一种自动管理机载导航无线电收发机的方法与流程

本发明属于区域导航技术领域。

背景技术：

区域导航是一种导航方式，它可以使航空器在导航系统信号覆盖范围之内，或在机载导航设备的工作能力范围之内，或二者的组合，沿任意期望的路径飞行。区域导航利用多个导航源的信号，通过区域导航设备连续计算航空器的地理位置，从而得到实时的导航信息。

目前可用于区域导航的信号源主要有：伏尔/测距仪(VOR/DME)、测距仪/测距仪(DME/DME)、全球导航卫星系统(GNSS)、惯性参考系统(IRS)。考虑我国现有的导航设施布局和卫星导航应用政策等因素，基于VOR/DME和DME/DME的区域导航仍是我国主要使用的导航方式。

机组人员可以通过无线电管理面板或多功能显示控制单元手动选择VOR或DME导航台，但人工选择导航台在一定程度上增加了飞行员的工作负担，采用区域导航设备自动管理机载导航无线电收发机则可以有效降低飞行员的工作负担。

为了确保安全，一般飞机配置有冗余的导航无线电收发机。典型的配置有2个VOR收发机和2个DME收发机。依据航空行业标准，VOR收发机是单通道的，DME收发机通道数是可变的。根据需要，不同的机型可能配置不同通道数的DME收发机，如A330配置的DME收发机有3个通道，B737配置的DME收发机是5通道。如何针对通道个数不同的无线电收发机进行系统统筹管理、如何使各个无线电收发机都处于恰当的工作状态是区域导航系统值得解决的关键问题。

美国的霍尼韦尔公司、柯林斯公司、GE公司以及法国的泰勒斯公司垄断了支线、干线及商务飞机的该产品市场，掌握着区域导航系统的核心技术及其发展，在空客、波音等机型上早已实现了机载导航无线电收发机的自动管理。我们国内与国外的差距较大，虽然目前还没有一个成形的货架产品，但国内各大高校、院所一直在追赶国外技术发展的步伐，开展了一系列利用各大导航传感器进行综合导航的技术研究，例如如何利用多传感器的信息和滤波算法提升区域导航系统的性能。而对于前端工作，即如何为区域导航设备实时选择和调谐所需陆基导航台，以及如何自动管理机载导航无线电收发机，使它们都处于恰当的工作状态，国内甚少涉足。

技术实现要素：

此项发明的目的，是为了解决现有区域导航系统手动管理机载导航无线电收发机不能满足实时性的问题，提出了一种自动管理机载无线电收发机的方法，自适应通道个数不同的无线电收发机，使各个无线电收发机处于恰当的工作状态，降低飞行员的工作负担，为民用飞机实现区域导航提供技术保障。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种自动管理机载导航无线电收发机的方法，利用区域导航设备输出的参数，包括：

(1)以周期ΔT读取区域导航设备输出的飞机位置信息，位置信息分别为经度L、纬度λ、高度h。

(2)以周期ΔT读取区域导航设备存储的导航台信息，包括：导航台的频率f_NAV(i)、经度λ_NAV(i)、纬度L_NAV(i)、标高h_NAV(i)、品质因数FOM(i)，其中i表示导航台的编号。

(3)以飞机当前位置为圆心，导航台的最大作用距离D_max为半径，从区域导航设备的导航数据库中搜索m个距离飞机最近的导航台，形成最近导航台清单。根据导航台的服务区域，对最近导航台清单中每个导航台进行可用性判断，形成导航台候选列表。初始化空闲的无线电收发机序列，并设置导航台选择类别标志位为1，确定下面要选择的导航台类别为主导航台。

(4)根据导航台选择类别标志位，进行相应导航台的选择。若导航台选择类别标志位为1，从导航台候选列表中选择导航台作为主导航台；如果导航选择标志位为2，即要求类别的导航台为副导航台，但是未找到，设置导航台标志位为3，下一运行周期(Δt后)进行最后采取导航台的选择，即下一周期执行(4)。如果导航选择标志位为3，即要求类别的导航台为最后采取导航台，但是未找到，下一运行周期(Δt后)进行系统状态监视，即下一周期执行(7)。如果找到了要求类别的合适的导航台，下面进行该导航台的调谐。

(5)根据要调谐的导航台的属性，即是仅VOR台、还是仅DME台、还是VOR/DME共址台，搜索空闲的无线电收发机，如果没有找到合适的无线电收发机，下一运行周期(Δt后)进行系统状态监视，即下一周期执行(7)。如果找到了合适的无线电收发机，发送调谐指令给收发机调谐导航台，下面检查调谐的结果。

(6)检查调谐的结果，如果调谐的是主导航台，并且满足使用要求，则认为调谐成功，设置导航台选择类别标志位为2，下一运行周期(Δt后)进行副导航台的选择，即下一周期执行(4)。如果调谐的是副导航台，并且满足使用要求，则认为调谐成功，设置导航台选择类别标志位为2，下一运行周期(Δt后)进行副导航台的选择，即下一周期执行(4)。如果调谐的是最后采取导航台，并且满足使用要求，则认为调谐成功，设置导航台选择类别标志位为3，下一运行周期(Δt后)进行最后采取导航台的选择，即下一周期执行(4)。如果调谐的导航台不满足使用要求，则认为导航台调谐失败，视线距离LOS减半，设置导航台选择类别标志位，下一运行周期(Δt后)进行同一类别导航台的选择，即下一周期执行(4)。如果由于收发机的原因调谐失败，将调谐该导航台的无线电收发机从空闲的无线电收发机序列中清除，下一运行周期(Δt后)重新进行该导航台的调谐，即下一周期执行(5)。

(7)检查要求调谐的进近参考导航台是否调谐成功，如果失败，下一周期(Δt后)重新进行候选导航台列表的形成，即下一周期执行(3)。如果没有要求调谐进近参考导航台或要求调谐的进近参考导航台已经调谐成功，搜索无线电收发机，确定当前处于空闲状态的无线电收发机。如果存在空闲的无线电收发机，设置导航台选择类别标志位为3，确定下面要选择的导航台类别，下一周期(Δt后)进行导航台的选择，即下一周期执行(4)。如果不存在空闲的无线电收发机，那么下一周期(Δt后)继续执行系统状态监视，即下一周期执行(7)。

(8)如果整个自动管理程序的运行超过了指定的运行时间ΔT，重新形成候选导航台列表，重新进行导航台的选择，即下一周期执行(3)。

本发明的优点及显著效果：本发明提出一种自动管理机载无线电收发机的方法，充分利用飞机当前位置和当前航段信息，在选择导航台时兼顾无线电收发机的工作状态，在调谐无线电收发机时考虑导航台的属性，是一种系统的统筹管理方法。能够自适应通道个数不同的无线电收发机，使各个无线电收发机处于恰当的工作状态，无需飞行员时刻监视和安排各无线电收发机的工作状态，极大降低了飞行员的工作负担。该发明方法是一种易于工程实现的方法，对于航空器在民用领域飞行，满足区域导航所需功能要求具有重要的现实应用意义。

附图说明

图1是本发明方法的工作流程示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

本发明针对区域导航系统对无线电导航台调谐的需求，充分利用飞机当前位置和当前航段信息，在选择导航台时兼顾无线电收发机的工作状态，在调谐无线电收发机时考虑导航台的属性，能够实现对机载无线电收发机的自动管理。具体包括以下步骤：

(1)以周期ΔT读取区域导航设备输出的飞机位置信息，位置信息分别为经度L、纬度λ、高度h。

(2)以周期ΔT读取区域导航设备存储的导航台信息，包括：导航台的频率f_NAV(i)、经度λ_NAV(i)、纬度L_NAV(i)、标高h_NAV(i)、品质因数FOM(i)，其中i表示导航台的编号。

(3)形成候选导航台的步骤：

以飞机当前位置为圆心，导航台的最大作用距离D_max为半径(导航台的最大作用距离是一个经验值)，从区域导航设备的导航数据库中搜索m个距离飞机最近的导航台，形成最近导航台清单。根据导航台的服务区域，对最近导航台清单中每个导航台进行可用性判断，形成导航台候选列表。初始化空闲的无线电收发机序列，并设置导航台选择类别标志位为1，确定下面要选择的导航台类别为主导航台。

(4)选择导航台的步骤：

根据导航台选择类别标志位，进行相应导航台的选择。如果导航选择标志位为1，即要求类别的导航台为主导航台(主导航台必需选择成功)；如果导航选择标志位为2，即要求类别的导航台为副导航台，但是未找到，设置导航台标志位为3，下一运行周期(Δt后)进行最后采取导航台的选择，即下一周期执行(4)。如果要求类别的导航台为最后采取导航台，但是未找到，下一运行周期(Δt后)进行系统状态监视，即下一周期执行(7)。如果找到了要求类别的合适的导航台，下面进行该导航台的调谐。

所述步骤(4)中主导航台的选择，具体包括以下步骤：

(a)如果当前处于进近阶段，存在进近参考导航台，那么选择进近参考导航台作为主导航台；

(b)如果当前处于进场阶段，存在到达机场参考导航台，那么选择到达机场参考导航台作为主导航台；

(c)如果当前处于离场阶段，存在离场参考导航台，那么选择离场参考导航台作为主导航台；

(d)如果当前处于巡航阶段，存在当前航段所指定的参考导航台，那么选择当前航段所指定的参考导航台作为主导航台；

(e)如果当前处于巡航阶段，不存在当前航段所指定的参考导航台，存在下一航段的参考导航台，那么选择下一航段的参考导航台作为主导航台；

(f)如果不存在任何参考导航台，那么选择最近的VOR/DME共址台作为主导航台；

(g)如果不存在任何参考导航台和最近的VOR/DME共址台，那么选择最近的DME台作为主导航台。

所述步骤(4)中副导航台的选择，具体包括以下步骤：

(a)确定无线电收发机正在调谐的导航台；

(b)从导航台候选列表中取一个导航台，求已被调谐导航台与该导航台之间的夹角，取最小值作为该导航台的几何夹角；

(c)将导航台候选列表中每个导航台的几何夹角进行排序，取具有最大几何夹角的导航台作为副导航台。

所述步骤(4)中最后采取导航台的选择，具体包括以下步骤：

(a)如果此时VOR无线电收发机能够被调谐，那么选择最近的VOR/DME共址台作为最后采取导航台；

(b)如果此时VOR无线电收发机不能被调谐，那么选择最近的DME台作为最后采取导航台。

(5)调谐导航台的步骤：

根据要调谐的导航台的属性，即是仅VOR台、还是仅DME台、还是VOR/DME共址台，搜索空闲的无线电收发机，如果没有找到合适的无线电收发机，下一运行周期(Δt后)进行系统状态监视，即下一周期执行(7)。如果找到了合适的无线电收发机，发送调谐指令给无线电收发机调谐导航台，下面检查调谐的结果。

所述步骤(5)中寻找合适的无线电收发机，具体包括以下步骤：

(a)确定导航台的属性，是共址台还是非共址台；

(b)如果是共址导航台，并且VOR/DME无线电收发机可用，选择VOR/DME无线电收发机调谐该导航台，否则选择仅DME无线电收发机调谐该导航台；

(c)如果是非共址台，并且仅DME无线电收发机可用，选择仅DME无线电收发机调谐该导航台，否则选择VOR/DME无线电收发机调谐该导航台。

(6)检查调谐的步骤：

检查调谐的结果，如果调谐的是主导航台，并且满足使用要求，则认为调谐成功，设置导航台选择类别标志位为2，下一运行周期(Δt后)进行副导航台的选择，即下一周期执行(4)。如果调谐的是副导航台，并且满足使用要求，则认为调谐成功，设置导航台选择类别标志位为2，下一运行周期(Δt后)进行副导航台的选择，即下一周期执行(4)。如果调谐的是最后采取导航台，并且满足使用要求，则认为调谐成功，设置导航台选择类别标志位为3，下一运行周期(Δt后)进行最后采取导航台的选择，即下一周期执行(4)。如果调谐的导航台不满足使用要求，则认为导航台调谐失败，视线距离LOS减半，设置导航台选择类别标志位，下一运行周期(Δt后)进行同一类别导航台的选择，即下一周期执行(4)。如果由于无线电收发机的原因，将调谐该导航台的无线电收发机从空闲的无线电收发机序列中清除调谐失败，下一运行周期(Δt后)重新进行该导航台的调谐，即下一周期执行(5)。

(7)系统状态监视的步骤：

检查要求的进近参考导航台是否调谐成功，如果失败，下一周期(Δt后)重新进行候选导航台列表的形成，即下一周期执行(3)。如果没有要求调谐进近参考导航台或要求的进近参考导航台已经调谐成功，搜索无线电收发机，确定当前处于空闲状态的无线电收发机。如果存在空闲的无线电收发机，设置导航台选择类别标志位为3，确定下面要选择的导航台类别为最后采取导航台，下一周期(Δt后)进行导航台的选择，即下一周期执行(4)。如果不存在空闲的无线电收发机，那么下一周期(Δt后)继续执行系统状态监视，即下一周期执行(7)。

(8)如果整个自动管理程序的运行超过了指定的运行时间ΔT，重新形成候选导航台列表，重新进行导航台的选择，即下一周期执行(3)。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。