CN101694753B - 信息传输系统、信息传输装置和信息传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种信息传输系统、信息传输装置和信息传输方法。该信息传输系统包括：装设在航空器上的航空信息获取设备、信息传输装置和空中应答机；信息传输装置分别与机载设备、空中应答机相连，用于获取来自机载设备的航空信息，将航空信息的编码转换成空中应答机与地面询问机之间传输信息时所采用的编码；并将经编码转换后的航空信息发送给空中应答机；信息传输装置还用于接收来自空中应答机的指示信息，将指示信息的编码转换成机载设备所采用的编码；并将经编码转换后的指示信息发送给机载设备。本发明满足了SSR系统根据航空器的当前航空信息对航空器进行监管的需求。

Description

信息传输系统、信息传输装置和信息传输方法

技术领域

本发明涉及航空技术领域，尤其涉及一种信息传输系统、信息传输装置和信息传输方法。 

背景技术

在空中交通管制中，目前主要应用二次监视雷达(Secondary SurveillanceRadar，简称SSR)系统对航空器进行管理。SSR系统主要由地面询问机和安装在航空器上的二次雷达应答机组成。SSR系统中，地面询问机询问航空器的模式为S模式。装有S模式二次雷达应答机(也称为S模式应答机)的航空器有唯一的地址码，用本机地址码来应答对地面的询问。S模式询问机通过发射一串包含一定信息内容的编码高频脉冲来询问选定的航空器。航空器的S模式应答机收到询问信号之后，经过一系列的信号处理，根据询问内容有针对性地回答一串高频编码脉冲，其中包含该航空器的地址码和高度等数据。 

作为管理航空器的SSR系统，需通过空中应答机的应答信息，准确监控到航空器当前的飞行状态和飞行环境，如经纬度、气象和飞行速度等航空信息，以对各航空器进行空中交通管制。 

而目前的空中应答机除与飞行高度检测设备相连外，与航空器上的其它机载设备之间没有信息传输，如全球定位系统、气象检测设备和飞行速度检测设备等航空信息获取设备。并且，航空器上的各航空信息获取设备所采用的编码不统一，通过空中应答机向地面询问机发送航空信息时，需要进行编码转换。因此，目前航空器上的空中应答机不能满足向地面询问机发送航空信息的应用需求，从而不能满足SSR系统根据航空器的当前航空信息对航空器进行空中监管的需求。 

发明内容

本发明提供一种信息传输系统、信息传输装置和信息传输方法，能通过空中应答机使地面询问机与机载设备进行相互通信，满足了SSR系统根据航空器的当前飞行信息对航空器进行空中监管的需求。 

本发明提供了一种信息传输系统，包括： 

装设在航空器上的航空信息获取设备、信息传输装置和空中应答机； 

所述信息传输装置分别与所述机载设备、所述空中应答机相连，用于采集到所述机载设备发送的航空信息，将所述航空信息的编码转换成所述空中应答机与地面询问机之间传输信息时所采用的编码；并将经编码转换后的所述航空信息发送给所述空中应答机； 

所述信息传输装置，还用于接收来自所述空中应答机的指示信息，将所述指示信息的编码转换成所述机载设备所采用的编码；并将经编码转换后的所述指示信息发送给所述机载设备。 

本发明提供了一种信息传输装置，包括： 

采集模块，用于采集机载设备发送的航空信息；所述机载设备装设在所述航空器上； 

第一编码转换模块，用于将所述航空信息的编码，转换成空中应答机与所述地面询问机之间传输信息所采用的编码； 

第一发送模块，用于将经编码转换后的所述航空信息封装在航空数据总线的数据字格式中，发送给所述空中应答机； 

所述的信息传输装置还包括： 

接收模块，用于通过航空数据总线接收所述空中应答机发送的、来自地面询问机的指示信息； 

第二编码转换模块，用于将所述指示信息的编码转换成所述机载设备所采用的编码； 

第二发送模块，用于将经编码转换后的所述指示信息，发送给所述机载 设备。 

本发明还提供一种信息传输方法，包括： 

装设在航空器上的信息传输装置采集航空器上的机载设备发送的航空信息； 

将所述航空信息的编码，转换成空中应答机与所述地面询问机之间传输信息所采用的编码； 

将经编码转换后的所述航空信息封装在航空数据总线的数据字中，通过航空数据总线发送给所述空中应答机； 

所述的信息传输方法还包括： 

通过航空数据总线接收空中应答机发送的、来自地面询问机的指示信息； 

将所述指示信息的编码转换成所述机载设备所采用的编码； 

将经编码转换后的所述指示信息，发送给所述机载设备。 

本发明信息传输系统、信息传输装置和信息传输方法，在航空器上设置了分别与机载设备和空中应答机连接的信息传输装置。通过信息传输装置使空中应答机与机载设备之间能相互通信，不仅使空中应答机能获取来自机载设备的信息以发送给SSR系统中的地面询问机，而且能通过空中应答机将地面询问机发送的信息传输给机载设备，从而满足了SSR系统根据航空器的当前飞行状况实时对航空器进行监管的需求。 

附图说明

图1为本发明信息传输系统实施例的结构示意图； 

图2为本发明信息传输装置实施例一的结构示意图； 

图3为本发明信息传输装置实施例一中总检测模块检测总线的流程图； 

图4为本发明信息传输装置实施例一中第一发送模块装载数据的流程图； 

图5为本发明信息传输装置实施例一中第一发送模块发送数据的流程图； 

图6为本发明信息传输装置实施例二的结构示意图； 

图7为本发明信息传输装置实施例二中接收模块接收数据的流程图； 

图8为图6所示信息传输装置实施例的原理框图； 

图9为本发明信息传输方法实施例一的结构示意图； 

图10为本发明信息传输方法实施例二的结构示意图。 

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。 

图1为本发明信息传输系统实施例的结构示意图，如图1所示，本实施例包括：机载设备11、信息传输装置12和空中应答机13。其中，空中应答机可为S模式应答机。 

机载设备11、信息传输装置12和空中应答机13装设在航空器10上。其中，机载设备11包括航空信息获取设备和导航设备。航空信息获取设备用于获取航空器飞行状况，导航设备用于引导航空器沿预定航线飞行。 

信息传输装置12分别与机载设备11、空中应答机13相连。其中，信息传输装置12可通过航空数据总线，如Arinc429总线，分别与空中应答机13和机载设备11相连。 

信息传输装置12获取机载设备11发送的航空信息后，先将航空信息的编码转换成空中应答机13与地面询问机之间传输信息时所采用的编码，然后将经编码转换后的航空信息发送给空中应答机13，以使空中应答机13发送给地面询问机。 

其中，该航空信息可来自航空信息获取设备，可包括航空器的飞行速度、航班号、气象信息和飞行经纬度等信息。空中应答机接收到的上述航空信息后，通过应答信号将航空信息发送给地面询问机。在SSR系统中，询问信号和应答信号包含有56位二进制(短报文)或112位二进制(长报文)的数据块。在S模式的询问信号中，一个15或29微秒的数据块可容纳56比特或112比特的数据，数据的前24位规定用于航空器的识别码，航空器的识别码 数量可达1677万个，足以实现全球航空器一机一码。其余的数据位可用于传送航空器的飞行状态、飞行位置的经纬度、飞行环境的气象、飞行速度等航空信息。 

为使航空器安全飞行和着陆，或在突发事件中引导航空器进行紧急迫降，SSR系统需根据航空器的当前飞行状态和飞行环境，通过地面询问机向空中应答机发送指示信息，以利用空中应答机及时引导航空器安全着陆或改变飞行状态。因此，信息传输装置12还接收空中应答机发送的指示信息。信息传输装置12接收到空中应答机13发送的、来自地面询问机的指示信息后，先将指示信息的编码转换成机载设备所采用的编码，再将经编码转换后的指示信息发送给机载设备。此处的机载设备可为航空器上的导航设备，指示信息可包括地面询问机引导航空器的飞行路线等信息。 

本实施例中信息传输装置负责采集并处理来自各种机载设备的信息并发送给空中应答机，使空中应答机不参与信息的采集与处理，专用于与地面询问机的信息传输，减轻了空中应答机的负载。并且，当航空器上安装了新的机载设备时，不必对空中应答机进行修改，只需使新增机载设备与信息传输装置相连接。 

本实施例信息传输系统，在航空器上设置了分别与机载设备和空中应答机连接的信息传输装置。通过信息传输装置使空中应答机与机载设备之间能相互通信，不仅使空中应答机能获取来自机载设备的信息以发送给SSR系统中的地面询问机，而且能通过空中应答机将地面询问机发送的信息传输给机载设备，从而满足了SSR系统根据航空器的当前飞行状况实时对航空器进行监管的需求。 

图2为本发明信息传输装置实施例一的结构示意图，图2所示的实施例可作为图1所示实施例中信息传输装置的实施例。如图3所示，本实施例包括：采集模块20、第一编码转换模块21和第一发送模块22。本实施例信息传输装置装设在航空器上。 

采集模块20，用于采集机载设备发送的航空信息，机载设备装设在航空器上。第一编码转换模块21，用于将航空信息的编码，转换成空中应答机与地面询问机之间传输信息所采用的编码。第一发送模块22，用于将经编码转换后的航空信息封装在航空数据总线的数据字格式中，发送给空中应答机。 

其中，该航空信息可来自航空信息获取设备，可包括航空器的飞行速度、航班号、气象信息、飞行经纬度等信息。空中应答机接收到的上述航空信息后，通过应答信号将航空信息发送给地面询问机。 

在上述方案的基础上，还包括：总线检测模块23。 

在总线空闲时，总线检测模块23向空中应答机发送询问信息以检测总线是否故障。 

具体地，采集模块20采集到来自机载设备的航空信息后，第一编码转换模块21将采集模块20采集到的航空信息的编码，转换成空中应答机与地面询问机之间传输信息所采用的编码。第一发送模块22将经第一编码转换模块21转换后的航空信息封装在航空数据总线的数据字格式中，通过航空数据总线发送给空中应答机。 

具体地，第一发送模块22可通过连接信息传输装置与空中应答机的Arinc429总线，将航空信息发送给空中应答机。Arinc429总线数据格式如下： 

Arinc429总线数据格式，字长32位，其中第32位为奇校验位。按功能可将Arinc429总线数据划分为以下几类： 

第一类：RTS信号，表示“请求发送”；其中WORD NO字段全为0，T/R字段为1，CTS字段为0，NO.WORDS字段为请求发送的数据个数。 

第二类：CTS信号，表示“清除发送”；其中WORD NO字段为全0，T/R字段为0，CTS字段为1，NO.WORDS字段为清除发送的数据个数； 

第三类：WORD信号，表示当前发送的是“数据字”；其中WORD NO字段为该数据字的字号，T/R字段为1，CTS字段为0，第8位至第31位为该数据字所携带的24位有效信息。 

第四类：Checksum信号，表示当前发送的是“校验和”；其中WORD NO字段全为1，T/R字段为1，CTS字段为0，第8位至第31位为该所传送的所有数据24bit信息的校验和。 

第五类：ACK信号，表示当前发送的是“应答”信息；其中WORD NO字段全为1，T/R字段为0，CTS字段为0，第8位至第12位全为1表示“正确接收”，第8位至第31位全为0表示“重发”。 

当总线空闲时，总线检测模块23每3秒钟发送一个RTS信号，其中NO.WORDS字段为0表示此次不携带信息，仅为总线检试；而空中应答机收到该总线测试“RTS”信号后会回答CTS，同样NO.WORDS字段设为0。在总线检测模块23发起测试后，空中应答机应在不大于4ms的时间内做出应答，否则总线检测模块23会再次发送总线测试RTS。如果两次尝试均未收到应答，则认为总线故障。总线检测模块23检测总线的具体过程参见图3，图3为本发明信息传输装置实施例一中总线检测模块检测总线的流程图。 

此外，空中应答机在总线空闲时，也会每3秒钟发送一个RTS信号，以检测当线总线状态。当空中应答机检测到总线故障而不能向信息传输装置发送数据时，则在S模式通信时通知地面询问机，航空器上的数据总线有错，那么地面询问机不会向航空器发送相关信息。 

第一发送模块22向空中应答机发送航空信息的具体过程如下： 

第一步：装载数据：当需要发送的所有数据准备好后，信息传输装置先向空中应答机发送一个“RTS”信号。 

在不超过4ms的时间内如果收到空中应答机回执的“CTS”信号，则认为 发送启动成功，置TRANSMIT FLAG标志位为1，清除CTS FLAG位为0。参见图4所示，图4为本发明信息传输装置实施例一中第一发送模块装载数据的流程图。 

第二步：发送数据：当TRANSMIT FLAG置位时，开始向空中应答机发送数据字以及校验和，直到所有数据字和校验和发送完成。 

在不超过4ms的时间内等待是否收到空中应答机回执的“ACK”信号。如果未收到该信号，则判断DATA SENT FLAG标志位是否等于2。如果DATA SENT FLAG标志位为1表示只向应答机发送了一次，则将DATA SENT FLAG加1，并重复装载数据过程；否则置PENDING DATA FAIL FLAG标志，并发起总线重建过程。 

总线重建过程为：在100ms内向空中应答机发送最多10个NO.WORDS字段为0的“RTS”信号，若收到空中应答机回执的“CTS”信号，则认为总线重建成功，并重新向空中应答机发送数据以及校验和；反之认为总线出错，置DATA LINK FAIL FLAG标志位，清除DATA SENT FLAG标志位和TRANSMIT FLAG标志位。 

如果向空中应答机发送完数据字和检验和之后，在规定时间内收到空中应答机回执的“ACK”信号，则需要对“ACK”信号进行解析，以判断是“ACK”信号是“正确确认”还是“重发”。若收到的“ACK”信号中第8位至第32位全为1，则表示“正确确认”，清除DATA SENT FLAG标志位和TRANSMIT FLAG标志位；若收到的“ACK”信号中第8位至第32位全为0表示“重发”，且在DATA SENT FLAG标志位不等于2时，对需要重发的数据、以及重发数据对应的检验和进行重发，在DATA SENT FLAG标志位等于2时，进行上述总线重建过程。 

然后，先向空中应答机发送封装有航空信息的数据。之后，向空中应答机发送校验和。如果在规定时间内没收到空中应答机回执的“CTS”信号，则将CTS FLAG标志位加1，当CTS FLAG不等于2时，则可以重新发送一次 “RTS”信号以重新启动数据发送；否则信息传输装置认为总线故障，置DATA LINK FAIL FLAG标志位为1。具体流程参见图5所示，图5为本发明信息传输装置实施例一中第一发送模块发送数据的流程图。 

本实施例信息传输装置，设置在航空器上并分别与航空器上的机载设备和空中应答机连接。本实施例信息传输装置将机载设备检测到的当前航空信息经过编码转换后传输给空中应答机，以使空中应答机发送给地面询问机，从而满足了SSR系统根据航空器的当前航空信息对航空器进行监管的需求。并且，信息传输装置与空中应答机之间的数据传输具有校验机制、纠错重发机制和总线自检机制，同时传输可靠性高、速度快。 

图6为本发明信息传输装置实施例二的结构示意图，图6所示的实施例可作为图1所示实施例中信息传输装置的实施例。如图6所示，在图2对应实施例的基础上，本实施例还包括：接收模块64、第二编码转换模块65和第二发送模块66。 

接收模块64，用于通过航空数据总线接收空中应答机发送的、来自地面询问机的指示信息；第二编码转换模块65，用于将指示信息的编码转换成导航设备所采用的编码；第二发送模块66，用于将经编码转换后的指示信息，发送给机载设备。 

具体地，SSR系统需要向航空器发送指示信息，以引导航空器安全着陆或改变飞行状态时，通过地面询问机向航空器上的空中应答机发送指示信息。空中应答机接收到地面询问机的指示信息后，信息传输装置的接收模块64通过总线接收空中应答机发送的指示信息。第二编码转换模块65，将接收模块64接收到指示信息的编码转换成导航设备所采用的编码。第二发送模块66将经第二编码转换模块65编码转换后的指示信息，发送给机载设备，如导航设备。机载设备接收到指示信息后，根据指示信息进行安全着陆或改变飞行状态。 

接收模块64接收空中应答机发送的指示信息的具体过程如下： 

接收模块64接收到空中应答机发送的Arinc429数据形式的指示信息时，首先对Arinc429数据进行奇校验，将校验结果不正确的数据直接过滤。 

对于校验结果正确的数据，首先判断是否是一个“WORD#”。即判断当前接收到是否是数据字。对于数据字，从WORD NO字段中解析出字号，若字号有效，且该数据字未被存储过，则将被缓存。如果该字号无效或该数据字已经被存储，那么丢弃该数据字和并从缓存中清除与该数据字号对应的数据字。 

如果当前接收到数据为检验和，则需要判断所有数据字是否均已收到并缓存。如果数据字没有全部接收到，则将需要重发的数据字的字号写入“ACK”中的WORD NO字段中，发送给空中应答机；反之，需要将缓存中的所有数据字的信息字段异或得出一个检验和，并与接收到的校验和进行比较，如果相同则认为正确接收，将“ACK”中第8位至第32位全置1，发送给空中应答机；否则认为所有数据需要全部重新传送，在“ACK”信号中将第8位至第31位全置0，发送给空中应答机。 

如果当前接收到数据为“RTS”信号，则认为空中应答机发送了新的发送请求，那么需要清空缓存，并向空中应答机发送“CTS”。具体流程参见图7所示，图7为本发明信息传输装置实施例二中接收模块接收数据的流程图。 

本实施例信息传输装置，设置在航空器上并分别连接航空器上的机载设备和空中应答机。本实施例信息传输装置将机载设备获取到的当前航空信息经过编码转换后传输给空中应答机，以使空中应答机发送给地面询问机。从而满足了SSR系统根据航空器的当前航空信息对航空器进行监管的需求。同时，本实施例信息传输装置还将来自地面询问机的导航指示信息发送给机载设备。满足了通过空中应答机接收来自地面询问机的导航指示信息，以引导航空器安全飞行或着陆的需求。 

图8为图6所示信息传输装置实施例的原理框图，如图8所示，本实施例信息传输装置的CPU选用NXP的32位的高速ARM微处理器LPC2294。 该微处理器采用流水线工作方式，处理时钟最高可达60MHz，片外寻址空间最高可达4G，具有丰富的片内片外资源和强大的中断管理功能，能满足实际的使用需求，价格低廉。429芯片选用型号为的JS71194专用芯片，提供4路ARINC429接收通道，8路ARINC429发送通道，以及16位数据总线接口。其中每个通道都包括一个8×32位的数据FIFO，其工作速度、奇偶检验等均可通过寄存器设置。而429发送通道电平转换芯片选用DEI1070，接收通道电平转换选用DEI1046。具体工作方式如下： 

首先，由ARM初始化系统的各个功能模块，设置好429芯片的工作方式。当空中应答机的外部429总线发送数据时，通过电平转换数据发至JS71194。429芯片对数据处理后，如果符合要求，则给ARM一个外部中断，ARM在中断里取出429数据，对其进行解析并处理，然后给予相应的应答信号。参见图6对应实施例中接收模块的工作机理，在此不再赘述。 

发送给空中应答机的应答信号先送至429芯片，由429芯片进行信号处理、检验，然后经过电平转换发送给空中应答机，完成429数据的交互。图7对应实施例中接收模块的功能在中断实现，每一次数据正确发送完成后，由ARM送出打印信息，通过串口将信息内容完整呈现给用户。 

图9为本发明信息传输方法实施例一的结构示意图，图9所示的实施例的执行主体可为图1所示实施例中的信息传输装置。如图10所示， 

步骤91：采集机载设备发送的航空信息； 

步骤92：将航空信息的编码，转换成空中应答机与地面询问机之间传输信息所采用的编码； 

步骤93：将经编码转换后的航空信息封装在总线的数据字中，通过总线发送给空中应答机。 

具体发送过程参见图2对应实施例中，图4和图5所示的第一发送模块装载数据、发送数据的流程，在此不再赘述。 

在上述方案的基础上，还包括：在总线空闲时，向空中应答机发送的询 问信息以检测总线是否故障。在总线空闲时，空中应答机也会向信息传输装置发送询问信息以检测总线是否故障。 

本实施例信息传输方法，将机载设备获取到的当前航空信息，通过设置在航空器上并分别与机载设备和空中应答机连接的信息传输装置，传输给空中应答机，以使空中应答机发送给地面询问机。从而满足了SSR系统根据航空器的当前航空信息对航空器进行监管的需求。并且，信息传输装置与空中应答机之间的数据传输具有校验机制、纠错重发机制和总线自检机制，同时传输可靠性高、速度快。 

图10为本发明信息传输方法实施例二的结构示意图，图10所示的实施例的执行主体可为图1所示实施例中的信息传输装置。如图1所示，在图9对应实施例的基础上，还包括： 

步骤94：通过总线接收空中应答机发送的、来自地面询问机的指示信息； 

具体接收过程参见图7所示的接收模块接收数据的流程，在此不再赘述。 

步骤95：将指示信息的编码转换成机载设备所采用的编码； 

步骤96：将经编码转换后的指示信息，发送给机载设备。 

在图9所示实施例的基础上，本实施例信息传输方法，将来自地面询问机的指示信息发送给机载设备，从而满足了通过空中应答机接收来自地面询问机的导航指示信息，以引导航空器安全飞行或着陆的需求。 

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。 

Claims (8)

1.一种信息传输系统，其特征在于，包括：装设在航空器上的机载设备、信息传输装置和空中应答机；

所述信息传输装置分别与所述机载设备、所述空中应答机相连，用于采集到所述机载设备发送的航空信息后，将所述航空信息的编码转换成所述空中应答机与地面询问机之间传输信息时所采用的编码；并将经编码转换后的所述航空信息发送给所述空中应答机，以使所述空中应答机发送给地面询问机；

所述信息传输装置，还用于接收所述空中应答机发送的、来自所述地面询问机的指示信息，将所述指示信息的编码转换成所述机载设备所采用的编码；并将经编码转换后的所述指示信息发送给所述机载设备。

2.根据权利要求1所述的信息传输系统，其特征在于，所述机载设备包括用于获取所述航空器飞行状况的航空信息获取设备。

3.根据权利要求1或2所述的信息传输系统，其特征在于，所述机载设备包括用于引导航空器沿预定航线飞行的导航设备。

4.根据权利要求1所述的信息传输系统，其特征在于，所述信息传输装置与所述空中应答机通过航空数据总线相连。

5.一种信息传输装置，其特征在于，所述信息传输装置装设在航空器上，包括：

采集模块，用于采集机载设备发送的航空信息；所述机载设备装设在所述航空器上；

第一编码转换模块，用于将所述航空信息的编码，转换成空中应答机与所述地面询问机之间传输信息所采用的编码；所述空中应答机装设在所述航空器上；

第一发送模块，用于将经编码转换后的所述航空信息封装在航空数据总线的数据字格式中，发送给所述空中应答机；

所述的信息传输装置还包括：

接收模块，用于通过航空数据总线接收所述空中应答机发送的、来自地面询问机的指示信息；

第二编码转换模块，用于将所述指示信息的编码转换成所述机载设备所采用的编码；

第二发送模块，用于将经编码转换后的所述指示信息，发送给所述机载设备。

6.根据权利要求5所述的信息传输装置，其特征在于，还包括：

总线检测模块，用于在所述总线空闲时，向所述空中应答机发送询问信息以检测总线是否故障。

7.一种信息传输方法，其特征在于，包括：

装设在航空器上的信息传输装置采集航空器上的机载设备发送的航空信息；

将所述航空信息的编码，转换成空中应答机与所述地面询问机之间传输信息所采用的编码；

将经编码转换后的所述航空信息封装在航空数据总线的数据字中，通过航空数据总线发送给所述空中应答机；

所述的信息传输方法还包括：

通过航空数据总线接收空中应答机发送的、来自地面询问机的指示信息；

将所述指示信息的编码转换成所述机载设备所采用的编码；

将经编码转换后的所述指示信息，发送给所述机载设备。

8.根据权利要求7所述的信息传输方法，其特征在于，还包括：

在所述总线空闲时，向所述空中应答机发送询问信息以检测总线是否故障。

Images