李樺楠

（中國商飛上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，上海 201210）

民用航空安全有效運(yùn)行是民航業(yè)發(fā)展的基石，航空公司通過飛行數(shù)據(jù)對駕駛艙運(yùn)行情況的監(jiān)控、飛機(jī)機(jī)隊(duì)運(yùn)行的管理和日常事件調(diào)查分析的能力要求日益提升[1-4]。目前，飛機(jī)上記錄駕駛艙語音數(shù)據(jù)的設(shè)備為駕駛艙語音記錄器（Cockpit Voice Recorder，CVR），CVR主要用于航空事故的調(diào)查，記錄時(shí)間一般不超過25 h，讀取數(shù)據(jù)需要借助于專用地面處理設(shè)備，因此數(shù)據(jù)不易快速接近和獲取，且不宜對CVR進(jìn)行頻繁地拆卸和安裝。

為了加強(qiáng)航空公司的日常管理，規(guī)范機(jī)組人員各項(xiàng)操作，2018年11月，CAAC發(fā)布CTSO—2C603關(guān)于《快速獲取駕駛艙音頻記錄器》的中國民用航空技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，提出一種可以長時(shí)間記錄駕駛艙語音、且數(shù)據(jù)讀取快速方便的機(jī)載設(shè)備——快速獲取駕駛艙音頻記錄器；2019年西南局發(fā)明電〔2019〕411號《關(guān)于進(jìn)一步推進(jìn)121部運(yùn)輸航空公司QACVR安裝工作的通知》。

從國內(nèi)、國際民航當(dāng)局還是航空公司的角度考慮，不論是從事故調(diào)查出發(fā)，還是監(jiān)控管理出發(fā)，在不影響原有CVR功能和性能的基礎(chǔ)上，提高駕駛艙音頻記錄設(shè)備及其記錄能力是非常有必要的。

1 快速獲取駕駛艙音頻記錄系統(tǒng)概述

快速獲取駕駛艙音頻記錄系統(tǒng)（圖1）一般由2大部分組成：機(jī)上音頻采集記錄部分包含快速獲取駕駛艙音頻記錄器裝置、駕駛艙設(shè)備（如駕駛艙音頻控制板、繼電器等）；地面管理部分包含音頻接收裝置（如地面服務(wù)器）、數(shù)據(jù)讀取裝置及音頻處理等應(yīng)用軟件系統(tǒng)。

圖1 快速獲取駕駛艙音頻記錄系統(tǒng)架構(gòu)圖

快速獲取駕駛艙音頻記錄機(jī)載設(shè)備作為一種新的語音記錄器，也是該系統(tǒng)的重要組成部分，采集駕駛艙機(jī)組成員及環(huán)境音的音頻信號，連續(xù)不間斷地進(jìn)行數(shù)字語音循環(huán)存儲，內(nèi)置大容量半導(dǎo)體存儲器作為存儲介質(zhì)，能提供長時(shí)間的錄音；并通過有線或無線的形式，將數(shù)據(jù)快速上傳至地面管理系統(tǒng)，航空公司可下載并解析語音，發(fā)送至各個(gè)相關(guān)部門，進(jìn)行進(jìn)一步的處理和操作，有利于增強(qiáng)航空公司對駕駛艙運(yùn)行情況的監(jiān)控、飛機(jī)機(jī)隊(duì)運(yùn)行的管理和日常事件調(diào)查分析的能力，提高航空公司的運(yùn)營。

快速獲取駕駛艙音頻記錄器裝置通過線纜與機(jī)上電源、音頻數(shù)據(jù)及其他相關(guān)信號的總線相連。典型內(nèi)部架構(gòu)如圖2所示，主要包括電源模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、顯示控制模塊和擴(kuò)展模塊等，其中，電源模塊可接收機(jī)上115 V交流或28 V直流電源的輸入，并且能保證200 ms的中斷；存儲模塊需要設(shè)置為冗余的雙存儲獨(dú)立備份存儲器，避免因一個(gè)存儲器損壞而導(dǎo)致全部數(shù)據(jù)丟失的情況，包括數(shù)據(jù)存儲器和備份數(shù)據(jù)存儲器，存儲器一般為固態(tài)硬盤，容量可擴(kuò)展，用于記錄音頻信息；數(shù)據(jù)傳輸模塊包含LTE模塊和WIFI模塊，其中WIFI天線和LTE天線能夠支持FDD/TDD/TD-SCDMA/GSM/CDMA/WCDMA等多種網(wǎng)絡(luò)制式，實(shí)現(xiàn)在特定條件下的數(shù)據(jù)傳輸；顯示控制模塊實(shí)現(xiàn)對裝置自身運(yùn)行狀態(tài)的指示、測試監(jiān)聽等；擴(kuò)展模塊包括預(yù)留的與其他系統(tǒng)連接的外部接口。駕駛艙設(shè)備包括駕駛艙內(nèi)各通道的聲音采集裝置、回放/擦除設(shè)備、繼電器、前置放大器、控制板和電源等。快速獲取駕駛艙音頻記錄器記錄的音頻數(shù)據(jù)可通過USB或WIFI形式上傳至服務(wù)器。

圖2 典型的快速獲取駕駛艙音頻記錄器架構(gòu)

2 快速獲取駕駛艙音頻記錄系統(tǒng)功能研究

快速獲取駕駛艙音頻記錄器裝置可以連續(xù)不間斷地存儲主駕駛、副駕駛、觀察員及環(huán)境等四路語音，正常網(wǎng)絡(luò)條件下可在半小時(shí)內(nèi)傳輸完成最近航段的數(shù)據(jù)（一般為2～5 h），快速獲取駕駛艙音頻記錄系統(tǒng)需要提供的基本功能有音頻數(shù)據(jù)采集、記錄和下載、顯示控制、健康狀態(tài)管理及其他部分?jǐn)U展功能。

2.1 音頻數(shù)據(jù)采集功能

快速獲取駕駛艙音頻記錄器能實(shí)現(xiàn)四通道音頻數(shù)據(jù)的采集，并能對駕駛艙通道的數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪濾波處理?？焖佾@取駕駛艙音頻記錄器一般具備ARINC 429接口，可支持ARINC 429時(shí)間信息的獲取及語音通道時(shí)間的同步，從而使音頻記錄時(shí)間與飛機(jī)保持一致；同時(shí)，可將語音進(jìn)行壓縮，以降低存儲占用空間，方便無線的快速傳輸。

2.2 音頻數(shù)據(jù)記錄功能

快速獲取駕駛艙音頻記錄器包含雙冗余存儲裝置，ED 112A要求最低記錄時(shí)間為72 h[5]，但是根據(jù)實(shí)際情況，一般快速獲取駕駛艙音頻記錄設(shè)備能實(shí)現(xiàn)超大容量的存儲和長達(dá)上千小時(shí)的連續(xù)循環(huán)音頻記錄，并且記錄時(shí)間及容量可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行擴(kuò)展；并且存儲裝置可拆卸，方便數(shù)據(jù)的獲??；對于所記錄的數(shù)據(jù)會有加密措施，保護(hù)數(shù)據(jù)的安全；另外，快速獲取駕駛艙音頻記錄器支持?jǐn)嚯姳Ｗo(hù)，能避免因不可控因素導(dǎo)致數(shù)據(jù)的丟失。

2.3 數(shù)據(jù)下載功能

通?？焖佾@取駕駛艙音頻記錄器數(shù)據(jù)自動(dòng)下載與否通過代表飛機(jī)位置狀態(tài)的離散信號控制，當(dāng)飛機(jī)落地后合適狀態(tài)下，數(shù)據(jù)自動(dòng)下載傳輸?shù)降孛娣?wù)器，飛機(jī)起飛狀態(tài)中關(guān)閉該功能，避免對機(jī)上其他設(shè)備造成干擾。

快速獲取駕駛艙音頻記錄器支持上電自動(dòng)記錄，掉電自動(dòng)保存。能夠?qū)⑺涗浀臄?shù)據(jù)通過某種方式在特定邏輯下自動(dòng)下載下來，主要包括：有線傳輸和無線傳輸，減少人為操作或誤操作，使得數(shù)據(jù)獲取更加方便快捷，有線傳輸可通過U盤實(shí)現(xiàn)可控的數(shù)據(jù)下載，無線傳輸可通過4G/5G網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)下載數(shù)據(jù)，2種方式均需要密鑰以達(dá)到數(shù)據(jù)安全保護(hù)的目的。數(shù)據(jù)下載時(shí)間根據(jù)下載形式及機(jī)場信號強(qiáng)弱而定，一般U盤下載不超過3 min，無線下載不超過0.5 h，這會大大縮短飛機(jī)維護(hù)時(shí)間，提高機(jī)隊(duì)管理水平。

快速獲取駕駛艙音頻記錄器還具有斷點(diǎn)續(xù)傳的功能，當(dāng)無法全部下載航段數(shù)據(jù)的時(shí)候，可在下一次數(shù)據(jù)下載時(shí)繼續(xù)上一次中斷的位置繼續(xù)工作，避免因機(jī)場網(wǎng)絡(luò)情況或其他因素導(dǎo)致數(shù)據(jù)的損壞及丟失。

2.4 顯示控制功能

快速獲取駕駛艙音頻記錄器裝置一般有顯示控制功能，實(shí)現(xiàn)對裝置自身運(yùn)行狀態(tài)的指示、測試試驗(yàn)時(shí)的監(jiān)聽等。民用飛機(jī)機(jī)載設(shè)備裝機(jī)前需要大量測試和試驗(yàn)用戶可根據(jù)需要進(jìn)行駕駛艙通道語音的監(jiān)聽、回放及設(shè)備的測試等。

2.5 機(jī)載設(shè)備健康狀態(tài)管理功能

快速獲取駕駛艙音頻記錄器系統(tǒng)包含健康管理功能，可進(jìn)行上電自檢測，裝置的運(yùn)營健康狀態(tài)（包括自測試、數(shù)據(jù)下載和故障等狀態(tài)）可通過前面板狀態(tài)指示燈顯示出來。當(dāng)?shù)孛鏌o法正常接收快速獲取駕駛艙音頻記錄器音頻數(shù)據(jù)時(shí)，可通過設(shè)備健康狀態(tài)管理詳查設(shè)備故障原因。

2.6 擴(kuò)展功能

快速獲取駕駛艙音頻記錄器機(jī)載設(shè)備擴(kuò)展功能包含2方面：一方面，數(shù)據(jù)存儲的容量可擴(kuò)展，實(shí)際應(yīng)用中，航空公司日常航班運(yùn)行飽滿，因此航班數(shù)據(jù)量會不斷增加，設(shè)備存儲容量應(yīng)能根據(jù)需求擴(kuò)展；另一方面，接口可擴(kuò)展，根據(jù)客戶需求，能實(shí)現(xiàn)與無線/快速轉(zhuǎn)錄記錄器（Wireless/Quick Access Recorder，QAR）、圖像/視頻記錄設(shè)備、衛(wèi)星及5G ATG等多設(shè)備接口[6-7]的連接。

2.7 其他功能

航班過站或者航后落地休整過程中，飛機(jī)記載的數(shù)據(jù)可通過機(jī)場網(wǎng)絡(luò)下傳到地面管理系統(tǒng)，方便航安、飛管和飛行等部門的使用，避免了傳統(tǒng)人員先上機(jī)拆卸設(shè)備再下載數(shù)據(jù)的不便。

地面管理系統(tǒng)中，公司可通過配置工具對快速獲取駕駛艙音頻記錄器進(jìn)行客戶化配置，實(shí)現(xiàn)機(jī)隊(duì)的日?；笓]、音頻數(shù)據(jù)的共享、管理和分析，客戶化的配置主要涉及飛機(jī)尾號、對應(yīng)的服務(wù)器地址及快速獲取駕駛艙音頻記錄器相應(yīng)的通信和航空公司所需的配置。

地面管理系統(tǒng)接收機(jī)上快速獲取駕駛艙音頻記錄器設(shè)備傳輸?shù)臄?shù)據(jù)后，能實(shí)現(xiàn)機(jī)上原音重現(xiàn)，切實(shí)還原機(jī)上場景，通過地面譯碼、檢索、搜尋和降噪等普遍性操作，發(fā)現(xiàn)飛機(jī)運(yùn)行過程中的狀態(tài)及機(jī)組成員的操作；另外，還可通過對比QAR/WQAR數(shù)據(jù)和飛行記錄系統(tǒng)的EVENT事件點(diǎn)，便于航空公司快速檢索、定位，查詢航班在各航段關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)的錄音，監(jiān)查機(jī)隊(duì)日常運(yùn)營狀態(tài)。

3 快速獲取駕駛艙語音記錄器系統(tǒng)性能研究

快速獲取駕駛艙音頻記錄系統(tǒng)與傳統(tǒng)的黑匣子用處不同，快速獲取駕駛艙音頻記錄系統(tǒng)所記錄的數(shù)據(jù)用于航空公司日常事件的管理與查驗(yàn)，并不作為事故調(diào)查的手段，因此不考慮抗墜毀、防水和防火等特性，但仍應(yīng)按照RTCA DO-160（機(jī)載設(shè)備的環(huán)境條件和測試程序）等同的軍用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試以證明符合要求，其他性能如下。

3.1 電源要求

快速獲取駕駛艙音頻記錄器的供電輸入應(yīng)符合機(jī)上通用電源要求，可以為115 V交流電源或28 V直流電源或兩者兼容，任何一種供電方式均不會對快速獲取駕駛艙音頻記錄器或機(jī)上其他設(shè)備造成損害。

3.2 記錄要求

快速獲取駕駛艙音頻記錄系統(tǒng)是飛機(jī)上記錄系統(tǒng)的重要子系統(tǒng)之一，機(jī)上真實(shí)的運(yùn)行數(shù)據(jù)提供了各類事件客觀的技術(shù)依據(jù)，按照運(yùn)行規(guī)章CCAR 121 R4中121.359（a），快速獲取駕駛艙音頻記錄器機(jī)載設(shè)備上電啟動(dòng)，可記錄從使用檢查單開始，到飛行結(jié)束完成最后檢查單止階段內(nèi)的音頻數(shù)據(jù)[8]。另外，當(dāng)電源有不超過200 ms的中斷時(shí)，數(shù)據(jù)應(yīng)能被存儲在介質(zhì)中，當(dāng)電源中斷為200 ms～2 s時(shí)，快速獲取駕駛艙音頻記錄器恢復(fù)數(shù)據(jù)記錄的時(shí)間應(yīng)滿足冷啟動(dòng)要求，當(dāng)電源中斷時(shí)間大于2 s時(shí)，初始供電之后，快速獲取駕駛艙音頻記錄器應(yīng)于25 s內(nèi)在記錄介質(zhì)中記錄信息，在60 s內(nèi)完成自檢[9]。

3.3 功耗要求

為節(jié)省機(jī)上資源，快速獲取駕駛艙音頻記錄器在數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)下的功耗應(yīng)不超過30 W，在飛行階段記錄狀態(tài)下的功耗不超過15 W。

3.4 其他性能要求

民機(jī)機(jī)載設(shè)備對環(huán)境的要求不可忽視，快速獲取駕駛艙音頻記錄器的工作環(huán)境為-40～70℃，存儲環(huán)境溫度范圍為-55～85℃；另外，根據(jù)SAE ARP4754[10]分析，其研制保證等級為E級。

4 結(jié)束語

隨著航空電子技術(shù)的發(fā)展，快速獲取駕駛艙音頻記錄系統(tǒng)的功能應(yīng)用更加廣泛，能夠有效地提升飛行技術(shù)和飛行安全。本文主要研究了快速獲取駕駛艙音頻記錄系統(tǒng)的組成架構(gòu)，典型功能和性能要求。總而言之，通過對飛行記錄系統(tǒng)音頻數(shù)據(jù)的分析，找出飛行的最佳狀態(tài)，可以客觀地評價(jià)飛行機(jī)組的操作狀態(tài)和飛行技術(shù)，進(jìn)而不斷提升公司日常管理水平及專業(yè)人員技術(shù)水平，從而提升民航安全。

隨著航空業(yè)的發(fā)展，未來民機(jī)上快速獲取駕駛艙音頻記錄系統(tǒng)的應(yīng)用在不影響CVR功能的前提下，可配合QAR/WQAR進(jìn)行飛行品質(zhì)監(jiān)控，為航空公司日常運(yùn)行提供更加方便、快捷和客觀的數(shù)據(jù)依據(jù)，對飛機(jī)持續(xù)飛行、民航安全的運(yùn)行有著重大意義。