用于飞机的云飞行管理系统及云飞行管理方法

技术领域

本发明涉及适用于飞机尤其是民用飞机的云飞行管理系统及其系统架构，尤其涉及一种用于飞机的云飞行管理系统及云飞行管理方法。

背景技术

目前，包括民用飞机在内的大部分飞机一般都配备有多套机载的飞行管理系统(简称为FMS)，机载飞行管理系统通过与其他机载系统诸如飞机上布置的导航传感器、通信系统等紧密交联以实现诸如飞行计划、导航融合、性能管理、轨迹预测、飞行导引、数据链应用等的综合性功能。

举例来说，在民用飞机的航线运行过程中机组可主要通过操作FMS制订飞行计划后接通水平和垂直导引来操纵飞机从起飞机场沿着预先设定好的路径飞行至目地的机场。

然而，现有的飞机主要依靠机载FMS承担飞机的飞行管理任务。出于可靠性、安全性等方面的考虑，现有的支线和干线飞机上通常配置有1套或2套机载FMS，长航程越洋飞机通常配置有3套机载FMS，可以理解的是，上述机载FMS涉及的系统和指令等在下文中一般统称为机载飞行管理系统、第一飞行管理指令等。飞机在运行过程中，机载FMS通过通信系统的数据链技术与地面支持控制系统进行数据交互，包括当前位置信息、油耗信息和飞行计划信息的交互。尽管目前，FMS的实现形式逐渐由传统的独立的计算机发展为主要由驻留在航电平台的软件构成，然而，现有飞机所广泛采用的如上所述的飞行管理系统架构仍然存在以下方面的不足。

第一，现有的飞机中，机载的多套FMS，其计算机硬件和软件通常采用相同的硬件和软件，这使得多套FMS在提供冗余以外无法对飞行管理任务涉及的各种参数、数据、计算、导引起到有效的对比监控，因而可靠性存在不足。

第二，机载FMS所需满足的数据存储要求和计算量及计算资源要求较大，多套机载FMS的配置对机载系统宝贵的存储、计算和网络资源有着相当高的占用率。

第三，机载资源和机载数据库在硬件配置等方面的限制，制约了飞行管理系统对于部分功能的计算精度，致使部分计算精度不够高。

因此，亟需提供一种新的用于飞机的云飞行管理系统及云飞行管理方法，以至少部分地缓解或改进现有技术所存在的上述不足之处。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有飞机的飞行管理系统因采用配备多套相同的机载飞行管理系统的系统架构因而飞行管理系统整体的可靠性不足、部分功能的计算精度不足、以及需要占用大量机载空间、存储、计算和网络资源的缺陷，提出一种新的用于飞机的云飞行管理系统及云飞行管理方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

本发明提供了一种用于飞机的云飞行管理系统，所述飞机包括自动飞行控制系统，所述云飞行管理系统包括飞机的机载飞行管理系统，所述机载飞行管理系统被配置为能够获取生成飞行管理指令所需的飞行状态数据，并基于所述飞行状态数据计算生成第一飞行管理指令，其特点在于，所述云飞行管理系统还包括：

云端飞行管理设备，所述云端飞行管理设备布置于地面，并经由空地无线网络和所述机载飞行管理系统通信连接，所述云端飞行管理设备被配置为能够自所述机载飞行管理系统获取所述飞行状态数据，以及，基于所述飞行状态数据计算生成第二飞行管理指令并将其发送至所述机载飞行管理系统；

其中，所述机载飞行管理系统还被配置为能够指示所述自动飞行控制系统执行所述第二飞行管理指令。

根据本发明的一种实施方式，所述云端飞行管理设备采用和所述机载飞行管理系统不同的软件系统和/或不同的硬件设备。

根据本发明的一种实施方式，所述机载飞行管理系统还被配置为能够识别所述第二飞行管理指令的指令类型以及对比所述第一飞行管理指令和所述第二飞行管理指令是否一致，并在识别出指令类型属于高优先级指令的情况下指示所述自动飞行控制系统执行所述第二飞行管理指令，否则则根据所述对比结果指示所述自动飞行控制系统的操作。

根据本发明的一种实施方式，所述云飞行管理系统还包括：

布置于地面的ATC控制端和AOC控制端，所述ATC控制端和所述AOC控制端经由地面通信网络和所述云端飞行管理设备通信连接，并被配置为能够向所述云端飞行管理设备发送原始ATC指令和原始AOC指令；

所述云端飞行管理设备还被配置为能够将接收到的所述原始ATC指令或所述原始AOC指令解析为可执行ATC指令或可执行AOC指令以作为所述第二飞行管理指令。

根据本发明的一种实施方式，所述机载飞行管理系统还被配置为能够在识别出所述第二飞行管理指令为所述可执行ATC指令或所述可执行AOC指令时，直接将所述可执行ATC指令或所述可执行AOC指令发送给所述自动飞行控制系统。

根据本发明的一种实施方式，所述机载飞行管理系统还被配置为能够在识别出所述第二飞行管理指令不属于所述可执行ATC指令或所述可执行AOC指令时，对比所述第一飞行管理指令和所述第二飞行管理指令是否一致；

若一致，则指示所述自动飞行控制系统根据所述飞行管理指令操作，若不一致，则输出用于提示机组人员进行人工检查的提示信息。

根据本发明的一种实施方式，所述云端飞行管理设备经由空地无线网络和所述机载飞行管理系统通信连接，所述机载飞行管理系统还被配置为能够监测所述空地无线网络的通信状态是否正常，并在通信状态异常时指示所述自动飞行控制系统根据所述第一飞行管理指令操作。

根据本发明的一种实施方式，所述空地无线网络为5G网络或无线数据链，所述地面通信网络包括地面光纤网络或5G网络。

根据本发明的一种实施方式，所述飞机还包括机载数据总线和多个机载系统，所述机载飞行管理系统经由所述机载数据总线连接至所述多个机载系统，以经由所述机载数据总线自所述多个机载系统获取所述飞行状态数据。

根据本发明的一种实施方式，所述多个机载系统包括导航传感器系统、显示系统、通信系统和自动飞行控制系统。

根据本发明的一种实施方式，所述云端飞行管理设备配备有云端飞管数据库，所述云端飞管数据库存储有相比所述机载飞行管理系统更详细的飞机性能数据、发动机数据以及环境数据；

所述云端飞行管理设备还配置有至少和所述机载飞行管理系统相当的飞行管理功能以及比所述机载飞行管理系统更强的运算能力，其中所述飞行管理功能包括飞行计划功能、导航计算功能、轨迹预测功能、飞行导引功能。

本发明还提供了一种用于飞机的云飞行管理方法，其特点在于，所述云飞行管理方法采用如上所述的云飞行管理系统，并包括以下步骤：

所述机载飞行管理系统获取所述飞行状态数据，并基于所述飞行状态数据计算生成第一飞行管理指令；

所述云端飞行管理设备自所述机载飞行管理系统获取所述飞行状态数据，并基于所述飞行状态数据计算生成第二飞行管理指令并向所述机载飞行管理系统发送所述第二飞行管理指令；

所述机载飞行管理设备判断通信连接至所述云端飞行管理设备的空地无线网络是否处于正常状态；

若处于异常状态则直接根据所述第一飞行管理指令指示所述自动飞行控制系统的操作；

若处于正常状态则识别所述第二飞行管理指令的指令类型以及对比所述第一飞行管理指令和所述第二飞行管理指令是否一致，并根据识别出的所述指令类型以及所述对比结果指示所述自动飞行控制系统的操作。

根据本发明的一种实施方式，根据识别出的所述指令类型以及所述对比结果指示所述自动飞行控制系统的操作包括以下步骤：

若识别出所述第二飞行管理指令为可执行ATC指令或可执行AOC指令，则指示所述自动飞行控制系统根据所述可执行ATC指令或所述可执行AOC指令操作；

否则，则对比所述第一飞行管理指令和所述第二飞行管理指令是否一致；

若一致，则指示所述自动飞行控制系统根据所述飞行管理指令操作；

若不一致，则输出用于提示机组人员进行人工检查的提示信息。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：

根据本发明的用于飞机的云飞行管理系统及云飞行管理方法，通过在机载FMS的基础上增加可经由高速、低延时的无线通信网络通信的布置于地面的云端FMS，作为机载FMS的备份和补充，形成多冗余度设计。

由此，可减少机载FMS的套数，降低对机载数据存储、计算和网络资源的需求及资源占用，并可利用地面的云端FMS提高整个系统架构可实现的性能，例如提升计算精度和响应速度、提高飞行管理系统整体的可靠性。

附图说明

图1为根据本发明的优选实施方式的用于飞机的云飞行管理系统的系统框架示意图。

图2为根据本发明的优选实施方式的用于飞机的云飞行管理系统的工作原理示意图。

图3为根据本发明的优选实施方式的用于飞机的云飞行管理方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图，进一步对本发明的优选实施例进行详细描述，以下的描述为示例性的，并非对本发明的限制，任何的其他类似情形也都落入本发明的保护范围之中。

在以下的具体描述中，方向性的术语，例如“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“后”等，参考附图中描述的方向使用。本发明的实施例的部件可被置于多种不同的方向，方向性的术语是用于示例的目的而非限制性的。

参考图1-2所示，根据本发明的较佳实施方式的用于飞机的云飞行管理系统，可包括飞机的机载飞行管理系统以及布置于地面的云端飞行管理设备，二者经由空地无线网络通信连接，并且该云飞行管理系统可选地还可包括布置于地面、并用于提供地面运营支持的ATC控制端和AOC控制端。

其中，所述机载飞行管理系统(即机载FMS)被配置为能够获取生成飞行管理指令所需的飞行状态数据，并基于所述飞行状态数据计算生成第一飞行管理指令。

云端飞行管理设备(即云端FMS或者地面FMS)被配置为能够自所述机载飞行管理系统获取所述飞行状态数据，以及，基于所述飞行状态数据计算生成第二飞行管理指令并将其发送至所述机载飞行管理系统。

机载飞行管理系统还被配置为识别所述第二飞行管理指令的指令类型是否属于高优先级指令(例如下文中所例举的ATC指令和AOC指令)以及对比所述第一飞行管理指令和所述第二飞行管理指令是否一致，并根据识别出的所述指令类型以及所述对比结果指示所述自动飞行控制系统的操作，其中对于第二飞行管理指令的指令类型的识别以及对第一飞行管理指令和所述第二飞行管理指令的对比，在下文中详述。

如图1和图2所示，具体地，在该云飞行管理系统中，所述ATC控制端和所述AOC控制端经由地面通信网络和所述云端飞行管理设备通信连接，并被配置为能够向所述云端飞行管理设备发送原始ATC指令和原始AOC指令。

所述云端飞行管理设备还可被配置为能够将接收到的所述原始ATC指令或所述原始AOC指令解析为可执行ATC指令或可执行AOC指令以作为所述第二飞行管理指令。

换言之，布置于地面的云端飞行管理设备采用这样一种配置，当其自提供地面运营支持的ATC控制端和所述AOC控制端接收到ATC指令或所述AOC指令时，将直接对其进行解析从而生成可执行ATC指令或可执行AOC指令。应理解的是，本文中所称“可执行”一般是对于飞机的自动飞行控制系统而言可执行。

所述机载飞行管理系统还可进一步采用如下具体配置。机载飞行管理系统可被配置为能够在识别出所述第二飞行管理指令为所述可执行ATC指令或所述可执行AOC指令时，直接将所述可执行ATC指令或所述可执行AOC指令发送给所述自动飞行控制系统执行相应指令。

由此，当存在一定程度上带有强制性的ATC指令或AOC指令时，机载飞行管理系统将直接将其作为导引指令发送给自动飞行控制系统以执行相关操作，而无需考虑机载飞行管理系统生成的第一飞行管理指令。从另一个角度来说，ATC指令或AOC指令可被视为是具有相对高的优先级的指令，当出现此类指令时，飞机的自动飞行控制系统将直接执行相关指令。

当所述机载飞行管理系统识别出所述第二飞行管理指令不属于所述可执行ATC指令或所述可执行AOC指令时，则对比所述第一飞行管理指令和所述第二飞行管理指令是否一致。若一致，则指示所述自动飞行控制系统根据所述飞行管理指令操作，若不一致，则输出用于提示机组人员进行人工检查的提示信息，以及时提醒机组检查各个机载系统的工作状态是否正常。

还可以理解的是，机载飞行管理系统通常可通过飞行导引指令指示自动飞行控制系统的操作，而根据上述方案，可在飞行导引指令中加入飞行管理指令或者说根据飞行管理指令来生成所述飞行导引指令。

根据本发明的一些优选实施方式，所述云端飞行管理设备经由空地无线网络和所述机载飞行管理系统通信连接，所述机载飞行管理系统还被配置为能够监测所述空地无线网络的通信状态是否正常，并在通信状态异常时指示所述自动飞行控制系统根据所述第一飞行管理指令操作。

优选地，所述空地无线网络为5G网络或无线数据链，所述地面通信网络包括地面光纤网络或5G网络。更具体地，利用诸如地面无线基站等已有通信设备，可通过无线网络形式(5G/数据链)实现云端FMS与机载FMS的数据双向传输。

如图2所示，飞机的机载部分还可包括机载数据总线(未示出)和多个机载系统，所述机载飞行管理系统经由所述机载数据总线连接至所述多个机载系统，以经由所述机载数据总线自所述多个机载系统获取所述飞行状态数据。该多个机载系统包括导航传感器系统、显示系统、通信系统和自动飞行控制系统。

根据本发明的一些优选实施方式，所述云端飞行管理设备采用和所述机载飞行管理系统不同的软件系统和/或不同的硬件设备。

其中，所述云端飞行管理设备可配备有云端飞管数据库，所述云端飞管数据库存储有相比所述机载飞行管理系统更详细的飞机性能数据、发动机数据以及环境数据。所述云端飞行管理设备还可配置有至少和所述机载飞行管理系统相当的飞行管理功能以及比所述机载飞行管理系统更强的运算能力，其中所述飞行管理功能包括飞行计划功能、导航计算功能、轨迹预测功能、飞行导引功能。其中，环境数据可包括诸如气象数据，或者更具体地包括风况数据。

上述优选方案可具有以下进一步的优势。例如，云端FMS可以存储更全面的飞机性能和发动机数据、获取更详细的气象数据，具备更强大的计算能力。同时，相比原本配备的机载FMS，云端FMS可采用基本相同的方法，实现相同的飞行管理功能，包括飞行计划、导航计算、轨迹预测、飞行导引、互联等功能。计算所需数据输入如导航传感器数据通过机载航电网络发送给机载FMS，同时经由空地无线通信网络发送到云端FMS。机载FMS和云端FMS的计算结果均会发送到机载的显示系统并实时更新。AOC控制端的飞行计划数据和气象参数，以及ATC人员的管制和导引指令可以通过地面网络发送到云端FMS后同步到机载FMS。

图3示意性地示出了根据本发明的优选实施方式的用于飞机的云飞行管理方法的示例性流程，并且可以理解的是，图3所示的示例性流程也可看做是根据上述优选实施方式的用于飞机的云飞行管理系统的一种示例性控制逻辑或实现逻辑。

如图3所示，该用于飞机的云飞行管理方法可包括以下步骤：

所述机载飞行管理系统获取所述飞行状态数据，并基于所述飞行状态数据计算生成第一飞行管理指令；

所述云端飞行管理设备自所述机载飞行管理系统获取所述飞行状态数据，并基于所述飞行状态数据计算生成第二飞行管理指令并向所述机载飞行管理系统发送所述第二飞行管理指令；

所述机载飞行管理设备判断通信连接至所述云端飞行管理设备的空地无线网络是否处于正常状态；

若处于异常状态则直接根据所述第一飞行管理指令指示所述自动飞行控制系统的操作；

若处于正常状态则识别所述第二飞行管理指令的指令类型以及对比所述第一飞行管理指令和所述第二飞行管理指令是否一致，并根据识别出的所述指令类型以及所述对比结果指示所述自动飞行控制系统的操作。

上述方法中，根据识别出的所述指令类型以及所述对比结果指示所述自动飞行控制系统的操作包括以下步骤：

若识别出所述第二飞行管理指令为可执行ATC指令或可执行AOC指令，则指示所述自动飞行控制系统根据所述可执行ATC指令或所述可执行AOC指令操作；

否则，则对比所述第一飞行管理指令和所述第二飞行管理指令是否一致；

若一致，则指示所述自动飞行控制系统根据所述飞行管理指令操作；

若不一致，则输出用于提示机组人员进行人工检查的提示信息。

本领域技术人员可以理解的是，相比于现有技术，本发明的上述优选实施方式所提供的解决方案，利用了日益成熟的以5G和低轨道卫星为代表的高速率、高安全性和低延时的无线通信技术，增加布置于地面的云端飞行管理设备作为机载飞行管理系统的备份或冗余。这样的系统架构，可充分利用云端飞行管理设备在硬件设备及计算资源等方面更易于配置充分的资源且成本相对较低的优势，并可提供更强的纠错性能和执行飞行管理任务的高可靠性。同时，这将显著可以减少对机载的计算资源和存储资源的需求，并适当降低对机载FMS的功能和冗余要求。

此外，在诸如轨迹预测和航线执行计划等飞行管理任务的方面，通过云端FMS和机载FMS的对比和监控，可以显著提高运行可靠性并减少机组的工作负担，为单人驾驶提供有力的技术支持。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。