CN103873133A - 一种基于多模式数据链路的通信导航监视系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于多模式数据链路的通信导航监视系统，包括机载系统、北斗指挥型终端、ADS-B地面站、地面MC基站和地面数据处理中心；所述机载系统中，GNSS模块采集导航定位信息并通过卫星链路与地面的北斗收发终端进行数据交互，机载ADS-B模块收发ADS-B信息，机载MC模块建立MC数据链路，机载数据处理模块进行链路判断与切换；所述地面数据处理中心中，数据链路管理与控制模块负责链路选择，链路信息先经接收数据预处理模块进行预处理，然后经数据融合模块处理之后存储到目标状态数据库模块中。本发明采用模块化设计，具有可扩展性，并实时进行数据链路判断和切换，节约了运行成本。

Description

一种基于多模式数据链路的通信导航监视系统
技术领域
本发明涉及通用航空领域的通航飞行器的通信技术领域，特别是一种基于多模式数据链路的通信导航监视系统。
背景技术
随着中国低空领域的不断开放，通用航空作为一种先进的生产工具和技术手段，正在逐渐成为民用航空两大支柱产业之一。但由于我国通用航空建设相对滞后，保障水平不高，特别是相当大范围内的低空监视服务，到目前还难以满足通用航空快速发展的需求。因此，如何在低空空域提供与通用航空相适应的监视手段是通用航空建设发展过程中亟待解决的问题。
通用航空飞机现有通信监视单一的VHF话音方式，没有有效的运行监视手段，通用航空与传统运输航空相比，它的运行环境较为复杂，并且在现阶段我国通航面临着活动目标导航数据匮乏、 通信手段缺失、 地面监视指挥控制困难等问题。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种基于多模式数据链路的通信导航监视系统。
本发明采用的技术方案是这样的：
一种基于多模式数据链路的通信导航监视系统，包括机载系统、北斗指挥型终端、ADS-B地面站、地面MC（MC即移动通信）基站和地面数据处理中心；
所述机载系统包括GNSS（即全球导航卫星系统）模块、机载ADS-B（即广播式自动相关监视）模块、机载MC模块和机载数据处理模块；所述GNSS模块与机载卫星天线相连，通过卫星天线接收GPS/北斗（北斗简称为BD）卫星网络的导航定位信息，同时通过BD短报文卫星链路与地面的北斗指挥型终端进行数据交互；所述机载ADS-B模块主要负责向ADS-B地面站和其他飞行器广播ADS-B数据信息，同时也接收来自其他飞行器广播的ADS-B信息；所述机载移动通信模块在机载系统与地面MC基站之间建立移动通信数据链路，利用该数据链路进行数据的收发；所述机载数据处理模块一方面分别与GNSS模块、机载ADS-B模块、机载MC模块之间进行数据交换，另一方面，还与地面共同完成对ADS-B、BD以及MC三个数据链路的质量判断与链路自动切换；
所述地面数据处理中心包括接收数据预处理模块、数据融合模块、目标状态数据库模块、显示控制模块、数据链路管理与控制模块和危险评估模块，所述数据链路管理与控制模块对BD、ADS-B、MC这三个数据链路进行选择，所述接收数据预处理模块对所选择链路的信息进行预处理，所述数据融合模块将预处理后的数据进行相关、融合以及合成之后存储到目标状态数据库模块中并同时发送到显示控制模块和危险评估模块中分别进行显示控制和避撞危险评估。
作为优选，所述机载系统还包括扩展模块，该模块具有显示控制、短消息语音提示和机载电话免提的功能。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、总体架构通过模块化设计，便于在未来进行机载加装或改装的过程中，可以根据用户需求来实现不同功能模块的组合配置，从而具备较高的可扩展性、可维护性与通用性；
2、考虑到用户在不同运行环境对通信导航监视系统的需求，结合了ADS-B链路、北斗短报文链路以及移动通信链路等多条数据链路，能够保证通航飞行器在不同运行环境下的通信导航监视需求，同时利用多模式链路切换技术能够在保证安全的情况下节约运行成本；
3、通航飞行器在整个飞行过程中实时进行数据链路检测、选择和切换，实现全方位监视；
4、扩展功能模块为飞行员提供实时的飞行数据显示、文字转语音以及机载免提电话等功能，从而保证飞行员清楚了解飞行状态的同时简化了操作，有效地提高了运行效率与安全性。
附图说明
图1是本发明的系统原理图。
图2是图1中机载系统的结构框图。
图3是图1中地面数据处理中心的结构框图。
图4是本发明中数据链路切换的流程图。
图5是本发明与GPS、北斗卫星系统以及多模式通信链路协同工作的示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
最佳实施例：
如图1所示，一种基于多模式数据链路的通信导航监视系统，包括机载系统、北斗指挥型终端、ADS-B地面站、地面MC基站和地面数据处理中心。
所述机载系统的模块图如图2所示，包括GNSS模块、机载ADS-B模块、机载MC模块和机载数据处理模块；所述GNSS模块与机载卫星天线相连，接收来自卫星天线与GPS/北斗卫星网络的导航定位信息，同时通过BD短报文卫星链路与地面的北斗指挥型终端进行数据交互；所述机载ADS-B模块主要负责向ADS-B地面站和其他飞行器广播ADS-B数据信息，同时也接收来自其他飞行器广播的ADS-B信息；所述机载MC模块在机载系统与地面MC基站之间建立MC数据链路，利用该数据链路进行数据的收发；所述机载数据处理模块一方面分别与GNSS模块、机载ADS-B模块、机载MC模块之间进行数据交换，另一方面，还与地面共同完成对ADS-B、BD以及MC三个数据链路进行质量判断与链路自动切换。所述机载系统还包括扩展模块，该模块具有显示控制、短消息语音提示和机载电话免提的功能。本发明与北斗卫星网络、GPS、还有通信网络协同工作的方式如图5所示，所述地面数据处理中心通过通信网络与管制单位、通航机场单位、安全监管单位以及其他单位进行信息互动。
所述地面数据处理中心的模块图如图3所示，包括接收数据预处理模块、数据融合模块、目标状态数据库模块、显示控制模块、数据链路管理与控制模块和危险评估模块，所述数据链路管理与控制模块对BD、ADS-B、MC这三个数据链路进行选择，所述接收数据预处理模块对所选择链路的信息进行预处理，所述数据融合模块将预处理后的数据进行相关、融合以及合成之后存储到目标状态数据库模块中并同时发送到显示控制模块和危险评估模块中分别进行显示控制和避撞危险评估。
对于本发明而言， 由于ADS-B的数据信息的多样性已经可以满足通航的要求，因此将ADS-B数据链路作为优先级别最高的通信方式，即在信号覆盖范围内首先考虑利用该数据链路进行通信。因此，在地面数据处理中心首先需要利用接收信号进行信道质量评估， 确定通信链路的有效性。为了确保评估的准确性，地面数据处理中心需要利用数据链路管理与控制模块对不同技术指标进行信道监测，这主要包括接收信号强度（RSSI）、平均传输时间（ETT）、链路质量标识（LQI）。在ADS-B数据链路满足信道指标的条件下，选择该数据链路进行地空通信， 同时备用数据链路（BD、MC）设备处于休眠状态。当其中一个技术指标低于预定的门限值时，地面监控中心将判定该数据链路无效， 此时将进行备选通信链路的选择和切换。在整个切换过程中，首先需要地面数据处理中心的数据链路管理与控制模块分别通过地面MC基站、北斗指挥型终端向通航飞行器发射探测脉冲，探测脉冲分别经过北斗短报文通信链路以及MC链路到达机载系统，机载系统通过GNSS模块和机载MC模块接受探测脉冲信号。机载系统的数据处理模块根据接收到的探测脉冲信号的RSSI、ETT与LQI对两个信道的质量进行排序以确定优先级，并切换到高优先级的数据链路进行地空数据通信。同时，优先级较低的数据链路设备进入休眠状态。 整个飞行过程中，为了保持高质量的数据链路与无缝切换， 需要定期地对各条链路进行评估。数据链路切换的流程如图4所示。
通过上面的这种链路切换方式，不需要多种数据链路同时工作，减少了能量损耗和电磁污染，降低了运行成本，可以保证通航飞行器始终与地面保持稳定的数据传输。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于多模式数据链路的通信导航监视系统，其特征在于：包括机载系统、北斗指挥型终端、ADS-B地面站、地面MC基站和地面数据处理中心；
所述机载系统包括GNSS模块、机载ADS-B模块、机载数据处理模块和机载MC模块；所述GNSS模块与机载卫星天线相连，通过卫星天线接收来自GPS/北斗卫星网络的导航定位信息，同时通过BD短报文卫星链路与地面的北斗指挥型终端进行数据交互；所述机载ADS-B模块主要负责向ADS-B地面站和其他飞行器广播ADS-B数据信息，同时也接收来自其他飞行器广播的ADS-B信息；所述机载MC模块在机载系统与地面MC基站之间建立MC数据链路，利用该数据链路进行数据的收发；所述机载数据处理模块一方面分别与GNSS模块、机载ADS-B模块、机载MC模块之间进行数据交换，另一方面，还与地面共同完成对ADS-B、BD以及MC三个数据链路的质量判断与链路自动切换；
所述地面数据处理中心包括接收数据预处理模块、数据融合模块、目标状态数据库模块、显示控制模块、数据链路管理与控制模块和危险评估模块，所述数据链路管理与控制模块对BD短报文卫星链路、ADS-B链路、MC链路这三个数据链路进行选择，所述接收数据预处理模块对所选择链路的信息进行预处理，所述数据融合模块将预处理后的数据进行相关、融合以及合成之后存储到目标状态数据库模块中并同时发送到显示控制模块和危险评估模块中分别进行显示控制和避撞危险评估。
2.根据权利要求1所述的一种基于多模式数据链路的通信导航监视系统，其特征在于：所述机载系统还包括扩展模块，该模块具有显示控制、短消息语音提示和机载电话免提的功能。
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