[0001] 本文件涉及民机试飞安全监测技术领域，尤其涉及一种基于北斗系统的民机试飞关键参数监测系统及方法。

[0002] 民机试飞领域中，空地数据下传是一项非常关键的技术，需要综合考虑链路建设成本、运营成本、空域覆盖问题、灵活可更改的要求。目前国内外在民机试飞领域中，数据下传主要技术手段是借助遥测传输系统，及建立地面和飞机上的数据传输专用通道。但遥测传输受限于地面遥测传输距离限制问题，民机试飞空域覆盖领域通常不超过300公里，如需扩大遥测监控范围需在地面增加遥测监控站的方式则其建设成本和运行成本非常高昂，无法支持长时间的民机试飞工作。因此，在民机试飞领域中试飞飞机只能限制在特定空域内开展高风险的试飞工作。

[0003] 在交付运营的飞机上，目前具有成熟的空地数据链系统，作为空地数据互传的通道，但是数据链传输在偏远地区上有一定盲区、数据链的传输数据量有限且传输间隔较长，无法满足民机在试飞监测中的要求。民机试飞过程中，要求监控覆盖全空域范围、监测数据传输量较大、监测数据刷新率要求高、传输数据类型可灵活更改。在民机试飞过程中，机上试验工程师没有独立的空地通讯链路无法和地面工程师建立通讯渠道，往往需要借助驾驶舱的空地电台通讯链路与地面工程师进行联系沟通。因此，试验过程中的通讯，容易增加了机组的飞行工作负荷并导致试验效率偏低。为机上试验工程师建立一套独立空地通讯链路，有助于提高试验效率，同时降低了飞行机组的工作负荷。

[0004] 现有民航中，基于北斗卫星系统搭建的空地传输链路是基于传统数据链开发设计，用于实现飞机的位置追踪、机上告警信息的传输等，无法适应民机试飞中对数据的高频次灵活调整的需要，无法与机载庞大的测试系统进行兼容。需要进一步拓展基于北斗短报文通讯链路开发试飞关键参数传输功能。因此，研究、建立和完善新一代民机试飞过程中的空地数据传输链路，解决空域覆盖问题、成本建设问题、数据传输量以及专用通讯领路的问题，是目前民机试飞领域中重点关注的问题。

[0025] 为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书一个或多个实施例中的技术方案，下面将结合本说明书一个或多个实施例中的附图，对本说明书一个或多个实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书一个或多个实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本文件的保护范围。

[0026] 系统实施例

[0027] 本发明实施例提供了一种基于北斗系统的民机试飞关键参数监测系统，图1为本发明实施例的基于北斗系统的民机试飞关键参数监测系统示意图，根据图1所示，本发明实施例的基于北斗系统的民机试飞关键参数监测系统具体包括：

[0028] 机载北斗报文传输处理终端、北斗卫星传输链路、地面北斗报文传输处理终端、空地用户终端以及配套用户系统；

[0029] 北斗报文传输处理终端，用于采集试飞民机上的运行状态数据，根据所述运行状态数据的数据类型和信息容量大小进行融合编码后以短报文形式发送到地面北斗报文传输处理终端；北斗报文传输处理终端具体包括：参数采集子单元、融合编码子单元以及短报文编码发送子单元；

[0030] 参数采集子单元，用于采用ARINC664格式采集试飞民机的CAS告警信息以及INFO提示信息，采用ARINC429和ARINC664格式采集试飞民机的动力系统、飞控系统、环控系统以及燃油系统的关键参数，采集试飞民机上用户终端编辑的自由文本信息、语音信息以及图像信息；

[0031] 融合编码子单元，用于根据运行状态数据的数据类型和信息容量大小进行融合编码，采用数据压缩算法对音频和图像数据进行压缩处理，采用全量信息编码规则，将多样性的总线类数据进行融合编码；短报文发送容量和频次有限，为更好的提高单位容量下传输更有价值的数据、更多的数据，本发明实施例中采用高效的音视频压缩算法和全量信息编码规则算法，提高信息载含量的同时降低数据的容量空间；

[0032] 短报文编码发送子单元，用于自适应调整发送机制，平衡短报文传输容量与发送间隔的要求通过北斗卫星传输系统向所述地面北斗报文传输处理终端发送数据；接收和解析地面用户终端的信息，根据地面用户发送需求传输至机载用户终端。

[0033] 图2为本发明实施例的机载北斗报文传输处理系统的示意图，根据图2可知，机载北斗报文传输处理终端用于采集机上飞机运行状态数据，如飞机的CAS告警信息、INFO提示信息，数据采用ARINC664格式进行采集获取；动力系统、飞控系统、环控系统、燃油系统等系统的关键参数，数据采用ARINC429和ARINC664格式进行采集获取；机上用户终端编辑的自由文本信息、语音信息以及图像等信息，数据采用以太网格式进行采集获取。机载北斗报文传输处理终端能够采集ARINC429、ARINC664和以太网数据，并对采集到的数据进行融合编码。根据数据类型和信息容量大小进行融合编码，采用数据压缩算法对音频和图像数据进行压缩处理，采用全量信息编码规则，将多样性的总线类数据进行融合编码，实现单条报文发送多样性数据。再通过短报文编码发送模块进行自适应调整发送机制，平衡短报文传输容量与发送间隔的要求。机载北斗报文传输处理终端，同时可接收和解析地面用户终端的信息，根据地面用户发送需求传输至机载用户终端，如地面气象信息、地面即时通讯信息、地面指令信息等。机载北斗用户终端，建立了机载飞机端与地面用户端的机载端的信息处理交互和处理中心。机载端设备，主要包括北斗报文传输及处理设备、北斗卫星传输收发天线两部分。

[0034] 北斗卫星传输系统，用于实现机载北斗报文传输处理终端与机载北斗报文传输处理终端之间的双向即时通讯功能；

[0035] 图3为本发明实施例的北斗二代卫星传输系统应用场景，图4为本发明实施例的北斗三代卫星传输系统应用场景；北斗卫星传输系统，借助北斗已有的成熟系统开发北斗短报文应用。系统包括卫星传输链路和地面指挥接收中心。卫星传输链路主要指北斗卫星导航系统空间传输部分，由北斗二代和北斗三代卫星组成；地面指挥接收中心，主要指建立在地面的数据接收中心，通常包括地面接收天线和接收终端。本发明专利兼容北斗二代和北斗三代短报文传输系统，能够根据传输链路的技术特点进行系统调整，满足用户终端的不用硬件平台。北斗二代的数据传输带宽较小，用于实现民机试飞中的定位追踪以及全量CAS告警信息的传输；北斗三代的数据传输带宽较高、传输事件间隔较小，在北斗二代的基础上增加INFO信息、机上系统关键参数的实时监控以及空地双向即时通讯功能。

[0036] 地面北斗报文传输处理终端，用于通过以太网与地面指挥接收中心建立通讯连接，获取短报文信息，经过数据解析再传输至地面用户终端上；

[0037] 图5为本发明实施例的地面北斗报文传输处理终端示意图，地面北斗报文传输处理终端，用于接收解析并显示机上终端发送的数据，辅助地面用户进行实时查看和分析。通过以太网与地面指挥接收中心建立通讯连接，获取短报文信息，经过数据解析再传输至地面用户终端上；支持地面用户终端向机上用于终端发送信息，如地面控制指令、地面气象信息以及即时通讯信息等。即时通讯信息，包括自由文本、语音及图像信息。地面信息通过地面报文传输处理终端进行融合编码，将地面多样数据信息进行编码、压缩等处理，再经过地面指挥接收中心进行报文发送。地面报文发送根据报文数据容量大小进行自适应调整，设置发送报文数量和发送间隔等参数，从而实现地面报文数据上传的功能。

[0038] 空地用户终端，包括机载用户终端和地面用户终端，机载用户终端用于对机载飞机端与地面用户端的机载端的信息进行处理交互，所述地面用户终端用于对试飞民机的运行状态数据进行实时监控；

[0039] 配套用户系统，安装于机载用户终端和地面的用户终端上以及地面监控中心，主要用于显示接收到的数据信息并根据用户需要发送自由文本信息、语音信息以及图像信息。

[0040] 图6为本发明实施例的配套用户系统功能组成示意图；配套用户系统，配套用户系统安装于机载和地面的用户终端上以及地面监控中心，主要用于显示接收到的数据信息并根据用户需要发送自由文本信息、语音信息以及图像信息。配套用户系统作为人机交互系统，一是满足地面用户监测民机试飞过程中的飞机运行状态需要、二是作为民机试飞过程中机上试验工程师和地面支持人员之间的即时通讯工作使用、三是对北斗短报文通讯系统进行统一管理、四是作为飞机应急救援通讯备份通道使用。

[0041] 本发明专利开发的用户系统主要包括以下几方面的功能：在用户端实现试飞安全监控功能，是基于北斗卫星导航系统开发的民机试飞关键参数监测功能，实现全球范围内对民机进行实时安全状态监控；即时通讯功能，在为民机试飞过程提供新一套空地即时通讯的软硬件系统，为民机试飞中的工作人员建立便捷的空地通讯链路；北斗通讯系统综合管理功能，为地面指挥中心以及机载端报文系统设置提供统一管理平台，为系统的大面积使用提供统一管理平台；应急救援功能，主要借助北斗定位追踪功能开发应急救援功能，机上人员通过机载用户终端发送应急救援请求，地面接收求救信息以后结合地面监测数据，做出地面应急响应。

[0042] 本发明实施例基于北斗卫星导航系统开发一套民机试飞用的空地数据传输系统，实现民机试飞的试验数据下传、空地试验人员的专用通讯以及应急救援等功能。将本法发明装置融入到民机试飞机载系统中，获取机上各种运行数据和通讯信息，将其传输至地面用户终端；借助北斗卫星导航系统的短报文通讯功能，建立空地信息双向传输通道；在地面，将本发明装置融入到地面北斗指挥中心和地面试验监控中心中，获取地面用户终端的信息并实时显示试飞飞机的运行状态信息和通讯信息。以此，建立基于北斗系统的民机试飞关键参数监测系统。

[0043] 下面以具体实施例进行系统部署的说明：

[0044] 1、搭载机载设备，在试飞飞机上安装一套机载北斗报文传输处理终端，机载端设备包括北斗短报文收发天线和短报文传输处理设备。通过试飞改装，将机载终端与机载测试系统、航电核心系统进行交联。采用ARINC664、ARINC429和以太网采集模块，获取交联系统的数据，获取数据包括全量CAS信息、INFO提示信息、动力系统、飞控系统、环控系统、燃油系统等系统的关键参数。根据机载终端的融合编码模块和报文数据压缩模块，对获取的数据进行组合打包和压缩处理并生成短报文数据发送出去。

[0045] 2、设置传输链路，借助北斗卫星导航系统建立的短报文通讯传输链路传输民机试飞过程中的试验数据。需要在地面和机上分别安装用于短报文收发的终端，机载端集成在机载北斗报文传输处理终端内、地面端则集成在地面指挥接收中心。北斗短报文通讯传输链路建立了机载用户端与地面用户端的空地通讯链路，借助通讯链路开发数据应用服务。短报文通讯传输链路在运行过程中，需要结合短报文数据内容以及北斗系统本身，进行系统设置和自适应发送参数设置，影响系统设置的因素包括北斗传输平台(北斗二代或北斗三代系统)、短报文传输内容容量大小以及短报文内容的紧急程度。通过预先设置的工作逻辑，对短报文和传输平台属性进行识别，从而调整发送机制，发送机制包括短报文发送时间间隔、短报文组包及切片数量、报文数据的紧急级别等。

[0046] 3、设置地面设备，需在地面搭建一套地面报文传输处理终端。终端与地面指挥接收中心进行交联获取机上下传的短报文信息，同时与地面监控中心进行交联将短报文内置参数解析并显示在地面监控中心上。地面设备作为地面数据传输及转换中心，提供了机载和地面用户终端的信息交互功能。

[0047] 4、设置用户终端，包括机载用户终端和地面用户终端，安装有配套的用户系统。用户终端支持固定式监控模式和移动式用户终端模式。用户终端与北斗报文传输处理终端进行信息交互，一是通过北斗报文传输处理终端，获取短报文信息，将信息进行实时显示，从而实现对飞行器的实时监测；二是通过空地即时通讯链路，建立空地双向即时通讯，在传输即时通讯信息时，北斗报文传输处理终端需进行优先处理；三是通过用户终端，地面用户可以上传指令信息，基于指令信息的可开发各种远程控制功能；四是机载用户终端借助即时通讯功能，下传救援等信息，为应急情况设立多通道多冗余信息下传备份通道。

[0048] 地面用户终端，包含地面监控中心。地面监控中心用于实时显示试飞飞机的运行状态数据，包括飞机的告警信息、关键系统的运行状态信息、安全健康状态信息等，辅助民机试飞过程中的安全监控。

[0049] 5、设置配套用户系统，主要指安装于用户终端和地面监控中西上的软件系统。用户系统采用应用软件开发模式，可以安装于传统的Window、Linux或者安卓系统中。用户系统通过用户终端获取输入信息以及输出信息，便于用户的使用。

[0050] 通过本发明实施例，具备如下有益效果：

[0051] 在现有的遥测监控和数据链传输的方式上进一步丰富了空地数据传输链路，针对民机试飞特点开发符合民机试飞特点的空地传输链路及监测应用。能够满足试飞监控过程中对数据的多样性需求，根据需要随时更改机上下传数据而不限于CAS告警、各系统运行参数。采用北斗卫星导航系统，避免了民机在试飞过程中的空域距离限制和监控盲区问题，可以实现全球全空域范围内的数据下传，解决了传统的数据链传输空域盲区问题；基于北斗卫星导航系统的建设民机试飞关键参数监测系统，其不依赖地面庞大的基站接收系统，北斗卫星地面接收站建设费用低廉且后期使用成本低，解决了系统长时间使用的高成本问题和地面基站建设费用高昂问题，极大的方便了民机试飞监控及通讯的使用；建立了一套用于民机试飞过程中的专用空地数据传输通道，在机上已有的空地通讯电台基础上，为机上试验工程师与地面试验支持人员提供独立的双向通讯链路。

[0052] 方法实施例

[0053] 本发明实施例提供了一种基于北斗系统的民机试飞关键参数监测方法，图7为本发明实施例的基于北斗系统的民机试飞关键参数监测方法流程图，根据图7所示，本发明实施例的基于北斗系统的民机试飞关键参数监测方法具体包括：

[0054] S1、通过北斗报文传输处理终端采集试飞民机上的运行状态数据，根据所述运行状态数据的数据类型和信息容量大小进行融合编码后以短报文形式发送到地面北斗报文传输处理终端；

[0055] S2、北斗卫星传输系统实现所述机载北斗报文传输处理终端与地面北斗报文传输处理终端之间的双向即时通讯功能；

[0056] S3、地面北斗报文传输处理终端通过以太网与地面指挥接收中心建立通讯连接，获取短报文信息，经过数据解析再传输至地面用户终端上。

[0057] 步骤S1具体包括：

[0058] 参数采集子单元采用ARINC664格式采集试飞民机的CAS告警信息以及INFO提示信息，采用AINC429和ARINC664格式采集试飞民机的动力系统、飞控系统、环控系统以及燃油系统的关键参数，采集试飞民机上用户终端编辑的自由文本信息、语音信息以及图像信息；

[0059] 融合编码子单元根据所述运行状态数据的数据类型和信息容量大小进行融合编码，采用数据压缩算法对音频和图像数据进行压缩处理，采用全量信息编码规则，将多样性的总线类数据进行融合编码；

[0060] 短报文编码发送子单元通过自适应调整发送机制，平衡短报文传输容量与发送间隔的要求，通过北斗卫星传输系统向所述地面北斗报文传输处理终端发送数据；接收和解析地面用户终端的信息，根据地面用户发送需求传输至机载用户终端。

[0061] 步骤S2具体包括：

[0062] 根据民机试飞用户的特点，若采用北斗二代卫星传输链路，则用于实现民机试飞中的定位追踪以及全量CAS告警信息的传输；若采用北斗三代卫星传输链路，则在北斗二代卫星的基础上增加INFO信息、机上系统关键参数的实时监控以及空地双向即时通讯功能。

[0063] 方法进一步包括：

[0064] 将配套用户系统安装于机载和地面的用户终端上以及地面监控中心，用于显示接收到的数据信息并根据用户需要发送自由文本信息、语音信息以及图像信息。

[0065] 方法进一步包括：

[0066] 地面报文传输处理终端将地面信息进行融合编码，将地面多样数据信息进行编码、压缩处理，再经过地面指挥接收中心进行报文发送，地面报文发送根据报文数据容量大小进行自适应调整，设置发送报文数量和发送间隔等参数，从而实现地面报文数据上传。

[0067] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。