教練機(jī)飛行信息安全記錄與應(yīng)用技術(shù)發(fā)展研究

趙清洲，劉 浩

（中航工業(yè)陜西千山航空電子有限責(zé)任公司，陜西 西安710065）

0 引言

隨著航空技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代教練機(jī)的綜合性能不斷提升，飛機(jī)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)規(guī)模、機(jī)載設(shè)備日趨復(fù)雜。在提高飛行訓(xùn)練質(zhì)量、保障飛行安全、高效率維護(hù)支持、縮短維護(hù)時(shí)間、提高再次出動(dòng)率、降低全壽命周期使用維護(hù)成本等方面提出了新的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的飛行訓(xùn)練、安全保障、維護(hù)保障模式，已不能適應(yīng)現(xiàn)代教練機(jī)的發(fā)展需求。

飛行信息安全記錄與應(yīng)用技術(shù)是教練機(jī)獲取飛機(jī)信息的關(guān)鍵技術(shù)，能夠?qū)崟r(shí)記錄教練機(jī)飛行數(shù)據(jù)、飛機(jī)狀態(tài)信息、數(shù)字音頻/視頻、數(shù)據(jù)鏈通信數(shù)據(jù)等信息，并在飛機(jī)墜毀時(shí)幸存；通過對記錄信息的管理和深度挖掘，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)綜合有效的利用，不僅在飛行事故調(diào)查、飛機(jī)維護(hù)、飛行訓(xùn)練評估三個(gè)方面發(fā)揮重要作用，同時(shí)在航空武器裝備質(zhì)量安全保障體系建設(shè)、信息化建設(shè)和作戰(zhàn)訓(xùn)練模式轉(zhuǎn)變等方面引發(fā)變革。

1 國內(nèi)外教練機(jī)的飛行信息安全記錄與應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展情況

1.1 國外發(fā)展情況

1.1.1 發(fā)展歷程

國外的發(fā)展主要經(jīng)歷了三個(gè)階段：

第一階段，50年代～60年代，50年代初，世界各國空軍開始普遍裝備噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)，隨后出現(xiàn)了最早專門設(shè)計(jì)的噴氣式教練機(jī)。由于事故調(diào)查分析的需要，提出了飛行數(shù)據(jù)記錄與墜毀幸存的要求，研制了飛行數(shù)據(jù)記錄設(shè)備，具有墜毀保護(hù)功能、記錄介質(zhì)為箔帶，僅記錄航向、高度、空速、垂直過載和時(shí)間5個(gè)參數(shù)。

第二階段，70年代～80年代，隨著飛機(jī)造價(jià)和訓(xùn)練費(fèi)用的上漲，一些專家開始用數(shù)學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)手段，分析、論證教練機(jī)和訓(xùn)練體系的費(fèi)用和效率問題，對教練機(jī)體制進(jìn)行調(diào)整，新研制的教練機(jī)針對性強(qiáng)、性能全面、設(shè)備先進(jìn)，拓寬了適用范圍。在這個(gè)階段，不但對事故調(diào)查分析提出了更高的數(shù)據(jù)資源和防護(hù)要求，同時(shí)提出了飛行訓(xùn)練和日常維護(hù)的數(shù)據(jù)資源需求，記錄的參數(shù)從十幾個(gè)擴(kuò)展到上百個(gè)，提高了墜毀幸存能力，記錄介質(zhì)變更為磁帶。

第三階段，90年代～至今，由于裝備更新、軍隊(duì)規(guī)模壓縮、經(jīng)費(fèi)減少等各種原因，部分國家的航校及航空兵訓(xùn)練體系再次面臨調(diào)整和改革，開始研制下一代教練機(jī)。在這個(gè)階段，隨著電子信息技術(shù)高速發(fā)展，極大推動(dòng)了飛行信息安全記錄和應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，采用固態(tài)記錄芯片替代了磁帶記錄，增加了記錄容量，減小了體積重量，提高了可靠性。記錄參數(shù)提升到數(shù)千個(gè)，具備更強(qiáng)的模擬、數(shù)字和總線信號(hào)接口能力，并增加了飛行數(shù)據(jù)、音頻數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)鏈通信等信息的記錄，提高了墜毀幸存能力。并且，將飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行了可視化處理，融合了導(dǎo)航數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、地理信息數(shù)據(jù)以及飛行姿態(tài)等數(shù)據(jù)，具有較高的人機(jī)交互水平。

1.1.2 標(biāo)準(zhǔn)體系

國外的技術(shù)發(fā)展十分重視標(biāo)準(zhǔn)體系的建設(shè)，在飛行數(shù)據(jù)安全記錄方面，由飛行事故調(diào)查機(jī)構(gòu)（如美國國家安全運(yùn)輸管理委員會(huì)NTSB）提出的需求為牽引，促使適航法規(guī)的制定部門（如美國聯(lián)邦航空管理局FAA）頒布專門的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，提出具體明確的要求，并且根據(jù)需求變化持續(xù)更新。其中覆蓋了：墜毀幸存指標(biāo)、不同飛機(jī)采集記錄參數(shù)的數(shù)量、參數(shù)類型、精度、采樣率、記錄介質(zhì)、記錄時(shí)間、音/視頻記錄、數(shù)據(jù)鏈通信記錄、定位與搜尋等各項(xiàng)具體規(guī)定。

同時(shí)，在參照民機(jī)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和適航法規(guī)的基礎(chǔ)上，為滿足軍機(jī)事故調(diào)查需求，指導(dǎo)軍機(jī)的研制要求，美軍方1984年發(fā)布了 《MIL-STD-2124A飛行數(shù)據(jù)記錄器功能標(biāo)準(zhǔn)》（2000年被MIL-HDBK-2124標(biāo)準(zhǔn)取代），標(biāo)準(zhǔn)把軍機(jī)劃分為：固定翼多發(fā)飛機(jī)、固定翼戰(zhàn)斗機(jī)/攻擊機(jī)/教練機(jī)、旋翼機(jī)、垂直和短距離起降飛機(jī)等四大類平臺(tái)；并且針對軍機(jī)特點(diǎn)，規(guī)定了固定式和可分離式軍用飛行數(shù)據(jù)記錄器，各自應(yīng)具備的功能特性、墜毀幸存性試驗(yàn)項(xiàng)目、以及依據(jù)劃分的四大類飛機(jī)平臺(tái)應(yīng)采集記錄的典型參數(shù)等。

表1 民機(jī)適航法規(guī)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

續(xù)表1

表2 開發(fā)與設(shè)計(jì)規(guī)范

表3 抗墜毀性能指標(biāo)演變情況

1.1.3 技術(shù)發(fā)展情況

1）信息記錄技術(shù)

記錄的信息由最初的航向、高度、空速、垂直過載和時(shí)間5個(gè)飛行參數(shù)，逐步擴(kuò)展到飛機(jī)姿態(tài)、飛行數(shù)據(jù)、飛機(jī)狀態(tài)、數(shù)字總線、飛行員操縱、音視頻、數(shù)據(jù)鏈、火控/雷達(dá)等多種類型的參數(shù)，參數(shù)的數(shù)量從5個(gè)逐步發(fā)展到幾千個(gè)，記錄介質(zhì)從磁帶發(fā)展到固態(tài)存儲(chǔ)芯片，記錄容量從幾百K字節(jié)發(fā)展到上百G字節(jié)，目前已經(jīng)達(dá)到1T字節(jié)。

2）信息可視化技術(shù)

采用計(jì)算機(jī)的圖形處理技術(shù)，改變傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)報(bào)表顯示方式，以記錄的信息作為數(shù)據(jù)源，以模擬座艙、三維動(dòng)畫的顯示方式，再現(xiàn)飛機(jī)的飛行過程。

3）信息應(yīng)用技術(shù)

充分利用記錄的信息，建立地面專家系統(tǒng)，利用飛行數(shù)據(jù)客觀評估飛行訓(xùn)練質(zhì)量；利用飛機(jī)狀態(tài)信息，進(jìn)行飛機(jī)故障診斷，并對重要系統(tǒng)的使用維護(hù)進(jìn)行趨勢預(yù)測，指導(dǎo)飛機(jī)維護(hù)維修工作。

4）數(shù)據(jù)鏈技術(shù)

建立空地?cái)?shù)據(jù)鏈，實(shí)時(shí)交換數(shù)據(jù)，采用“虛擬教員”方式培訓(xùn)飛行員。教員不上飛機(jī)，通過飛機(jī)機(jī)載和地面臺(tái)站數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)與空中的飛機(jī)進(jìn)行 “鏈接”，在地面的模擬（或虛擬）座艙內(nèi)指導(dǎo)和監(jiān)控學(xué)員的訓(xùn)練。目前美國聯(lián)合攻擊機(jī)JSF采用了這種技術(shù)。

5）墜毀幸存技術(shù)

從表3可以看出，隨著材料和防護(hù)技術(shù)的提高，抗毀的性能指標(biāo)逐步提高，在陸上或海上不同墜毀環(huán)境條件下能夠幸存。隨著飛機(jī)性能的提高，對抗強(qiáng)沖擊指標(biāo)提出了更高的要求，如美國F-22飛機(jī)的數(shù)據(jù)記錄設(shè)備的抗強(qiáng)沖擊指標(biāo)達(dá)到5 100 g/5 ms。

在不斷提高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)防護(hù)能力的同時(shí)，開展了拋放式記錄設(shè)備的研究，能夠在飛機(jī)墜毀時(shí)與飛機(jī)分離，并在空中減速，降低墜毀時(shí)的載荷，提高幸存能力。同時(shí)，能夠發(fā)射無線電波，用于快速的搜尋和定位。

1.2 國內(nèi)發(fā)展情況

1.2.1 發(fā)展歷程

中國教練機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了引進(jìn)、仿制、改進(jìn)改型到自主研制的過程，至今已躋身世界上能獨(dú)立研制先進(jìn)教練機(jī)國家的行列。1949年從蘇聯(lián)引進(jìn)了教練機(jī)。

1958年，自主設(shè)計(jì)初教6。受當(dāng)時(shí)技術(shù)水平的限制，沒有進(jìn)行信息記錄。2010年，隨著教練機(jī)飛行訓(xùn)練、使用和維護(hù)要求的提高，飛行信息記錄和應(yīng)用技術(shù)的成熟，提出了信息記錄要求，開始加裝飛行數(shù)據(jù)記錄設(shè)備。

60～80年代初，中國先后改進(jìn)研制成功殲教5、殲教6、殲教7，適應(yīng)了戰(zhàn)斗機(jī)發(fā)展的需要。1979年，為滿足殲教7飛機(jī)信息記錄的要求，研制了國內(nèi)首臺(tái)飛行參數(shù)記錄設(shè)備，采用磁帶記錄介質(zhì)，記錄參數(shù)27個(gè)，地面數(shù)據(jù)應(yīng)用采用DOS操作系統(tǒng)，簡單報(bào)表。

90年代，研制基礎(chǔ)教練機(jī)教8。在飛機(jī)研制時(shí)，飛行信息記錄和應(yīng)用技術(shù)已經(jīng)得到了發(fā)展，采用了固態(tài)存儲(chǔ)器技術(shù)、數(shù)字總線接口技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、在線加載技術(shù)、墜毀保護(hù)組件防護(hù)技術(shù)；采集記錄參數(shù)達(dá)到50個(gè)，墜毀幸存能力達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn)TSOC124。地面數(shù)據(jù)應(yīng)用由原始DOS版本的簡單報(bào)表升級到WINDOWS平臺(tái)的多功能報(bào)表、曲線、三維航跡、數(shù)字地圖和模擬座艙顯示。實(shí)現(xiàn)了飛行信息安全記錄和應(yīng)用技術(shù)的拓展與應(yīng)用，產(chǎn)品隨飛機(jī)出口到埃及、巴基斯坦等國家，為飛行員訓(xùn)練提供了數(shù)據(jù)支持，在2007年和2008年2次埃及飛行事故中，發(fā)揮重要作用，為飛行事故分析提供了證據(jù)，得到了用戶的好評。

2000年后，研制了“獵鷹”高教機(jī)。對飛行信息安全記錄與應(yīng)用提出了更高的要求，記錄參數(shù)達(dá)到3000多個(gè)，增加了音頻、視頻、飛行員操縱、航電總線等信息的記錄；墜毀幸存能力滿足TSO-C124b的要求，其中抗強(qiáng)沖擊指標(biāo)達(dá)到5 100 g/5 ms，達(dá)到國際先進(jìn)水平。配置了水下定位信標(biāo)，飛機(jī)在海上墜毀時(shí)，能夠快速定位和搜尋。在數(shù)據(jù)應(yīng)用方面，建立了地面數(shù)據(jù)處理工作站，采用數(shù)據(jù)報(bào)表、曲線、航跡、模擬座艙和三維動(dòng)畫等多種顯示方式，便于不同類型人員對數(shù)據(jù)的分析和使用；在此基礎(chǔ)上，開發(fā)專家系統(tǒng)，評估飛行訓(xùn)練質(zhì)量，監(jiān)控飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)，消除故障隱患。

圖1 “獵鷹”高教機(jī)

圖2 飛行數(shù)據(jù)記錄設(shè)備

1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

相比國外標(biāo)準(zhǔn)，在民用標(biāo)準(zhǔn)方面緊跟國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)步伐，形成了民用標(biāo)準(zhǔn)體系，在軍用標(biāo)準(zhǔn)方面僅編制了通用要求規(guī)范，尚未形成標(biāo)準(zhǔn)體系。

1）軍用標(biāo)準(zhǔn)2）適航標(biāo)準(zhǔn)

適航標(biāo)準(zhǔn)基本參照國外標(biāo)準(zhǔn)制定，主要形成的標(biāo)準(zhǔn)有9項(xiàng)。如下表5所列。

3）工程化標(biāo)準(zhǔn)

國內(nèi)這方面的標(biāo)準(zhǔn)有2項(xiàng)。如表6所列。

表4 國內(nèi)軍用標(biāo)準(zhǔn)

表5 國內(nèi)適航標(biāo)準(zhǔn)

表6 國內(nèi)工程化標(biāo)準(zhǔn)

1.2.3 技術(shù)發(fā)展情況

國內(nèi)教練機(jī)的飛行信息與應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展起步于70年代末，技術(shù)發(fā)展緊跟國際步伐，由國內(nèi)教練機(jī)的發(fā)展需求推動(dòng)，達(dá)到了國際先進(jìn)水平。經(jīng)歷了從磁帶記錄到固態(tài)記錄，從少數(shù)參數(shù)到海量參數(shù)，從無防護(hù)到墜毀幸存保護(hù)，從事故分析應(yīng)用功能擴(kuò)展到飛行訓(xùn)練、日常維護(hù)、信息管理等功能的過程。

1）信息記錄技術(shù)

記錄的信息由最初“殲教7”的27個(gè)參數(shù)發(fā)展到“獵鷹”高教機(jī)的3 000個(gè)參數(shù)，包括了飛機(jī)姿態(tài)、飛行數(shù)據(jù)、飛機(jī)狀態(tài)、數(shù)字總線、飛行員操縱、音視頻、數(shù)據(jù)鏈等多種類型的參數(shù)，記錄介質(zhì)從磁帶發(fā)展到固態(tài)存儲(chǔ)芯片，記錄容量從1M字節(jié)擴(kuò)展到128 G字節(jié)。

2）信息可視化技術(shù)

開發(fā)地面數(shù)據(jù)工作站，除了傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)報(bào)表、曲線、航跡顯示方式；采用計(jì)算機(jī)的圖形處理技術(shù)對飛機(jī)進(jìn)行建模，以記錄信息為數(shù)據(jù)源，模擬飛機(jī)座艙和飛機(jī)姿態(tài)三維動(dòng)畫顯示，疊加數(shù)字地圖、機(jī)場和地形圖，動(dòng)畫再現(xiàn)飛機(jī)的飛行全過程。

3）信息應(yīng)用技術(shù)

以“獵鷹”高教機(jī)為例，主要有以下幾個(gè)方面：

A、信息共享；將獲取的飛行信息上傳到航電總線，使飛機(jī)其他系統(tǒng)設(shè)備共享信息；

B、系統(tǒng)控制；實(shí)時(shí)監(jiān)控和分析解算飛機(jī)起落架和燃油系統(tǒng)工作狀態(tài)，建立數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)起落架收放和燃油供/輸油的控制；

C、系統(tǒng)備份；為飛機(jī)座艙顯示進(jìn)行余度備份，在控制座艙顯示的主計(jì)算機(jī)失效時(shí)，備份提供顯示數(shù)據(jù)，不影響座艙顯示功能，有效提高飛機(jī)的安全裕度。

D、飛行訓(xùn)練評估；利用飛行數(shù)據(jù)客觀評估飛行訓(xùn)練質(zhì)量；

E、飛機(jī)使用維護(hù)；利用飛機(jī)狀態(tài)信息，進(jìn)行飛機(jī)故障診斷，指導(dǎo)飛機(jī)維護(hù)維修工作。

4）墜毀幸存技術(shù)

隨著國內(nèi)材料技術(shù)的發(fā)展和防護(hù)結(jié)構(gòu)研究的深入，抗毀能力逐步提高，滿足國際最新標(biāo)準(zhǔn)TSOC124b的要求，其中，抗強(qiáng)沖擊能力達(dá)到5100g/5ms，達(dá)到了國際先進(jìn)水平。為了滿足海上墜毀搜尋的需要，配置了水下定位信標(biāo)，在水下時(shí)工作，通過聲納進(jìn)行搜尋。這些技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到國內(nèi)先進(jìn)的軍機(jī)和 “獵鷹”高教機(jī)上。

2 教練機(jī)對飛行信息安全記錄與應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展需求

教練機(jī)的飛行信息安全記錄與應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展需求主要來自飛機(jī)的飛行訓(xùn)練、日常維護(hù)和事故分析的需求。

1）飛行訓(xùn)練質(zhì)量考核

中國空軍戰(zhàn)斗機(jī)飛行員的訓(xùn)練體制為四級三機(jī)制，需經(jīng)過飛行院校訓(xùn)練，改裝訓(xùn)練和戰(zhàn)斗機(jī)戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練三個(gè)階段的飛行訓(xùn)練。先在初級航校的初教-6飛機(jī)上訓(xùn)練一年，飛行155個(gè)小時(shí)；然后改飛教8飛機(jī)，訓(xùn)練時(shí)間也為一年，飛行130小時(shí)；畢業(yè)后分配到訓(xùn)練基地，在殲教-7型飛機(jī)上再訓(xùn)練一年，飛行110小時(shí)，然后再分配到作戰(zhàn)部隊(duì)進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練。從提高飛行訓(xùn)練考核質(zhì)量出發(fā)，主要有以下需求：

（1）建立飛行員電子飛行檔案

以飛行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立數(shù)據(jù)庫，全過程記錄飛行員每次的飛行科目、飛行時(shí)間、飛行情況和飛行員生理狀況等信息，記載飛行員整個(gè)飛行訓(xùn)練的成長歷程，為飛行員飛行評價(jià)奠定基礎(chǔ)。

（2）地面客觀評價(jià)系統(tǒng)

按照飛行訓(xùn)練計(jì)劃和科目的要求，制定評價(jià)規(guī)則，提供豐富的飛行數(shù)據(jù)資源，通過地面專家系統(tǒng)客觀評價(jià)飛行訓(xùn)練情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)飛行問題，指導(dǎo)飛行員訓(xùn)練。

（3）“虛擬教官”培訓(xùn)模式

飛行教官不上飛機(jī)，在地面的模擬（或虛擬）座艙內(nèi)，指導(dǎo)和監(jiān)控飛行學(xué)員的訓(xùn)練。

（4）飛行數(shù)據(jù)可視化

將飛行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成飛機(jī)或儀表的三維動(dòng)畫在屏幕上動(dòng)態(tài)顯示出來，同時(shí)疊加數(shù)字地圖和三維地形，便于飛行任務(wù)完成后首長、指揮員、飛行員和專家等觀看、分析任務(wù)完成情況，有助于提高飛行訓(xùn)練質(zhì)量，評估飛行訓(xùn)練效果，也可為事故分析模擬現(xiàn)場。

2）飛機(jī)維護(hù)維修

（1）故障快速定位與維修

記錄飛機(jī)飛行過程中各系統(tǒng)設(shè)備的工作狀態(tài)和BIT信息，通過專家系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的分析和處理，快速對飛機(jī)重要系統(tǒng)、設(shè)備的工作狀態(tài)進(jìn)行判定，縮短飛機(jī)起飛前機(jī)務(wù)準(zhǔn)備時(shí)間，減少地勤人員工作量，特別是防止機(jī)載系統(tǒng)檢測過程中，人為的疏忽和系統(tǒng)、設(shè)備的瞬態(tài)故障被忽略的問題，提升飛機(jī)的安全性。

（2）飛行過程實(shí)時(shí)故障監(jiān)控

通過空地?cái)?shù)據(jù)鏈，實(shí)時(shí)發(fā)送飛機(jī)出現(xiàn)的故障，地面提早準(zhǔn)備維修備件，實(shí)現(xiàn)快速維修。

（3）飛機(jī)健康診斷

匯總飛機(jī)使用過程中的歷史數(shù)據(jù)，通過地面專家系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和趨勢預(yù)測，監(jiān)控飛機(jī)重要設(shè)備的工作狀態(tài)和運(yùn)行情況，按照飛機(jī)使用要求，制定健康評價(jià)規(guī)則，客觀評價(jià)飛機(jī)健康狀況，給出維護(hù)保養(yǎng)和維修建議，消除故障隱患，顯著提升飛機(jī)的安全性。

3）飛機(jī)事故分析

（1）墜毀幸存和快速定位

能夠在飛機(jī)不同墜毀情況下，保證記錄數(shù)據(jù)的安全，提供搜尋手段，快速定位和獲取。

（2）事故分析和模擬現(xiàn)場

提供足夠的信息資源，能夠分析查找事故原因，動(dòng)畫模擬再現(xiàn)事故發(fā)生的全過程。

3 教練機(jī)的飛行信息安全記錄與應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展趨勢

以教練機(jī)的需求為牽引，飛行信息安全記錄與應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：

1）記錄信息的多源化

多源信息包含了飛機(jī)飛行信息和狀態(tài)信息、飛行員語音和座艙環(huán)境聲音、飛行員操作動(dòng)作和儀表顯示視頻、雷達(dá)和紅外圖像、飛行員生理等信息。充分利用這些信息資源，在空間和時(shí)間上依據(jù)某種優(yōu)化準(zhǔn)則將這些信息結(jié)合起來，產(chǎn)生對飛機(jī)和飛行員訓(xùn)練情況的一致性描述，提高客觀評價(jià)的水平。

（1）傳感器技術(shù)

不斷提高飛機(jī)傳感器的感知精度、數(shù)字化和小型化，采用冗余技術(shù)，提高信息的準(zhǔn)確性和可靠性。

（2）信息采集處理技術(shù)

采用大規(guī)模集成電路，擴(kuò)展信息的采集通道數(shù)量，減小體積。

采用高性能嵌入式計(jì)算機(jī)，提高信息的采樣率，在飛機(jī)異常情況下，可以對重要參數(shù)進(jìn)行突發(fā)采樣，成倍提高采樣率，獲取豐富的原始數(shù)據(jù)資料。

對于視頻和圖像數(shù)據(jù)，采用數(shù)據(jù)壓縮，有效降低數(shù)據(jù)量，目前主流的壓縮技術(shù)是H.264。

（3）高速總線技術(shù)

數(shù)據(jù)流量的增加，對數(shù)據(jù)傳輸總線提出了更高的傳輸率要求，典型的數(shù)字傳輸總線有：ARINC-429（100 kbps）、RS-422 （10 384 bps）、1 553b （1 Mbps）、HDLC（6 Mbps）、139 4b（100 Mbps、400 Mbps）、AFDX（100 Mbps）、光纖（1G bps）。 其中，ARINC-429、RS-422和HDLC總線主要用于飛機(jī)設(shè)備間點(diǎn)對點(diǎn)的低速數(shù)據(jù)交換。而對于飛機(jī)航電總線組網(wǎng)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?，目前國外軍機(jī)主要采用1 553b總線組網(wǎng)，傳輸飛行數(shù)據(jù)；采用1 394 b和光纖總線傳輸視頻和圖像信息。民機(jī)主要采用AFDX總線組網(wǎng)和數(shù)據(jù)傳輸。

（4）時(shí)間同步技術(shù)

為了實(shí)現(xiàn)信息的有效利用，必須解決信息的時(shí)間同步問題，目前民用標(biāo)準(zhǔn)提出的信息同步要求是1 s，軍機(jī)提出了更高的要求。由飛機(jī)提供統(tǒng)一的時(shí)間，信息的采集和處理在統(tǒng)一的時(shí)間體系下進(jìn)行，保證信息的同步采集處理、存儲(chǔ)和回放，并支持多機(jī)的同步回放。

（5）海量存儲(chǔ)技術(shù)

隨著記錄數(shù)據(jù)數(shù)量的快速增長，記錄器容量從最初的K字節(jié)，逐步增加到M字節(jié)、G字節(jié)，甚至到T字節(jié)。為了有效完成數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，需提高存儲(chǔ)器的讀寫速度和文件系統(tǒng)技術(shù)，目前基于SATA接口的存儲(chǔ)器讀寫速度可以達(dá)到300 MB/s，基于PCIe接口的存儲(chǔ)器讀寫速度達(dá)到4 GB/s，使海量的數(shù)據(jù)能夠被快速的寫入與讀出。安全的文件系統(tǒng)確保數(shù)據(jù)能夠被正確、完整的存儲(chǔ)和索引，在異常中斷的情況下可以恢復(fù)，確保數(shù)據(jù)的完整性。

2）信息管理的網(wǎng)絡(luò)化

（1）基于飛機(jī)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)管理技術(shù)

以飛機(jī)數(shù)字總線網(wǎng)絡(luò)為平臺(tái)，進(jìn)行信息的交互，實(shí)現(xiàn)信息共享；可以作為數(shù)據(jù)服務(wù)器，備份重要數(shù)據(jù)，提供數(shù)據(jù)支持，提高飛機(jī)的冗余度，增強(qiáng)飛機(jī)的安全性。

（2）基于分布式網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)管理技術(shù)

構(gòu)建地面分布式網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，利用數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)管理數(shù)據(jù)，開發(fā)基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的數(shù)據(jù)處理軟件，使得數(shù)據(jù)共享，達(dá)到資源優(yōu)化、人員協(xié)同目的。掌握數(shù)據(jù)加工和集成技術(shù)；海量數(shù)據(jù)快速存儲(chǔ)、快速訪問、快速查詢以及快速數(shù)據(jù)顯示技術(shù)；數(shù)據(jù)安全技術(shù)。

圖3 基于分布式網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)管理

3）信息回放的可視化

提供曲線、報(bào)表、駕駛艙儀、電子地圖、飛行參數(shù)變化曲線圖、飛行軌跡圖、起飛降落動(dòng)態(tài)仿真等多種信息回放手段。采用計(jì)算機(jī)的圖形處理技術(shù)，融合了視頻數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、地理信息數(shù)據(jù)以及飛行姿態(tài)等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)單機(jī)和多機(jī)三維動(dòng)畫顯示。

4）信息應(yīng)用的專家化

基于飛行手冊的超限監(jiān)測和記錄，利用已有知識(shí)建立具有自學(xué)習(xí)能力的專家系統(tǒng)，制定評估規(guī)則，應(yīng)用于以下幾個(gè)方面。

（1）實(shí)時(shí)故障診斷與健康趨勢預(yù)測

在飛機(jī)飛行過程中，實(shí)時(shí)監(jiān)視和分析飛機(jī)各系統(tǒng)設(shè)備的工作狀態(tài)，基于評估規(guī)則進(jìn)行診斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，形成故障診斷報(bào)告。

在地面數(shù)據(jù)處理工作站，深度挖掘飛機(jī)飛行信息，統(tǒng)計(jì)和分析歷史工作數(shù)據(jù)，基于評估規(guī)則進(jìn)行趨勢預(yù)測，診斷飛機(jī)健康情況，消除潛在隱患。

（2）飛行訓(xùn)練質(zhì)量評估

根據(jù)飛行手冊和相關(guān)飛行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，建立飛行品質(zhì)評估模型，評估飛行員的訓(xùn)練質(zhì)量。

5）空地?cái)?shù)據(jù)的一體化

建立空地?cái)?shù)據(jù)鏈，實(shí)現(xiàn)空中和地面“連接”，實(shí)時(shí)交換信息。飛行教官可以在地面的模擬座艙，監(jiān)控飛行員的飛行情況，指揮飛行員飛行，實(shí)現(xiàn)“虛擬教官”的訓(xùn)練模式。

飛機(jī)實(shí)時(shí)故障診斷報(bào)告，通過數(shù)據(jù)鏈發(fā)送給地面，及時(shí)發(fā)現(xiàn)飛機(jī)出現(xiàn)的故障，指揮飛行員采取措施，地勤人員提前準(zhǔn)備維修措施。

6）抗毀幸存的最優(yōu)化

在飛機(jī)出現(xiàn)墜毀事故時(shí)，能夠保證記錄的數(shù)據(jù)被完整的保存下來，不被損壞，并且被快速搜尋。

（1）存儲(chǔ)部件的防護(hù)技術(shù)

加強(qiáng)防護(hù)材料和防護(hù)結(jié)構(gòu)的研究，能夠有效抵御飛機(jī)墜毀事故可能出現(xiàn)的損傷工況，確保100%幸存。

（2）拋放式記錄器技術(shù)

在飛機(jī)墜毀時(shí)，能夠與飛機(jī)分離，有效降低飛機(jī)墜毀時(shí)的載荷，提高墜毀幸存能力。目前主流應(yīng)用的是水上漂浮記錄器和彈射記錄器。

（3）快速搜尋定位技術(shù)

采用水下聲納定位、無線電定位和衛(wèi)星定位等多種定位手段，使飛行數(shù)據(jù)記錄器能夠被快速搜尋定位。

圖4 數(shù)據(jù)可視化回放

圖5 基于規(guī)則的推理診斷過程

4 應(yīng)用前景

飛行信息安全記錄與應(yīng)用技術(shù)的快速發(fā)展，能夠不斷提高教練機(jī)飛行訓(xùn)練和飛機(jī)安全水平，創(chuàng)新飛行訓(xùn)練手段，縮短飛機(jī)維護(hù)和維修時(shí)間，提高出勤率，降低飛行訓(xùn)練、維護(hù)和事故處理的成本，推進(jìn)航空武器裝備質(zhì)量安全保障體系建設(shè)、信息化建設(shè)和作戰(zhàn)訓(xùn)練模式的轉(zhuǎn)變。

1）飛行教官“虛擬”

通過在地面建立模擬座艙訓(xùn)練環(huán)境，實(shí)現(xiàn)教練員在地面指導(dǎo)飛行學(xué)員飛行訓(xùn)練的模式，改變傳統(tǒng)單一的教官帶飛模式，將大大提高訓(xùn)練效率，降低訓(xùn)練成本。

2）飛行訓(xùn)練客觀評價(jià)

通過建立飛行員電子履歷，記錄每個(gè)訓(xùn)練科目的飛行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)科學(xué)客觀評價(jià)飛行訓(xùn)練質(zhì)量，指導(dǎo)飛行員不斷提高飛行技術(shù)。

3）飛機(jī)快速維護(hù)維修

通過飛機(jī)實(shí)時(shí)傳送的飛機(jī)狀態(tài)信息，地勤維護(hù)人員及時(shí)掌握飛機(jī)狀態(tài)，提前準(zhǔn)備維修工作，能夠縮短維修時(shí)間，提高飛機(jī)出勤率。

通過地面專家系統(tǒng)，建立飛機(jī)的電子維修履歷，監(jiān)控和統(tǒng)計(jì)飛機(jī)重要設(shè)備（如發(fā)動(dòng)機(jī)）的工作狀態(tài)，進(jìn)行故障分析和趨勢預(yù)測，給出維護(hù)和維修建議，改變“獵槍式”維護(hù)維修模式，實(shí)現(xiàn)事前維護(hù)和維修，消除故障隱患。

4）飛機(jī)事故快速分析

飛機(jī)事故時(shí)，通過在數(shù)據(jù)記錄設(shè)備上集成聲納、無線電或衛(wèi)星定位裝置，實(shí)現(xiàn)記錄設(shè)備的快速搜尋和飛行事故的快速處理，縮短事故處理的時(shí)間，節(jié)約事故處理的人、財(cái)、物等各項(xiàng)費(fèi)用。

通過地面數(shù)據(jù)處理工作站，模擬再現(xiàn)事故現(xiàn)場，分析事故原因。

5）飛行信息共享

通過分布式網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)飛機(jī)信息的共享，飛行員、教官和地勤人員等不同類型人員，可以通過終端查詢飛機(jī)飛行信息。

5 結(jié)論

飛行信息安全記錄與應(yīng)用越來越受到用戶的重視，隨著教練機(jī)需求的逐步提高和電子技術(shù)的高速發(fā)展，將極大推動(dòng)飛行信息安全記錄與應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，為教練機(jī)的飛行訓(xùn)練、日常維護(hù)和事故分析發(fā)揮更大的作用，同時(shí)推動(dòng)航空武器裝備質(zhì)量安全保障體系建設(shè)、信息化建設(shè)和作戰(zhàn)訓(xùn)練模式的轉(zhuǎn)變。

致謝

本文的編制過程得到了公司同仁的大力支持和幫助，特別感謝李俊峰、熊春海、伍奇賢、汪智榮等同志。

[1]韓崇昭，朱紅艷，段戰(zhàn)勝.多源信息融合（第二版）.北京：清華大學(xué)出版社，2010年9月.

[2]李航航，高宏建，楊建元.飛行訓(xùn)練體制與飛行訓(xùn)練大綱，航空科學(xué)技術(shù)，2007年第2期.

[3]TSO-C124b FLIGHT DATA RECORDER SY STEM ，F(xiàn)ederal Aviation Administration，2007.4.

[4]朱攀蓉.飛行數(shù)據(jù)綜合記錄分析技術(shù)研究[D]，西安，西北工業(yè)大學(xué)，2004.

[5]李朝輝.數(shù)字圖像處理及應(yīng)用[M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[6]黃永葵.光纖通道標(biāo)準(zhǔn)及在航空電子中的應(yīng)用[Z].2003，P46-P65.