交通系統的應用

摘 要：空中交通系統是管理多架飛機起降和航行，以保障飛行秩序和安全的系統。在新的歷史時期，為了確保飛行員在空中飛行，可以將計算機輔助系統應用在空中交通管制中。為此，文章在闡述空中交通系統組成和設計原理的基礎上，結合計算機技術分析飛行模擬機組合導航系統的構建及其在空中交通系統的應用。

關鍵詞：空中導航系統；空中交通系統；應用

在民航事業深入發展和交通運輸網絡的日益擁擠下，空中交通管制人員的工作和空中交通系統運行負擔變得更加沉重。同時，由于航空交通管制系統長期以來使用的語言通信管制方式是主要的通信和信息交換手段以及不同國家空勤、管制人員對英語語言理解存在的差異，航空交通通信和管制存在一些不安全因素，現有的航空通信數據信息系統和設備不再滿足航空事業發展需要。在這樣背景下，怎樣完善航空交通管制數據信息交換系統和控制系統成為相關人員需要思考和解決的問題。

一、空中交通系統工作流程

空中交通和管理系統主要由一個或者兩個機載飛行組成，組件內部可能存在機載多功能控制顯示組件、數據鏈顯示組件、導航設備、空管系統設備、地面支付網絡設備等。這些設備的存在有的是用來顯示數據頁面，有的則是用來顯示和控制數據鏈的運行狀體，為飛機的運行提供重要平臺支持。

為了保證飛行員在空中交通管理中的安全，現階段，空中交通系統的設計應用了計算機輔助系統，通過計算機技術的應用有效保證了航空器的安全和旅客順利到達目的地。根據某區域管制室收到的航空器起飛電報信息，航班動態信息處理系統會將收到的信息生成航班進程單，將其打印，之后分配到各個區域協調備用。在飛機起飛的時候，各個管制區人員只需要將進程單上交給相鄰管制區即可，相鄰管制區對航空器進行實時性管理。

二、空中導航系統（FANS） 和空中交通和管理系統（ATMS）應用現狀

（一）飛行導航系統在空中交通系統的作用

飛行導航系統（ATMSFANS）是由空中客車公司發起的空客共用標準設備，主要是通過對地面網絡系統和飛機上不同型號設備的優化組合，借助各類參數信息，實現飛機運行系統和地面之間有效的信息交流和交換，從而為全球性的飛行導航系統提供重要支持。飛行導航在空中交通系統的作用主要表現在以下幾個方面：第一，提升了飛行運輸安全性和可靠性。飛行導航系統在應用的時候能夠有效分離飛機數據信息通信系統、飛機語音通信系統，從而為數據通信的完整、有效提供可靠支持，為飛機穩定運行提供充足的空間支持。第二，為空中導航系統運行提供必要的硬件支持。在硬件系統的支持下使得重要航運信息、航運狀態通過相應的設備和相關系統部門進行交換，加強空中導航系統和航空運行控制中心、飛機維修控制中心的有效聯系。第三，為機載設備引入智能化信息輸入接口。通過應用飛行導航能夠實現空地數據通信、飛行控制人員、個人計算機、飛機機載計算機數據通信，為飛行駕駛的安全提供重要支持。第四，為飛機機載設備、系統軟件的更新換代提供重要支持。通過飛行導航系統的設備和網絡機載設備能夠對客戶化的應用軟件進行更新升級，完善飛機功能。

（二）空中導航系統（FANS） 和空中交通和管理系統（ATMS）發展

近幾年，空中導航系統（FANS） 和空中交通和管理系統（ATMS）發展過程中所包含的數據信息逐漸增多，其中，ATC主要是基于地面的地面信息接收工具，在應用操作的過程中能夠接受和回答接近地面雷達二次系統傳達過來的數據信息。在一般情況下，A模式只用來發送識別碼，C模式在發送識別碼的同時還會發送飛機在高壓氣度狀態下的編碼數據，S模式再具備A模式和C模式功能的同時還具備陸空呼叫功能，進一步增強了ATC對數據信息的監控和傳輸能力，為實現空中交通自動化發展提供了重要支持。

三、飛機模擬機組合導航系統建模與仿真

（一）原理

飛機模擬機組合導航系統是指按照一定航行路線進行運作對系統。根據距離遠近，飛機模擬機組合導航系統分為近距離導航系統和遠距離導航系統。飛機模擬機組合導航近距離系統指的是無線導航系統，飛機模擬機組合導航遠程系統包含慣性基準系統和GPS系統。

1.捷聯式慣性導航系統仿真原理

捷聯式慣性導航系統仿真主要是對慣性導航系統的一種仿真，基于捷聯式慣性導航系統不具備加速測量元件和陀螺儀，在使用的時候需要建立相應的軟件功能來進行仿真。捷聯式慣性導航系統中的飛行發生器能夠為飛機的穩定運行提供重要信息的支持，具體包含加速度信息、姿態信息、慣性仿真信息等。在借助這些信息的情況下能夠根據需要選擇適合的信息平臺，將信息輸送到導航解算模塊，按照相關計算公式計算出飛機導航坐標體系的飛速度、姿態角、位置。

2.全球定位系統仿真原理

全球定位系統仿真借助衛星星歷能夠計算獲得衛星的位置、衛星速度、運行軌跡、距離變化速率等。全球定位系統仿真系統和全球定位衛星系統結合能夠獲得最原始的全球定位系統數據，之后對獲取的真實數據進行導航分析計算，得到最終的全球定位系統輸出結果。

（二）INS/GPS組合導航仿真系統設計

1.平臺設計

NS/GPS組合導航仿真系統包含硬件系統和軟件系統，具體涉及全球定位系統仿真器、INS仿真器、飛機飛行軌跡仿真器等。其中，全球定位系統仿真器能夠對全球定位系統、全球定位系統接收機提供科學的仿真操作；INS仿真器能夠為各類慣性器件、氣壓高度表進行仿真操作；INS/GPS組合導航仿真器能夠計算導航軌跡，對獲取的各類信息進行組合濾波計算，之后將計算結果輸出給飛機飛行控制系統。INS/GPS組合導航仿真平臺借助SBS仿真內存、慣性傳感器模擬卡能夠及時收集、整理慣性器件信號，并提升各類信息輸出應用效率。

NS導航子系統利用兩個專用卡和驅動程序將慣性器件器件輸出傳送給組合導航仿真子系統。GPS仿真計算機和INS/GPS仿真計算機在在應用的時候會以串口的形式進行通信，在考慮精度損失的基礎上，以INS仿真計算機上的慣性傳感器模擬卡作為基本通訊接口，輸出模擬卡周期為10ms的調寬波。

2.組合導航仿真系統的軟件設計

結合飛機模擬機組合導航系統的特點，根據MATLAB/Simulink規定，通過應用VC和MATLB混合編程方式，按照從頂向下順序打造仿真模型。

在構建仿真模型之后，通過應用VC開發導航界面和軟硬件程序接口打造各個子系統的仿真模型，借助程序編輯器mcc指令將Matlab m文件進行翻譯，為動態供應鏈運行提供重要數據支持，并借助相關技術手段將開發好的算法轉變為c或者c++的代碼，生成動態鏈接庫，在數據庫中存儲建立好的數學模型。整個組合仿真器件包含硬件接口程序、導航解算、導航系統工作方式處理模塊、教員臺系統。其中，硬件接口程序能夠為各個仿真子系統之間的信息溝通交流、設備驅動、初始值設定提供重要支持。導航解算系統能夠實現各類數據的初始化操作。導航解算主要是實現對導航數據的初始化運算，包含捷聯慣性導航系統、全球定位系統、INS/GPS組合導航仿真系統。該系統主要是利用仿真慣性基準系統慣導組件功能來計算出導航參數。

四、結語

綜上所述，文章在闡述空中導航系統（FANS） 和空中交通和管理系統（ATMS）應用現狀和組合的基礎上，針對空中導航系統信息化發展要求，設計了飛機飛行模擬機遠程導航仿真系統，利用MATLAB打造了導航子系統仿真模型，借助VC開發導航界面和硬件接口操作程序減少了一個分布式飛行仿真系統，能夠對飛機在空中的飛行軌跡、航向角、傾斜角等導航參數信息進行模擬，將飛行導航系統中的重要信息上傳到數據系統中，有效降低了因為場外保障人員在外時間長出現的疲勞駕駛問題，有效縮短了飛機故障排除時間，提升了飛機飛行效率。通過飛行模擬組合導航系統的建設增強了IMFANS 的應用使軟件的可靠性和安全性，能夠結合實際對機載設備的軟件進行升級開發，增強飛機航行的安全性、穩定性。

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作者簡介：賈斌（1974），男，漢族，北京人，本科，三級飛行員，中國國際航空公司在職飛行員。