飛參數據實時傳輸與處理系統

霍立平 賈紹文 于潞 蔡慧敏

摘 要： 為了實時監控飛行狀態，提高飛行訓練質量，保證飛行訓練安全，構建了飛參數據實時采集、傳輸與處理系統。通過對原機飛參系統的改進、采用頻分復用和時分復用結合的信道資源分配方法實現了飛參數據的實時采集和傳輸。通過對飛參數據實時處理并以多種形式進行展現，滿足了不同用戶的使用需求。實際應用表明，該飛參系統運行穩定，在完善飛行訓練質量與安全監控體系方面效果顯著，具有較強的推廣應用價值。

關鍵詞： 飛參數據； 信道資源分配； 實時處理； 飛行狀態； 飛行訓練； 數據采集

中圖分類號： TN919?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2018）16?0120?03

Abstract： A flight parameter data real?time acquisition， transmission and processing system is constructed to monitor the flight status in real time， improve the flight training quality， and ensure the flight training security. The real?time acquisition and transmission of flight parameter data are realized by improving the flight parameter system of the original airplane， and adopting the channel resource allocation method combining the frequency division multiplexing and time division multiplexing. The flight parameter data is processed in real time and presented in a variety of forms to meet different customers′ usage requirements. The results of practical application show that the flight parameter system runs stably， has an obvious effect in improving the flight training quality and security monitoring system， and has strong promotion and application values.

Keywords： flight parameter data； channel resource allocation； real?time processing； flight status； flight training； data acquisition

0 引 言

飛參系統是飛行參數記錄系統的簡稱，是對飛機飛行過程中各種數據進行忠實記錄的設備[1]。由于飛參中記錄了大量的飛行操縱信息、飛機子系統及設備的工作狀態信息等，因此飛參不僅在飛行事故調查中發揮著重要作用，而且在飛行狀態監控中也具有非常重要的作用。

通過對飛機上飛參系統記錄的數據進行實時采集、實時傳輸至地面，并在地面進行實時處理，可以滿足飛行指揮員、飛行教員等不同用戶對飛行狀態實時監控的需求。同時，通過實時回傳的飛機狀態信息，地勤維護人員可及時掌握飛機狀態，提前準備維修工作，縮短維修時間，提高飛機出勤率；通過地面專家系統，建立飛機的電子維修履歷，監控和統計飛機重要設備的工作狀態，進行故障分析和預測，給出維護建議，最大限度消除故障隱患[2]。

本文以實現某型飛機飛行狀態實時監控為目的，闡述了某型飛機飛參數據實時采集、傳輸與處理系統的組成、原機飛參采集記錄器的改進、飛參數據實時傳輸和地面實時處理的實現。

1 系統組成及實時性要求

某型飛機飛參數據實時采集、傳輸與處理系統包括機載和地面兩大部分，如圖1所示。

某型飛機上的飛參系統由飛行數據采集器、飛行參數記錄儀、快速存取記錄儀及一些測量傳感器組成。飛行數據采集器是飛行參數記錄系統的數據信息中心，它接收來自飛機各個系統的輸入參數，對輸入參數進行有效性處理、格式化后，按照ARINC717標準傳輸給飛行數據記錄儀和快速存取記錄儀。同時，還以RS 422格式向外發送至飛參檢查插座。按照系統不影響原機飛參記錄功能的設計思想，飛參數據傳輸設備通過RS 422接口從原機飛參系統獲取飛參數據。飛參數據傳輸設備將獲取的飛參數據和本機的定位數據，并疊加時戳后，在地面數據接收與網絡控制基站的控制下，通過無線信道發送到地面。地面數據接收與網絡控制基站是整個飛參數據無線傳輸的控制中心，并將接收的飛參數據實時發送至飛參地面處理設備，供其以多種形式進行實時展現。

飛參系統采集器上通常有模擬量、同步器、頻率量、開關量和總線接口。為了忠實記錄飛行過程中的各種數據，機上飛參系統對模擬量等信號1 s需要采集8次。所以，要實現在地面精準地復現飛行姿態及進行安全監控，原機飛參系統需要以8 Hz的頻率實時對外輸出采集的飛參數據，機上的飛參數據傳輸設備需要以8 Hz的刷新率對外發送飛參數據，即1 s內需要發送8次飛行數據。

2 原機飛參采集記錄器改進

原機飛參系統不論是以ARINC717總線形式送往記錄儀還是以RS 422A總線形式送給檢查插座和視頻記錄儀，飛參數據的刷新率都是2 Hz，也就是每500 ms才能送出一幀完整的飛參數據，達不到以8 Hz的頻率對外輸出的要求。為此，需要提高飛參數據傳輸速率，即要求采集器每125 ms送出1幀完整的飛參數據。根據試驗、調試結果，將采集器RS 422A的數據傳輸速率提高到115.2 kbit/s后，可以達到每125 ms送出1幀完整的飛參數據的要求。

3 飛參數據實時傳輸網絡

在航空通信頻率資源有限的條件下，如單獨采用頻分復用或時分復用的方式進行組網通信，很難實現大容量、高速率、低延時的數據傳輸。飛參數據實時傳輸網絡的可用帶寬為25 MHz，可用4個載波，如圖2所示。圖中，FC是飛行數據實時傳輸網絡的中心頻點。為了抑制帶外干擾，飛參數據實時傳輸網絡能夠同時在2個載波上工作，即SC1和SC3的組合或SC2和SC4的組合。

在每個載波上，通過時分復用方式進行組網。每架飛機每次下傳的飛行數據定義為一幀飛行數據，包括：從飛機飛參系統獲取的飛參數據、從飛機航電總線獲取的系統工作狀態數據、衛星定位數據、設備狀態信息及網絡控制信息等。經計算，每架飛機每幀下傳的飛行數據共計為370 B。每幀數據格式如圖3所示。

圖中，G0為幀前保護，8 B；P為子幀頭，8 B；D0～D9為子幀數據塊。每個子幀采用RS（37，63）糾錯編碼。每個子幀數據塊63 B，共630 B；G1為幀尾保護，2 B。每幀數據長度為648 B，系統數據傳輸符號速率為1.25 MSPS，每幀數據傳送時間為4 147.2 μs，所以每架飛機發送本機的飛行數據所需時間確定為5 ms。

飛行數據實時傳輸網絡利用GPS秒脈沖同步。單個載波上的時頻圖案如圖4所示。在每個載波的每秒鐘時間內，前20 ms用來由地面基站系統廣播上行指令信息，后20 ms用來由每架飛機的飛參數據傳輸設備發送注冊信息。中間的960 ms分為8個時元，每個時元120 ms。每個時元又分為12個時隙。每架飛機占用的時隙為10 ms，其中，前5 ms用來發送本架飛機自身的飛參數據，后5 ms可以用來中繼其他飛機的飛參數據。這樣，每個載波的容量可以達到12架飛機。

綜上所述，飛行數據實時傳輸網絡同時工作在兩個載波上，網絡容量可以達到24架飛機，數據刷新率達到8 Hz，數據傳輸延時最大125 ms，數據傳輸速率可達713 kbit/s。

4 飛參數據地面實時接收與處理

布置在地面的數據接收與網絡控制基站包括地面基站電臺、通信服務器和數據服務器，實現網內所有飛機下傳飛參數據的實時接收、存儲，并為飛參地面處理設備提供數據保障。飛參地面處理設備實時接收來自數據服務器的飛參數據，分為飛參數據顯示和飛行姿態顯示兩大功能模塊，以表格、曲線、空域態勢、三維姿態、座艙儀表等多種形式實時展現飛參數據，為飛行指揮員、機務值班員和地勤機組等不同用戶服務。

由于系統容量達24架飛機，且刷新率高，導致地面實時接收的飛參數據的數據量非常大。飛參地面處理設備綜合采用了動態資源加載與虛擬內存映射技術，使得在海量飛參數據和地理信息數據的情況下，表格、曲線、空域、三維姿態、座艙儀表等各種展現方式交互、調用靈活，展示效果流暢，人機界面友好。典型處理界面如圖5所示。

5 結 語

系統交付某部使用以來，已發生多起在地面發現空中飛機故障，并及時指導飛行員成功處置的案例，對保障飛行安全、深化飛參數據應用發揮了重要作用。實踐證明，飛參數據實時化采集、傳輸與處理系統的建設和使用已經對實時監控日常飛行訓練質量，積極應對突發事故，最大程度上保證飛行訓練安全，創新飛行訓練教學模式，提高訓練質量發揮出了重要作用，具有顯著的推廣應用價值。

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