本发明涉及航空电子设备技术领域，尤其涉及一种综合航电系统。
背景技术：
现代飞机上通常使用统一处理器对飞机上各种航空电子设备的信息进行统一处理，将功能相同或相近的设备组合在一个组件内，在显示器上综合显示相关的参数，并在各航空电子设备之间通过机载数据总线来传送有关信息，从而使整个飞机上所有航空电子设备的性能达到更高的水平，这样的系统称为综合航电系统。
申请公布号为CN106789499A的中国发明专利申请公开了一种用于轻小型飞机的综合航电系统，其包括导航子系统、通信子系统和指示/记录子系统；其综合处理机包括第一综合处理机和第二综合处理机；所述发动机参数采集器的输入端连接发动机传感器的输出端，且所述发动机参数采集器的输出信号分两路，其一路分别输入至第一综合处理机和第二综合处理机，另一路分别输入至主飞行显示器和多功能显示器；所述机身状态采集器的输出信号分两路，其一路分别输入至第一综合处理机和第二综合处理机，另一路分别输入至主飞行显示器和多功能显示器。
然而，该系统存在部分集成度较低而部分集成不合理(例如：1、它采用了主飞行显示器PFD和多功能显示器MFD两个独立的小尺寸显示器进行人机交互，而未采用一整个大尺寸的双余度显示、触控设备进行人机交互；2、GPS接收机集成在无线电导航控制系统中，而未集成在捷联航姿系统中，GPS信息无法引入捷联航姿系统进行修正；3、大气数据计算机和捷联航姿系统未进行交互，无法进行风速、风向等信息的解算；4、应答机、无线电罗盘ADF、VOR/LOC/GS接收机、指点信标机和测距仪这些无线电设备未集成为一个整体设备，导致设备数量过多，机上接线复杂)，而且与飞行安全密切相关的大气数据系统和捷联航姿系统未采用多余度设计，导致系统安全性和可靠性较低等问题。
技术实现要素：
本发明的目的之一至少在于，针对如何克服上述现有技术存在的问题，提供一种综合航电系统，适用于具有前后分布式座舱的通用飞机，能够提高系统集成度，在减小总重量的同时，保证飞机的安全性和可靠性。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案包括以下各方面。
一种综合航电系统，其包括：第一综合显示控制单元和第二综合显示控制单元，第一数据接口单元和第二数据接口单元，双余度大气数据系统，INS/GNSS组合导航系统，综合无线电系统，平视显示单元，以及座舱监视系统；
其中，第一综合显示控制单元和第二综合显示控制单元分别设置在第一座舱和第二座舱的前端，各自通过以太网总线与第一数据接口单元和第二数据接口单元连接，并分别通过RS-422总线与双余度大气数据系统和INS/GNSS组合导航系统直接连接；第一综合显示控制单元和第二综合显示控制单元均设置为具有处理器和显示器的一体结构，用于显示飞行状态和导航信息并通过触摸屏和实体按键接收飞行员的控制操作指令；
双余度大气数据系统包括具有双输出通道的空速管和总温传感器，以及具有双输入和输出通道的大气数据计算机；大气数据计算机的每个输入通道通过RS-422总线分别与第一数据接口单元和第二数据接口单元连接，以接收飞行员输入的气压拨正值信息；大气数据计算机的每个输出通道通过RS-422总线分别与第一综合显示控制单元和第二综合显示控制单元，第一数据接口单元和第二数据接口单元，以及INS/GNSS组合导航系统连接，以输出根据大气数据计算获取的飞行器参数；
INS/GNSS组合导航系统用于测量飞行器的姿态、位置、速度参数，其通过RS-422总线接收来自双余度大气数据系统的大气数据，用以解算风速和风向信息；通过RS-422总线分别与第一综合显示控制单元和第二综合显示控制单元，以及第一数据接口单元和第二数据接口单元连接，以输出飞行器的姿态、位置、航向、地速、风速和风向参数；综合无线电系统通过RS-422总线与第一数据接口单元和第二数据接口单元连接，以接收控制指令并进行调谐、音频调节、以及无线电通信，并将调谐状态和频率数据发送给第一数据接口单元和第二数据接口单元，将音频数据发送给机载的飞行参数记录仪；综合无线电系统具有2个甚高频电台VHF、1个多模接收机VOR/ILS和1个无线电高度表RA，分别通过RS-422总线直接与第一综合显示控制单元和第二综合显示控制单元连接，以实现备份通信功能；
第一数据接口单元和第二数据接口单元分别用于独立进行数据采集、数据处理和数据分发，其中数据采集包括通过RS-422总线和以太网总线获取各机载设备生成的数据及其状态数据，数据处理包括将采集的数据根据目标设备的设定进行解包和组包；
平视显示单元分别通过以太网总线与第一数据接口单元和第二数据接口单元连接，以获取来自不同数据源的飞行数据、导航数据以及告警数据，并优先根据来自第一数据接口单元的数据来绘制和显示主飞行画面信息、导航画面信息、以及告警提示画面信息；平视显示单元进一步通过其外部的电视摄像机实时采集飞机外部视景图像，并将采集的飞机外部视景图像与符号图像叠加后发送到座舱监视系统；
座舱监视系统同时接入并显示平视显示单元的视频信号和第一座舱的监控视频信号，并将视频数据压缩后存储在其内部的快取记录卡中；座舱监视系统接收来自第一数据接口单元和第二数据接口单元的飞机飞行数据，并记录在其内部的快取记录卡中。
优选的，所述第一综合显示控制单元和第二综合显示控制单元中的每一个的电源模块具有两路独立输出，分别为第一处理器和第二处理器提供28V直流电源；
每个综合显示控制单元通过RS-422总线与双余度大气数据系统和INS/GNSS组合导航系统直接连接，第一处理器和第二处理器分别通过以太网总线与第一数据接口单元和第二数据接口单元连接；第一处理器和第二处理器同时进行显示数据处理并接收控制指令；并且第一处理器和第二处理器之间通过一路传输速率为100Mb/s的双工以太网进行数据通信，实现双余度备份；默认只显示第一处理器的处理结果，仅当第一处理器不能正常工作时，自动切换为显示第二处理器的处理结果。
优选的，所述第一处理器默认使用来自第一数据接口单元的数据，第二处理器均默认使用来自第二数据接口单元的数据，当无法从第一数据接口单元和第二数据接口单元获取数据或者所获取的数据超出预设范围时，直接使用来自双余度大气数据系统和INS/GNSS组合导航系统的数据。
优选的，所述第一综合显示控制单元和第二综合显示控制单元中的每一个的与第一数据接口单元或第二数据接口单元通过脉冲信号来交互数据，仅在有数据需要发送时才通过以太网发送，并通过以太网的带冲突检测的载波监听多路访问机制来占用以太网总线，以减小综合显示控制单元中处理器的处理负荷。
优选的，所述平视显示单元通过安装支架与飞机机体刚性连接，设置为高度可调节结构以使其高度位于飞行员眼睛的正前方；安装支架不与飞机机体直接接触，连接处垫有导电橡胶或等效导电材质。
优选的，所述座舱监视系统包括分别设置在第一座舱的摄像机和设置在第二座舱的显示器，其中摄像机用于拍摄第一座舱内飞行员的操作控制过程和对应的显示界面，并通过第一数字视频接口DVI将视频信号传输到显示器；显示器还通过第二DVI接入平视显示单元的视频信号；座舱监视系统对输入显示器的两路视频信号进行同时记录，并在压缩后存储在自身的快取记录卡中。
优选的，所述第一数据接口单元和第二数据接口单元中的每一个，均包括DSP单元和FPGA单元；其中，FPGA单元包括与FPGA连接的至少22个RS-422接口和至少9个以太网接口，以实现数据的接收和发送；FPGA通过通用并行接口与DSP单元连接。
优选的，所述DSP单元包括与DSP连接的系统检测单元、存储单元、时钟单元、以及调试模块；其中，DSP用于对采集的数据进行解析并组合成符合目标设备协议的数据包；系统检测单元用于在上电的过程中对内部各部件的工作状态进行检测，并在工作的过程中对设备的链接状态和板卡是否在位进行检测，而且还可以用于实时监测系统温度；存储单元用于根据预设的指令或规则对获取的数据和处理结果进行选择性地存储；时钟单元用于为数据接口单元提供基准时钟信号；调试模块用于进行数据模拟输入并输出DSP的处理结果，以便与地面测试设备进行联合调试。
优选的，所述第一数据接口单元和第二数据接口单元中的每一个与双余度大气数据系统和INS/GNSS组合导航系统通过周期信号来交互数据，不论是否有数据需要传输，均通过RS-422总线建立传输通道，以保障数据的可靠传输。
优选的，所述第一数据接口单元和第二数据接口单元中每一个处理的数据包括从双余度大气数据系统、INS/GNSS组合导航系统、以及综合无线电系统中的甚高频电台VHF、多模接收机VOR/ILS、无线电高度表RA、自动定向机ADF、测距机DME、航管应答机XPDR、机内通话单元ACU、以及数据处理机CNI所采集的数据。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明至少具有以下有益效果：
根据本发明实施例的综合航电系统能够为飞机提供通信、导航、监视、主飞行仪表、引擎指示、模式通告等各项功能，其系统架构采用开放式一体化的架构，核心数据网络采用以太网，通过数据接口单元实现大量数据交互，通过合理设置各组成部分的余度，能够在提高综合航电系统的集成度和可靠性的同时，保持开放式接入结构，便于机载设备接入，确保系统配置灵活，扩展方便，并便于系统升级和维护。
附图说明
图1是根据本发明实施例的综合航电系统的结构示意图。
图2是根据本发明实施例的综合显示控制单元的结构示意图。
图3是根据本发明实施例的数据接口单元的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明，以使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图1示出了根据本发明实施例的综合航电系统100的结构，其主要包括：
第一综合显示控制单元101和第二综合显示控制单元102，第一数据接口单元103和第二数据接口单元104，双余度大气数据系统105，INS/GNSS组合导航系统106，综合无线电系统107，平视显示单元108，以及座舱监视系统109。
其中，第一综合显示控制单元101和第二综合显示控制单元102分别设置在第一座舱和第二座舱(例如前舱和后舱)的前端，各自通过以太网总线(图中用实线连接表示，包括10Mbit/s的标准以太网、100Mbit/s的快速以太网、10G以太网等)与第一数据接口单元103和第二数据接口单元104连接，并分别通过RS-422总线(图中用虚线连接表示)与双余度大气数据系统105和INS/GNSS组合导航系统106直接连接；第一综合显示控制单元101和第二综合显示控制单元102均设置为具有处理器和显示器的一体结构，用于显示飞行状态和导航信息并通过触摸屏和实体按键接收飞行员的控制操作指令。例如，可以显示俯仰、倾斜和飞行高度、速度、马赫数、升降速度、航向等，让驾驶员更直观的了解飞机的实际飞行状态，对飞机做出准确的操控。
双余度大气数据系统105包括具有双输出通道的空速管和总温传感器，以及具有双输入和输出通道的大气数据计算机；大气数据计算机的每个输出通道通过RS-422总线分别与第一综合显示控制单元101和第二综合显示控制单元102，第一数据接口单元103和第二数据接口单元104，以及INS/GNSS组合导航系统106连接，以输出根据大气数据计算获取的飞行器参数(例如，气压高度、校准空速、真空速、马赫数、升降速度、总温、静温、攻角、侧滑角等)；大气数据计算机的每个输入通道通过RS-422总线分别与第一数据接口单元103和第二数据接口单元104连接，以接收飞行员输入的气压拨正值信息。
INS/GNSS组合导航系统106用于测量飞行器的姿态、位置、速度参数，其包括光纤航姿系统FINS、MEMS(微机电系统)航姿系统AHRS和全球导航卫星系统GNSS，通过RS-422总线接收来自双余度大气数据系统105的大气数据，用以解算风速和风向信息；通过RS-422总线分别与第一综合显示控制单元101和第二综合显示控制单元102，以及第一数据接口单元103和第二数据接口单元104连接，以输出飞行器的姿态、位置、航向、地速、风速和风向等参数。
综合无线电系统107主要包括两台甚高频电台VHF、多模接收机VOR/ILS、无线电高度表RA、自动定向机ADF、测距机DME、航管应答机XPDR、机内通话单元ACU、以及数据处理机CNI。其中，数据处理机CNI通过RS-422总线与第一数据接口单元103和第二数据接口单元104连接，以接收无线电调谐控制指令、音频调节控制指令、告警信号码，并在解析处理后通过综合无线电系统107内部总线分发给VHF、VOR/ILS、ADF等设备，这些设备根据调谐控制指令后进行调谐、音频调节、输出告警信号，并将调谐状态和频率等数据通过数据处理机集中发送给第一数据接口单元103和第二数据接口单元104，将音频数据发送给机载的飞行参数记录仪120。综合无线电系统107中的两台甚高频电台VHF、多模接收机VOR/ILS、无线电高度表RA分别通过RS-422总线直接与第一综合显示控制单元101和第二综合显示控制单元102连接，以实现备份通信功能。
第一数据接口单元103和第二数据接口单元104分别用于独立进行数据采集、数据处理和数据分发，其中数据采集包括通过RS-422总线和以太网总线获取各种机载设备(包含发动机参数采集模块130)生成的数据及其状态数据，数据处理包括将采集的数据根据目标设备的设定进行解包和组包。
平视显示单元108分别通过以太网总线与第一数据接口单元103和第二数据接口单元104连接，以获取来自不同数据源的飞行数据、导航数据以及告警数据，并优先根据来自第一数据接口单元103的数据来绘制和显示主飞行画面信息、导航画面信息、以及告警提示画面信息。平视显示单元108可以通过其外部的电视摄像机实时采集飞机外部视景图像，并将飞机外部视景图像与符号图像叠加后发送到座舱监视系统109。平视显示单元108通过安装支架与飞机机体刚性连接，设置为高度可调节结构以使其高度刚好位于飞行员眼睛的正前方。安装支架不与飞机机体直接接触，连接(例如螺钉或卡口连接)处垫有导电橡胶或等效导电材质，以避免机体材料对设备造成腐蚀。
座舱监视系统109包括分别设置在第一座舱的摄像机和设置在第二座舱的显示器，其中摄像机用于拍摄第一座舱内飞行员的操作控制过程和对应的显示界面，并通过数字视频接口DVI将视频信号传输到显示器；显示器还通过DVI接入平视显示单元108的视频信号；座舱监视系统109对输入显示器的两路视频信号进行同时记录，并在压缩后存储在其内部的快取记录卡中，以实现操作过程和对应结果的实时记录；座舱监视系统109可以通过RS422总线接收来自第一数据接口单元103和第二数据接口单元104的飞机飞行数据，并记录在其内部的快取记录卡中。飞行员结束飞行后，可快速拔取该记录卡，用地面设备分析其中的视频和飞行数据。
图2示出了根据本发明实施例的综合显示控制单元200的结构示意图，对应于图1的第一综合显示控制单元101和第二综合显示控制单元102中的每一个，均采用双余度处理器设计。如图2所示，综合显示控制单元200通过机载28V直流电源供电，综合显示控制单元200内的电源模块203具有两路独立输出，分别为第一处理器201和第二处理器202提供电源。
综合显示控制单元200通过RS-422总线与双余度大气数据系统105和INS/GNSS组合导航系统106直接连接，第一处理器201和第二处理器202分别通过以太网总线与第一数据接口单元103和第二数据接口单元104连接；第一处理器201和第二处理器202同时进行显示数据处理并接收控制指令；并且第一处理器201和第二处理器202之间通过一路传输速率为100Mb/s的双工以太网(运行UDP协议)进行数据通信，实现余度备份；默认只显示第一处理器201的处理结果，仅当第一处理器201不能正常工作时(例如，超过预设时间段无数据输出，数据输出超出预设范围等)，自动切换为显示第二处理器202的处理结果。
进一步的，第一处理器201和第二处理器202均默认使用来自第一数据接口单元103或第二数据接口单元104的数据，当无法从第一数据接口单元103和第二数据接口单元104获取数据或者所获取的数据超出预设范围时，直接使用来自双余度大气数据系统105和INS/GNSS组合导航系统106的数据。
综合显示控制单元200的显示器屏幕设置为具有红外触摸结构，以支持多点触摸，并可以通过显示器边框上均布的按键实现各项控制切换、选择、调节等，还可以通过位于屏幕左、右下角的双层旋钮来进行调谐。在优选的实施例中，综合显示控制单元200与第一数据接口单元103或第二数据接口单元104通过脉冲信号来交互数据，以减小综合显示控制单元200中处理器的处理负荷。例如，仅在有数据需要发送时才通过以太网发送，并通过以太网的带冲突检测的载波监听多路访问机制来占用以太网总线，实现数据的高效传输。
图3示出了根据本发明实施例的数据接口单元300的结构示意图，对应于图1的第一数据接口单元103和第二数据接口单元104中的每一个，均包括DSP单元301和FPGA单元302。其中，FPGA单元302包括与FPGA连接的至少22个RS-422接口304和至少9个以太网接口305，以实现数据的接收和发送；FPGA通过通用并行接口uPP 303与DSP单元301连接；
DSP单元301包括与DSP连接的系统检测单元306、存储单元307、时钟单元308、以及调试模块309；其中，DSP用于对从HUD、DU、ADS、AHRS、GNSS、XPDR、ADS-B、ILS、VOR、DME、ADF、RA、VHF等采集的数据进行解析并组合成符合目标设备协议的数据包(例如，组合成以太网协议数据包并发送给综合显示控制单元，或者反之)；系统检测单元306用于在上电的过程中对内部各部件的工作状态进行检测，并在工作的过程中对设备的链接状态和板卡是否在位进行检测，而且还可以用于实时监测系统温度(包括处理器温度、电源温度及环境温度等)；存储单元307用于根据预设的指令或规则对获取的数据和处理结果进行选择性地存储(例如，为了进行测试分析和故障排查)；时钟单元308用于为数据接口单元300提供基准时钟信号；调试模块309用于进行数据模拟输入并输出DSP的处理结果，以便与地面测试设备进行联合调试。
而且，在优选的实施例中，数据接口单元300还可以进一步包括EEPROM以进行掉电数据保护。并将数据接口单元300的外形尺寸限制在120mm(长)×170mm(高)×300mm(宽)之内，重量设置为不大于4.5Kg，采用40W的28V机载直流电源供电，并采用与外壳一体结构的片状散热结构。
而且，数据接口单元300与双余度大气数据系统105和INS/GNSS组合导航系统106通过周期信号来交互数据，以提高通过各传感器获取数据的可靠性。例如，不论是否有数据需要传输，均通过RS-422总线建立传输通道，以保障数据的可靠传输，同时简化数据接口单元300内部的信号处理逻辑。
以上所述，仅为本发明具体实施方式的详细说明，而非对本发明的限制。相关技术领域的技术人员在不脱离本发明的原则和范围的情况下，做出的各种替换、变型以及改进均应包含在本发明的保护范围之内。