飞行器的飞行管理系统

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飞行器的飞行管理系统
申请号	CN201410690995.9	申请日	2014-11-25	公开(公告)号	CN104670508B	公开(公告)日	2017-01-11
申请人	空中客车运营简化股份公司;			发明人	让-克洛德·梅尔; 皮埃尔·内里; 朱利恩·贝尔纳特; 马克·维;
摘要	本发明涉及一种飞行管理系统，包括：-核心模块，其包括多个通用应用；-补充模块，其与核心模块分开并且包括多个主要补充应用；-所述核心模块和补充模块之间的通用数据交换接口，补充模块包括两个分开的软件实体，分别是其中实现多个主要补充应用的第一软件实体和其中实现至少一个辅助补充应用的第二软件实体，每个辅助补充应用与至少一个主要补充应用相关联，该至少一个主要补充应用的执行需要所述辅助补充应用的执行，补充模块还包括所述两个实体之间的特定数据交换接口。包括两个软件实体的隔离的补充模块的架构使得能够在不同的软件级别单独更新这两个实体。
权利要求	1.一种飞行器的飞行管理系统，包括： -核心模块(10)，其包括多个通用应用(11至1n)，所述多个通用应用中的每个通用应用的执行实施关于所述飞行器的飞行管理的通用功能性； -补充模块(20)，其与所述核心模块(10)分开并且包括多个主要补充应用(21a、…、 2ma)，所述多个主要补充应用中的每个主要补充应用的执行实施专用于所述飞行器所属实体的补充功能性； -所述核心模块和所述补充模块之间的通用数据交换接口(30)，其中，所述补充模块(20)包括两个分开的软件实体(I、II)，分别是其中实现所述多个主要补充应用(21a、…、2ma)的第一软件实体(I)和其中实现至少一个辅助补充应用(21b、…、2kb)的第二软件实体(II)，每个辅助补充应用与至少一个主要补充应用相关联，所述至少一个主要补充应用的执行需要所述辅助补充应用的执行，所述补充模块还包括所述两个实体(I、II)之间的特定数据交换接口(60),其中，每个辅助补充应用(21b、…、2kb)包括一个或更多个计算算法，以及其中，仅在至少一个主要补充应用(21a、…、2ma)的请求时才执行每个辅助补充应用(21b、…、2kb)。 2.如权利要求1所述的飞行管理系统，其中，所述飞行器所属实体是特定飞行器模型、飞行器家族、公司、联盟或者所有或部分飞行器舰队中的一个。 3.如权利要求1所述的飞行管理系统，其中，仅在接收由至少一个主要补充应用(21a、…、2ma)或所述核心模块(10)的至少一个通用应用(11至1n)提供的输入参数时才能够执行所述辅助补充应用(21b、…、2kb)。 4.如权利要求1至3中的任一项所述的飞行管理系统，其中，所述两个软件实体(I、II)属于相同的IMA设备。 5.如权利要求1至3中的任一项所述的飞行管理系统，其中，软件实体(I、II)是软件分区。 6.如权利要求5所述的飞行管理系统，其中，所述特定交换接口(60)实施对通过所述特定数据交换接口(60)的数据进行编码的协议，使得所述第二软件实体(II)只通过响应于由主要补充应用(21a、…、2ma)发送到辅助补充应用(21b、…、2kb)的请求的返回消息，来排他地与所述第一软件实体(I)通信。 7.如权利要求1至3中的任一项所述的飞行管理系统，其中，软件实体(I、II)是软件分区的软件组件。 8.如权利要求1至3中的任一项所述的飞行管理系统，其中，所述核心模块(10)具有所谓的通用接口应用(16)，以允许所述核心模块(10)与包括至少一个通用人机接口(41)的所述飞行器的机载系统(40)对接，以及-所述补充模块(20)也具有所谓的主要补充接口应用(26)，以允许所述补充模块(20)与连接到所述补充模块(20)的至少一个特定人机接口(50)对接。 9.如权利要求8所述的飞行管理系统，其中，所述补充模块(20)的所述主要补充接口应用(26)使得能够借助于所述核心模块(10)来访问所述飞行器的所述机载系统(40)。
说明书全文	飞行器的飞行管理系统技术领域 [0001] 本发明涉及一种飞行器的飞行管理系统。背景技术 [0002] 已知的航空电子系统的架构，尤其飞行器的飞行管理系统的架构，包括两个隔离的并且互连的模块：实施关于飞行器的飞行管理的通用功能性的核心模块和用于实施特定补充功能性例如专用于所述飞行器所属的实体的补充模块，所述实体例如是特定飞行器模型、飞行器家族、公司、联盟、所有或部分飞行器的舰队。 [0003] 这样的架构允许不同的运营商来单独开发核心模块的通用功能性(在这种情况下，运营商例如是设备制造商)和补充模块的补充功能性(在这种情况下，运营商例如是飞行器制造商或航空公司)，从而简化飞行管理系统的开发。 [0004] 最频繁的更新操作仅涉及实施与飞行方程相关联的算法的某些补充功能性。在这些更新操作期间并且对于这样的功能性而言，执行的修改常常较小，这是因为它们不涉及补充功能性的代码的深入修改，即其关于其他通用或补充功能性的行为，而只是其实施的一个或多个算法的代码的改变或改正，例如用于算法的重新定义以能够使其更加特定于飞行器所属的实体。 [0005] 目前，即使对于算法的这样的修改，运营商也必须确保修改的补充功能性的全部代码与由核心模块提供的通用功能性和该修改的补充功能性可以与其交互的某些其他补充功能性相容。其结果是，目前对补充功能性的算法的任何小的更新都需要大量的工作和时间。发明内容 [0006] 本发明旨在解决该问题并且涉及一种飞行器的飞行管理系统，包括： [0007] -核心模块，其包括多个通用应用，所述多个通用应用中的每个通用应用的执行实施关于飞行器的飞行管理的通用功能性； [0008] -补充模块，其与核心模块分开并且包括多个主要补充应用，所述多个主要补充应用中的每个主要补充应用的执行实施专用于所述飞行器所属实体例如特定飞行器模型、飞行器家族、公司、联盟、所有或部分飞行器舰队的补充功能性； [0009] -所述核心模块和补充模块之间的通用数据交换接口。 [0010] 补充模块包括两个分开的软件实体，分别是其中实施多个主要补充应用的第一软件实体和其中实施至少一个辅助补充应用的第二软件实体，每个辅助补充应用与至少一个主要补充应用相关联，该主要补充应用的执行需要所述辅助补充应用的执行，补充模块还包括所述两个实体之间的特定数据交换接口。附图说明 [0011] 通过阅读实施方式的示例的以下描述，下面提及的本发明的特征以及其他特征将显得更加清楚，所述描述是参照附图而给出的，其中： [0012] -图1是根据本发明的飞行器的飞行管理系统的框图；以及 [0013] -图2示出了根据本发明的飞行器的飞行管理系统的使用。具体实施方式 [0014] 参照飞行器的飞行管理系统(在航空语言中称为“FMS”)给出本描述，但应当理解，所描述的原理可以应用于任何航空电子系统，例如机场导航系统。正如本领域技术人员已知的，飞行管理系统是位于飞行器上的机载电子设备。 [0015] 图1所示的飞行管理系统主要由核心模块10和补充模块20构成。 [0016] 核心模块10包括称为通用应用的多个应用11至1n。多个通用应用中的每个通用应用11至1n的执行实现关于飞行器的飞行管理的通用功能性(例如飞行计划管理、燃料管理等)。通用功能性是飞行管理系统的基本通用功能或者是也通用于飞行管理系统的功能服务。 [0017] 在IMA(集成模块化航空电子是ARINC653标准中主要描述的架构)设备上托管的至少一个软件分区(符合ARINC653标准)中实施核心模块的通用应用。在该ARINC653的背景下，软件分区是可以被执行的软件(代码行集)并且在限定时隙中被执行，该时隙与其他软件分区的时隙隔离并且在也隔离开的物理空间(通常是存储空间或输入/输出空间)中。核心模块10的IMA设备通常包括算法单元、存储器、与飞行器的各种设备或其他硬件设备对接的物理接口以及用于管理一组软件分区的操作系统，使得所讨论的设备可以执行通用应用以实现功能或服务。 [0018] 经由通用应用11至1n的执行、由核心模块10实施的通用功能例如是至少一个以下功能：飞行计划管理功能、计算空间中轨道的功能、通过关于飞行条件(速度、时间、燃料量等)的物理量而计算沿飞行器的给定轨道所取得的值的预测的功能、基于给定模型通过关于气象条件(风、温度等)的物理量外推沿飞行器的给定轨道所取得的值的功能、计算飞行器的当前位置的功能、计算飞行器的当前位置和给定理论轨道的位置之间的偏离的功能、计算用于伺服给定轨道上的飞行器的引导定值的功能、使得能够根据分割式哲学((split type philosophy))来管理飞行器驾驶舱的一组功能(借助驾驶舱内功能的若干实例之间的控制和同步)。 [0019] 补充模块20包括多个主要补充软件应用21a、…、2ma并且根据本发明包括多个辅助补充软件应用21b、…、2kb，根据下面详细描述的协议，每个辅助补充软件应用可由一个或更多个主要补充应用访问。每个主要补充应用和每个辅助补充应用专用于飞行器所属的实体，例如特定飞行器模型、飞行器家族、公司、联盟、所有或部分飞行器的舰队。 [0020] 辅助补充应用21b、…、2kb包括一个或更多个计算算法，并且计算算法的执行仅旨在给一个或更多个主要补充应用21a、…、2ma提供计算结果。辅助应用的执行只在接收用于馈送计算算法的输入参数时才有可能。 [0021] 根据本发明，某些主要补充应用21a、…、2ma与它们调用的一个或更多个辅助补充应用相关联，以获得用于它们的执行所必需的数据。这样的主要补充应用是其执行涉及计算或甚至对数据的特定数字处理的应用，所述计算或处理由一个或更多个辅助补充应用执行。 [0022] 作为示例： [0023] -由辅助补充应用执行的计算类型是用于主要补充应用的预测计算，该主要补充应用的执行实施如下功能性：通过将飞行的动态方程与例如不同的初始条件相结合或者通过考虑针对每个主要补充应用都不同的引导模式来作为导航辅助机务人员；以及[0024] -根据与通用模块中使用的算法不同的或新的特定算法，对数据的特定处理是在主要补充应用或通用应用中的数据使用之前的数据的合并。 [0025] 多个主要补充应用21a、…、2ma中的每个主要补充应用的执行实现补充模块20的补充功能性。每个补充功能性专用于飞行器所属的实体，例如特定飞行器模型、飞行器家族、公司、联盟、所有或部分飞行器的舰队。补充功能性是关于核心模块10的功能的新功能，或者是对核心模块10的功能应用行为修改的、核心模块10的功能的替选功能，或者是关于使用一个或多个这些补充功能的核心模块10的服务的补充服务。 [0026] 根据本发明，在第一软件实体I中实施主要补充应用21a、…、2ma，在与第一软件实体I分开的第二软件实体II中实施辅助补充应用21b、…、2kb。软件实体是软件分区或软件分区的逻辑组件。以已知的方式，软件组件从功能/软件的角度来看是一组连贯的代码行，并且能够与相同分区中的若干其他组件共享公共资源。软件分区能够托管若干软件组件。 [0027] 优选地，在相同IMA设备上托管的两个软件分区I、II(符合ARINC653)中实施补充模块20的辅助补充应用和主要补充应用，其中IMA设备包括算法单元、存储器、具有飞行器的各种设备或其他硬件设备的物理接口以及操作系统，该操作系统用于管理两个软件分区I、II的以使得所讨论的设备能够执行主要补充应用和与主要补充应用相关联的辅助补充应用以实施补充模块20的补充功能性。这两个分区彼此分开并且与具有通用功能性11至1n的软件分区分开。由例如操作系统的低级别软件层来确保补充模块20的两个软件分区I、II之间的隔离，该操作系统对于时间隔离使用运行所述软件分区的微处理器内部的硬件时钟，并且对于空间隔离使用用于控制对所讨论的物理空间(存储器或输入/输出)的访问的机制。 [0028] 在ARINC653标准的背景中，每个软件分区与称为RAM端口的至少一个存储器共享通信端口相关联，或者与至少一个文件交换存储区域相关联，这使其能够与其他软件分区交换消息。可以通过采样(采样端口：与端口相关联的存储器在每次接收数据时更新)或排队(排队端口：消息在队列中被接收)来执行该交换。由端口发送或接收的这些消息例如如下：特定数据请求、请求执行功能或服务、请求计算、计算结果返回形式的响应、返回消息、请求文件交换等。 [0029] 此外，图1所示的补充模块20包括设置在两个分区I、II之间的称为特定交换接口的数据交换接口60。经由该特定接口60、借助RAM端口或文件交换等来执行两个软件分区之间的通信。为此，特定交换接口60被分配有补充模块20的第一软件分区I和第二软件分区II的至少一个端口，例如RAM端口，经由特定交换接口60被传送的消息通过该至少一个端口。 [0030] 出于安全数据交换的目的，特定交换接口60优选地实施对通过该特定交换接口的消息的编码的协议。管理两个软件分区I、II之间的通信的这个编码协议使得其中实现辅助补充应用21b、…、2kb的补充模块20的软件分区II仅可以与补充模块的另一软件分区I进行通信并且只能通过对由主要应用21a、…、2ma发送到补充应用21b、…、2kb的请求做出响应来进行该通信。因此，发送到辅助补充应用的请求包括允许辅助补充应用执行计算的输入参数，这些参数由核心模块的通用应用或其他主要补充应用来提供。 [0031] 事实上，通用功能和主要补充应用可以在彼此之间交换消息。为此，包括核心模块10和补充模块20的两个设备之间的通信借助RAM端口或文件交换等来执行。为此，图1所示的飞行管理系统因而包括设置在核心模块10和补充模块20之间的称为通用交换接口的数据交换接口30。该通用交换接口30被分配有核心模块10和补充模块20的各自的至少一个端口，数据以消息的形式通过核心模块10和补充模块20的至少一个端口，这个或这些端口可以是RAM端口。有利地，通用交换接口30实施对由通过通用交换接口30的消息携带的数据进行编码的协议。 [0032] 核心模块10还具有通用接口应用16，当通用接口应用16被执行时实现接口功能性以使得核心模块能够与包括称为通用的至少一个人机接口41的飞行器40的机载系统对接。如图1中的情况，机载系统还可以包括通用机载设备42，例如当前安装在飞行器中的设备，如飞行仪器、各种传感器等。 [0033] 主要补充应用能够经由通用交换接口30和通用接口应用16而与通用人机接口41对接。 [0034] 补充模块20还具有可由其他主要补充应用访问的主要补充接口应用26，并且当该主要补充接口应用26被执行时实现接口功能性以允许与专用于补充模块20的人机接口50对接。此外，在某些主要补充应用与致力于它们的特定要求的特定机载设备51(飞行仪器、计算机、各种传感器例如测定风力或惯性传感器……)相关联的情况下，可由其他主要补充应用访问的主要补充接口应用26的执行能够实现接口功能性以允许与特定机载设备51对接。 [0035] 每个人机接口41或50例如由从以下中采用的设备构成：屏幕、触摸屏幕等、键盘、鼠标、轨迹球、平视显示系统、增强现实系统、或者甚至EFB(电子飞行包：给机务人员提供飞行信息的设备)类型的设备、手提计算机等。 [0036] 核心模块10的通用接口应用16的执行允许获取来自各种设备42(飞行仪器、各种传感器等)的飞行器数据。该通用接口应用16有利地配备有过滤装置以检测和排除任何无效数据以及配备有合并设备以将有效数据一起混合成合并数据。为了访问该数据，主要补充应用21a、…、2ma在访问端口上发送请求到通用接口应用16(所述请求随后经过通用交换接口30)，通用接口应用16作为返回而发送包含所述数据的响应。这是对被传送到所述通用接口应用16的请求的响应的机制。 [0037] 参照图2，在剩下的描述中将给出补充模块20的一组补充功能性的实现示例，以使得飞行器的机务人员能够寻找最接近于飞行器的当前位置的机场并且根据已经选择的标准在将机场分类的同时显示机场，随后提出通向所选机场之一且能够替代当前飞行计划而被激活的替选飞行计划。 [0038] 在该示例中，核心模块10是至少以下功能服务的提供者：提供最接近于飞行器的当前位置的机场的标识的功能性(该信息通常根据被存储在称为导航数据库的数据库18中的信息来被确定)、在通用人机接口41上显示该信息的功能性、发送飞行计划可用性数据的功能性、插入新飞行计划的功能性等。 [0039] 为此，核心模块10包括以下应用：提供最接近于飞行器的当前位置的机场的标识的通用应用110(该信息通常根据被存储在称为导航数据库的数据库18中的信息来被确定)、在通用人机接口41上显示该信息的通用应用120、发送飞行计划可用性数据的通用应用130、插入新飞行计划的通用应用140等。 [0040] 关于补充模块20，当其被执行时，其主要补充接口应用26被提供用于与特定人机接口50对接，特定人机接口50使得机务人员能够做出请求并且为该请求输入参数。其包括控制搜索最近机场的主要补充应用210，根据由机务人员借助特定人机接口50选择的标准和根据预测计算的结果来对响应于发送的请求所获得的结果进行分类的主要补充应用220。其还包括用于生成一个已经建立的飞行计划的替选飞行计划的主要补充应用240，以及用于检查飞行计划可用性的主要补充应用250等。 [0041] 在该示例中，实现预测计算的主要补充应用220与辅助补充应用220A相关联。补充模块20提供对核心模块10的通用应用的请求的排序(经由能够访问所述功能性的端口)。 [0042] 如前文所述，通用功能和主要补充应用能够经由设置在核心模块10和补充模块20之间的通用接口30、在彼此之间交换消息。 [0043] 下面描述了所实现的不同交换步骤。 [0044] 在第一步骤E1中，借助特定人机接口50，机务人员启动补充模块20的主要补充应用210(例如：搜索最近机场的功能性)的执行，并且输入实施该应用所必需的参数值(例如：飞行器的当前位置周围的搜索半径、最大数量的机场等)。 [0045] 在第二步骤E2中，主要补充应用210发送关于标识核心模块10的最近机场的请求到通用应用110，使得该通用应用110在导航数据库18中搜索最接近于飞行器的当前位置的机场。该请求包括由机务人员先前选择的参数。根据一个实施方式，该请求以包含所述参数的消息的形式呈现，其中该消息可以以排队模式(排队端口)而被传送到核心模块10的有关功能性110的RAM(ARINC 653)端口。 [0046] 在第三步骤E3中，核心模块10的有关通用应用110发送响应到主要应用210。根据一个实施方式，该响应以排队模式(排队)而被传送到RAM(ARINC 653)端口以使得能够访问补充模块的有关应用。 [0047] 在第四步骤E4中，主要补充应用210发送响应到补充模块20的主要补充应用220，该主要补充应用220当被执行时发送计算请求到辅助补充应用220A，使得辅助补充应用220A能够基于针对核心模块的响应中所标识的每个机场的列表值的外推来执行用于计算预测的算法。主要应用220作为返回消息而接收辅助补充应用220A的结果并且按照可以由机务人员在特定人机接口50上限定的标准、根据所述预测来对所述机场执行分类，并且在特定人机接口50上显示结果。 [0048] 在第五步骤E5中，补充模块20的主要补充分类应用220发送请求到核心模块10的通用显示应用120，以在通用人机接口41尤其导航屏幕(导航显示器)上以特定颜色显示机场。跟前面一样，该请求以排队模式(排队)被传送到RAM(ARINC 653)端口以使得能够访问核心模块10的有关功能性。 [0049] 在第六步骤E6中，借助特定人机接口50，飞行器的飞行员从导航屏幕41上显示的机场之中选择机场。作为步骤E6的替选，在步骤E6bis中，飞行器的飞行员借助通用人机接口41从导航屏幕上显示的机场之中选择机场。 [0050] 然后，在第七步骤E7中，补充模块20的主要补充应用240计算直接通向已选择机场的替选飞行计划。 [0051] 在第八步骤E8中，主要补充应用250以采样模式(采样端口)读取与核心模块10的通用应用130借助端口上的消息、周期性发送的次级飞行计划(且因此是非占用的)的存在和可用性有关的数据。如果读取这数据时没有次级飞行计划是可用的，则主要补充应用250经由通用交换接口30控制消息在通用人机接口上的显示以警告机务人员。相反地，如果次级飞行计划是可用的(如图2中的情况)，则主要补充应用250将关于在次级飞行计划中插入替选飞行计划的请求发送到核心模块的通用应用140。该请求例如能够以“排队”模式(排队)、通过RAM(ARINC 653)端口上的消息来被传达。 [0052] 这时候，核心模块10具有次级飞行计划的可用性，根据该可用性，该核心模块计算预测，并且该可用性可以由机务人员经由通用人机接口来查询并且可能被激活用于引导。 [0053] 本发明的优点是给补充模块提供了更大的工业灵活性(可缩放性、证明示范)。事实上，使用两个软件实体I、II的补充模块的架构使得能够在不同的软件级别、单独更新补充模块20的两个软件实体。因此，补充模块的补充功能性可以只经由辅助补充应用的算法的修改而被修改。关于其他主要补充应用或通用应用而管理所述补充应用的行为的主要补充应用的代码没有被修改并且因此不需要被检查。 [0054] 因此，专用于实体例如飞行器、飞行器家族、公司、联盟、所有或部分飞行器的舰队的功能性能够在飞行管理系统中被更新，而无须对主要补充应用或通用应用进行长期且昂贵的验证。 [0055] 已经在补充模块20的两个软件实体I、II是被托管在相同IMA设备上的软件分区的情况下描述了本发明，这提供了软件实体的隔离和独立方面的最佳优点。作为变型，两个软件实体I、II是由单个IMA设备托管的相同分区的软件组件，两个软件组件借助存储器共享、经由特定交换接口60彼此通信。这个变型具有计算速度方面的优点，这是因为本发明的实现没有增加补充模块20的分区数量。 [0056] 在另一变型实施方式中，补充模块的两个实体I、II被托管在两个分开的IMA设备中，每个实体在设备中是彼此不同的。在这种情况下，借助AFDX(应用全双工以太网)网络、通过以太网网络或者甚至通过经由特定交换接口60的ARINC429网络来执行这两个IMA设备之间的通信。 [0057] 核心模块10或补充模块20中的每一个也能够实现不同于先前描述的应用。 [0058] 因此，核心模块10和/或补充模块20还可以包括用于获取从飞行器的地面发送的数据和经由ATN(航空通信网络)网络、ACARS(飞机通信寻址和报告系统)网络、特定VHF(特高频)网络或快速点到点无线连接而发送的数据的应用(未示出)。这些数据还可以通过对被传送到所讨论的功能性的请求的响应的机制来被访问。 [0059] 核心模块10还可以包括至少一个机载数据库18，在数据库18中例如存储有由机务人员创建的数据或者在地面(如跑道、导航点等)上加载和提供的数据。核心模块10还包括用于管理这些数据库的通用应用。在此再次，这些数据能够通过对被传送到所讨论的通用管理应用的请求的响应的机制、以读/写的方式来访问。 [0060] 核心模块10的数据库可以间接经由通用交换接口30和核心模块10、仅由核心模块10本身访问或者由补充模块20的主要补充应用来访问。在后一情况下，请求和响应经由通用交换接口30被传送，如上所述，通用交换接口30可以包括确保这些请求和响应的安全性的加密装置。 [0061] 补充模块20还可以包括一个或更多个特定数据库(非图1中的情况)。 [0062] 核心模块10还可以包括通用维护应用19，通用维护应用19当被执行时实现维护功能性。当已经在设备上检测到故障时，该功能性可以是发送通知故障的飞行器维护中心的消息。该功能性还可以响应来自维护中心的请求以进行交互式测试等。 [0063] 补充模块20还可以包括实现这样功能性的主要补充应用。