CN104318809A

CN104318809A - 一种带3g功能的便携ads-b机载系统

Info

Publication number: CN104318809A
Application number: CN201410536247.5A
Authority: CN
Inventors: 彭思; 赵春光; 王寿峰; 欧乐庆; 章林; 张钟江; 朱栋; 成伟明; 龙超; 付乾良; 王毅艳; 王梦
Original assignee: CETC 28 Research Institute
Current assignee: CETC 28 Research Institute
Priority date: 2014-10-11
Filing date: 2014-10-11
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2034-10-11
Also published as: CN104318809B

Abstract

本发明公开了一种带3G功能的便携ADS-B机载系统，包括信号数据处理模块、ADS-B发送接收模块、3G发送接收模块、GNSS接收模块、显示模块；信号数据处理模块用于处理来自GNSS接收模块、3G发送接收模块以及ADS-B发送接收模块的信号，提取其中的信息对其进行过滤、解包、组包处理；ADS-B发送接收模块用于接收空中广播的ADS-B信息，并将信号数据处理模块组包好的ADS-B信息转换成射频信号发送出去；3G发送接收模块用于接收地面服务器发送的目标信息、飞行服务信息，并将自身定位信息等发送出去；GNSS接收模块负责接收来自GNSS导航系统的信号，将数据发送至信号数据处理模块进行处理。

Description

一种带3G功能的便携ADS-B机载系统

技术领域

本发明涉及一种应用于通用航空器的机载ADS-B(广播式自动相关监视AutomaticDependent Surveillance-Broadcast)系统，尤其是涉及一种带3G功能的便携ADS-B机载系统。

背景技术

随着低空空域管理改革的日益深入和民众对低空空域使用需求的快速提升，低空空域飞行活动呈井喷式快速增长。包括直升机、三角翼、动力伞、热气球等在内的通用航空器的飞行活动日益增多，所带来的飞行安全和管理安全的风险逐步增大，同时对民用运输飞行和军事训练飞行也造成了较大的影响。因此，必须通过有效途径提升地面管制系统对低空态势的掌控能力以及航空器对自主飞行的管理能力。

目前对于航空器监视的手段有几种，如雷达监视、多基站测量定位监视、ADS-B监视技术等。雷达监视(一次雷达、二次雷达)最为常见，但是由于通用航空器本身体积小、载荷轻、保障能力不足，无法参照常规固定翼或螺旋桨飞机配置复杂的机载导航监视设备；另外，通用航空器飞行具有机动和灵活的特点，使用现有常规雷达监视手段(一次雷达、二次雷达)无法实现监视的全面覆盖。相对于常规地面雷达监视手段，多基站测量定位技术为一种新兴技术，它采用时差定位技术，利用多个基站的到达时间差进行位置的解算，多点定位监视技术的实现需要部署大量地面站点，从而增加了地面监视建设成本，对于低空监视也不太合适。ADS-B技术为目前使用较多的一种监视技术，它是一种基于全球卫星定位系统和利用地空、空空数据链通信完成交通监视和信息传递的空管监视新技术。ADS-B技术依托精确的全球卫星定位系统和航空器的自我测算能力，使位置和高度的探测精度得到大幅度提高；通过在地空和空空之间建立有效的数据链接，实现对多种信息的交换，其数据更新率快，信息内容丰富，可以为空中飞行员提供更加快捷的飞行服务和飞行通告校验传输数据服务，提升地面系统或周边航空器的态势感知。但是，ADS-B设备的发送和接收信息的要求可视，且距离是有限的，在低空受环境的制约程度十分明显，尤其在有遮挡的情况，以及超出了地面站接收范围或在未建立地面站的区域航行的飞机就无法监视，如何解决上述情况下的地面飞行管制系统对装有ADS-B机载设备的飞机进行监视的问题，对于低空飞行的通用航空器的飞行监视和管理具有重大的实用意义。综上所述，为保证地面飞行管制系统对通用航空器用户飞行全过程的监视，以及通用航空器用户能在空中能获取连续、稳定的信息服务，有必要研究一种新型的机载ADS-B设备来满足要求。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种带3G功能的便携ADS-B机载系统。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种带3G功能的便携ADS-B机载系统，包括信号数据处理模块、在信号处理模块外围分别连接ADS-B发送接收模块、3G发送接收模块、GNSS接收模块、显示模块、电源模块，ADS-B发送接收模块和3G发送接收模块各设有天线；

信号数据处理模块用于处理来自GNSS接收模块、3G发送接收模块以及ADS-B发送接收模块的信号，提取其中的信息对其进行过滤、解包、组包处理；

ADS-B发送接收模块用于接收空中广播的ADS-B信息，并将信号数据处理模块组包好的ADS-B信息转换成射频信号发送出去；

3G发送接收模块用于接收地面服务器发送的目标信息、飞行服务信息，并将自身定位信息等发送出去；

GNSS接收模块负责接收来自GNSS导航系统的信号，将数据发送至信号数据处理模块进行处理；

显示模块提供空中目标态势、飞行服务信息显示以及运行管理状态显示；

电源模块用于供电，天线用于辅助ADS-B发送接收模块和3G发送接收模块发射和接收信号。

本发明系统中，考虑到航空器在不同飞行空域内地面监视和通信覆盖能力不同，合理选择3G无线通信服务和基于1090ES数据链ADS-B技术，具有三种工作模式：

单3G网络模式，通过3G网络发送自身定位信息，同时接收地面服务器提供的空中目标、飞行服务信息；

单ADS-B模式，通过1090ES数据链将自身定位信息发送给ADS-B地面站，同时接收其他航空器发送的ADS-B信息，实现ADS-B信息输入；

双链路模式，1090ES数据链和3G网络都将自身信息发送给地面，利用1090ES数据链接收其他航空器ADS-B信息的同时，3G网络也接收地面服务器提供的空中目标、飞行服务信息，实现双通道和链路运行。

本发明系统中，在3G信号覆盖区域内，通过3G无线通信网访问地面服务器，从而获取空中态势信息、飞行服务信息，在超出3G信号覆盖区域外时，采用1090ES数据链接收其他航空器的ADS-B信息，实现态势显示。

本发明系统中，所述GNSS导航系统包含北斗、GPS及GLANSS。

本发明可以实现地面飞行管制系统对通用航空器用户的飞行监视，同时能为通用航空器用户提供连续、稳定的信息服务，实现监视的全面覆盖，该设备集信息采集、数据生成、信息处理、信息分发、运行管理、态势显示等功能于一体，具有体积小，集成度高，功能齐全，适用性强的特点。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1、现有的机载监视设备多采用单ADS-B技术或是只装载了S模式二次应答机，采用单ADS-B技术在复杂城市上空或是地形遮挡较多时信号容易被遮挡，采用S模式二次应答机的航空器需要二次雷达的询问才能将信息应答给地面管制系统；本发明采用多模式收发技术，考虑到不同航空器在不同飞行空域内地面监视和通信覆盖能力不同，合理选择3G无线网络服务与1090ES数据链ADS-B监视服务手段，实现复杂城市上空或是地形遮挡较多区域的全覆盖。采用3G网络通信来实现监视信息和服务信息的交换大幅度提升了监视覆盖、信息服务的实时性和数据量，两种监视手段的组合确保能为地面管制系统及通航用户提供连续稳定的信息服务。

2、便携ADS-B机载设备集信息采集、数据生成、信息处理、信息分发、运行管理、态势显示等功能于一体，功能齐全，集成度高，不仅能通过两种无线通信方式发送航空器定位信息实现对空监视功能，还能接收其他航空器发送的ADS-B信息，在实现ADS-B IN功能的同时采用3G无线通信技术接收地面服务站的飞行服务信息，实现航空器之间的空空监视以及为通用航空器用户提供飞行服务。便携ADS-B机载设备改变了以往机载ADS-B设备体积大、功耗大的缺陷，满足了体积小、随身携带、便于操作等小型航空器配置使用需求，同时又能够适应ADS-B监视的使用要求。

综上，本发明的一种带3G功能的便携ADS-B机载设备具有体积小，集成度高，功能齐全，适用性强等优点，能满足对低空通用航空器监视要求。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1是本发明实施例的组成模块示意图。

图2是本发明实施例的信息交换示意图。

具体实施方式

本发明针对低空空域3G覆盖区域下通用航空器信息交换的问题，公开了一种具备3G通信功能的便携ADS-B机载设备，实现基于1090ES数据链的ADS-B和3G双模通信能力，具备信息采集、数据生成、信息处理、信息分发、运行管理及显示等功能。本发明具有以下显著特点：(1)支持基于1090ES数据链的ADS-B通信技术和3G无线通信技术；(2)能够通过切换工作模式实现实时、连续、准确地发送载机地址、飞行标识、位置、高度、航向等飞行信息；(3)能够通过ADS-B通信技术，实时接收周边航空器ADS-B信息；(4)能够通过3G通信技术，实时接收地面基站转发的飞行服务信息；(5)能够支持ADS-B信息和3G信息的叠加显示；(6)支持通信链路自动切换和人工选择；(7)具有体积小，集成度高、使用灵活的特点，适合低空通用航空器、人员便携使用。具体实施方式如下：

下文结合附图以及具体实施例对本发明进行详细描述。

参照图1，一种带3G功能的便携ADS-B机载设备由信号数据处理模块、ADS-B发送接收模块、3G发送接收模块、GNSS接收模块、显示模块、电源模块及天线等组成，完成GNSS信息获取、信息解析、ADS-B/3G信息生成、ADS-B/3G信息发送、ADS-B/3G信息接收、信息交互、状态监控等功能，具体描述如下：

a)接收GNSS系统提供导航信息，包括本机经度、纬度、时间等数据；

b)便携ADS-B机载设备对接收到的GNSS信息，结合设置信息，形成包括航空器坐标、速度、状态、时间等数据在内的本机ADS-B信息和3G信息；

c)在ADS-B模式开启的情况下以规定间歇自动发送1090MHZ的扩展间歇广播信号，向地面站或装有1090ES数据链机载端的飞机广播本机地址、飞行识别码、位置、状态、高度、航向等本机飞行信息；在3G模块开启的情况下以自定义格式自动向地面服务站发送本机地址、飞行识别码、位置、状态、高度、航向等本机飞行信息；

d)加电自检：开机时对数据处理器(CPU)运行状态、天线连接状态、电源、通信状态、发射机、接收机状态、GNSS状态等模块进行检测；

e)周期自检：设备对数据处理器(CPU)运行状态、天线连接状态、电源、通信状态、发射机、发射功率、接收机状态、GNSS状态等模块进行检测；

f)维护自检：可用维护计算机对数据处理器(CPU)运行状态、天线连接状态、电源、通信状态、发射机、接收机状态、GNSS状态等模块进行检测；

g)能够对设置信息及故障信息进行记录，以便事后分析；能通过显示模块进行参数设置和管理，对运行状态进行实时监视管理，能够对故障进行自动检测和告警(声音、光)提示、能够对设置信息及故障信息进行记录；

h)便携ADS-B机载设备能在ADS-B模块开启时接收其他航空器发送的ADS-B信息，实现ADS-B IN的功能，在3G模式开启时接收地面服务器发送的空中态势信息以及飞行服务信息。对所接收的信息进行解码、跟踪处理，提供态势显示服务，支持地面飞行服务信息、告警信息的显示和危险告警提示，并提供设备运行监视管理界面和人工干预手段。

参照图2，图2为本发明的一个实施例，为同时采用3G无线通信技术和1090ES数据链ADS-B技术的低空、空空数据交换示意图。

1090ES数据链是利用空地、空空数据通信完成交通监视和信息传递的一种航行新技术，能够更加实时和准确的提供航空器位置等监视信息，具有建设投资成本低、维护费用低，使用寿命长等特点，国际民航组织(ICAO)将其确定为未来监视技术发展的主要方向，国际航空界正在积极推进该项技术的应用，我国已将其作为我国的数据链应用政策。3G是第三代移动通信技术的简称,是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术,它能够在全球范围内更好地实现无线漫游,处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式,提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。3G技术的主要优点是能极大地增加系统容量、提高通信质量和数据传输速率。此外利用在不同网络间的无缝漫游技术,可将无线通信系统和Internet连接起来,从而可对移动终端用户提供更多更高级的服务。目前3G网络由于高度覆盖低无法满足低空监视要求，但1090ES数据链在超低空无法覆盖，所以利用双方优势进行互补，从而实现航空器的连续监视。通过在便携ADS-B机载设备中配备3G模块、在地面配置3G飞行服务网站，利用蜂窝移动通讯技术、无缝漫游技术、APN技术等为航空器提供便捷的定位、导航、飞行计划管理、服务数据获取手段。

根据设备功能，机载设备通过3G网络通信和1090ES数据链实现与ADS-B地面站、3G服务基站或其他航空器建立数据交换，其数据交换示意图如图2所示。3G无线网络服务与基于1090ES数据链的ADS-B服务，在使用目的上都是为通航用户提供更加可靠、实时、丰富的定位、信息服务，通过动态路由技术，通过便携ADS-B机载设备对通信链路监听和监视覆盖分析，合理选择服务手段，将可以保证通航用户在飞行全过程中获取连续、稳定的信息服务。考虑到不同航空器在不同飞行空域内地面监视和通信覆盖能力不同，实时监听ADS-B通道和3G通道的状态，设备采用不同的工作模式，主要包括双链路模式、单ADS-B模式、单3G网络模式，并支持模式自动切换和人工切换，具体描述如下：

1、双链路模式

当航空器的飞行空域内3G和ADS-B覆盖良好，此时可启动多通道模式。在多通道模式下，工作内容包括：

a)通过ADS-B机载设备实时获取ADS-B的定位、授时、空空监视等信息；

b)通过3G网络实时接收移动定位、授时、服务信息；

c)对多元定位信息进行融合处理，形成自主相关监视信息；

d)通过ADS-B机载设备实时广播发送ADS-B监视信息；

e)通过3G网络实时下传位置等监视信息；

f)对所接收ADS-B信息、3G服务信息以及运行状态信息进行实时处理和显示。

2、单ADS-B模式

当航空器的飞行空域内3G无法覆盖，但ADS-B覆盖良好，此时可启动ADS-B模式。在ADS-B模式下，工作内容包括：

b)由ADS-B机载设备实时广播发送ADS-B监视信息；

c)对所接收的各种信息进行实时处理和显示。

3、单3G网络模式

当航空器的飞行空域内3G覆盖良好，但ADS-B信息受到遮挡时，此时可启动3G模式。在3G模式下，工作内容包括：

a)通过自带GPS模块实时接收星基定位和导航信息；

b)通过3G网络接收移动定位、授时、服务信息；

c)通过自带对多元定位信息进行融合处理，形成自主相关监视信息；

d)通过3G网络实时下传位置信息；

e)对所接收3G服务信息以及运行状态信息进行实时处理和显示。

由此可见，本发明公开了一种带3G功能的便携ADS-B机载设备，包括信号数据处理模块、ADS-B发送接收模块、3G发送接收模块、GNSS接收模块、显示模块、电源模块及天线组成，由于同时采用了基于1090ES数据链的ADS-B技术和3G无线通信技术构建地空和空空数据链，通过切换工作模式实现实时、连续、准确地发送载机标识、位置、航向等信息，并接收周围航空器的态势信息和地面服务器的飞行服务信息，实现地空监视和空空监视。其工作模式包括单3G网络模式、单ADS-B模式、双链路模式三种。本设备具有信息采集、数据生成、信息处理、信息分发、运行管理及显示等功能，体积小，集成度高，使用灵活，有效的补充了低空监视能力不足的问题，能满足低空空域对空监视和空空监视的使用需求。

本发明提供了一种带3G功能的便携ADS-B机载系统，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims

1.一种带3G功能的便携ADS-B机载系统，其特征在于，包括信号数据处理模块、在信号处理模块外围分别连接ADS-B发送接收模块、3G发送接收模块、GNSS接收模块、显示模块、电源模块，ADS-B发送接收模块和3G发送接收模块各设有天线；

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，具有三种工作模式：

3.根据权利要求1所述系统，其特征在于，在3G信号覆盖区域内，通过3G无线通信网访问地面服务器，从而获取空中态势信息、飞行服务信息，在超出3G信号覆盖区域外时，采用1090ES数据链接收其他航空器的ADS-B信息，实现态势显示。

4.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述GNSS导航系统包含北斗、GPS及GLANSS。