飞行导航在空中交通系统的应用

摘 要：空中交通系统是管理多架飞机起降和航行，以保障飞行秩序和安全的系统。在新的历史时期，为了确保飞行员在空中飞行，可以将计算机辅助系统应用在空中交通管制中。为此，文章在阐述空中交通系统组成和设计原理的基础上，结合计算机技术分析飞行模拟机组合导航系统的构建及其在空中交通系统的应用。

关键词：空中导航系统；空中交通系统；应用

在民航事业深入发展和交通运输网络的日益拥挤下，空中交通管制人员的工作和空中交通系统运行负担变得更加沉重。同时，由于航空交通管制系统长期以来使用的语言通信管制方式是主要的通信和信息交换手段以及不同国家空勤、管制人员对英语语言理解存在的差异，航空交通通信和管制存在一些不安全因素，现有的航空通信数据信息系统和设备不再满足航空事业发展需要。在这样背景下，怎样完善航空交通管制数据信息交换系统和控制系统成为相关人员需要思考和解决的问题。

一、空中交通系统工作流程

空中交通和管理系统主要由一个或者两个机载飞行组成，组件内部可能存在机载多功能控制显示组件、数据链显示组件、导航设备、空管系统设备、地面支付网络设备等。这些设备的存在有的是用来显示数据页面，有的则是用来显示和控制数据链的运行状体，为飞机的运行提供重要平台支持。

为了保证飞行员在空中交通管理中的安全，现阶段，空中交通系统的设计应用了计算机辅助系统，通过计算机技术的应用有效保证了航空器的安全和旅客顺利到达目的地。根据某区域管制室收到的航空器起飞电报信息，航班动态信息处理系统会将收到的信息生成航班进程单，将其打印，之后分配到各个区域协调备用。在飞机起飞的时候，各个管制区人员只需要将进程单上交给相邻管制区即可，相邻管制区对航空器进行实时性管理。

二、空中导航系统（FANS） 和空中交通和管理系统（ATMS）应用现状

（一）飞行导航系统在空中交通系统的作用

飞行导航系统（ATMSFANS）是由空中客车公司发起的空客共用标准设备，主要是通过对地面网络系统和飞机上不同型号设备的优化组合，借助各类参数信息，实现飞机运行系统和地面之间有效的信息交流和交换，从而为全球性的飞行导航系统提供重要支持。飞行导航在空中交通系统的作用主要表现在以下几个方面：第一，提升了飞行运输安全性和可靠性。飞行导航系统在应用的时候能够有效分离飞机数据信息通信系统、飞机语音通信系统，从而为数据通信的完整、有效提供可靠支持，为飞机稳定运行提供充足的空间支持。第二，为空中导航系统运行提供必要的硬件支持。在硬件系统的支持下使得重要航运信息、航运状态通过相应的设备和相关系统部门进行交换，加强空中导航系统和航空运行控制中心、飞机维修控制中心的有效联系。第三，为机载设备引入智能化信息输入接口。通过应用飞行导航能够实现空地数据通信、飞行控制人员、个人计算机、飞机机载计算机数据通信，为飞行驾驶的安全提供重要支持。第四，为飞机机载设备、系统软件的更新换代提供重要支持。通过飞行导航系统的设备和网络机载设备能够对客户化的应用软件进行更新升级，完善飞机功能。

（二）空中导航系统（FANS） 和空中交通和管理系统（ATMS）发展

近几年，空中导航系统（FANS） 和空中交通和管理系统（ATMS）发展过程中所包含的数据信息逐渐增多，其中，ATC主要是基于地面的地面信息接收工具，在应用操作的过程中能够接受和回答接近地面雷达二次系统传达过来的数据信息。在一般情况下，A模式只用来发送识别码，C模式在发送识别码的同时还会发送飞机在高压气度状态下的编码数据，S模式再具备A模式和C模式功能的同时还具备陆空呼叫功能，进一步增强了ATC对数据信息的监控和传输能力，为实现空中交通自动化发展提供了重要支持。

三、飞机模拟机组合导航系统建模与仿真

（一）原理

飞机模拟机组合導航系统是指按照一定航行路线进行运作对系统。根据距离远近，飞机模拟机组合导航系统分为近距离导航系统和远距离导航系统。飞机模拟机组合导航近距离系统指的是无线导航系统，飞机模拟机组合导航远程系统包含惯性基准系统和GPS系统。

1.捷联式惯性导航系统仿真原理

捷联式惯性导航系统仿真主要是对惯性导航系统的一种仿真，基于捷联式惯性导航系统不具备加速测量元件和陀螺仪，在使用的时候需要建立相应的软件功能来进行仿真。捷联式惯性导航系统中的飞行发生器能够为飞机的稳定运行提供重要信息的支持，具体包含加速度信息、姿态信息、惯性仿真信息等。在借助这些信息的情况下能够根据需要选择适合的信息平台，将信息输送到导航解算模块，按照相关计算公式计算出飞机导航坐标体系的飞速度、姿态角、位置。

2.全球定位系统仿真原理

全球定位系统仿真借助卫星星历能够计算获得卫星的位置、卫星速度、运行轨迹、距离变化速率等。全球定位系统仿真系统和全球定位卫星系统结合能够获得最原始的全球定位系统数据，之后对获取的真实数据进行导航分析计算，得到最终的全球定位系统输出结果。

（二）INS/GPS组合导航仿真系统设计

1.平台设计

NS/GPS组合导航仿真系统包含硬件系统和软件系统，具体涉及全球定位系统仿真器、INS仿真器、飞机飞行轨迹仿真器等。其中，全球定位系统仿真器能够对全球定位系统、全球定位系统接收机提供科学的仿真操作；INS仿真器能够为各类惯性器件、气压高度表进行仿真操作；INS/GPS组合导航仿真器能够计算导航轨迹，对获取的各类信息进行组合滤波计算，之后将计算结果输出给飞机飞行控制系统。INS/GPS组合导航仿真平台借助SBS仿真内存、惯性传感器模拟卡能够及时收集、整理惯性器件信号，并提升各类信息输出应用效率。

NS导航子系统利用两个专用卡和驱动程序将惯性器件器件输出传送给组合导航仿真子系统。GPS仿真计算机和INS/GPS仿真计算机在在应用的时候会以串口的形式进行通信，在考虑精度损失的基础上，以INS仿真计算机上的惯性传感器模拟卡作为基本通讯接口，输出模拟卡周期为10ms的调宽波。

2.组合导航仿真系统的软件设计

结合飞机模拟机组合导航系统的特点，根据MATLAB/Simulink规定，通过应用VC和MATLB混合编程方式，按照从顶向下顺序打造仿真模型。

在构建仿真模型之后，通过应用VC开发导航界面和软硬件程序接口打造各个子系统的仿真模型，借助程序编辑器mcc指令将Matlab m文件进行翻译，为动态供应链运行提供重要数据支持，并借助相关技术手段将开发好的算法转变为c或者c++的代码，生成动态链接库，在数据库中存储建立好的数学模型。整个组合仿真器件包含硬件接口程序、导航解算、导航系统工作方式处理模块、教员台系统。其中，硬件接口程序能够为各个仿真子系统之间的信息沟通交流、设备驱动、初始值设定提供重要支持。导航解算系统能够实现各类数据的初始化操作。导航解算主要是实现对导航数据的初始化运算，包含捷联惯性导航系统、全球定位系统、INS/GPS组合导航仿真系统。该系统主要是利用仿真惯性基准系统惯导组件功能来计算出导航参数。

四、结语

综上所述，文章在阐述空中导航系统（FANS） 和空中交通和管理系统（ATMS）应用现状和组合的基础上，针对空中导航系统信息化发展要求，设计了飞机飞行模拟机远程导航仿真系统，利用MATLAB打造了导航子系统仿真模型，借助VC开发导航界面和硬件接口操作程序减少了一个分布式飞行仿真系统，能够对飞机在空中的飞行轨迹、航向角、倾斜角等导航参数信息进行模拟，将飞行导航系统中的重要信息上传到数据系统中，有效降低了因为场外保障人员在外时间长出现的疲劳驾驶问题，有效缩短了飞机故障排除时间，提升了飞机飞行效率。通过飞行模拟组合导航系统的建设增强了IMFANS 的应用使软件的可靠性和安全性，能够结合实际对机载设备的软件进行升级开发，增强飞机航行的安全性、稳定性。

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作者简介：贾斌（1974），男，汉族，北京人，本科，三级飞行员，中国国际航空公司在职飞行员。