CN104851323B - 基于北斗的飞机安全起降实时监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于北斗的飞机安全起降实时监控系统，包括：图像采集装置，用于采集飞机周围的图像信息；机载设备，用于感测飞机的状态参数值；多传感器障碍物检测系统，用于检测飞机附近的障碍物信息；地面控制中心，包括地面接收设备及信息控制中心；北斗通信单元，其与所述地面控制中心连接，用于与北斗卫星实时通信；北斗卫星导航系统，用于对飞机飞行路线进行实时导航。本发明提供的基于北斗的飞机安全起降实时监控系统的有益效果是：能够实时全面监控飞机自身基本状态参数及飞机周围障碍物信息，并且通过北斗卫星实时导航定位，可以保证飞机在特殊天气下能够安全起飞和降落，增加飞行安全系数。

Description

基于北斗的飞机安全起降实时监控系统

技术领域

本发明涉及飞机安全实时监控系统领域，尤其涉及基于北斗的飞机安全起降实时监控系统。

背景技术

目前，对于航班延误或者飞机迫降的原因多种多样，有因为天气原因造成的，有地面管制不利造成的，还有旅客自身影响造成的等等。然而天气原因是造成世界各国航班延误或者飞机迫降的主要原因，造成航班延误或者飞机迫降的具体情况为：出发地机场天气状况不宜起飞或者目的地机场天气状况不宜降落。

乘客乘坐飞机外出旅行或者回家经常会碰到因为天气原因导致飞机航班延误或被迫降落等。在特殊天气中飞机在下降或起飞的过程中，飞行员的视野会受到一定程度的限制，对飞机的控制也会受到一定的影响，如果能及时了解飞机的自身状况及外界周围环境的状况，就会提高飞机起飞和降落的安全性。

发明内容

本发明的实施例旨在克服以上技术问题，提出一种能够全面实时检测飞机在起降过程中的状况信息并且通过北斗卫星实时导航的基于北斗的飞机安全起降实时监控系统。

为解决上述技术问题，根据本发明的第一方面，提供一种基于北斗的飞机安全起降实时监控系统，其中，包括：

图像采集装置，其设置于飞机主体上，用于采集飞机周围的图像信息；

机载设备，用于感测飞机的状态参数值；

多传感器障碍物检测系统，用于检测飞机附近的障碍物信息；

地面控制中心，包括地面接收设备及信息控制中心，所述地面接收设备用于接收所述图像采集装置、所述机载设备与所述多传感器障碍物检测系统的信息，所述信息控制中心用于根据所述地面接收设备的信息作出控制指令；

北斗通信单元，其与所述地面控制中心连接，用于将所述地面控制中心的信息以北斗短报文的形式与北斗卫星实时通信；

北斗卫星导航系统，用于对飞机飞行路线进行实时导航。

根据本发明的第二方面，提供一种基于北斗的飞机安全起降实时监控系统，其中，所述北斗卫星导航系统包括导航定位处理器与导航显示装置。

根据本发明的第三方面，提供一种基于北斗的飞机安全起降实时监控系统，其中，所述机载设备包括监测设备及收发天线，所述监测设备用于检测飞机在飞行状态下的实时基本状态信息；所述收发天线用于接收北斗卫星发送的北斗定位信息，还用于将飞机的所述实时基本状态信息以北斗短报文的形式发送给北斗卫星。

根据本发明的第四方面，提供一种基于北斗的飞机安全起降实时监控系统，其中，所述监测设备包括角速度传感器、角加速度传感器或陀螺仪。

根据本发明的第五方面，提供一种基于北斗的飞机安全起降实时监控系统，其中，所述实时基本状态信息包括三向加速度、三向角速度和飞行姿态。

根据本发明的第六方面，提供一种基于北斗的飞机安全起降实时监控系统，其中，所述北斗定位信息包括当前时间、经度、纬度、高度、飞行速度和飞行航向之一或它们的组合。

根据本发明的第七方面，提供一种基于北斗的飞机安全起降实时监控系统，其中，多传感器障碍物检测系统包括：

障碍物探测模块，用于探测飞机附近是否存在障碍物；

障碍物测距模块，用于测量飞机附近的障碍物距离飞机的距离；

中央处理单元，用于接收所述障碍物探测模块与所述障碍物测距模块的障碍物信息，并根据所述障碍物信息输出障碍物综合数据结果；

提示模块，其与所述中央处理单元连接，用于接收所述障碍物综合数据结果，并根据所述障碍物综合数据结果进行提示；

电源模块，用于对所述障碍物探测模块、所述障碍物检测模块、所述中央处理单元及所述提示模块供电。

根据本发明的第八方面，提供一种基于北斗的飞机安全起降实时监控系统，其中，所述中央处理单元采用DSP芯片或单片机芯片；所述障碍物探测模块采用微波雷达探测器、超声波探测器、激光探测器或红外探测器；所述提示模块包括蜂鸣器和显示器；所述显示器为LED数码显示管或LCD显示模块。

根据本发明的第九方面，提供一种基于北斗的飞机安全起降实时监控系统，其中，所述微波雷达探测器型号为T9251A。

根据本发明的第十方面，提供一种基于北斗的飞机安全起降实时监控系统，其中，所述障碍物测距模块检测障碍物与飞机的距离方法包括微波雷达测距法、超声波测距法、激光测距法或红外测距法。

本发明提供的基于北斗的飞机安全起降实时监控系统，能够实时全面监控飞机自身基本状态参数及飞机周围障碍物信息，并且通过北斗卫星实时导航定位，可以保证飞机在特殊天气下能够安全起飞和降落，增加飞行安全系数。

附图说明

图1为本发明的基于北斗的飞机安全起降实时监控系统的框架结构示意图；

图2为本发明的基于北斗的飞机安全起降实时监控系统的多传感器障碍物检测系统的框架结构示意图。

附图标记说明：

1、图像采集装置 2、机载设备

3、多传感器障碍物检测系统 4、地面控制中心

5、北斗通信单元 6、北斗卫星导航系统

31、障碍物探测模块 32、障碍物测距模块

33、中央处理单元 34、提示模块

35、电源模块

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构及技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

本发明实施例提供了一种基于北斗的飞机安全起降实时监控系统，图1为本发明的基于北斗的飞机安全起降实时监控系统的框架结构示意图。如图1所示，该基于北斗的飞机安全起降实时监控系统包括：图像采集装置1、机载设备2、多传感器障碍物检测系统3、地面控制中心4、北斗通信单元5及北斗卫星导航系统6。其中，图像采集装置1，其设置于飞机主体上，用于采集飞机周围的图像信息；机载设备2，用于感测飞机的状态参数值；多传感器障碍物检测系统3，用于检测飞机附近的障碍物信息；地面控制中心4，包括地面接收设备及信息控制中心，地面接收设备用于接收图像采集装置1、机载设备2与多传感器障碍物检测系统3的信息，信息控制中心用于根据地面接收设备的信息作出控制指令；北斗通信单元5，其与地面控制中心4连接，用于将地面控制中心4的信息以北斗短报文的形式与北斗卫星实时通信；北斗卫星导航系统6，用于对飞机飞行路线进行实时导航。这样设置可以实时使飞行员了解特殊天气条件下飞机自身及周围环境中障碍物信息情况，并且能够通过北斗卫星导航系统进行实时导航，增加了飞行的安全性。

作为进一步的技术方案，机载设备2包括监测设备及收发天线。

进一步地，监测设备用于检测飞机在飞行状态下的实时基本状态信息，该实时基本状态信息包括三向角加速度、三向角速度和飞行姿态。需要说明的是，监测设备可以为角速度传感器、角加速度传感器或陀螺仪。其中，角加速度与角速度数据值可以分别由角加速度传感器与角速度传感器直接测出。另外，在飞机的飞行过程中，飞机的运动是围绕着三个轴进行运动的：横轴(俯仰)、纵轴(滚转)以及竖轴(偏航)。横轴(俯仰)：从一侧机翼翼尖到另一侧机翼翼尖之间假想出来的一条直线，飞机围绕横轴的运动叫做俯仰，由升降舵进行控制；纵轴(滚转)：从飞机头部到尾部之间假想出来的一条直线。飞机围绕纵轴的运动叫滚转，由副翼进行控制；竖轴(偏航)：从横轴和纵轴交点处，垂直延伸出来的一条假象的直线，飞机围绕竖轴的运动叫偏航，由方向舵进行控制。因此对于飞机的实时基本状态信息中的角加速度与角速度分别为三向角加速度与三向角速度。另外，飞机在空中飞行与在地面运动的交通工具不同，它具有各种不同的飞行姿态，主要为飞机的仰头、低头、左倾斜、右倾斜等变化的飞行姿态。飞行姿态决定着飞机的动向，既影响飞行高度，也影响飞行的方向。低速飞行时，驾驶员靠观察地面，根据地平线的位置可以判断出飞机的姿态。但由于驾驶员身体的姿态随飞机的姿态而变化，因此这种感觉并不可靠。为了得到比较准确的数据，不能仅仅凭借个人的感觉，在本发明的实施例中优先选用陀螺仪测量飞机的实时飞行姿态。

进一步地，收发天线用于接收北斗卫星发送的北斗定位信息，还用于将飞机的实时基本状态信息以北斗短报文的形式发送给北斗卫星。其中，北斗定位信息主要包括当前实时时间、经度、纬度、高度、飞行速度和飞行航向等信息，需要说明的是，北斗定位信息可以为当前实时时间、经度、纬度、高度、飞行速度和飞行航向之一信息，或者为前述信息的组合。在传输信息的过程中，收发天线也可以将实时基本状态参数经过射频单元处理，然后再以无线方式发送给北斗卫星。

作为进一步的技术方案，北斗卫星导航系统6包括导航定位处理器与导航显示装置。导航定位处理器用于根据接收到的北斗导航信号进行北斗导航，从而让飞机能够安全飞行，其飞行的路线轨迹可通过导航显示装置显示在飞机内部的显示屏上，显示装置中还可以包括有语音提示，用于提示飞行员飞行路线及飞机周围环境的基本状况。这样可以确保飞机不论在正常情况下还是特殊天气环境下飞机均能够安全起飞与降落，另外通过北斗卫星导航系统的实时监控，使飞机飞行的安全性提高。

图2为本发明的基于北斗的飞机安全起降实时监控系统的多传感器障碍物检测系统的框架结构示意图。如图2所示，该基于北斗的飞机安全起降实时监控系统的多传感器障碍物检测系统3包括：障碍物探测模块31、障碍物测距模块32、中央处理单元33、提示模块34及电源模块35。其各模块的具体功能如下：

多传感器障碍物检测系统3中的障碍物探测模块31，如图2所示，该障碍物探测模块31用于探测飞机附近是否存在障碍物，即对飞机周围环境进行安全检测，从而进一步确定飞行路线。为了快速准确地检测飞机周围是否存在障碍物，可以选用专门的障碍物探测模块31来进行探测，该障碍物探测模块31可以为微波雷达探测器、超声波探测器、激光探测器或红外探测器。

多传感器障碍物检测系统3中的障碍物测距模块32，如图2所示，该障碍物测距模块32用于测量飞机附近环境中的障碍物距离飞机的距离。本发明实施例中，由于不同传感器测量数据选用不同的检测方案，根据障碍物探测模块31选用的不同探测器可以对应选择响应的测距方法，例如测距方法可以为：微波雷达测距法、超声波测距法、激光测距法或红外测距法。其中，不同测距方法有如下特点：1)微波雷达测距法：微波雷达测距系统所使用的微波，工作频率高、波长短，可有效地缩小波束角度、减小天线尺寸，适合在恶劣天气条件下工作。缺点是与其它通信系统之间会有电磁干扰。2)超声波测距法：超声波测距的基本原理是利用其反射特性。其特点是所利用的超声波对雨、雾、雪的穿透能力强，可以在恶劣气候条件下工作，系统制作简便，成本低。其主要缺点是测量反应时间长，波束发散角大，误差较大。3)激光测距法：激光测距系统主要有脉冲和扫描两种工作方式，激光测距系统具有反应快、有效测量距离大、分辨率高、误差小等优点。4)红外测距法：传感器的红外发光管发出红外光，光敏接收管接收前方物体反射光；接收管接收的光强随反射物体的距离变化，据此判断前方是否有障碍物并根据接收信号强弱判断物体的距离。其特点是在能见度较低的情况下仍可使用，但是反应速度较慢。上述几种测距方法优缺点不同，为了在特殊天气条件下能够准确探测障碍物信息，可以根据实际需要选择合适的障碍物探测器。

多传感器障碍物检测系统3中的中央处理单元33，如图2所示，该中央处理单元33用于接收障碍物探测模块31与障碍物测距模块32的障碍物信息，并根据该障碍物信息输出障碍物综合数据结果。其中，中央处理单元33的作用是将多传感器障碍物检测系统3中的其它功能模块联接起来整合成一个系统。在中央处理单元的选择上，目前在障碍物检测系统方面已经投入应用的产品，大多采用DSP芯片或单片机，针对系统性能的要求来决定选用哪一种，在本发明的实施例中中央处理单元33采用单片机与DSP芯片之一或者单片机与DSP芯片二者的结合。

多传感器障碍物检测系统3中的提示模块34，如图2所示，该提示模块34与中央处理单元33连接，用于接收由中央处理单元33发出的障碍物综合数据结果，并根据障碍物综合数据结果进行安全提示。该提示模块34可以通过语音提示将障碍物信息告知飞行员，或者在显示屏上直观明了地显示障碍物信息。这样设置可以使得飞行员能在特殊天气条件下及时了解飞机周围环境中的障碍物信息，从而对飞机作出相应的应对措施，确保飞机安全起飞与降落。

多传感器障碍物检测系统3中的电源模块35，如图2所示，该电源模块35用于对障碍物探测模块31、障碍物测距模块32、中央处理单元33及提示模块34供电。该电源模块35可以为电池装置，方便拆卸及携带，以便及时为其他模块进行供电。

作为进一步的技术方案，障碍物探测模块31选择的微波雷达探测器型号优先选用T9251A。微波雷达探测器T9251A是一种将微波收、发设备合置的探测器，工作原理基于多普勒效应。微波的波长很短，在1mm～1000mm之间，很容易被物体反射，金属材料对微波的反射性很好，所以用于检测前方的汽车或其他金属材料制成的障碍物很有效。微波信号遇到移动物体反射后会产生多普勒效应，即经反射后的微波信号与发射波信号的频率会产生微小的偏移，此时可认为有障碍物出现。当检测到右障碍物信息后，可通过障碍物测距模块进一步测量障碍物距离飞机的距离数值，从而让飞行员能够实时进行飞机飞行路线的调整与改变。

本发明提供的基于北斗的飞机安全起降实时监控系统，能够实时全面监控飞机自身基本状态参数及飞机周围障碍物信息，并且通过北斗卫星实时导航定位，可以保证飞机在特殊天气下能够安全起飞和降落，增加飞行安全系数。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神及范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围及边界、或者这种范围及边界的等同形式内的全部变化及修改例。

Claims (9)

1.一种基于北斗的飞机安全起降实时监控系统，其特征在于，包括：

图像采集装置，其设置于飞机主体上，用于采集飞机周围的图像信息；

机载设备，用于感测飞机的状态参数值；

多传感器障碍物检测系统，用于检测飞机附近的障碍物信息；

地面控制中心，包括地面接收设备及信息控制中心，所述地面接收设备用于接收所述图像采集装置、所述机载设备与所述多传感器障碍物检测系统的信息，所述信息控制中心用于根据所述地面接收设备的信息作出控制指令；

北斗通信单元，其与所述地面控制中心连接，用于将所述地面控制中心的信息以北斗短报文的形式与北斗卫星实时通信；

北斗卫星导航系统，用于对飞机飞行路线进行实时导航；

其中，所述多传感器障碍物检测系统包括：

障碍物探测模块，用于探测飞机附近是否存在障碍物；

障碍物测距模块，用于测量飞机附近的障碍物距离飞机的距离；

中央处理单元，用于接收所述障碍物探测模块与所述障碍物测距模块的障碍物信息，并根据所述障碍物信息输出障碍物综合数据结果；

提示模块，所述提示模块包括蜂鸣器和显示器，所述提示模块与所述中央处理单元连接，用于接收所述障碍物综合数据结果，并根据所述障碍物综合数据结果对飞行员进行安全提示，进而使得飞行员作出相应的应对措施；

电源模块，用于对所述障碍物探测模块、所述障碍物测距模块、所述中央处理单元及所述提示模块供电。

2.根据权利要求1所述的基于北斗的飞机安全起降实时监控系统，其特征在于，所述北斗卫星导航系统包括导航定位处理器与导航显示装置。

3.根据权利要求1所述的基于北斗的飞机安全起降实时监控系统，其特征在于，所述机载设备包括监测设备及收发天线，所述监测设备用于检测飞机在飞行状态下的实时基本状态信息；所述收发天线用于接收北斗卫星发送的北斗定位信息，还用于将飞机的所述实时基本状态信息以北斗短报文的形式发送给北斗卫星。

4.根据权利要求3所述的基于北斗的飞机安全起降实时监控系统，其特征在于，所述监测设备包括角速度传感器、角加速度传感器或陀螺仪。

5.根据权利要求4所述的基于北斗的飞机安全起降实时监控系统，其特征在于，所述实时基本状态信息包括三向加速度、三向角速度和飞行姿态。

6.根据权利要求4所述的基于北斗的飞机安全起降实时监控系统，其特征在于，所述北斗定位信息包括当前时间、经度、纬度、高度、飞行速度和飞行航向之一或它们的组合。

7.根据权利要求1所述的基于北斗的飞机安全起降实时监控系统，其特征在于，所述中央处理单元采用DSP芯片或单片机芯片；所述障碍物探测模块采用微波雷达探测器、超声波探测器、激光探测器或红外探测器；所述显示器为LED数码显示管或LCD显示模块。

8.根据权利要求7所述的基于北斗的飞机安全起降实时监控系统，其特征在于，所述微波雷达探测器型号为T9251A。

9.根据权利要求1所述的基于北斗的飞机安全起降实时监控系统，其特征在于，所述障碍物测距模块检测障碍物与飞机的距离方法包括微波雷达测距法、超声波测距法、激光测距法或红外测距法。