飞参数据实时传输与处理系统

霍立平 贾绍文 于潞 蔡慧敏

摘 要： 为了实时监控飞行状态，提高飞行训练质量，保证飞行训练安全，构建了飞参数据实时采集、传输与处理系统。通过对原机飞参系统的改进、采用频分复用和时分复用结合的信道资源分配方法实现了飞参数据的实时采集和传输。通过对飞参数据实时处理并以多种形式进行展现，满足了不同用户的使用需求。实际应用表明，该飞参系统运行稳定，在完善飞行训练质量与安全监控体系方面效果显著，具有较强的推广应用价值。

关键词： 飞参数据； 信道资源分配； 实时处理； 飞行状态； 飞行训练； 数据采集

中图分类号： TN919?34 文献标识码： A 文章编号： 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

飞参系统是飞行参数记录系统的简称，是对飞机飞行过程中各种数据进行忠实记录的设备[1]。由于飞参中记录了大量的飞行操纵信息、飞机子系统及设备的工作状态信息等，因此飞参不仅在飞行事故调查中发挥着重要作用，而且在飞行状态监控中也具有非常重要的作用。

通过对飞机上飞参系统记录的数据进行实时采集、实时传输至地面，并在地面进行实时处理，可以满足飞行指挥员、飞行教员等不同用户对飞行状态实时监控的需求。同时，通过实时回传的飞机状态信息，地勤维护人员可及时掌握飞机状态，提前准备维修工作，缩短维修时间，提高飞机出勤率；通过地面专家系统，建立飞机的电子维修履历，监控和统计飞机重要设备的工作状态，进行故障分析和预测，给出维护建议，最大限度消除故障隐患[2]。

本文以实现某型飞机飞行状态实时监控为目的，阐述了某型飞机飞参数据实时采集、传输与处理系统的组成、原机飞参采集记录器的改进、飞参数据实时传输和地面实时处理的实现。

1 系统组成及实时性要求

某型飞机飞参数据实时采集、传输与处理系统包括机载和地面两大部分，如图1所示。

某型飞机上的飞参系统由飞行数据采集器、飞行参数记录仪、快速存取记录仪及一些测量传感器组成。飞行数据采集器是飞行参数记录系统的数据信息中心，它接收来自飞机各个系統的输入参数，对输入参数进行有效性处理、格式化后，按照ARINC717标准传输给飞行数据记录仪和快速存取记录仪。同时，还以RS 422格式向外发送至飞参检查插座。按照系统不影响原机飞参记录功能的设计思想，飞参数据传输设备通过RS 422接口从原机飞参系统获取飞参数据。飞参数据传输设备将获取的飞参数据和本机的定位数据，并叠加时戳后，在地面数据接收与网络控制基站的控制下，通过无线信道发送到地面。地面数据接收与网络控制基站是整个飞参数据无线传输的控制中心，并将接收的飞参数据实时发送至飞参地面处理设备，供其以多种形式进行实时展现。

飞参系统采集器上通常有模拟量、同步器、频率量、开关量和总线接口。为了忠实记录飞行过程中的各种数据，机上飞参系统对模拟量等信号1 s需要采集8次。所以，要实现在地面精准地复现飞行姿态及进行安全监控，原机飞参系统需要以8 Hz的频率实时对外输出采集的飞参数据，机上的飞参数据传输设备需要以8 Hz的刷新率对外发送飞参数据，即1 s内需要发送8次飞行数据。

2 原机飞参采集记录器改进

原机飞参系统不论是以ARINC717总线形式送往记录仪还是以RS 422A总线形式送给检查插座和视频记录仪，飞参数据的刷新率都是2 Hz，也就是每500 ms才能送出一帧完整的飞参数据，达不到以8 Hz的频率对外输出的要求。为此，需要提高飞参数据传输速率，即要求采集器每125 ms送出1帧完整的飞参数据。根据试验、调试结果，将采集器RS 422A的数据传输速率提高到115.2 kbit/s后，可以达到每125 ms送出1帧完整的飞参数据的要求。

3 飞参数据实时传输网络

在航空通信频率资源有限的条件下，如单独采用频分复用或时分复用的方式进行组网通信，很难实现大容量、高速率、低延时的数据传输。飞参数据实时传输网络的可用带宽为25 MHz，可用4个载波，如图2所示。图中，FC是飞行数据实时传输网络的中心频点。为了抑制带外干扰，飞参数据实时传输网络能够同时在2个载波上工作，即SC1和SC3的组合或SC2和SC4的组合。

在每个载波上，通过时分复用方式进行组网。每架飞机每次下传的飞行数据定义为一帧飞行数据，包括：从飞机飞参系统获取的飞参数据、从飞机航电总线获取的系统工作状态数据、卫星定位数据、设备状态信息及网络控制信息等。经计算，每架飞机每帧下传的飞行数据共计为370 B。每帧数据格式如图3所示。

图中，G0为帧前保护，8 B；P为子帧头，8 B；D0～D9为子帧数据块。每个子帧采用RS（37，63）纠错编码。每个子帧数据块63 B，共630 B；G1为帧尾保护，2 B。每帧数据长度为648 B，系统数据传输符号速率为1.25 MSPS，每帧数据传送时间为4 147.2 μs，所以每架飞机发送本机的飞行数据所需时间确定为5 ms。

飞行数据实时传输网络利用GPS秒脉冲同步。单个载波上的时频图案如图4所示。在每个载波的每秒钟时间内，前20 ms用来由地面基站系统广播上行指令信息，后20 ms用来由每架飞机的飞参数据传输设备发送注册信息。中间的960 ms分为8个时元，每个时元120 ms。每个时元又分为12个时隙。每架飞机占用的时隙为10 ms，其中，前5 ms用来发送本架飞机自身的飞参数据，后5 ms可以用来中继其他飞机的飞参数据。这样，每个载波的容量可以达到12架飞机。

综上所述，飞行数据实时传输网络同时工作在两个载波上，网络容量可以达到24架飞机，数据刷新率达到8 Hz，数据传输延时最大125 ms，数据传输速率可达713 kbit/s。

4 飞参数据地面实时接收与处理

布置在地面的数据接收与网络控制基站包括地面基站电台、通信服务器和数据服务器，实现网内所有飞机下传飞参数据的实时接收、存储，并为飞参地面处理设备提供数据保障。飞参地面处理设备实时接收来自数据服务器的飞参数据，分为飞参数据显示和飞行姿态显示两大功能模块，以表格、曲线、空域态势、三维姿态、座舱仪表等多种形式实时展现飞参数据，为飞行指挥员、机务值班员和地勤机组等不同用户服务。

由于系统容量达24架飞机，且刷新率高，导致地面实时接收的飞参数据的数据量非常大。飞参地面处理设备综合采用了动态资源加载与虚拟内存映射技术，使得在海量飞参数据和地理信息数据的情况下，表格、曲线、空域、三维姿态、座舱仪表等各种展现方式交互、调用灵活，展示效果流畅，人机界面友好。典型处理界面如图5所示。

5 结 语

系统交付某部使用以来，已发生多起在地面发现空中飞机故障，并及时指导飞行员成功处置的案例，对保障飞行安全、深化飞参数据应用发挥了重要作用。实践证明，飞参数据实时化采集、传输与处理系统的建设和使用已经对实时监控日常飞行训练质量，积极应对突发事故，最大程度上保证飞行训练安全，创新飞行训练教学模式，提高训练质量发挥出了重要作用，具有显著的推广应用价值。

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