CN104501828B - 一种通用航空机载监视系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种通用航空机载监视系统，该系统包括：气压高度测量模块，测量通用航空飞行器的气压式高度信息，并将其发送给中央处理单元；定位模块，实时提供通用航空飞行器的定位信息，并将其发送给中央处理单元；北斗处理单元与北斗天线连接，利用北斗卫星进行收发通信；北斗处理单元，处理接收到的外部命令信息，并将处理后的命令信息发送给中央处理单元，并将从中央处理单元获取的处理后的定位信息，通过北斗天线发送出去；中央处理单元，处理各个模块需要的定位信息，管理整个机载监视系统的运行情况；电池模块，提供电源。本发明有效的提高通用航空飞行器的监视能力，为通用航空飞行器拥有者和低空空域管理方提供了切实有效的监视手段。
Description
技术领域
本发明属于通用航空技术领域，尤其是一种基于北斗和ADS-B1090MHz一体化的通用航空机载监视系统。
背景技术
通用航空General Aviation，是指使用民用航空器从事公共航空运输以外的民用航空活动，包括从事工业、农业、林业、渔业和建筑业的作业飞行以及医疗卫生、抢险救灾、气象探测、海洋监测、科学实验、教育训练、文化体育等方面的飞行活动。随着我国通航产业的不断发展以及国家低空开放政策的不断释放，截止到2013年低，我国共有通用航空器1623架，预计2014年底达到1800架，到2020年达到5000架。由于通用航空器具有体积小、飞行器类型多、作业高度低、以目视飞行为主、价格便宜、机载设备简单、飞行随意性大等特点，容易引发飞行难以监视、国家防空和要地防空等安全问题。
目前军用航空和民用运输航空飞行的主要监视手段是以一次雷达、二次雷达进行主动监视为主，随着国际ADS-B(广播式自动相关)技术的不断发展，民用运输航空在逐步的推广使用。
但由于通用航空的飞行器小、飞行高度低(一般以3000米以下，尤其是1000米以下为主)等特点，一次雷达和二次雷达主动监视会出现监视盲区，如图1所示，图1中，圆圈中的飞行器就处于监视盲区中，因此传统的以雷达为主的主动监视手段难以满足低空通航飞行监视的要求。
ADS-B系统是广播式自动相关的简称，其由多个地面站和机载站组成，以网状、点对多点方式完成数据双向通信能力。其工作原理如图2所示，具体地，机载ADS-B设备通过机载GPS获取飞机的实施位置后，将飞机位置以1090MHz的频率和206B格式广播出去，这样地面安装的ADS-B地面接收机和空中飞机上的ADS-B接收机就能够收到飞机主动广播出去的位置信息，从而达到地面和空中飞机监视飞机的能力。由于其属于地面接收机视距监视，因此同样存在地面接收机被遮挡看不到飞机的情况。同时目前主流的通用航空飞行器绝大多数都没有安装机载ADS-B接收机，因此如果使用ADS-B监视手段，需要为通用航空飞行器加装机载ADS-B设备。
因此采用目前主流的雷达和ADS-B方式需要架设更多的地面站，才能满足低空空域的全覆盖。随着我国通用航空产业的迅速发展，通用航空器会越来越多，低空空域安全问题会更加严重。因此急需一种成熟的、性价比高的监视手段来解决低空飞行监视的难题。
发明内容
为了解决上述现有技术中通用航空飞行存在的盲区问题，本发明提出一种通用航空机载监视系统，尤其是一种基于北斗和ADS-B1090MHz一体化的通用航空机载监视系统。
本发明提出的一种通用航空机载监视系统包括：气压高度测量模块、定位模块、北斗天线、北斗处理单元、中央处理单元和电池模块，其中：
所述气压高度测量模块与所述中央处理单元连接，用于测量通用航空飞行器的气压式高度信息，并将得到的气压式高度信息发送给所述中央处理单元进行处理；
所述定位模块与所述中央处理单元连接，用于实时提供通用航空飞行器的定位信息，并将得到的定位信息发送给所述中央处理单元进行处理；
所述北斗处理单元与所述北斗天线连接，用于利用北斗卫星进行收发通信；
所述北斗处理单元与中央处理单元连接，用于处理从北斗天线接收到的外部命令信息，并将处理后的命令信息发送给所述中央处理单元，以及将从中央处理单元获取的处理后的定位信息，以北斗短消息的格式，通过北斗天线发送出去；
所述中央处理单元用于处理各个模块需要的定位信息，管理整个机载监视系统的运行情况，协调各个模块的工作，保证整个机载监视系统正常运转；
所述电池模块用于为整个机载监视系统提供电源。
其中，所述气压高度测量模块为气压高度表。
其中，所述定位信息至少包括位置信息和时间信息。
其中，所述定位模块为GPS模块，所述GPS模块与GPS卫星通信，以获得通用航空飞行器的定位信息。
其中，还包括网络模块，所述网络模块与所述中央处理单元连接，用于将所述中央处理单元处理后的定位信息通过网络发送给外部设备。
其中，所述网络模块为Wifi模块，且所述网络模块以TCP协议形式发送数据。
其中，还包括GSM处理单元和GPRS天线，其中，所述GSM处理单元与中央处理单元和GPRS天线连接，用于将从中央处理单元获取的处理后的定位信息，以GPRS的格式通过GPRS天线发送到外部设备。
其中，还包括ADS-B读写天线、ADS-B接收单元、ADS-B发射单元，其中：
所述ADS-B接收单元与所述中央处理单元连接，用于将通过所述ADS-B读写天线接收到的ADS-B信息发送给中央处理单元进行处理，并为所述机载监视系统提供飞机位置信息输入；
所述ADS-B发射单元与所述中央处理单元连接，用于将所述中央处理单元处理后的定位信息、气压高度信息以及通用航空飞行器ID信息以ADS-B格式广播出去。
其中，所述ADS-B接收单元和ADS-B发射单元共用所述ADS-B读写天线，以实现ADS-B信息的接收和发送。
本发明的技术效果为：
1、全国(全球)通信无死角；
由于北斗属于全球卫星定位通信系统，本发明采用北斗短消息对外通信手段，因此如果将本发明系统安装在通用航空航空器上，可以实现全国(全球)飞行范围内的监视。
2、飞机空中监视有手段；
本发明同时集成ADS-B In(接收)和ADS-B Out(发射)的监视手段，因此在装有本发明系统的通用航空飞行器上可以接收发射1090Mhz的ADS-B飞机信息数据，监视到以该系统为中心的一定距离内的飞机信息，形成空中监视能力。
3、低空飞行监视有保障；
本发明系统同时采用北斗、ADS-B和GPRS三种通信手段，将获取的GPS位置信息发送出去，形成通信手段互相补充的能力，北斗用于低频率1次/分(1次/30秒)，ADS-B用于自身广播，GPRS用于低空飞行时指定地面接收的信息处理机，三种通信手段形成互相补充，使得安装有本发明机载监视系统的通用航空器得到有效的监视。
4、监视信息准，效率高、成本低。
由于本发明系统采用主动将GPS定位信息通过不同的手段进行发送的方式，因此接收到的设备位置信息准确(GPS的精度)；本发明系统采用主动发送，协作式监视手段，地面监视仅需要解析GPS信息即可，不用通过复杂的计算和航迹数据融合等处理，就可以得到精确的位置，因此监视效率高；由于该设备采用成熟的定位和通信手段，且系统工作运行简单，费用及其低廉，大概是使用一次雷达和二次雷达的1/1000的成本费用。
总之，通过使用本发明提供的通用航空机载监视系统，可以有效的提高通用航空飞行器的监视能力，为通用航空飞行员提供机载端的空中态势监视能力，为飞行员判断空中飞行态势提供了有效手段；为通用航空飞行器拥有者和低空空域管理方提供了一种切实有效的监视手段，为管理者提供了低空飞行态势数据，为低空空域飞行安全提供了保障，进而促进了我国低空通航的安全及相关产业链的发展。
附图说明
图1是现有技术中一次雷达和二次雷达监视盲区示意图；
图2是ADS-B系统的工作原理示意图；
图3是本发明通用航空机载监视系统结构及与外部系统连接示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明采用我国自主创新的北斗卫星导航系统和ICAO认可的ADS-B技术相结合，采用协作式监视方式，实现低空通用航空器的监视能力。
我国自行研发的北斗卫星导航系统具备定位、授时、短消息通信三个功能，由于其具备卫星通信能力，因此具备“全国覆盖(全球覆盖)”、“实时通信”的特点，并且不需要在地面架设多个地面接收机，仅仅需要一个地面接收机就可以收到全国覆盖范围内装有对应设备的信息。
图3是本发明通用航空机载监视系统结构及与外部系统连接示意图，如图3所示，所述通用航空机载监视系统包括：气压高度测量模块、定位模块、ADS-B读写天线、ADS-B接收单元(ADS-B In)、ADS-B发射单元(ADS-B Out)、网络模块、GPRS天线、北斗天线、北斗处理单元、GSM处理单元、中央处理单元和电池模块，其中：
所述气压高度测量模块与所述中央处理单元连接，用于测量通用航空飞行器的气压式高度信息，并将得到的气压式高度信息发送给所述中央处理单元进行处理；
在本发明一实施例中，所述气压高度测量模块为气压高度表。
其中，所述中央处理单元所作的处理包括但不限于ADS-B格式信息合成、网络格式信息的合成、网络格式信息的发送控制等。
所述定位模块与所述中央处理单元连接，用于实时提供通用航空飞行器的定位信息，并将得到的定位信息发送给所述中央处理单元进行处理；
其中，所述定位信息至少包括位置信息和时间信息。
在本发明一实施例中，所述定位模块为GPS模块，所述GPS模块与GPS卫星通信，以获得通用航空飞行器的定位信息。
其中，所述中央处理单元所作的处理包括但不限于ADS-B格式信息合成、网络格式信息的合成、网络格式信息的发送控制等。
所述ADS-B接收单元和ADS-B发射单元共用所述ADS-B读写天线，以实现ADS-B信息的接收和发送；
所述ADS-B接收单元与所述中央处理单元连接，用于将通过所述ADS-B读写天线接收到的ADS-B信息发送给中央处理单元进行处理，并为所述机载监视系统提供飞机位置信息输入；
其中，所述ADS-B读写天线与ADS-B地面接收机进行通信。
其中，所述中央处理单元所作的处理包括但不限于ADS-B信息的解析、ADS-B格式位置信息的解析等。
所述ADS-B发射单元与所述中央处理单元连接，用于将所述中央处理单元处理后的定位信息、气压高度信息以及通用航空飞行器ID信息以ADS-B格式广播出去；
所述网络模块与所述中央处理单元连接，用于将所述中央处理单元处理后的定位信息通过网络发送给外部设备，比如外部的移动设备；
在本发明一实施例中，所述网络模块为Wifi模块，且所述网络模块以TCP协议形式发送数据。
所述GSM处理单元与中央处理单元和GPRS天线连接，用于将从中央处理单元获取的处理后的定位信息，以GPRS的格式通过GPRS天线发送到外部设备；
其中，所述GPRS天线与移动通信基站进行通信。
所述北斗处理单元与所述北斗天线连接，用于利用北斗卫星进行收发通信；
其中，所述北斗卫星与北斗地面接收机进行通信。
所述北斗处理单元与中央处理单元连接，用于处理从北斗天线接收到的外部命令信息，并将处理后的命令信息发送给所述中央处理单元，以及将从中央处理单元获取的处理后的定位信息，以北斗短消息的格式，通过北斗天线发送出去；
其中，所述处理包括但不限于北斗格式信息的解析、北斗格式信息的合成等。
所述中央处理单元是整个机载监视系统的核心，用于综合处理各个模块需要的定位信息，同时管理整个机载监视系统的运行情况，协调各个模块有效的工作，保证整个机载监视系统正常运转；
所述电池模块用于为整个机载监视系统提供电源。
其中，所述电池模块可以外接5V/2A进行输入，提供连续12小时工作所需的电量。
其中，上述与本发明机载监视系统连接的外部设备，比如北斗地面接收机、ADS-B地面接收机和移动通信基站均与设置于地面的地面监视服务系统进行通信。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种通用航空机载监视系统，其特征在于，该系统包括：气压高度测量模块、定位模块、北斗天线、北斗处理单元、中央处理单元、WIFI网络模块、电池模块、GSM处理单元和GPRS天线、ADS-B读写天线、ADS-B接收单元、和ADS-B发射单元，其中：
所述气压高度测量模块为气压高度表，与所述中央处理单元连接，用于测量通用航空飞行器的气压式高度信息，并将得到的气压式高度信息发送给所述中央处理单元进行处理；
所述定位模块与所述中央处理单元连接，用于实时提供通用航空飞行器的定位信息，并将得到的定位信息发送给所述中央处理单元进行处理；
所述北斗处理单元与所述北斗天线连接，用于利用北斗卫星进行收发通信；
所述北斗处理单元与中央处理单元连接，用于处理从北斗天线接收到的外部命令信息，并将处理后的命令信息发送给所述中央处理单元，以及将从中央处理单元获取的处理后的定位信息，以北斗短消息的格式，通过北斗天线发送出去；
所述中央处理单元用于处理各个模块需要的定位信息，管理整个机载监视系统的运行情况，协调各个模块的工作，保证整个机载监视系统正常运转；
所述电池模块用于为整个机载监视系统提供电源；
所述GSM处理单元与中央处理单元和GPRS天线连接，用于将从中央处理单元获取的处理后的定位信息，以GPRS的格式通过GPRS天线发送到外部设备；
所述ADS-B接收单元与所述中央处理单元连接，用于将通过所述ADS-B读写天线接收到的ADS-B信息发送给中央处理单元进行处理，并为所述机载监视系统提供飞机位置信息输入；
所述ADS-B发射单元与所述中央处理单元连接，用于将所述中央处理单元处理后的定位信息、气压高度信息以及通用航空飞行器ID信息以ADS-B格式广播出去；
所述WIFI网络模块与所述中央处理单元连接，用于将所述中央处理单元处理后的定位信息通过网络发送给外部设备；所述中央处理单元所作的处理包括网络格式信息的合成、网络格式信息的发送控制；
所述机载监视系统同时采用北斗、ADS-B和GPRS三种通信手段，北斗用于低频率1次/分，ADS-B用于自身广播，GPRS用于低空飞行时指定地面接收的信息处理机，将获取的GPS位置信息发送出去，形成通信手段互相补充的能力。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述定位信息至少包括位置信息和时间信息。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述定位模块为GPS模块，所述GPS模块与GPS卫星通信，以获得通用航空飞行器的定位信息。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述ADS-B接收单元和ADS-B发射单元共用所述ADS-B读写天线，以实现ADS-B信息的接收和发送。
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