一种基于5G传输的飞机自动滑跑驶离技术的验证系统

本发明涉及航空技术领域，尤其涉及一种基于5g传输的飞机自动滑跑驶离技术的验证系统。

背景技术：

自动滑跑驶离技术(btv)是一种辅助飞行技术，其技术的验证试验一直对人员安全性及信号传输的实时性有严格要求。如果只搭建数字仿真系统进行技术验证，虽然满足实时性条件，但不能完全模拟真实工况，试验验证不够充分；如果让飞行员驾驶真实飞机进行试验验证，则对试验安全性有着极高要求，保障飞行员的人身安全，以避免造成重大事故和损失；而如果搭建需要飞行员操控的半实物仿真平台，则需要满足系统性能对信息传输的高实时性要求。因此，如何将数字验证方法与真实飞行验证方法相结合，搭建具有高安全性高实时性的飞机自动滑跑驶离技术的验证系统一直是国内外的设计难题，特别是国内目前还没有对相关领域开展研究。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于5g传输的飞机自动滑跑驶离技术的验证系统。

本发明提供的一种基于5g传输的飞机自动滑跑驶离技术的验证系统包括：

模拟驾驶舱，包括飞机自动滑跑驶离控制系统、飞机自动滑跑驶离控制系统的验证系统、驾驶舱设备的模拟设备和第一5g模块，所述模拟设备用于通过所述第一5g模块向无人机发送控制指令，以及接受所述无人机反馈的信号；所述飞机自动滑跑驶离控制系统用于通过所述模拟设备控制所述无人机的自动滑跑驶离过程；所述飞机自动滑跑驶离控制系统的验证系统用于采集和验证所述飞机自动滑跑驶离控制系统的数据；

无人机，包括第二5g模块、控制设备和传感设备，所述控制设备用于通过所述第二5g模块接收所述控制指令，响应所述控制指令；所述传感设备用于采集所述无人机的传感数据，通过所述第二5g模块将采集的所述传感数据发送至所述模拟设备。

可选地，所述无人机为目标验证飞机的缩比模型；所述控制设备包括与所述缩比模型相同比例的缩比刹车装置。

可选地，系统还包括：

缩比刹车跑道和缩比滑行道。

可选地，所述飞机自动滑跑驶离控制系统的验证系统具体用于收集所述飞机自动滑跑驶离控制系统实时生成的动态减速率、刹车距离预测数据和刹车距离数据；

其中，所述控制设备具体用于根据所述动态减速率实时调整刹车压力。

可选地，飞机自动滑跑驶离过程，包括：

进近过程、着陆滑跑刹车过程和滑跑驶离过程；

所述模拟设备具体用于：

在进近过程，控制所述无人机对准跑道；

在着陆滑跑刹车过程，向所述无人机实时发送动态减速率，用于所述控制设备实时调整刹车压力；

在滑跑驶离过程，控制所述无人机转弯进入滑行道后驶离。

可选地，所述飞机自动滑跑驶离控制系统还用于：

在进近过程，实时更新刹车距离预测数据；

所述飞机自动滑跑驶离控制系统的验证系统还用于：

收集所述刹车距离预测数据。

可选地，所述飞机自动滑跑驶离控制系统的验证系统还用于计算自动滑跑驶离过程占用跑道的时间和机场转场效率提高百分比。

可选地，所述模拟设备包括：

飞机图像显示屏、飞行控制面板、飞行显示面板、导航显示面板、高度表、地平仪、空速表、刹车脚蹬、油门杆、操作杆。

可选地，所述模拟设备，还包括：

塔台交互通讯系统。

可选地，所述模拟设备还用于在无人机起飞前，通过所述第一5g模块向所述无人机发送检查指令；所述无人机还用于执行所述检查指令相应的动作，通过所述第二5g模块返回结果数据。

飞机自动滑跑驶离技术的试验验证对安全性有着极高要求，在现有的飞机刹车系统性能验证系统中，只能依靠飞行员进行真实飞机的飞行控制来获取数据，这无疑极大增加了人员安全的风险和飞行员的心理负担。同时飞机刹车系统性能对信息传输的实时性要求也极其严格，传输信号的延迟时间过长，会导致自动滑跑驶离技术对动态减速率的跟踪不精确，从而影响整个刹车系统的性能，无法满足试验验证的要求。本发明提出的基于5g传输的飞机自动滑跑驶离技术验证系统，能够满足飞机自动滑跑驶离技术验证对安全性和实时性的需求，通过在地面搭建室内模拟驾驶舱，让飞行员在室内操控指令解决了安全性问题，以及，使用5g信号传输指令，控制室外飞行验证平台中的缩比无人机完成试验验证，解决网络延迟高的实时性问题。

附图说明

附图示出了本发明的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本发明的原理，其中包括了这些附图以提供对本发明的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1是本发明实施例提供的系统原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。

飞机自动滑跑驶离技术是保障飞机滑跑安全性，提高机场运营效率的重要技术之一，该技术目前仍处于验证阶段，为此本发明提供了一种基于5g传输的飞机自动滑跑驶离技术的验证系统。

本发明提供的基于5g传输的飞机自动滑跑驶离技术的验证系统包括：

模拟驾驶舱，包括飞机自动滑跑驶离控制系统、飞机自动滑跑驶离控制系统的验证系统、驾驶舱设备的模拟设备和第一5g模块，所述模拟设备用于通过所述第一5g模块向无人机发送控制指令，以及接受所述无人机反馈的信号；所述飞机自动滑跑驶离控制系统用于通过所述模拟设备控制所述无人机的自动滑跑驶离过程；所述飞机自动滑跑驶离控制系统的验证系统用于采集和验证所述飞机自动滑跑驶离控制系统的数据；

无人机，包括第二5g模块、控制设备和传感设备，所述控制设备用于通过所述第二5g模块接收所述控制指令，响应所述控制指令；所述传感设备用于采集所述无人机的传感数据，通过所述第二5g模块将采集的所述传感数据发送至所述模拟设备。

本发明实施例中，飞机自动滑跑驶离控制系统是包括计算装置硬件实体和飞机自动滑跑驶离控制软件的系统，飞机自动滑跑驶离控制系统的验证系统是包括计算装置硬件实体和飞机自动滑跑驶离控制系统的验证软件的系统，飞机自动滑跑驶离控制系统和飞机自动滑跑驶离控制系统的验证系统可以是使用同一个计算装置硬件实体，也可以使用不同的计算装置硬件实体并通过线路连接。

本发明实施例中，驾驶舱设备的模拟设备至少包括控制飞机飞行相关的驾驶舱设备，特别是包括与飞机自动滑跑驶离过程相关的驾驶舱设备。优选地，模拟设备包括：飞机图像显示屏、飞行控制面板、飞行显示面板、导航显示面板、高度表、地平仪、空速表、刹车脚蹬、油门杆、操作杆。

进一步地，模拟设备还包括塔台交互通讯系统。

在本发明的一个实施例中，为了提高验证结果的准确性和可用性，无人机采用目标验证飞机的缩比模型，无人机的刹车装置采用的是目标验证飞机的缩比刹车装置。

进一步地，还可以在验证过程中采用缩比刹车跑道和缩比滑行道，从而降低对实验场地的要求。

一般地，飞机自动滑跑驶离过程被认为包括：进近过程、着陆滑跑刹车过程和滑跑驶离过程。采用本发明实施例提供的系统，每一个过程都可以由飞行员在模拟驾驶舱内通过5g网络操作无人机来达到验证的目的。具体地，在进近过程，飞行员操作模拟设备控制所述无人机对准跑道，在着陆滑跑刹车过程，由飞机自动滑跑驶离控制系统进行控制，通过向无人机实时发送动态减速率，无人机实时调整刹车压力；在滑跑驶离过程，飞行员操作模拟设备控制无人机转弯进入滑行道后驶离。

进一步地，在着陆滑跑刹车过程中，飞机自动滑跑驶离控制系统实时生成动态减速率、刹车距离预测数据和刹车距离数据，飞机自动滑跑驶离控制系统的验证系统收集并验证飞机自动滑跑驶离控制系统的数据。同样，在进近过程中，飞机自动滑跑驶离控制系统实时更新刹车距离预测数据；飞机自动滑跑驶离控制系统的验证系统收集并验证飞机自动滑跑驶离控制系统的数据。

此外，本发明实施例中，飞机自动滑跑驶离控制系统的验证系统还用于计算自动滑跑驶离过程占用跑道的时间和机场转场效率提高百分比，从而直观地展示出飞机自动滑跑驶离控制系统的使用效果。

参见图1，本发明具体实施例搭建了基于5g传输的飞机自动滑跑驶离技术的验证系统，共分为三部分：室内模拟驾驶舱、5g网络传输环境和室外飞行验证平台。

第一部分为室内模拟驾驶舱，具有飞机图像显示屏、飞行控制面板、飞行显示面板、导航显示面板、高度表、地平仪、空速表、刹车脚蹬、油门杆、操作杆、塔台交互通讯系统等一系列设备，其外形及功能与真实驾驶舱的主驾部分基本相同，飞行员可以在模拟驾驶舱中发出指令并在显示屏看到飞机图像，根据飞机返还的各项飞行参数及安全信息执行各项操作。

第二部分为5g网络环境，5g网络能很好地满足上行高带宽传输、下行低时延控制的结合。模拟驾驶舱中发出的控制指令通过无线网卡接入5g网络，减少数据传输过程中的转发和处理时间，降低端到端的传输时延。5g传输网络由5g接入网、承载网与核心网组成：接入网由传输路线上的众多基站构成，承担无线传送驾驶舱指令与飞机上传数据的指责，承载网和核心网由5g运营商的光纤电缆和电信设备组成，是5g网络的有线传输部分。5g网络基于新型编码方法和网络架构等技术，满足飞机刹车控制周期需求，实现了超高速率和超低时延，可以充分满足试验验证的高实时性要求。

第三部分为室外飞行试验平台，设计无人机试验平台，仿照真实飞机设计按照30:1的比例缩小的无人机(以下简称飞机)，机上装有缩比刹车装置，集成装载自动驶离技术的刹车控制器和各类传感器，同时铺设缩比飞机刹车跑道及滑行道供飞机起飞与降落使用。平台主要用于验证缩比刹车装置特性下的飞机自动滑跑脱离等辅助着陆技术。

试验开始前首先进行设备调试，飞行员坐在室内模拟驾驶舱的主驾位置，核对飞行计划，按规定顺序发送一系列指令来检查飞机情况，指令在本地转换为5g信号数据，经过5g网络传递到室外飞行验证平台的缩比飞机中，飞机解析5g信号并按照指令顺序动作并经过5g网络返回数据，室内模拟驾驶舱解析并验证返回数据正确，则开始试验过程。

(1)进近过程。

起飞后系统确认飞机状态，提供操作环境让飞行员完成飞机空中动作，为着陆后自动滑跑驶离验证做准备。飞行员在与塔台管制员沟通后，确认检查所有系统可以正常工作，在飞机靠近机场后，使飞机对准跑道准备落地。在此期间自动滑跑驶离技术会根据飞机速度和跑道情况等参数，实时更新刹车距离预测。

(2)着陆滑跑刹车过程。

滑跑刹车过程中，系统收集参数以待验证自动滑跑驶离技术是否能够实时更新动态减速率，准确预测和控制刹车距离。基于减速率控制的刹车控制系统根据动态减速率kn实时调整刹车压力，此过程一直持续到整个刹车阶段结束。

(3)滑跑驶离过程。

系统在飞机到达预定的跑道出口位置后，接收飞行员指令让飞机以预定速度准确转弯进入滑行道，达到定点脱离的目的。系统在显示屏上显示本次滑跑刹车所的跑道占用时间以及机场转场效率提高百分比，此后飞机接收通过5g网络送达的飞行员控制指令，执行一系列动作，从滑行道驶出，完成整个自动滑跑驶离流程。

本发明具体实施例提供的方案具有如下效果：

(1)5g验证的高速性和高可靠性。飞机滑跑控制过程的周期时间为毫秒级，如果检测信号过程中的延迟过长，或者传输控制指令信息错误，则可能导致验证系统不能模拟真实工况。而5g技术具有降低信号传输时延和传输控制指令的极高可靠性，可以确保飞机自动滑跑驶离实现精确控制，满足了试验验证对实时性的严格要求。

(2)采用驾驶舱与飞机分离的试验方法的高安全性。搭建室内模拟驾驶舱与室外飞行验证平台，可以极大降低试验中可能出现的人员安全风险以及减少飞行员的心理负担，满足了试验验证对安全性的严格要求。

(3)提出一种为缩比飞机设计的飞行试验平台，通过精确模拟真实飞机模型与刹车特性，满足飞行试验的技术要求和各项性能指标，起到了易于试验验证与节省试验成本的效果。该平台主要用于验证缩比刹车装置特性下的飞机自动滑跑脱离、自适应跑道刹车控制、多轮纠偏等飞机刹车系统技术。

(4)选用5g数据传输单元实现双向数据实时收发与自动滑跑驶离信息传输，是新型信息通信技术与飞机操控的创新应用，完成了5g信号在飞机通讯网络的融合，其创新性设计能够深化通信与航空领域的结合，促进航空通信理念和模式的创新，对远程飞机操控发展、降低研发成本具有重要意义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本发明，而并非是对本发明的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本发明的范围内。