基于性能的导航飞行程序计算机虚拟环境仿真校验系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于性能的导航(PBN)飞行程序计算机虚拟环境仿真校验系统，属于民用航空导航领域。该系统包括数据层、模型层、显示层和应用层；数据层用于对飞行程序数据、地形数据和障碍物数据进行处理；模型层为飞行程序的虚拟验证提供飞机的导航系统、动力学系统以及增强型近地警告系统；显示层用于虚拟验证时，为用户提供二维显示以及三维视景系统；应用层为用户提供人机交互以及飞行程序验证的应用。该系统实现了在计算机产生的虚拟环境中对PBN飞行程序进行验证，简单方便、缩短了验证周期，降低了成本，提高了工作效率，其结果能够对飞行程序设计进行评估，对实际飞行验证进行指导，满足PBN飞行程序验证的需求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于民用航空导航领域，具体涉及一种基于性能的导航（PBN)飞行程序计 算机虚拟环境仿真校验系统。
技术介绍
我国的机场众多，特别是特殊机场，运行条件受到限制。另外，我国西部地区基础 设施和地面导航台建设不完善，导航台和监视雷达信号覆盖不完全。随着西部经济的快速 发展，西部地区民航基础设施的建设面临严峻挑战。这些机场和区域的传统地基导航设施 难以满足运行需要，需要新的导航方式，组织运行，所以基于性能的导航（PBN)技术将在中 国有巨大的发展前景。 国外在基于性能的导航飞行程序设计与仿真验证方面的研究开展较早，取得了较 大的成果。美国的FAA、NASA、MITRE以及EUR0C0NTR0L、EASA、ICA0等机构都进行了大量的 研究，它们在PBN飞行程序的设计方面形成了较为完善的标准和体系。针对PBN飞行程序 验证研究，进行了大量的仿真和试飞验证，积累了比较成熟的技术方法和手段。MITRE的下属研究机构CAASD开发的"TheTerminalAreaRouteGenerationand TrafficSimulation(TARGETS)tool"，可以实现交互方式的航路设计，并对进场、进近以及 离场飞行程序进行设计。可以导入和显示地形、机场的高程数据；可以定义飞机性能，指定 重量以及爬升率等，并对飞行程序进行指定飞机性能的可飞行性评估，可以生成障碍物评 估面，进行障碍物和噪音的评估，以及FAA飞行准则的符合性评估，和通信/导航/监视/ (CNS)的范围评估，并可进行人在回路的仿真运行。FAA的FlightTechnologiesandProceduresDivision开发的 "RNAV-Pro"，提 供了创建和载入飞行计划的工具，进行飞行计划的生成。能够载入地形，按照选取的评估准 贝ij，生成障碍物评估面进行障碍物穿透性评估，也可以进行飞机性能、环境因素的设置，并 可以进行仿真设置，进行仿真运行，获得仿真的结果。可以获得的评估结果有：仿真结果汇 总、飞行计划的可飞性评估结果、DME/DME评估结果、雷达分析结果、通讯分析和TERPS分析 结果。Geotitan飞行程序设计软件是法国民航学院（ENAC)与法国航空数据信息公司 CGX于2001年投入研发的商用软件。软件主要建立了一套基于AIXM的航空地形数据库，完 全整合ICAODoc8168-0PS/611规范，实现自动绘制保护区，自动评估障碍物，自动制作航图 和编制报告等功能。FPDAM是意大利IDS公司开发的一款先进的飞行程序设计和空域管理软件。它能 够进行仪表飞行程序的三维设计，用传统导航信号和区域导航概念提供程序设计的交互环 境。FPDAM为用户工作提供了较强的飞行程序开发功能，并且可用飞行模式检查所设计仪表 飞行程序。 国外在飞行程序的验证中，除仿真验证之外，还采用了飞行模拟机验证。目前模拟 机产品系列比较多，但是专门应用于程序验证的，目前国内外尚无专用的模拟机平台。所以 目前程序验证都使用飞行员训练的全动模拟机。波音公司、空客公司和美国NAVERUS公司 这三家公司进行PBN飞行程序验证都是通过全动模拟机验证，其飞行程序编码由FMS导航 数据库公司（Smith公司和Honeywell公司）制作，并在模拟机上进行飞行验证，以验证其 有效性。FMS导航数据库的制作周期为28天，验证后发现程序有问题需要修改，则需等到下 一个制作周期才可修改。这对程序验证来讲周期过长，另外，全动模拟机验证费用也较高。目前，中国民航科学技术研究院在PBN飞行程序的设计与验证方面，具有国内领 先地位。开发的"基于性能导航（PBN)飞行程序设计及验证系统"是集程序设计、编码、验证 与一体的航行系统验证平台，在程序设计与飞行验证关键技术方面取得了多项突破。系统 能够根据航路点、程序高度、航段类型等属性自动绘制程序保护区、评估障碍物，实现了PBN 程序保护区与传统飞行程序保护区的无缝连接。系统实现了A320飞行训练器模拟验证平 台，直接进行PBN程序添加功能，可对导航数据库进行编辑和修改，程序修改不需要28天周 期，压缩了验证的时间。 由于目前国内PBN飞行程序的验证仍是基于传统程序验证的方法，例如模拟机验 证以及实际飞行验证，周期长、效率不高、资金耗费大，所以需要对PBN飞行程序的仿真验 证方法进行研究，PBN飞行程序计算机仿真验证研究的目标，就是在计算机生成的虚拟环境 下，实现按照设计的飞行程序，对程序进行静态以及动态可飞性评估，操纵驾驶杆或者自动 飞行的飞行仿真，以可视化的航路保护区和障碍物评估面以及飞机性能参数，以及相关飞 行准则等来验证机场进近和离场飞行程序是否合理，实现对机场净空区障碍物、保护区障 碍物评估，以及通信/导航/监视的范围等的评估，给出数据、图表等评估结果，用以改进飞 行程序设计。项目对于提高我国民航飞行程序设计水平，保证航空运输安全，具有重大的作 用，对于避免重大空难事故，提供了坚实的技术上的支持和保证。 由于我国正逐步推进PBN技术，PBN飞行程序仿真验证今后的应用相当广泛，这项 研究对于中国民航开展PBN相关技术研究，具有重要的科学以及实际应用价值，同时对于 凝练核心技术，提高自主创新水平具有较大意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，即利用模拟机或者实际飞行 对PBN飞行程序进行验证，周期长、效率不高，资金耗费大，提供一种基于性能的导航飞行 程序计算机虚拟环境仿真校验系统，实现在计算机产生的虚拟环境中对PBN飞行程序进行 验证，简单方便、缩短了验证周期，降低了成本，提高工作效率，其结果能够对飞行程序设计 进行评估，对实际飞行验证进行指导，满足PBN飞行程序验证的需求。 本专利技术是通过以下技术方案实现的： 一种基于性能的导航飞行程序计算机虚拟环境仿真校验系统，包括数据层、模型 层、显示层和应用层； 所述数据层为基于性能的导航飞行程序校验数据处理系统，用于对飞行程序数 据、地形数据和障碍物数据进行处理； 所述模型层为基于性能的导航飞行程序校验民机飞行模型系统，用于为飞行程序 的虚拟验证提供飞机的导航系统、动力学系统以及增强型近地警告系统； 所述显示层为基于性能的导航飞行程序校验二维显示以及三维视景引擎系统，用 于虚拟验证时，为用户提供二维显示以及三维视景系统。 所述应用层为基于性能的导航飞行程序校验应用系统，提供应用层的服务，基于 控制流实现地形文件和三维模型载入、场景初始化以及飞行程序编码文件验证、文件的解 析、文件存储、仿真初始设置、模型解算、帧同步、三维仿真运行、仿真控制、仿真数据显示； 所述数据层为模型层提供飞行程序数据、地形数据和障碍物数据以及对数据进行 处理；模型层为显示层提供飞机的导航系统、动力学系统以及近地警告系统模型；显示层 为应用层提供二维显示以及三维视景系统。 所述基于性能的导航飞行程序校验数据处理系统包括：基于ARINC424的PBN飞行 程序数据处理单元，以及地形数据和障碍物数据处理单元； 所述基于ARINC424的PBN飞行程序数据处理单元用于对PBN飞行程序数据进行 处理，包括数据导入、数据解析、数据验证以及数据存储； 所述地形数据和障碍物数据处理单元用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于性能的导航飞行程序计算机虚拟环境仿真校验系统，其特征在于：所述系统包括数据层、模型层、显示层和应用层；所述数据层为基于性能的导航飞行程序校验数据处理系统，用于对飞行程序数据、地形数据和障碍物数据进行处理；所述模型层为基于性能的导航飞行程序校验民机飞行模型系统，用于为飞行程序的虚拟验证提供飞机的导航系统、动力学系统以及增强型近地警告系统；所述显示层为基于性能的导航飞行程序校验二维显示以及三维视景引擎系统，用于虚拟验证时，为用户提供二维显示以及三维视景系统；所述应用层为基于性能的导航飞行程序校验应用系统，提供应用层的服务，基于控制流实现地形文件和三维模型载入、场景初始化以及飞行程序编码文件验证、文件的解析、文件存储、仿真初始设置、模型解算、帧同步、三维仿真运行、仿真控制、仿真数据显示；所述数据层为模型层提供飞行程序数据、地形数据和障碍物数据以及对数据进行处理；模型层为显示层提供飞机的导航系统、动力学系统以及近地警告系统模型；显示层为应用层提供二维显示以及三维视景系统。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：麻士东，杨国庆，
申请(专利权)人：中国民航科学技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11