一种通航飞机的飞行数据实时传输与在线管理系统

本发明属于通航飞机安全运行、机载数据传输和处理、飞行操作和运行品质评估、飞机自动监视和健康管理等方面，特别涉及一种用于通航飞机的飞行数据实时传输与在线管理系统。

背景技术：

1、通用航空是指使用民用航空器从事公共航空运输以外的民用航空活动，包括从事工业、农业、林业、渔业和建筑业的作业飞行以及医疗卫生、抢险救灾、气象探测、海洋监测、科学实验、教育训练、文化体育等方面的飞行活动。随着民用航空技术的高速发展、通航法规体系的逐步完善、低空空域改革措施的持续推动、通用机场和配套设备的不断建设，我国通用飞机的数量与日俱增，商私用飞行员和竞赛运动员执照培训项目、空中巡查、石油服务、航空喷洒(撒)等飞行总量逐年增加。由于通航飞机的空域有限流量大、飞行员水平能力差异、飞机性能原因、低空气象复杂因素等特点，运行风险远高于航班运行，因此，有效的通航飞行在线管理方法和系统对当前运行的安全和效率具有重要意义。

2、目前，广播式自动相关监视(ads-b)系统已应用于通航飞机的空中交通监视。由于依赖于对方飞机的位置报告而获得监视能力，而不是独立监视，属于相关监视。飞机的ads-b系统自动地广播式只将位置报告相关参数信号调制(不通顺，请修改)，并通过天线周期性地发射至空中。

3、便携式存储设备sd卡(secure digital card)也已应用于通航飞机飞行数据的空中实时记录和存储、落地离线下载和保存。sd卡利用闪存技术，通过电压的变化来表示数据的二进制编码，实现高速和可靠地存储、读写数据。sd卡是以扇区为单位的存储单元组，每个扇区存储512字节数据。sd卡的操作方法包括插入、格式化、存储数据、读取数据和安全拔出。因此，基于便携式存储设备sd卡的飞行数据只能进行地面传输和离线管理，无法进行性能状态、飞行品质和系统工作在线监控、管理及评估。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种用于通航飞机的飞行数据实时传输与在线管理系统。

2、为了达到上述目的，本发明提供的用于通航飞机的飞行数据实时传输与在线管理系统包括依次相连的机载装置、地面通信站和地面工作站；

3、其中，所述机载装置安装在通航飞机上，与相关机载系统的飞机数据信号接口连接，用于机载飞行数据的实时存储和传输，并转换为vhf无线电信号，然后实时发送给地面通信站；同时接收地面通信站的vhf无线电信号，并转换为控制指令，用于机载装置的通信设置和功能测试；

4、所述地面通信站设置在机场附近或飞行航路地面上，用于与所需通航飞机上的机载装置和地面工作站间的实时通信，接收所需通航飞机上的机载装置传输的飞行数据vhf无线电信号，并转换为互联网络信号，然后发送给地面工作站；同时接收地面工作站的互联网络信号，并转换为控制指令vhf无线电信号，然后发送给所需通航飞机上的机载装置；

5、所述地面工作站设置在便于相关人员监控或评估所需通航飞机的地面工作场所，用于实时接收地面通信站的飞行数据互联网络信号，发送机载装置的控制指令，实现飞行数据可视化图形和图像的动态显示、飞行员在不同飞行阶段操纵的规范化和标准性在线评估、飞机状态和性能的实时监视、机载装置的通信设置和功能测试。

6、所述机载装置包括数据采集和处理组件及信号发送和接收组件；其中，数据采集和处理组件包括外壳和安装在外壳内部的数据传输线、信号适配器、时钟基准电路、复位电路和接口、程序调试电路和接口、看门狗电路、usb电路和接口、状态监视电路、非易失存储器电路、485总线电路和接口、微处理器、电源转换模块和接口；

7、外壳上设有控制面板，控制面板上设有电源按键、复位按键、测试按键和状态指示灯；状态指示灯包括一个绿灯和一个红灯；

8、所述数据传输线通过插拔方式连接和断开飞机数据信号接口与机载装置；

9、所述信号适配器包括双电子可控开关、sd卡槽-数据传输线接口、sd卡槽-存储器接口、sd存储器、固态继电器、微处理器接口和电源接口；其中，sd卡槽-数据传输线接口上vdd端子通过固态继电器与数据传输线连接，其它端子直接与数据传输线连接，通过双电子可控开关控制与sd卡槽-存储器接口的连通；sd卡槽-存储器接口与sd存储器连接，通过双电子可控开关控制与sd卡槽-数据传输线接口的连通或与微处理器接口的连通；sd存储器通过插拔方式与sd卡槽-存储器接口连接或断开，用于机载飞行数据的存储和读取；固态继电器的输入端和输出端分别与飞机数据信号接口的vdd端子和sd卡槽-数据传输线接口的vdd端子连接，接收来自微处理器接口的指令信号，用于sd卡槽-数据传输线接口的电源接通和断开；电源接口与飞机数据信号接口的vdd端子连接，用于通过电源转换模块和接口为数据采集和处理组件供电；

10、所述时钟基准电路与微处理器、看门狗电路连接，用于提供时钟工作信号及控制运行速度和时序，从而实现各种功能；

11、所述复位电路和接口与微处理器连接，通过复位按键提供中断信号，用于微处理器出现异常情况时，能够快速地复位，使其重新回到初始状态；

12、所述状态监视电路与电源转换模块和接口、微处理器连接，用于监视电源工作情况、飞机数据接收和发送状态，并通过状态指示灯显示；

13、所述电源转换模块和接口与信号适配器连接，通过数据传输线，以飞机数据信号接口的电源端子作为总输入电源，通过电源按键控制，并进行转换和输出，用于为数据采集和处理组件的组成部件提供工作电源，并产生电源转换和输出状态信号传输至状态监视电路；

14、所述485总线电路和接口与微处理器、信号发送和接收组件连接，用于接收来自微处理器的飞行数据串口信号，转换为485总线信号，发送至信号发送和接收组件；

15、所述微处理器与信号适配器连接，用于生成和发送双电子可控开关的“二选一”通路控制指令信号，接收来自sd卡槽-数据传输线接口的信号，即机载飞行数据的控制、时钟、数据信号，或接收来自sd卡槽-存储器接口的信号，即sd存储器的控制、时钟、数据信号，生成和发送固态继电器的指令信号，控制sd卡槽-数据传输线接口的电源端子是否断电；与非易失存储器电路连接，用于生成片选、时钟、存储地址指令信号并发送至非易失存储器电路，接收来自非易失存储器电路的飞行数据串口信号，发送来自sd卡槽-存储器接口的飞行数据串口信号；与485总线电路和接口相连，用于发送来自非易失存储器电路的飞行数据串口信号，转换为485总线信号；与状态监视电路连接，生成和发送飞机数据接收和发送指令信号；与usb电路和接口连接，用于发送来自非易失存储器电路的飞行数据串口信号，转换和输出usb信号；与程序调试电路和接口连接，用于仿真器通信，调试和下载软件程序；与看门狗电路连接，用于提供中断信号，防止软件程序发生死循环；与测试按键连接，用于人工启动机载装置的通信测试；

16、所述信号发送和接收组件包括第一vhf数据链通信设备、第一vhf天线、设置模块和接口和机载电源接口；

17、其中，第一vhf数据链通信设备安装在通航飞机上，与485总线电路和接口、第一vhf天线连接、设置模块和接口、机载电源接口连接，用于将485总线电路和接口的飞行数据485总线信号转换为vhf信号，并通过第一vhf天线发送；接收第一vhf天线的控制指令vhf无线电信号，解析为控制方式和具体参数，实现第一vhf数据链通信设备的通信测试和设置；

18、所述第一vhf天线安装在通航飞机的外部蒙皮顶端或低端，用于全向全时发送和接收vhf无线电信号；

19、所述设置模块和接口用于计算机或专用设备与第一vhf数据链通信设备的连接和通信，用于第一vhf数据链通信设备的功能测试和定期维护；

20、所述机载电源接口与通航飞机的电源系统连接，用于给第一vhf数据链通信设备提供工作电源以及供电保护和设备隔离。

21、所述地面通信站包括第二vhf天线、第二vhf数据链通信设备、以太网络设备和基站电源；

22、其中，第二vhf天线与第二vhf数据链通信设备连接，用于接收第一vhf天线传输的飞机数据vhf无线电信号，然后转换为电信号，并传输至第二vhf数据链通信设备；接收第二vhf数据链通信设备传输的控制指令电信号，然后转换为vhf无线电信号，并发送至第一vhf天线；

23、所述第二vhf数据链通信设备，与第一vhf天线、以太网络设备连接，用于接收第一vhf天线传输的飞行数据vhf信号，并转换为485总线信号，发送至以太网络设备；接收以太网络设备的控制指令485总线信号，并转换为vhf信号，发送至第一vhf天线；

24、所述以太网络设备与第二vhf数据链通信设备、地面工作站连接，用于接收第二vhf数据链通信设备的飞行数据485总线信号，并转换为互联网络信号，通过公共互联网络传输线和相关设备发送至地面工作站；接收地面工作站的控制指令网络信号，并转换为485总线信号，发送至第二vhf数据链通信设备；

25、所述基站电源用于为地面通信站中各用电部件提供电能。

26、所述地面工作站包括计算机网络设备、综合显示与指令控制终端和工作站电源；

27、其中，计算机网络设备与以太网络设备、综合显示与指令控制终端连接，通过公共互联网络传输线和相关设备，接收以太网络设备的飞行数据网络信号，发送至综合显示与指令控制终端，用于实时监视通航飞机；接收综合显示与指令控制终端设置的控制指令，并转换成网络信号，发送至以太网络设备。

28、本发明提供的用于通航飞机的飞行数据实时传输与在线管理系统具有如下效果：飞机数据信号接口与机载装置通过sd卡数据存储和读取切换方式实施飞机数据的传输；机载装置与地面通信站通过甚高频数据链(vdl)通信设备实施飞机数据和控制指令的传输，vhf数据链通信设备在飞机和地面站点之间发送信息，数据链速率提高到每秒31,500比特，从依赖于面向字符、端到端发送消息的acars协议转换到面向比特的航空电信网络(atn)协议。地面通信站与地面工作站通过已有公共互联网络和设备实施飞机数据和控制指令的传输。互联网技术通过计算机网络的广域网使不同的设备相互连接，可加快信息的传输速度和拓宽信息的获取渠道，促进相关软件的研发和应用。