[发明专利]民用飞机驾驶舱电子系统的输入法及其装置

说明书

技术领域

本发明属于民用飞机驾驶舱电子系统人机界面设计技术领域，特别涉及民用飞机驾驶舱相关电子控制和管理系统数据的输入法及其系统。

背景技术

如今，民用飞机的操作自动化已成为典型技术特征之一，其相关的航空电子系统已进入高度综合状态，它主要由飞行管理、飞行控制和推力管理功能系统等组成，可实现从起飞到着陆的自动飞行管理和引导任务。

通过高度自动化的飞行方式，尽可能保证在日常飞行中体现所设计的飞行品质、减少飞行机组人为掌握飞行时所特有的飞行偏差量和飞行性能表现的大幅波动，极大地减少飞行风险，改善飞行安全；再者，通过实时的动态计算和合理调整，使飞机能用经济状态沿着所需轨迹飞行，提高航班生产效率。

高度自动化的飞行还大幅度降低了机组人员的驾驶操作技术要求和长期积累过程，对于普及民用飞机、提高航空运输能力来说，具有不可估量的贡献。

当前，航空企业主要应用由美国航空无线电集团下属的“航空公司电子工程委员会”制定的技术标准，即ARINC600系列设计基础标准和700系列产品设计规范共约50项标准，内容包括自动飞行管理、无线电通信和导航、飞行显示、发动机推力管理和系统综合等技术。

在这些功能中，飞行管理处于系统顶层，依据飞机的基本参数和飞行人员的输入指令，综合机上资源，通过传感器获得环境条件，由此生成合理的飞行计划，然后通过飞行控制和推力管理功能，自动引导飞机按既定的任务剖面飞行。

由于实际飞行进程中存在诸多变更因素，例如天气、空中交通流量和机场情况等原因，飞行管理系统必须支持飞行人员的人工调整和操作，换言之，要解决好“自动”和“半自动”等各种层次下的人机关系。

在当前的航空电子系统中，驾驶舱电子系统结构如图1所示，包括飞机性能数据库和导航数据库、特性数据库、多功能控制显示单元。人机接口的主要形式是多功能控制显示单元(MCDU)，这是一种具有屏幕显示、数字和字母键盘以及相应按键和旋钮的输入显示控制装置。其中多功能控制显示单元的操作界面如图2所示。

根据上述ARINC技术规范，这种MCDU的主要输入方式是通过既定的程序设计，按照屏幕上的相应显示位置，进行逐行逐字逐条输入。一个典型的控制显示单元的操作页面因此可以多达70个页面以上。这样，无论是日常飞行的操作工作量，还是熟练掌握所需的培训时间，都是相当显著的。

由于飞行管理需要根据飞行阶段还设定，因此它的任务模式繁多，典型的波音飞机多达25个管理模式，这就在某些情况下导致非常耗时且需要非常仔细的输入操作。

为了解决这一矛盾，通常另外设计一组控制面板，即在图1中特性数据库中准备有起飞数据、爬升数据、巡航数据、下降数据、进近数据、着陆数据等。以便在需要人工干预的时间要求，例如更改飞机的升降率。这种面板通常被称为飞行模式控制板。

为此，当代的航空电子系统需要仔细设计和划分这些输入法。通常，通过飞行模式控制板可以进行高度、航向/航迹、高度/高度层、升降率/航迹角的设定和修改。而飞行计划、飞行性能要求和经济模式的选择一般需要通过多功能控制显示装置完成。

这就要求在整个输入法的设计上必须达到逻辑和算法上的一致。即对于飞行机组而言，这套输入法必须完整、简单、直接和明晰。各种选择之间不应有歧义、重复渠道和不协调的功能，以便确保机组在高工作负荷下能够正确快速地使用。

为了保障飞行安全，降低用户的培训成本，这个系统的输入法还必须尽可能通用化、标准化。

随着空中交通流量的持续增长，新航行系统技术的不断应用，飞行管理的任务越来越复杂，上述传统的多功能控制显示单元的输入方法显得越来越臃肿，功能页面越来越多，又交织着正常操作程序、修改程序和应急程序。这就造成了其逻辑关系复杂，开发过程长，成本高等一系列弊端；且在实际飞行中，操作效率低下，输入差错频发。

世界范围内，每年都会有因数据输入错误而导致飞行事故的事例，涉及飞机包括美国波音747、757、737飞机及欧洲空中客车A320、A340飞机等，造成不同程度的飞机损毁和人员伤亡。

随着计算机处理能力的提高，航空电子系统的核心平台处理能力大大增强，可以对系统提出更高的处理需求，此外，大屏幕显示控制技术正在成为航空电子系统的主流人机界面，同时，航空电子系统的综合度越来越高，使用模块化的开放式平台来综合核心功能，如何充分利用这些新技术和新资源的特征，研发新的系统信息输入法，以充分发挥这些新技术的综合效益，减轻飞行人员的工作负担，改进驾驶舱的视野，拓展驾驶舱的适用空间，改进舒适度，成为本领域迫切需要解决的技术问题。

发明内容