基于云飞管的RNPAR自主监控及告警方法和系统与流程

基于云飞管的rnp ar自主监控及告警方法和系统
技术领域
1.本发明涉及飞机航电系统架构，尤其涉及用于rnp ar功能的自主监控与告警方法和系统。


背景技术：

2.rnp ar是需要授权的所需导航性能（rnp ar， required navigation performance with special aircrew and aircraft authorization required），指在一个指定的空域内运行的航空器在水平方向上（经纬度位置点）所需的导航精度，其水平精度警戒区域被限制在2倍rnp值以内。
3.rnp ar功能以飞行管理系统（fms，flight management system）为核心功能载体，rnp ar主要用于净空条件差、气象条件多变、通讯导航设施不够完善、飞行作业难度比较大的特殊机场，用以提供更加精确、安全的飞行方法和更加高效的空中交通管理模式。由于rnp ar技术主要运用在飞行难度高的特殊机场，因此rnp ar精度要求就更高，对机载设备的冗余度、水平导航精度、水平导引安全性的要求也就更高。
4.国内运营rnp ar的机场主要使用的rnp ar精度为rnp ar apch=0.3 ， rnp ar missed apch=0.3，该精度要求对航电系统相关的机载设备冗余度、水平导引功能的安全性提出了极高的要求。目前，飞行员需要在执行rnp ar进近的阶段，时刻关注关键设备是否有故障、水平导航精度是否满足rnp要求，水平导引数据是否正确，上述任一情况发生时，飞行员需人工判断是否需要执行复飞，且需经塔台确认允许后方可执行复飞。这种人为判断对飞行员要求极高，且机组人工判断——与塔台通讯报告——塔台确认——塔台向机组反馈的工作流程，占用了执行复飞的操作时间，增加了复飞风险。
5.因此，需要能够改进现有技术中的缺陷的系统和方法。


技术实现要素：

6.提供本发明内容来以简化形式介绍将在以下具体实施方式部分中进一步描述的一些概念。本发明内容并不旨在标识出所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
7.本发明提出一种基于云飞管的rnp ar自主监控及告警方法和系统。rnp ar功能以飞行管理系统fms（包括机载端fms和云端fms）作为核心功能载体，机载端fms实时且高效地将机上数据传输至地面云端fms服务站，并且云端fms自动计算并诊断出影响rnp ar进近的设备故障、丧失水平导引的失效和错误数据，并利用5g技术，做出实时且准确的判断结果并发送至塔台和机载端fms，提示机组需要执行复飞。
8.在本发明的一个实施例中，提供了一种基于云飞管的rnp ar自主监控及告警方法，所述方法包括：在云端飞行管理系统fms处从机载端rnp ar系统接收机载设备数据、导航传感器数据和飞行管理系统数据；
基于所述导航传感器数据来执行rnp ar性能计算；基于所述机载设备数据、所述飞行管理系统数据以及所述rnp ar性能计算的结果来自主检测所述机载端rnp ar系统的故障数据；以及在检测到所述故障数据的情况下自动向地面塔台以及所述机载端rnp ar系统中的机载端显示系统发送所述故障数据和告警信息。
9.在本发明的另一实施例中，提供了一种系统，所述系统包括实现上述方法的装置。
10.在本发明的又一实施例中，提供了一种存储指令的计算机可读存储介质，这些指令在由处理器执行时使计算机执行上述方法。
11.在结合附图研读了下文对本发明的具体示例性实施例的描述之后，本发明的其他方面、特征和实施例对于本领域普通技术人员将是明显的。尽管本发明的特征在以下可能是针对某些实施例和附图来讨论的，但本发明的全部实施例可包括本文所讨论的有利特征中的一个或多个。换言之，尽管可能讨论了一个或多个实施例具有某些有利特征，但也可以根据本文讨论的本发明的各种实施例使用此类特征中的一个或多个特征。以类似方式，尽管示例性实施例在下文可能是作为设备、系统或方法实施例进行讨论的，但是应当领会，此类示例性实施例可以在各种设备、系统、和方法中实现。
附图说明
12.为了能详细理解本公开的以上陈述的特征所用的方式，可参照各方面来对以上简要概述的内容进行更具体的描述，其中一些方面在附图中阐示。然而应该注意，附图仅阐示了本公开的某些典型方面，故不应被认为限定其范围，因为本描述可允许有其他等同有效的方面。
13.图1是根据本公开的一个实施例的基于云飞管的rnp ar自主监控及告警功能实现架构的示意图。
14.图2示出了根据本公开的一个实施例的基于云飞管的rnp ar自主监控及告警功能的示意性框图。
15.图3示出了飞机主飞行显示器显示云端告警信息的示意图。
16.图4示出了根据本公开的一个实施例的基于云飞管的rnp ar自主监控及告警方法的流程图。
具体实施方式
17.以下将参考形成本发明一部分并示出各具体示例性实施例的附图更详尽地描述各个实施例。然而，各实施例可以以许多不同的形式来实现，并且不应将其解释为限制此处所阐述的各实施例；相反地，提供这些实施例以使得本公开变得透彻和完整，并且将这些实施例的范围完全传达给本领域普通技术人员。各实施例可按照方法、系统或设备来实施。因此，这些实施例可采用硬件实现形式、全软件实现形式或者结合软件和硬件方面的实现形式。因此，以下具体实施方式并非是局限性的。
18.各流程图中的步骤可通过硬件（例如，处理器、引擎、存储器、电路）、软件（例如，操作系统、应用、驱动器、机器/处理器可执行指令）或其组合来执行。如本领域普通技术人员将理解的，各实施例中所涉及的方法可以包括比示出的更多或更少的步骤。
19.下文中将通过框图、数据流图以及方法流程图对本公开的各方面进行详细描述。
20.图1是根据本公开的一个实施例的基于云飞管的rnp ar自主监控及告警功能实现架构的示意图。
21.如图1所示，基于云飞管的rnp ar自主监控及告警功能实现架构由机载端rnp ar系统100、云端fms服务站102、以及地面塔台104组成。在本发明的一个实施例中，基于云飞管的rnp ar自主监控及告警功能实现架构100还可包括用于机载端rnp ar系统100、云端fms服务站102、以及地面塔台104之间的无线通信的地面无线基站106。
22.云飞管指的是云飞行管理系统（部署在云端fms服务站102），是fms技术未来发展的重要方向，它的实现方式是在网络云端驻留fms功能，利用5g技术，高效、实时、可靠地与机载fms进行双向通信，获得机载相关飞行数据，同时综合云飞管负责空域内其他飞机的飞行数据以及气象温度信息进行fms功能和性能的增强和扩展计算。
23.机载端rnp ar系统 100通过机载接收机来接收飞机的导航传感器数据，并与显示系统、自动飞行系统共同完成rnp ar的导航和控制指令计算和显示。具体地，在本发明的一个实施例中，机载端rnp ar系统100基于导航传感器数据来执行rnp ar性能计算以生成包括该rnp ar计算结果（包含导航精度数据以及水平导引数据）的飞行管理系统数据。在进行该rnp ar导航和控制指令计算期间或在此之前，机载端rnp ar系统100将机载端rnp ar系统数据（包括机载设备数据、导航传感器数据、以及包括导航精度数据以及水平导引数据的飞行管理系统数据等），经由地面无线基站106提供的无线通信网络（诸如5g通信网络或基于其他技术的通信网络）传送至云端fms服务站102。
24.在本发明的另一实施例中，该无线通信网络也可由除了地面基站106以外的服务基站（诸如提供无线通信联网或组网能力的部署在大型无人机上的通信基站）来提供。在本发明的又一实施例中，该无线通信网络也可以是除了5g通信网路以外的合适的无线通信网络。
25.云端fms服务站102可以是驻留fms功能的网络云端服务器或服务器群。虽然在图1中仅仅示出了一个云端fms服务站102，但本领域技术人员可以理解的是，可存在不止一个云端fms服务站102。
26.利用5g技术的高网速以及低延迟的特点，云端fms服务站102能够实时接收来自机载端rnp ar系统 100的机载数据，包括但不限于包括机载设备数据、导航传感器数据、导航精度数据、以及水平导引数据。
27.云端fms服务站102对接收到的数据进行同步处理，并且在同步处理后，云端fms服务站102能够基于接收到的导航传感器数据来进行rnp ar性能计算，或者扩展型和增强型fms性能计算。随后，云端fms服务站102自主检测机载端rnp ar系统100的故障数据。具体而言是将机载端rnp ar系统100提供的飞行管理系统数据或其他rnp ar相关数据与该云端fms服务站102自己计算出的结果进行对照或对比以检测是否存在影响rnp ar进近的机载端rnp ar系统故障或错误数据，并且云端fms服务站102还基于从机载端rnp ar系统100接收到的机载设备数据来检测该机载端rnp ar系统是否存在设备故障。如果存在上述故障数据，则云端fms服务站102自动将检测到的故障数据以及监控告警信息同时发送至地面塔台104和机载端rnp ar系统100（具体而言是机载端显示系统），以提示地面塔台104和机载端rnp ar系统100所在的飞机上的机组需要执行rnp ar复飞操作。
28.地面塔台104接收到来自云端fms服务站102的故障数据和监控告警信息，并在确认后立即主动通过语音网络与机组进行语音联系并向机组确认这一监控告警信息，并要求机组执行复飞。
29.图2示出了根据本公开的一个实施例的基于云飞管的rnp ar自主监控及告警功能200的示意性框图。
30.基于云飞管的rnp ar自主监控及告警功能由图2中机载端rnp ar系统 202（部署在图1所示的机载端rnp ar系统100中）、云端fms 216以及地面塔台218共同实现，其中自主监控和告警功能主要由云端fms 216来实现。
31.在本发明的一个实施例中，可以在机载端rnp ar系统202处启动rnp ar功能，并且在rnp ar功能被触发之际，机载端rnp ar系统 202中的飞行管理系统208接收来自导航传感器206的导航传感器数据并基于此执行rnp ar性能计算以便将相关的计算结果和控制指令发送至显示系统204和飞行控制系统210。该rnp ar性能计算的结果可以是导航精度数据和水平导引数据并且这两者可被包含在由飞行管理系统208生成的飞行管理系统数据中以供发送给云端fms 216。在本公开的另一实施例中，除了导航传感器数据之外，导航传感器206还采集或生成机载设备数据并将其传递给飞行管理系统208和云端fms 216以供检测设备故障。
32.在执行rnp ar功能期间，机载端rnp ar系统202通过5g传输网络212将来自导航传感器206的机载设备数据和导航传感器数据以及来自飞行管理系统208的飞行管理系统数据发送至云端fms 216。云端fms 216对从机载端rnp ar系统202接收到的各项数据进行同步处理，并基于接收到的导航传感器数据来进行rnp ar性能计算。在本发明的另一实施例中，云端fms 216进一步综合该云飞管所负责空域内的其他飞机的飞行数据以及诸如气象温度信息等其他信息来进行fms或rnp ar功能的增强和扩展计算。
33.云端fms 216在执行rnp ar性能数据计算时（或在此之后）基于接收到的机载端rnp ar系统202的数据（包括机载设备数据以及包含导航精度数据和水平导引数据的飞行管理系统数据）以及自己计算出的结果来自主地检测机载端rnp ar系统的故障数据，包括rnp ar系统设备故障信息、导航精度不满足rnp ar要求、水平导引数据错误（对上述三项的检测将在下文中更详细地描述）。具体而言，对机载端rnp ar系统202的故障数据进行自主检测包括1）将从机载端rnp ar系统202接收到的包括导航精度数据和水平导引数据的飞行管理系统数据与在云端fms 216处执行rnp ar性能计算的结果进行对比监控以检测是否存在影响rnp ar进近的故障；以及2）基于从机载端rnp ar系统202接收到的机载设备数据来检测该机载端rnp ar系统是否存在影响在该机载端rnp ar系统处执行rnp ar性能计算的设备故障。
34.当检测到上述故障数据时，云端fms 216自动经由5g传输网络212自动向地面塔台218和飞机的显示系统204发送该故障或错误数据和告警信息，提示机组复飞（诸如经由显示系统204，具体而言在机载端主飞行显示器处显示故障数据和告警信息）。地面塔台218在接收到并确认该告警信息后也立即通过语音网络214与机组取得联系并要求进行复飞。具体而言：（1）对rnp ar系统设备故障信息的检测：由云端fms 216监控接收到的机载设备数据并检测任何将会影响机载rnp ar系统
运行的系统或仪表故障。如果检测到影响rnp ar系统运行的系统或仪表故障，则云端fms 216自动经由5g传输网络212向塔台218和飞机的飞行管理系统208发出告警信息。影响rnp ar运行的系统或仪表故障包括：自动驾驶仪故障、自动油门或自动推力故障、gps故障、左/右或双fmc故障、左/右或双cdu故障、taws警告，等等。
35.（2）对rnp ar导航精度的检测：云端fms 216进行rnp ar性能计算时，监控从机载端rnp ar系统 202接收到的导航精度数据，并且当监控到以下情况时，自动经由5g传输网络212向塔台218和飞机的飞行管理系统208发出告警信息：a.云端fms检测到gps primary信号丢失：b.云端fms计算出导航精度降级；c.云端fms计算出的估计位置误差大于rnp ar精度;d.云端fms计算出的两侧水平偏差不一致。
36.（3）对错误的水平导引数据的检测：在执行rnp ar进近时，飞行员对于错误的水平导引数据往往难以察觉，当机载端rnp ar系统计算出的两侧水平导引数据不一致时，飞行员需要结合备用仪表、差分gps等设备进行人工判断。云端fms 216可以自主监控从机载端rnp ar系统 202接收到的飞机水平导引数据，并且当检测到以下情况时，自动经由5g传输网络212向塔台218和飞机的飞行管理系统208发出告警信息：a.云端fms计算出的一侧位置与gps同侧位置不一致；b.机载端rnp ar系统计算出的一侧位置与gps同侧位置不一致；c.云端fms计算出的左右位置不一致；d.机载端rnp ar系统计算出的左右位置不一致；e.云端fms计算出的位置与机载端fms位置不一致；f.云端fms计算出的一侧水平偏差与机载端rnp ar系统计算出的同侧水平偏差不一致。
37.在本发明的一个实施例中，告警操作包括云端fms 216将详细的rnp ar系统设备故障检测、rnp ar导航精度检测、错误的水平导引数据检测的结果以及相应的告警信息实时经由5g传输网络212发送至塔台218和机载端fms 202，具体是机载端rnp ar系统 202中的显示系统204，提示塔台218和飞行员需要执行rnp ar复飞操作。
38.由此，本发明中的基于云飞管的自主监控及告警功能可以在执行rnp ar进近时，能提高飞行员场景意识，有效降低机组人员人工判定执行rnp ar复飞的工作时间和工作负担，提高rnp ar的运行安全和效率。
39.为了在机载端主飞行显示器（即显示系统204）上区分出云端fms 216的告警信息，在云端告警信息前增加“cld”字符以提示飞行员该告警信息为云端fms 216的检测结果。在图3中，示出了飞机主飞行显示器300上显示云端告警信息的示意图，其中左侧的箭头所指向的“cld”字符用于向飞行员提示告警信息来自云端fms 216。
40.地面塔台218的工作人员根据接收到检测结果数据来判断是否需要执行复飞。如果需要就立即通过语音网络214与机组进行语音联系，确认并要求执行复飞。
41.图4示出了根据本公开的一个实施例的基于云飞管的rnp ar自主监控及告警方法
400的流程图。
42.方法400开始于步骤402。在步骤402，在云端飞行管理系统（fms）处从机载端rnp ar系统接收机载设备数据、导航传感器数据和飞行管理系统数据。具体而言，在本发明的一个实施例中，机载端rnp ar系统包括导航传感器、飞行管理系统、机载端显示系统、以及飞行控制系统，并且该导航传感器生成导航传感器数据并将其传递至飞行管理系统。该飞行管理系统基于导航传感器数据来执行机载端的rnp ar性能计算以生成包括导航精度数据和水平导引数据的飞行管理系统数据。在本发明的另一实施例中，执行机载端rnp ar性能计算还包括在机载端rnp ar系统处启动rnp ar功能。
43.方法400随后继续至步骤404。在步骤404，基于接收到的导航传感器数据来执行rnp ar性能计算。在本发明的一个实施例中，该步骤406进一步包括综合云飞管负责空域内其他飞机的飞行数据以及气象温度信息进行fms功能和性能的增强和扩展计算。在本发明的另一实施例中，在云端fms处还对从机载端rnp ar系统接收到的各项数据进行同步处理。
44.然后，方法400继续至步骤406。在步骤406，基于该机载设备数据、飞行管理系统数据以及该rnp ar性能计算的结果来自主检测机载rnp ar系统的故障数据。在本发明的一个实施例中，该步骤进一步包括将该飞行管理系统数据与rnp ar性能计算的结果进行对比以检测是否存在影响rnp ar进近的故障数据以及基于机载设备数据来检测机载rnp ar系统是否存在设备故障，并且该故障数据包括rnp ar系统设备故障信息、导航精度不满足rnp ar要求、水平导引数据错误。在本发明的一个实施例中，检测rnp ar系统设备故障信息包括检测接收到的机载设备数据以检测出任何将会影响rnp ar运行的系统或仪表故障，检测导航精度不满足rnp ar要求通过检测接收到的机载导航精度数据来完成，并且检测水平导引数据错误通过检测机载水平导引数据来完成。
45.接着，方法继续至判定框408以确定是否检测到故障数据。如果检测到故障数据，则方法400继续至步骤410。在步骤410，自动向地面塔台和机载端显示系统发送故障数据和告警信息。在本发明的一个实施例中，该步骤410进一步包括将详细的rnp ar系统设备故障检测、rnp ar导航精度检测、错误的水平导引数据检测的结果以及相应的告警信息经由5g传输网络实时发送至地面塔台和机载端显示系统以提示地面塔台和飞行员需要执行rnp ar复飞操作。
46.在本发明的另一实施例中，向地面塔台和机载端显示系统发送所述故障数据和告警信息还包括在该机载端rnp ar系统中的显示系统（主飞行显示器）处显示该故障数据和告警信息，并且地面塔台基于接收到的故障数据和告警信息来确认是否需要执行复飞，而机组在接收到塔台的复飞要求后立即执行复飞，否则继续执行rnp ar进近。
47.如果在判定框408处确定未检测到故障数据，则方法400行进至步骤412。在步骤412，不发送故障数据和告警信号。在此情况下，在机载端rnp ar系统处继续执行rnp ar进近。
48.本发明提出的云端fms和机载端rnp ar系统的非相似性、多冗余rnp ar性能计算方法（通过机载rnp ar系统和云端fms采用不同软硬件实现飞行管理功能，互为备份，相互对比监控（与机载端rnp ar系统数据对比，自主检测会导致不能执行rnp ar进近的数据），从而形成多冗余度设计的方案），不仅能解决共模问题，还能提高飞机安全性。而且，通过设置云端fms减少机载rnp ar系统的套数以降低对机载数据存储、计算和网络资源的需求。
49.以上参考根据本发明的实施例的方法、系统和计算机程序产品的框图和/或操作说明描述了本发明的实施例。框中所注明的各功能/动作可以按不同于任何流程图所示的次序出现。例如，取决于所涉及的功能/动作，连续示出的两个框实际上可以基本上同时执行，或者这些框有时可以按相反的次序来执行。
50.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。