一種自動管理機載導航無線電收發機的方法與流程

2023-10-09 01:37:19 2

本發明屬於區域導航技術領域。

背景技術：

區域導航是一種導航方式，它可以使航空器在導航系統信號覆蓋範圍之內，或在機載導航設備的工作能力範圍之內，或二者的組合，沿任意期望的路徑飛行。區域導航利用多個導航源的信號，通過區域導航設備連續計算航空器的地理位置，從而得到實時的導航信息。

目前可用於區域導航的信號源主要有：伏爾/測距儀(VOR/DME)、測距儀/測距儀(DME/DME)、全球導航衛星系統(GNSS)、慣性參考系統(IRS)。考慮我國現有的導航設施布局和衛星導航應用政策等因素，基於VOR/DME和DME/DME的區域導航仍是我國主要使用的導航方式。

機組人員可以通過無線電管理面板或多功能顯示控制單元手動選擇VOR或DME導航臺，但人工選擇導航臺在一定程度上增加了飛行員的工作負擔，採用區域導航設備自動管理機載導航無線電收發機則可以有效降低飛行員的工作負擔。

為了確保安全，一般飛機配置有冗餘的導航無線電收發機。典型的配置有2個VOR收發機和2個DME收發機。依據航空行業標準，VOR收發機是單通道的，DME收發機通道數是可變的。根據需要，不同的機型可能配置不同通道數的DME收發機，如A330配置的DME收發機有3個通道，B737配置的DME收發機是5通道。如何針對通道個數不同的無線電收發機進行系統統籌管理、如何使各個無線電收發機都處於恰當的工作狀態是區域導航系統值得解決的關鍵問題。

美國的霍尼韋爾公司、柯林斯公司、GE公司以及法國的泰勒斯公司壟斷了支線、幹線及商務飛機的該產品市場，掌握著區域導航系統的核心技術及其發展，在空客、波音等機型上早已實現了機載導航無線電收發機的自動管理。我們國內與國外的差距較大，雖然目前還沒有一個成形的貨架產品，但國內各大高校、院所一直在追趕國外技術發展的步伐，開展了一系列利用各大導航傳感器進行綜合導航的技術研究，例如如何利用多傳感器的信息和濾波算法提升區域導航系統的性能。而對於前端工作，即如何為區域導航設備實時選擇和調諧所需陸基導航臺，以及如何自動管理機載導航無線電收發機，使它們都處於恰當的工作狀態，國內甚少涉足。

技術實現要素：

此項發明的目的，是為了解決現有區域導航系統手動管理機載導航無線電收發機不能滿足實時性的問題，提出了一種自動管理機載無線電收發機的方法，自適應通道個數不同的無線電收發機，使各個無線電收發機處於恰當的工作狀態，降低飛行員的工作負擔，為民用飛機實現區域導航提供技術保障。

為實現上述目的，本發明採用如下技術方案：

一種自動管理機載導航無線電收發機的方法，利用區域導航設備輸出的參數，包括：

(1)以周期ΔT讀取區域導航設備輸出的飛機位置信息，位置信息分別為經度L、緯度λ、高度h。

(2)以周期ΔT讀取區域導航設備存儲的導航臺信息，包括：導航臺的頻率fNAV(i)、經度λNAV(i)、緯度LNAV(i)、標高hNAV(i)、品質因數FOM(i)，其中i表示導航臺的編號。

(3)以飛機當前位置為圓心，導航臺的最大作用距離Dmax為半徑，從區域導航設備的導航資料庫中搜索m個距離飛機最近的導航臺，形成最近導航臺清單。根據導航臺的服務區域，對最近導航臺清單中每個導航臺進行可用性判斷，形成導航臺候選列表。初始化空閒的無線電收發機序列，並設置導航臺選擇類別標誌位為1，確定下面要選擇的導航臺類別為主導航臺。

(4)根據導航臺選擇類別標誌位，進行相應導航臺的選擇。若導航臺選擇類別標誌位為1，從導航臺候選列表中選擇導航臺作為主導航臺；如果導航選擇標誌位為2，即要求類別的導航臺為副導航臺，但是未找到，設置導航臺標誌位為3，下一運行周期(Δt後)進行最後採取導航臺的選擇，即下一周期執行(4)。如果導航選擇標誌位為3，即要求類別的導航臺為最後採取導航臺，但是未找到，下一運行周期(Δt後)進行系統狀態監視，即下一周期執行(7)。如果找到了要求類別的合適的導航臺，下面進行該導航臺的調諧。

(5)根據要調諧的導航臺的屬性，即是僅VOR臺、還是僅DME臺、還是VOR/DME共址臺，搜索空閒的無線電收發機，如果沒有找到合適的無線電收發機，下一運行周期(Δt後)進行系統狀態監視，即下一周期執行(7)。如果找到了合適的無線電收發機，發送調諧指令給收發機調諧導航臺，下面檢查調諧的結果。

(6)檢查調諧的結果，如果調諧的是主導航臺，並且滿足使用要求，則認為調諧成功，設置導航臺選擇類別標誌位為2，下一運行周期(Δt後)進行副導航臺的選擇，即下一周期執行(4)。如果調諧的是副導航臺，並且滿足使用要求，則認為調諧成功，設置導航臺選擇類別標誌位為2，下一運行周期(Δt後)進行副導航臺的選擇，即下一周期執行(4)。如果調諧的是最後採取導航臺，並且滿足使用要求，則認為調諧成功，設置導航臺選擇類別標誌位為3，下一運行周期(Δt後)進行最後採取導航臺的選擇，即下一周期執行(4)。如果調諧的導航臺不滿足使用要求，則認為導航臺調諧失敗，視線距離LOS減半，設置導航臺選擇類別標誌位，下一運行周期(Δt後)進行同一類別導航臺的選擇，即下一周期執行(4)。如果由於收發機的原因調諧失敗，將調諧該導航臺的無線電收發機從空閒的無線電收發機序列中清除，下一運行周期(Δt後)重新進行該導航臺的調諧，即下一周期執行(5)。

(7)檢查要求調諧的進近參考導航臺是否調諧成功，如果失敗，下一周期(Δt後)重新進行候選導航臺列表的形成，即下一周期執行(3)。如果沒有要求調諧進近參考導航臺或要求調諧的進近參考導航臺已經調諧成功，搜索無線電收發機，確定當前處於空閒狀態的無線電收發機。如果存在空閒的無線電收發機，設置導航臺選擇類別標誌位為3，確定下面要選擇的導航臺類別，下一周期(Δt後)進行導航臺的選擇，即下一周期執行(4)。如果不存在空閒的無線電收發機，那麼下一周期(Δt後)繼續執行系統狀態監視，即下一周期執行(7)。

(8)如果整個自動管理程序的運行超過了指定的運行時間ΔT，重新形成候選導航臺列表，重新進行導航臺的選擇，即下一周期執行(3)。

本發明的優點及顯著效果：本發明提出一種自動管理機載無線電收發機的方法，充分利用飛機當前位置和當前航段信息，在選擇導航臺時兼顧無線電收發機的工作狀態，在調諧無線電收發機時考慮導航臺的屬性，是一種系統的統籌管理方法。能夠自適應通道個數不同的無線電收發機，使各個無線電收發機處於恰當的工作狀態，無需飛行員時刻監視和安排各無線電收發機的工作狀態，極大降低了飛行員的工作負擔。該發明方法是一種易於工程實現的方法，對於航空器在民用領域飛行，滿足區域導航所需功能要求具有重要的現實應用意義。

附圖說明

圖1是本發明方法的工作流程示意圖

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的技術方案進行詳細說明：

本發明針對區域導航系統對無線電導航臺調諧的需求，充分利用飛機當前位置和當前航段信息，在選擇導航臺時兼顧無線電收發機的工作狀態，在調諧無線電收發機時考慮導航臺的屬性，能夠實現對機載無線電收發機的自動管理。具體包括以下步驟：

(1)以周期ΔT讀取區域導航設備輸出的飛機位置信息，位置信息分別為經度L、緯度λ、高度h。

(2)以周期ΔT讀取區域導航設備存儲的導航臺信息，包括：導航臺的頻率fNAV(i)、經度λNAV(i)、緯度LNAV(i)、標高hNAV(i)、品質因數FOM(i)，其中i表示導航臺的編號。

(3)形成候選導航臺的步驟：

以飛機當前位置為圓心，導航臺的最大作用距離Dmax為半徑(導航臺的最大作用距離是一個經驗值)，從區域導航設備的導航資料庫中搜索m個距離飛機最近的導航臺，形成最近導航臺清單。根據導航臺的服務區域，對最近導航臺清單中每個導航臺進行可用性判斷，形成導航臺候選列表。初始化空閒的無線電收發機序列，並設置導航臺選擇類別標誌位為1，確定下面要選擇的導航臺類別為主導航臺。

(4)選擇導航臺的步驟：

根據導航臺選擇類別標誌位，進行相應導航臺的選擇。如果導航選擇標誌位為1，即要求類別的導航臺為主導航臺(主導航臺必需選擇成功)；如果導航選擇標誌位為2，即要求類別的導航臺為副導航臺，但是未找到，設置導航臺標誌位為3，下一運行周期(Δt後)進行最後採取導航臺的選擇，即下一周期執行(4)。如果要求類別的導航臺為最後採取導航臺，但是未找到，下一運行周期(Δt後)進行系統狀態監視，即下一周期執行(7)。如果找到了要求類別的合適的導航臺，下面進行該導航臺的調諧。

所述步驟(4)中主導航臺的選擇，具體包括以下步驟：

(a)如果當前處於進近階段，存在進近參考導航臺，那麼選擇進近參考導航臺作為主導航臺；

(b)如果當前處於進場階段，存在到達機場參考導航臺，那麼選擇到達機場參考導航臺作為主導航臺；

(c)如果當前處於離場階段，存在離場參考導航臺，那麼選擇離場參考導航臺作為主導航臺；

(d)如果當前處於巡航階段，存在當前航段所指定的參考導航臺，那麼選擇當前航段所指定的參考導航臺作為主導航臺；

(e)如果當前處於巡航階段，不存在當前航段所指定的參考導航臺，存在下一航段的參考導航臺，那麼選擇下一航段的參考導航臺作為主導航臺；

(f)如果不存在任何參考導航臺，那麼選擇最近的VOR/DME共址臺作為主導航臺；

(g)如果不存在任何參考導航臺和最近的VOR/DME共址臺，那麼選擇最近的DME臺作為主導航臺。

所述步驟(4)中副導航臺的選擇，具體包括以下步驟：

(a)確定無線電收發機正在調諧的導航臺；

(b)從導航臺候選列表中取一個導航臺，求已被調諧導航臺與該導航臺之間的夾角，取最小值作為該導航臺的幾何夾角；

(c)將導航臺候選列表中每個導航臺的幾何夾角進行排序，取具有最大幾何夾角的導航臺作為副導航臺。

所述步驟(4)中最後採取導航臺的選擇，具體包括以下步驟：

(a)如果此時VOR無線電收發機能夠被調諧，那麼選擇最近的VOR/DME共址臺作為最後採取導航臺；

(b)如果此時VOR無線電收發機不能被調諧，那麼選擇最近的DME臺作為最後採取導航臺。

(5)調諧導航臺的步驟：

根據要調諧的導航臺的屬性，即是僅VOR臺、還是僅DME臺、還是VOR/DME共址臺，搜索空閒的無線電收發機，如果沒有找到合適的無線電收發機，下一運行周期(Δt後)進行系統狀態監視，即下一周期執行(7)。如果找到了合適的無線電收發機，發送調諧指令給無線電收發機調諧導航臺，下面檢查調諧的結果。

所述步驟(5)中尋找合適的無線電收發機，具體包括以下步驟：

(a)確定導航臺的屬性，是共址臺還是非共址臺；

(b)如果是共址導航臺，並且VOR/DME無線電收發機可用，選擇VOR/DME無線電收發機調諧該導航臺，否則選擇僅DME無線電收發機調諧該導航臺；

(c)如果是非共址臺，並且僅DME無線電收發機可用，選擇僅DME無線電收發機調諧該導航臺，否則選擇VOR/DME無線電收發機調諧該導航臺。

(6)檢查調諧的步驟：

檢查調諧的結果，如果調諧的是主導航臺，並且滿足使用要求，則認為調諧成功，設置導航臺選擇類別標誌位為2，下一運行周期(Δt後)進行副導航臺的選擇，即下一周期執行(4)。如果調諧的是副導航臺，並且滿足使用要求，則認為調諧成功，設置導航臺選擇類別標誌位為2，下一運行周期(Δt後)進行副導航臺的選擇，即下一周期執行(4)。如果調諧的是最後採取導航臺，並且滿足使用要求，則認為調諧成功，設置導航臺選擇類別標誌位為3，下一運行周期(Δt後)進行最後採取導航臺的選擇，即下一周期執行(4)。如果調諧的導航臺不滿足使用要求，則認為導航臺調諧失敗，視線距離LOS減半，設置導航臺選擇類別標誌位，下一運行周期(Δt後)進行同一類別導航臺的選擇，即下一周期執行(4)。如果由於無線電收發機的原因，將調諧該導航臺的無線電收發機從空閒的無線電收發機序列中清除調諧失敗，下一運行周期(Δt後)重新進行該導航臺的調諧，即下一周期執行(5)。

(7)系統狀態監視的步驟：

檢查要求的進近參考導航臺是否調諧成功，如果失敗，下一周期(Δt後)重新進行候選導航臺列表的形成，即下一周期執行(3)。如果沒有要求調諧進近參考導航臺或要求的進近參考導航臺已經調諧成功，搜索無線電收發機，確定當前處於空閒狀態的無線電收發機。如果存在空閒的無線電收發機，設置導航臺選擇類別標誌位為3，確定下面要選擇的導航臺類別為最後採取導航臺，下一周期(Δt後)進行導航臺的選擇，即下一周期執行(4)。如果不存在空閒的無線電收發機，那麼下一周期(Δt後)繼續執行系統狀態監視，即下一周期執行(7)。

(8)如果整個自動管理程序的運行超過了指定的運行時間ΔT，重新形成候選導航臺列表，重新進行導航臺的選擇，即下一周期執行(3)。

可以理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應屬於本發明所附的權利要求的保護範圍。