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1、 论文摘要本文回顾了我国运输机飞参系统的发展过程，着重论述了目前的使用情况。由于主要作者多年从事各种飞参地面译码系统的研制，为部队和多家航空公司提供产品和技术支持，因此能够较充分地论述各种机型飞参系统的机载设备原理和地面处理系统原理，并详细论述民航和部队运输机飞参的使用状况和发展动向，优点和不足。本文还着重论述了当前最为时兴的QAR监控系统的原理和应用。我国民用飞机飞参系统的使用情况及发展趋势我国民航正式启用机载飞参系统的时间是1983年。当时，由于桂林空难，无法对黑匣子译码，提供事故依据，使民航总局对此开始重视。国际民航组织也要求民用机必须装备飞行记录器。于是，购买了美国Sandstrand
2、公司八十多台UFDR（980-4100型）飞行记录器。加改装到民航当时的各种机型。于次年引进美国地面处理设备，在北京建立了译码站。我当时参加了第一架飞机的加改装记录器工作和第一部地面译码器设备的引进。之后，多次对飞行事故的黑匣子译码，并长期从事各种国产译码系统的研制和推广。近几年同西南重庆航空公司合作研制QAR译码监控系统和波音737-800固态记录器译码系统。跟随着飞参系统的发展，感到此项技术在不停地变化，提高，作用在增强。对其认识和需求也在不断提高。其发展可以归纳成三个阶段。目前正处在第三个阶段的开始，民航的决策层和各航空公司的领导目前对飞参非常重视，给予很大投入。下面回顾一下飞参系统的发
3、展历史和观察一下目前的使用情况。一回顾飞参系统的发展历史 从1983年至1992年为民航使用飞参的第一个阶段。在此之前，飞机上也装有记录器，不使用。记录器多数采用机械记录。如：笔在滚动的记录纸上绘出参数曲线。或滑针在滚动的金属薄板上划出曲线。还有胶卷记录和钢丝磁带记录。83年后，大部分飞机加装了UFDR磁带式记录器，还有一些自带美国洛克西德公司和英国PLESSY公司制作的DFDR磁带式记录器。记录的参数量从五参数，几十参数到三百多个参数。地面译码设备继84年北京引进后，88年上海和成都又相继引进。此阶段的译码工作主要有三个内容：1 严重飞行事故调查，2.每年定期对记录器译码校验一次。 3.有译
4、码器的单位可对本公司的一般性飞行中问题进行译码分析。从1993年至1997年为第二阶段。93年、94年，民航连续发生多起空难对译码工作引起重视，民航总局下文，要求每个航空公司都要建立译码站。各公司相继购买设备，建立译码站。便于对本公司的飞机经常性译码。此阶段还开始了对发动机的日常监控工作，各公司都建立了发动机监控室，利用机上软盘记录发动机参数，或由飞行员人工记录，进行发动机状态趋势监控。这个阶段对飞行员的操纵的检查，也开始出现萌芽。飞行记录器由磁带式向固态存储器过渡。原有磁带式仍旧保留，新飞机都采用固态。第三阶段从1998年开始，这是一个飞速发展的阶段。主要标志是采用机栽QAR，即快速拆取式记
5、录器。QAR比黑匣子数据存储量大得多，记录介质是光盘或PCMCIA卡，拆装，处理十分方便。用来进行日常性飞行监控，飞机和发动机监控。飞参的作用一下子大了起来，它成为飞行，机务工作不可缺少的一个环节。目前正在进入这项工作的高潮。二、飞参系统目前的使用状况截止到98年底，民航的绝大多数飞机都已加装了QAR记录器，均购买于国外厂家。主要厂家是：美国Teledyne公司（光盘）、美国联信公司（PCMCIA卡）、法国SFIM公司（光盘）、法国达索公司（光盘）、英国P&G公司（光盘）。光盘为3吋可擦写式光盘，容量为128兆或230兆。PCMCIA卡容量一般为100兆或200兆。记录时间为100飞行小时以上
6、。民航全面加装QAR的主要目的是：监控、检查飞行员操纵的每一个细节，及时发现超过飞行标准，不规范的飞行动作（称之为事件），及时提醒飞行员加以改进，降低事件的发生，从而避免飞行事故的发生。（因为事件与飞行事故有一定的比例关系）。QAR的使用改进了以往安全工作的被动局面，将安全把关前移，真正做到了如指掌，防患于未然。民航从开始使用记录器到全面实施监控经历了十五年，促成QAR的使用有三个方面：1.领导的认识提高。2.机栽记录参数大量增加，3.新的记录介质和计算机运算速度的提高。十几秒钟即可检查完一个航班全面有关数据，是从前不可想象的。目前，民航各主要公司引进了QAR地面处理系统。向中国提供地面处理系
7、统和自动检查软件平台的国外厂家为：美国Teledyne公司、法国SFIM公司、法国宇航和空客公司、美国联信公司、英国P&G公司，另外，澳大利亚快达航空公司间接提供设备和软件平台，并提供航空公司应用管理软件和经验。有关各航空公司QAR机载和地面设备的配备情况请看图表1.民航第一研究所（现安全科学中心）也向一部分航空公司提供技术服务和支持，协助引进工作。一些公司，如：西南和厦门，还自行开发了飞行管理系统，扩大使用功能。我与西南航空重庆公司计算机中心合作开发的QAR译码监控系统是民航唯一全部国产化的QAR地面系统，正与民航QAR工作同步进行。各航空公司都成立了QAR管理小组，由飞行付总，机务付总及技
8、术人员组成。QAR一般为五天检查一次，每次扫描检查十几分钟。技术人员把事件统计结果和严重事例作成报告，送交领导和有关部门。一些航空公司飞行员可以看到自己的飞行情况。严重事件可提供译码数据。还可以提供仿真飞行姿态和仪表再现。目前，QAR用的多了，黑匣子只在重大事故时发挥作用。大多数QAR记录的参数和黑匣子是一样，但是QAR是可以增加和改变参数的，重新安装数据获得组件的配置参数软件可以达此目的。Teledyne的光盘把发动机监控参数与QAR记录数据合并在一张光盘里。下面论述机载记录系统的构成及原理和地面处理系统的功能及原理。三机载记录系统的构成及原理英美制飞机记录参数比较多，新飞机八百以上。不可能
9、把各个参数都从传感器接到记录器上，因此，波音和空客等飞机早已采用429总线数据传输方式。429总线采用单线串行传输（类似计算机总线）。各参数可在429总线上分时排列串行输送。每个参数都有固定的序列位置。目前429总线每幀/秒传输一万多个参数。每个参数占一个单元。每个单元32位（bit），32位的分配内容见下图： 1-8位 9-10位 11位-29位 30位 31-32位 lab参数地址位 数据来源 参数数据位 符号位 奇偶校验记录器或QAR记录单元（参数字槽）为12位，只用到429总线单元32位中参数数据位的一部分。一般参数在429的数据数据位中只占用12位或低于12位，少数精度高的参数（如高
10、度、经、纬度），在429数据位中占15位，在记录单元中，需占用多于1个字槽的位置。有些带正、负值的参数则吸收429中的符号位。参数不能直接从429总线到记录器或QAR，中间需要数据获得组件（DAU），其作用是：在1万多参数中选取记录所需要的几百个参数，通过Lab地址选取。并只从429的32位单元中截取有用的数据位，（一般低于12位），有时包括符号位。转换成字槽12位，每一付帧64个字槽（或256个）的标准记录格式。每个参数的记录位置也按照参数配置类型固定排列。各个参数间隔出现的次数（采样率）不同，占用比特（位）不同，有时，一个参数占用多个字槽，或多个参数占用一个字槽。这样参差不齐的参数分布都是
11、由获得组件通过软件控制采集和排列的。改变获得组件的软件是可以改变参数的配置类型。目前，大多数飞机中记录器和QAR记录的参数是一样的，但是多数飞机可以增加和改变QAR的参数配置。获得组件除可以从429总线上得到参数数据，还可以接收来自同步器传输的参数信号，加以转换，排入记录序列。可参看图2和图3。所谓国际航空通用记录规范即是数据排列格式，也叫数据帧结构。帧是相同字节组成的数据块。除苏制飞机外，我国民航都使用国际通用记录规范。目前，记录器采用的是573/717规范，QAR采用的是400/717规范。573/717的格式是：每秒钟记录的数据块为一个付帧，四个付帧组成一个帧，四个帧组成一个记录（16秒
12、钟）。每个付帧是基本的数据块。由64个字槽（或256个）组成。每个字槽12个比特。采用12比特符合大多数参数的计数精度。每个付帧的第一个字槽是同步字，其它63个字槽（或255个）记录着几十至几百个参数。新型飞机：如波音777、737-800采用的是每个付帧256字槽，记录参数800个以上。同步字分两种：T型和H型。大部分使用T型。每帧的四个付帧的同步字不同以示识别，分别是：一、583，二、1464，三、2631，四、3512。同步字的作用是在数据的传输和记录时准确地划分和识别付帧，在发生错漏数据的误帧时，通过搜索同步字重新对齐，恢复正确的数据块操作，另外，有些参数只在部分付帧中出现，以同步字来
13、区别。QAR的基本数据格式与记录器相同。但各公司生产的QAR有各自的变化。大多数厂家把12个位字槽分别放入2个字节里。各公司有自己的数据加密方法。也有把12个比特放在1个半字节里，节约存储容量。固态记录器也采用这个方法。老式磁带记录器（目前还使用）采用串行记录，记满一条磁道再反向记另一条磁道，蛇形记录，记完八条磁道后再返回第一条磁道。记录器保留25小时记录数据，边抹边记。QAR不能抹掉数据，记满后不再记录，在地面处理后格式化盘片。机载的记录系统为地面译码和监控提供了参数原始数据，下面看如何进行译码和监控。四地面处理系统的功能及原理地面系统可以有很多功能：如显示、打印飞参的数据或曲线，绘制航迹，
14、显示仪表，飞机姿态仿真，自动检查飞行技术等等。但这些都要依赖一个最基本的功能，即译码。把记录的原始数据译成所需的参数工程值，恢复参数的原貌，才能提供各种形式的输出功能。原始数据是被记录在记录器，QAR光盘或PCMCIA卡的纯二进制数据，（非文本或其它类型数据）。原始数据是严格按记录规范排列的，它承载着众多参数工程值的A/D变换值。用原始数据来存参数有很大好处。首先，可以节省大量存储空间，其次，不管机型，参数配置类型如何改变，原始数据的记录格式保持统一不变。工程值数据是原始数据进行译码后得到的数据，是对飞行真实数据的还原。工程值数据分两大类：一类是模拟量参数，如：高度、空速、垂直加速度等。另一类
15、是开关量参数，如：起落架收放，按发话按钮，发动机火警等。开关量参数只反映两种状态。一般模拟量参数占一百多个。开关量参数占二百多个。（见图表4）这些参数能够反映飞机每时每刻各种变化，包括飞行操纵和飞机，发动机工作状态，足够提供给仪表再现，飞机姿态显示，飞行技术自动检查的使用。工程值参数是由原始数据译码恢复产生的。这些参数在原始数据中怎样分布，大致分为五种分布方式：（1）连帧型，（2）跳帧型，（3）超级帧型，（4）双字槽型，（5）密集采样型。连帧型：每个付帧的同一字槽都出现这个参数。每秒钟记录一次。跳帧型：每隔过一个付帧或隔过三个付帧的同一字槽出现一次。每两秒或四秒采样一次。超级帧型：每隔64个付
16、帧（64秒）出现一次。变化率缓慢，如：燃油总量，飞机总重，日期等参数。双字槽型：参数取值范围很大，精度高，如：高度、经、纬度，用双字槽来扩充数位。采集密集型：用于垂直加速度等需要每秒多次采集的参数。多次采样放于同一付帧不同字槽里，一般垂直加速度每秒采8次。除了字槽存数方式不同，在字槽內占用比特的多少也不同。如：无线电高度占用第55字槽的01至12位，航向占用第15字槽的03至12位，开关量只占用一个比特。一个字槽可容纳12个开关量。以上各参数所占付帧，字槽，比特的多少和位置是由飞机制造厂家根据各参数的采样率和精度要求及通常配置类型或客户要求而制定的。航空公司的译码专业人员可根据飞机厂家提供的参
17、数描述资料自行建立参数数据库，也可购买译码器厂家的做好的参数数据库。这样，译码的三要素已经具备两个：原始数据和参数数据库。剩下一个是译码软件，下面看译码程序如何进行：1 以随机文件或二进制文件方式读取原始数据文件，对每个付帧进行数据块处理。QAR光盘和PCMCIA卡记录的文件可以被直接读取。事故记录器则需要先转录，通过接口把数据转入计算机硬盘。行成原始数据文件。2 选出所译各参数所占付帧，再选字槽，并把对应的原始数据提出来3 按参数库最低位和最高位，从12位字槽中取出参数所占位的数据4 根据该参数预先给定的译码类型（12种），把原码数据调入译码类对应的译码转换公式进行运算，得到的结果即是参数工
18、程值。译码转换公式有：（1）线性比例转换，（2）非线性转换（内差公式），（3）多项式转换，（4）正、负值线性转换（单字槽），（5）正、负值线性转换（双字槽），（6）霍姆尔顿标准同步器参数转换（单字槽），（7）霍姆尔顿（双字槽），（8）泰勒达因标准同步器参数转换（单字槽），（9）泰勒达因（双字槽），（10）BCD码参数转换，（11）超级帧参数转换，（12）开关量参数转换。5根据该参数预先给定小数保留数位，进行四舍五入，完成译码过程。译码结果可以进行数据显示，打印输出。也可以转换成曲线显示，打印，还可以联接到航迹绘制，仪表显示，飞行姿态显示，飞行事件自动检查等各种应用程序而实现各种功能。译码程序与
19、应用程序联接方式有两种：一种是把所需参数，或全部参数都译成工程值，存入一个文件，再由各种应用程序调用工程值文件，进行二次处理。另一种是译码与各种应用功能同时进行，一次性处理。程序比较复杂，但节省大量存储空间和处理时间。目前，译码应用软件最时兴的两大项。一是自动检查飞行技术或称事件探测软件平台，另一是飞行姿态和仪表显示仿真软件。这两项在QAR监控工作中最为实用。自动检查是按照飞行标准分析判断飞行质量的专家系统。它的数据来源是译码后的工程值。判断的依据是检查项目数据库里的每项飞行标准和相关条件。自动检查平台有两种工作形式，一种是先把全部数据译码，形成工程值文件，再对工程值文件扫描探测事件。另一种是
20、边译码边扫描，此方式操纵简捷省时。检查项目数据库为事先设计好的，与参数数据库类似。这是对每个检查项目的详细的描述。可被程序调用，作为事件检查的依据。项目数据库可由厂家提供，也可由译码专业人员自行建立和修改。自动检查程序对必要参数工程值进行判断。首先判断航班的起飞，爬升，巡航，进近，着陆的各个阶段和日期，时间，机组号等。再对各阶段所涉及到的检查项目进行扫描，根据项目的探测条件（由相关参数决定）。找到探测检查点。或检查时间段，然后记下实测的工程值，或时间段的高峰值，再与飞行标准对比。飞行标准分为一般和严重等级（有的分三级）。超过哪等级，就形成哪个等级的该检查项事件。把探测到的事件有关内容存入事件库
21、，完成自动检查过程。一般扫描一张光盘为十几分钟，多数航空公司每隔五天把全部飞机扫描一次。然后通过软件把这段时间出现的事件进行统计，出报表，找出严重事件和多发事件，作成报告，上交有关部门。对飞行进行讲评和改进。目前，有些公司已经做到事件库和统计库上网，可进行有权限的调用，使有关部门和领导检阅更加方便。既可看到每个机组，每架飞机，每个航班的飞行情况，又可查阅各种统计报表及严重事件。机组也可以凭加密卡看到自己的飞行情况。航空公司的老总都感到采用了监控的好处，说：“以前是领导追着飞行员问事，现在是飞行员主动找上门汇报，飞行操纵规矩多了”自动检查项目的制定是由各航空公司与QAR提供厂家参考国外航空公司使
22、用情况，共同制定的。民航总局还没有做统一的飞行标准。计划由各公司运行一段时间，总结出一套民航统一的飞行标准。民航每年开一次QAR工作交流会。开办QAR网页。各航空公司开展进程快慢，先后不一。较好较快的是西南和厦门。另一项热门软件是飞行姿态和仪表的三维动态仿真显示，这个功能特别得到公司老总和飞行内行的青睐。它非常直观，显现出飞机在事件过程中的倾斜，俯仰，起飞，着陆，各舵面的动作，起落架收放等等和仪表的真实动态回放。有些航空公司配备了这项功能。但由于目前价格很高，目前还不能普及推广应用。五苏制运输机的不同情况苏制民用飞机的飞参系统与英美制飞机不太一样，这是由于前苏联有一套自己的飞机设计体制，与西方
23、不接轨。目前我国民航苏制飞机大多数已经淘汰了，但空军仍有不少架图154和伊尔76，还要飞一段时间。海军航空兵和通航还有一些雅克42飞机。这三种机型的记录器大部分相同，但也有些区别。苏制运输机都配有两个记录器，一个是事故记录器（黑匣子，有保护壳体），另一个是维护记录器（没有保护，但拆磁带方便，类似QAR），都是磁带记录。事故记录器除后批伊尔76采用1/2吋小圆盘磁带，其它都利用3/4吋大圆盘磁带。维护记录器除图154老批飞机采用3/4吋大圆盘磁带，其它都利用1/2盒式磁带。3/4吋磁带采用14磁轨并行记录，1/2盒式采用8轨串行（蛇行）记录。但记录的数据和时间（25小时）都一样。苏制记录数据格式
24、为：64个字槽为一个付帧（半秒钟），10个付帧构成一个大帧，每个字槽有一个数据字节和一个状态字节，数据字节八位，记录精度比英美记录低得多。原码在0205之间。没有同步字，从状态码字节中能判断出付帧的开头和大帧的开头。大帧的作用是：日期，航班号，时间，机组号分时记录在每个付帧的第一个字槽，大帧是用来判断这些履历参数的周而复始的排列。模拟量参数都占一个全字节。译码转换只有内插式和拟合式两种。开关量分两种，一种是开关量状态与字槽中的某一位的0和1对应，与英美制译码相同。另一种则是，用一个字槽（8位）共同反映4个开关量的状态。不是由哪一位的0和1决定，而是由这个字节读出的各种数值决定的。苏制飞参的地面
25、译码设备，必须配有磁带阅读机，要适用于3/4吋磁带和1/2吋盒式磁带的专用磁带机。把数据读入计算机，再进行译码处理。我国除西南和新疆引进过苏制译码器，其它如：西北，联航，空13师，海军航空兵和空一所都用的是国产译码器。译码工作与英美制飞机相类似，读磁带时要繁索一些。目前苏制飞机的监控工作我国还没有搞。俄国和东欧对监控也是很重视，开展比较早。维护记录器就是用于日常监控。我国苏制飞机的记录磁带应加强定期译码检查，防止因磁带老损，不及时更换，真到译码时丢失大量数据。六 国内研制运输机飞参系统地面译码系统情况国内从1987年开始研制运输机的地面译码系统。当时，由译码技术人员首先认识到应用前景和技术可行
26、性。八十年代进口的译码器体积大，价格贵。随着微机的发展，把小型机的译码功能在微机上实现。之后，民航总局领导和空军领导提出要解决图154飞机的译码设备问题，于是先期研制成功苏制飞机的译码系统。包括专门制作了3/4吋磁带阅读机和1/2吋磁带阅读机，和微机接口等。并将读入的数据解码，编制苏制飞机译码程序。全套系统91年鉴定。之后，装备了空军34师，13师，西北航空公司和海军航空兵。不但可译图154，还可译伊尔76和雅克42。随后，相继研制了三种英美制飞机的译码系统。先后提供给深圳航空公司，云南航空公司，西北航空公司，上海航空公司和西南航空公司重庆公司。可以为波音737，757，空客310，300，3
27、20，BAe146等机型译码。可适用三个国外厂家和生产的记录器。国内研制译码器的主要特点是：1 适合航空公司的机型配备和记录器配备。由于记录器可能来自不同国家和厂家，从国外需买多家译码设备，繁杂昂贵。国产译码器可选配各种适合的接口，阅读机，各种机型的各种参数数据库，很方便，便易。2 国内译码器率先采用笔记本计算机式译码器。既可上飞机采集译码，又可在室内使用。3 汉字方式，使用简单明了，易于判读。4 维修和技术服务非常方便，快捷。1998年后，随着民航QAR飞行监控工作的开展，国产译码系统的研制也转向QAR自动检查专家系统。开始与西南航空公司重庆公司（计算机中心）共同研制该系统。并试用了一年多。
28、先后对英国P&G公司的QAR光盘和美国Teledyne公司的QAR光盘进行了破译，实现了译码和自动检查。国内研制的自动检查软件平台有如下特点：1 自动检查同译码一次完成。使操作简捷和节省时间，平均扫描一个航班数据为15秒钟。2 国外各种自动检查软件平台都只能探测事件，不能提供航班的完整项目检测记录。国内平台则在探测事件的同时，增加了对航班全部项目的检测结果进行保存，这更加有助于全面了解飞行技术品质。3 有灵活的，易增减，修改的飞行检查项目数据库编辑窗口（中文显示）。和译码参数库编辑窗口。4 软件平台连带了各种统计，查阅功能，可灵活地选日期，航班，机组，机场等，调出每个航班的检查内容，和每个事件
29、的内容。也可按日期阶段，统计全体或单独机组，飞机或机场所对应事件。可以按日期，机组，飞机或机场对事件发生的多少进行排序比较，掌握规律。自动生成统计报表，安全形势立标图，飞行品质动态趋势图等。还可设定密码，供机组人员查看自身情况。5 发挥计算机中心网络优势，实现公司内网络传输，使QAR监控工作更加现代化。在研制自动检查软件平台的同时，还研制了在微机上的三维飞机姿态仿真软件。此项功能显示效果接近于图形工作站，但成本大大降低。是当前最便易的飞行姿态显示软件。解决了当前普及推广的难题。自动检查软件平台和译码软件已对Teledyne公司光盘，P&G公司光盘，SFIM公司光盘，达索公司光盘进行过译码。已对
30、波音737，757，空客320，340等飞机自动检查。可适应国内各种机型的各类QAR存储介质。七目前飞参的使用水平，不足之处及发展趋势近几年来，民航对飞参，主要是QAR如此重视，各航空公司都花了大本钱购买国外机载设备和地面处理设备。平均加改装一架飞机QAR需要五万美元，购买地面QAR软件平台和计算机设备的价格为五十万美元，八十万美元，甚至一百万美元。SFIM，Teledyne公司的用户中，中国占了多数。中国的突然购买，促使他们的产品升级。所以说中国目前使用的QAR系统暂时不落后，但是也存在一些问题。1 自身技术能力跟不上，除一些曾长期从事译码工作的单位接收QAR后比较顺利，初次接受的单位还需要
31、时间积累经验。2 自身的软件开发能力不足或没有，比较被动，不能根据本航空公司的具体情况，修改和制作软件。国外航空公司大都具有自身制作软件的能力。这样会后劲不足。3 国外厂家不断软件升级，要求用户再次付款,估计中国用户困难，因此技术会再次落后。4 QAR光盘记录器经过一年半年使用，多数都发生了严重的记录误差和丢失数据。主要原因: (1)记录器设计有不完善之处，(2)日常维护不够，防尘和清洁没有做好。光盘受粉尘影响而出现记录故障。5 大多数单位都没有开展信息网络化，只是人工报告报表的初级阶段.有待提高。民航QAR工作上得很快，产生了初步成效。但是路程还很长，需要做长期的，精细的技术工作，管理工作和
32、科研工作.更需要培养人材，积累经验，特别是培养出懂得飞行，懂得飞机，又懂得译码和会编制软件的人材。今后的发展趋势，应用QAR可能会持续较长时间，数据介质可能会由光盘向PCMCIA卡变化。后者可靠性高而价格会逐步降低。QAR的数据会向自动发射方向发展。即飞机回到本公司机场，自动向地面站发射全部记录数据。不用光盘和卡传递数据了。更为先进的ACARS空地数据链能得到应用。但因通讯价格暂时不会取代QAR。ACARS有在飞行中直接探测飞行事件的能力，并能立刻向本机场发回事件报告。这将使监控工作实时，发挥更大作用。回顾十几年，飞参技术总在不停地发展，将来的发展速度更加飞快。我们要跟上，自身技术力量是非常重要的。北京航安测控技术研究所 所长 高级工程师 杨学铮2000/7/16 7
