通用飞机航电系统开发过程中的需求研究

刘文学，冯伟，刘文，李亚杰

(中航工业西安航空计算技术研究所，陕西西安，710065）

通用飞机航电系统开发过程中的需求研究

刘文学，冯伟，刘文，李亚杰

(中航工业西安航空计算技术研究所，陕西西安，710065）

在通用飞机的航电系统开发过程中，需求定义是非常关键的环节，本文以飞机级需求、相关适航法律法规、技术标准和未来技术发展为参考，对通用飞机航电系统的功能需求、适航需求、安全性需求、人机功效需求、经济性需求和维护保障需求进行了研究分析，并在实际应用中对某型航电系统的开发形成了有效指导。

航电系统；功能需求；适航；安全性

0 引言

在系统工程中，需求分析是系统开发过程中比不可少的环节，需求是系统架构、设计、集成和验证的基础，对系统开发的成本和周期具有重要的影响。如果在前期没有做好需求分析，当系统开发过程中发现需求不正确或者需求不能满足实际要求，此时重新进行需求更改过程，系统开发的成本和周期就会成倍的增长，最终导致系统开发失败。因此在系统开发过程中一定要重视需求，进行认真仔细的需求研究，是系统开发成功的基础。

本文以通用飞机航电系统开发为目标，在需求分析阶段通过对航电系统不同的需求进行研究，包括功能需求、适航需求、安全性需求、人机功效需求、经济性需求和维护保障需求，识别出这些需求的特点和相关因素，最终用于指导实际系统开发过程。

1 通用飞机航电系统介绍

通用飞机航电系统是指为支持完成通用飞机正常飞行任务所需配备的机载电子系统,一般包括综合显示、通信、导航、监视、飞行管理、空管等功能。航电系统作为通用飞机的核心系统和关键的人机交互界面，先进的系统设计能够帮助飞行员提高的飞行能力和对周围环境的感知能力，以提高飞行的安全性，同时还能减轻飞行员的飞行负担、提高飞行效率。图1为某型通用飞机航电系统示意图。

2 通用飞机航电系统需求研究

2.1 通用飞机航电系统的功能需求

通用飞机航电系统功能需要考虑未来国家航空管理的规定，对一些未来可能需要升级或新增的功能规定进行需求分析研究，形成对这些功能需求的准确定义。

图1 通用飞机航电系统示意图

我国“十一五”规划初步建成的“新一代航空运输系统”，国际民航组织提出的“新航行系统”以及美国政府联合规划发展办公室(JPDO)提出的“下一代空中运输系统(NGATS)”，其核心思想基本相同，与目前基于地面的雷达导航、有声无线电和人工空中交通管理的系统不同，新一代航空运输系统将是基于卫星导航、电子数据交换和自动化空中交通管理的系统，将会提高航空运输系统的安全性，减少环境污染。这种改变将会对综合座舱显示、CNS/ATM、飞行管理等机载电子系统功能产生非常大的影响。

其中对导航能力的要求表现为，采用GPS、GALELIO、GLONASS或者北斗等多传感器定位信息的融合，通过地面、空间和机载增强系统提高导航精度，可保障航路、终端区、进近飞行和着陆；能够使基于轨迹的航空器进行动态的空域管理、分配和使用，灵活选择航迹，增加自主间隔调配。

综合座舱显示要求把相邻航空器位置、航迹、机场电子地图、气象信息等传输到驾驶舱进行显示，采用驾驶舱显示技术使得飞行员和管制员看到的是同一种真实的情景。

新一代航空运输系统需要建立在新技术、新程序上的新型的空中交通管理系统和基于性能的航空运行模式自动相关监视广播系统（ADS-B），飞机把自身空间位置和轨迹（机载计算机提供的卫星导航数据）通过数据链广播到空间和地面，其周边飞机和地面管制员可以看到该飞机的实时位置及飞行轨迹。

这些都充分体现了新一代航空运输系统对机载电子系统的影响，需要通过研究并形成面向通用飞机航电系统功能性需求。

2.2 适航需求

民用航空管理局审查部门对通用飞机航电系统的要求是系统研制的最基本要求，因为审查部门的要求是对飞机安全性的最低要求，只有满足该要求才能保证系统的安全性。适航需求研究的层次说明如下。

（1）CCAR23部《正常类、实用类、特技类和通勤类飞机适航规定》F章对航电系统设备的要求，分析总结出其中适用于适用于通用飞机航电系统的设计需求。同时需要研究CCAR121部中K章仪表和设备要求、T章飞行运作、U章签派和飞行放行等内容对飞机仪表和设备中提出的操作要求，在此基础上研究CCAR91部中规定的飞行规则，严格按照该规则设计平台中相关功能，确保平台的实用性和适航性。

（2）民用飞机机载设备的适航性技术要求是“技术标准规定（TSO）”，审定部门针对每一类机载设备会颁布一个TSO，TSO是机载设备的最低性能标准，规定了相应机载设备的适航技术要求。通过研究系统集成的相关功能，确定系统中对应的CTSO标准。

（3）为了保证系统标准化，应尽量采用国际通用的工业标准和行业标准。通过研究ARINC651、ARINC653、ARINC764、ARINC661等综合化航空电子系统相关标准，研究通用飞机航电系统中硬件平台、接口、软件、总线、安装等需求，使系统具备良好的通用性和兼容性。

2.3 系统安全性需求

民机机载系统和设备安全性评估工作将根据SAE ARP4754和ARP4761中规定的安全性评估方法进行，分析通用飞机航电系统中承担的飞机级功能，采用功能危害度分析对平台所有功能进行安全性评估，并确定其失效对飞机级的影响从而确定失效危害度等级。

FHA过程是识别每一种失效状态及其分类原理，随着设计过程中飞机的功能被分配到各个系统，应当对每一个综合了多项功能的系统再进行FHA检查。此时系统FHA应为考虑分配到该系统的单个功能或其组合。FHA的输出将成为系统初步安全性分析（PSSA）的起始点，将定性和定量的安全性要求作为平台研制的安全性需求。

2.4 人机功效需求

人机功效主要体现在机载电子系统的人机工程学中，航空人机工程学是载人飞行器设计和操纵员训练的理论基础之一。现在大多数通用飞机都采用综合化座舱显示系统，为减轻飞行员的工作负荷和疲劳度，保持良好的态势感知能力，以减少人因飞行事故，提高综合座舱数字显示界面的整体工作绩效，对综合座舱数字显示界面进行人机交互功效设计和评估的问题亟待解决。

在系统设计初期应充分考虑到人机工效的内容和需求，并应用到座舱显控单元的设计。需要对现有飞机座舱显控单元进行充分调研，归纳分析显控单元存在的人机工效问题。在此基础上，结合面向通用飞机的综合座舱显控单元的趋势和特点确立人机工效评估和需求。

2.5 经济性需求

通用飞机面对的用户大部分是私人用户和企业用户，用户对飞机本身的价格和后期的运营成本非常敏感，因此通用飞机设计中非常注意成本的控制。需要研究通用飞机各方面的成本对通用飞机航电系统的要求和系统本身设计总的低成本实现技术。

2.6 维护保障需求

通用飞机的所面对的用户群体，决定了通用飞机不可能像大飞机拥有专业化的培训、维护和升级团队，通用飞机需要更加简单、快捷的方式、手段和方法进行飞机和系统的培训、维护和升级，研究通用飞机的这些维护保障需求对通用飞机航电系统的要求。

3 结束语

本文通过对通用飞机航电系统开发中的需求进行研究，分析了系统需求中的核心功能要素、涉及的适航和安全性相关标准、以及满足新一代航空运输系统的要求。能够有效指导通用飞机航电系统开发过程中的需求定义，并且已经在实际系统开发中得到应用。

[1]David D.Walden.A guide for system life cycle process and activities[M],ISBN 978-1-118-99940-0,2015.

[2]伊群,ICAO全球空中交通管理运行概念[J]，中国民用航空，2003年, 35( 11): 48- 51.

[3]肖靖,孙涛,陈宇.在我国实施ADS-B技术的探讨[J].中国民航航空,2005年,第10期,25-29.

[4]SAE ARP4761, Guidelines and Methods for Conducting the Safety Assessment Process on Civil Airborne Systems and Equipment[M],1996.

Requirements Research For The Development Of General Aircraft Avionics

Liu Wenxue, Feng Wei, Liu Wen, Li Yajie
（Avic xi ‘an aviation institute of computing technology,Xi’an Shaanxi,710065）

Requirement definition is an important process for the development of general aircraft avionics.For the reference of aircraft requirements, laws, regulations, technical standard orders and future technical development, functions requirements, airworthiness requirements, safety requirements, human factors, economical requirements and maintenance requirements for the general aircraft avionics is researched in this paper. The results of this research have got real application for some avionics development.

avionics; function requirements; airworthiness; safety