CN105292507A - 机载气象探测及通信集成系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机载气象探测及通信集成系统，其特征在于，包括：综合显控台，以及与综合显控台连接的综合气象探测设备、热线液态含水量仪、北斗卫星通信设备、海事卫星通信设备、云宏观探测摄像机和作业播撒设备多个子设备；综合显控台集中控制各子设备工作状态，综合处理和显示气象探测数据和通信信息，并将飞行作业过程中各项数据建库存储在固态移动硬盘内，便于操作员在飞行结束后分析数据。本发明无需增加新的作业飞机，极大的降低了升级成本，功能上也能够满足未来区域人影作业和跨区域人影作业的任务需要，是未来省级人影作业飞机升级方案的合适选择。
Description
技术领域
本发明属于气象探测技术领域，涉及一种机载气象探测及通信集成系统。
背景技术
目前国内人影作业飞机主要是运-12型小型固定翼飞机，机上装载气象探测设备和通信设备相互独立，无法实现探测信息的实时下传和决策，而且执行作业任务时需要多人操作，协同工作才能较好的完成人工增雨或者其他气象任务，过程如图1所示，大部分省级人工增雨作业飞机设备服役年限超过五年，设备故障率高，急需升级换代。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是：针对现有技术中运-12型小型固定翼飞机所存在的问题，提供一种机载气象探测及通信集成系统，实现气象探测与通信的机上集成，提高工作效率。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种机载气象探测及通信集成系统，其包括：综合显控台，以及与综合显控台连接的综合气象探测设备、热线液态含水量仪、北斗卫星通信设备、海事卫星通信设备、云宏观探测摄像机和作业播撒设备多个子设备；综合显控台集中控制各子设备工作状态，综合处理和显示气象探测数据和通信信息，并将飞行作业过程中各项数据建库存储在固态移动硬盘内，便于操作员在飞行结束后分析数据。
其中，所述综合显控台安装在机舱内部，其中心轴线与飞机中心轴线平行安装；其配备的人机交互设备有1个大屏幕高分辨航空显示器、2个副显示器、电话、手咪及鼠标键盘，其内装载显控任务处理机箱、DMT主机，甚高频电台、北斗卫星通信主机和海事卫星通信主机。
其中，所述综合气象探测设备包括安装在左侧机翼下方的综合气象探头、安装在左右两侧机翼上的差分GPS天线、安装在机身下方的热线液态含水量仪探头及安装在舱内的热线探头控制盒，热线探头控制盒安装在靠近热线液态含水量仪探头的位置，两者距离不能超过1m；以实时探测飞行轨迹上的各项基本气象要素，测量结果在综合显控台显示器上显示，便于操作员判断该区域是否满足增雨条件。
其中，所述北斗卫星通信设备包括安装在机身后上部的北斗一代卫星通信天线和北斗二代卫星定位天线；海事卫星设备包括安装在机身后上部的海事卫星通信天线，为机载人员提供海事卫星电话和数据上网服务。
其中，所述云宏观探测摄像机包括安装在驾驶舱外部的前视高清摄像机、安装在机身下部的下视高清摄像机和安装在机身左右两侧的作业监控摄像机，辅助操作员进行云层特征判断，并将观测的云层图像资料保存，为云宏观特征识别算法研究积累数据。作业监控摄像机视野内包括作业播撒设备，能够监视其是否正常工作。
其中，所述作业播撒设备左右各一，安装在机身下方左右两侧，为5根一组的碘化银焰条播撒器，综合显控台上集成了作业播撒设备控制模块，方便操作员及时控制播撒作业进行。
其中，所述综合显控台内的配电模块统一给各子设备供电，所述集成系统与机载发电机之间通过一条线路给综合显控台供电。
(三)有益效果
上述技术方案所提供的机载气象探测及通信集成系统，无需增加新的作业飞机，极大的降低了升级成本，功能上也能够满足未来区域人影作业和跨区域人影作业的任务需要，是未来省级人影作业飞机升级方案的合适选择。
附图说明
图1是现有技术中传统运-12型小型固定翼飞机上人影设备工作模式示意图；
图2是本发明实施例机载气象探测及通信集成系统上人影设备工作模式示意图；
图3是本发明实施例机载气象探测及通信集成系统的组成框图；
图4是本发明实施例机载气象探测及通信集成系统中综合显控台的结构示意图；
图5是本发明实施例机载气象探测及通信集成系统中飞机上部安装位置示意图；
图6是本发明实施例机载气象探测及通信集成系统中飞机下部安装位置示意图。
图中，1-显控台面区域，2-操作台面区域，3-电子机箱区域，4-左舷差分GPS天线，5-ADP探头，6-北斗定位天线，7-海事通信天线，8-北斗通信天线，9-右舷差分GPS天线，10-碘化银焰条播撒器，11-前视摄像头，12-下视摄像机，13-监控摄像机，14-热线探头，15-数传天线，16-通讯天线。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
机载气象探测及通信集成系统用于装载于小型人影作业飞机运12机型上，其主要功能是对飞行航线上的基本气象要素、液态含水量、云宏观特征和飞机作业情况的探测和监测，这些探测和监测信息通过机载通信系统建立空地作业协同，辅助决策作业区域的碘化银或暖云焰剂催化播撒作业。集成系统能够优化气象探测资源、强化集成操作、支撑天地协同，利用基于飞机平台的人影工程示范项目在人工降雨、防雹减灾、抗御干旱、森林防火和水资源管理中的具体应用，强化装备和基础设施建设，提高人工影响天气的作业能力、管理水平和服务效益，为经济社会发展和人民群众安全福祉提供有力保障。
参照图2所示，本实施例机载气象探测及通信集成系统是针对现有技术中运-12型人影作业飞机设计的设备升级方案，具体包括一台人机交互设备，与人机交互设备连接的机上作业设备、气象探测设备和通信设备，机上作业设备、气象探测设备和通信设备均与人机交互设备进行数据交互，它将传统独立工作的气象探测设备和通信设备结合起来，实现了对相关设备的集中控制、数据综合处理和空地通信功能，使用方便，仅需一个操作人员即可完成作业任务。
参照图3所示，机载气象探测及通信集成系统包括综合显控台，与综合显控台连接的综合气象探测设备、热线液态含水量仪、北斗卫星通信设备、海事卫星通信设备、云宏观探测摄像机和作业播撒设备(碘化银烟条)组成。系统组成框图如图3所示。其中，空地通信设备由北斗卫星设备与海事卫星设备相组合，作业任务不受区域指挥中心的限制。
综合显控台外形如图4所示，综合显控台配备1个大屏幕高分辨航空显示器、2个副显示器、电话、手咪及鼠标键盘等其他人机交互设备，其内装载显控任务处理机箱、DMT主机，甚高频电台、北斗卫星通信主机和海事卫星通信主机，形成了显控台面区域1、操作台面区域2和电子机箱区域3，是整个机载集成系统的核心。
综合气象探测设备主要包括综合气象探头(ADP)、差分GPS天线、LWC热线含水量仪探头及其控制盒。北斗卫星通信设备包括北斗一代卫星通信天线和北斗二代卫星定位天线。海事卫星设备包括海事卫星通信天线。云宏观设备包括前视高清摄像机，下视高清摄像机和作业监控摄像机。作业播撒设备左右各一，为5根一组的碘化银烟条播撒器。系统设备配套表如表1.
表1系统设备配套表
| 序号 | 设备名称 | 数量 | 安装位置 | 重量 | 备注 |
| 综合显控台 | 1台 | 机舱内 | 100Kg | ||
| 综合气象探测系统 | 1套 | ||||
| 5 | ADP探头 | 1 | 左侧机翼下方 | 1.9kg | |
| 4 | 左舷差分GPS天线 | 1 | 左侧机翼 | 0.4kg | |
| 9 | 右舷差分GPS天线 | 1 | 右侧机翼 | 0.4kg | |
| 热线液态含水量仪 | 1套 | ||||
| 14 | 热线探头(LWC) | 1 | 机身下方 | 0.5kg | |
| 控制盒 | 1 | 舱内近探头 | 0.6kg | ||
| 云宏观成像设备 | 1套 | ||||
| 监控标清摄像机 | 1 | 机身左侧 | 1kg | ||
| 13 | 监控标清摄像机 | 1 | 机身右侧 | 1kg | |
| 11 | 前视高清摄像机 | 1 | 驾驶舱外部 | 3.4kg | |
| 12 | 下视高清摄像机 | 1 | 机身下部 | 2.5kg | |
| 海事卫星通信系统 | 1套 | ||||
| 7 | 海事通信天线 | 1 | 机身后上部 | 0.68kg | |
| 射频功放 | 1 | 舱内近天线 | 2.6kg | ||
| 北斗卫星通信系统 | |||||
| 8 | 北斗通信天线 | 1 | 机身后上部 | 1kg | |
| 6 | 北斗定位天线 | 1 | 机身后上部 | 0.25kg | |
| 系统电缆 | 19 | 舱内和穿舱 | 20kg | ||
| 15 | 数传天线 | 1 | 机身下部 | 0.5kg | |
| 16 | 通讯天线 | 1 | 机身下部 | 0.5kg |
综合气象探测设备能够实时探测飞行轨迹上的各项基本气象要素，如气温、气压、相对湿度、风速和云层单位含水量等信息，测量结果直接在综合任务管理系统界面上直观显示，便于操作员判断该区域是否满足增雨条件。
本实施例集成系统包含多套定位设备，包括GPS定位、北斗定位和海事卫星定位，不同源的定位信息按优先级排队使用(GPS定位信息为最优先)，保障飞行中定位可靠。北斗卫星通信设备使用北斗二代卫星和GPS组合定位，定位可靠准确，并通过北斗一代短报文功能将飞行位置和主要气象探测数据实时下传地面指挥中心，同时接收地面指挥中心的指令。海事卫星通信设备为机载人员提供海事卫星电话和数据上网服务。通过海事卫星链路能够下传数据量较大的图片和文件，弥补北斗短报文通信带宽低的不足。通过海事数据链路，机上人员能够调用地面气象雷达探测图，有助于更好的完成气象作业任务。
综合显控台能够集中控制各子设备工作状态，综合处理和显示气象探测数据和通信信息，并将飞行作业过程中各项数据都建库存储在固态移动硬盘内，便于操作员在飞行结束后分析数据。
云宏观探测摄像机能够辅助操作员进行云层特征判断，并将观测的云层图像资料保存下来，为云宏观特征识别算法研究积累数据。作业监控摄像机视野内包括作业播撒设备，能够监视其是否正常工作。
综合显控台上集成了作业播撒设备控制模块，方便操作员及时控制播撒作业进行。
集成系统的各组成设备在飞机上的安装位置有一定的要求，综合显控台、热线含水量仪探头控制盒和海事卫星设备射频功放安装在机舱内部。显控台中心轴线要与飞机中心轴线平行安装。热线含水量仪探头控制盒安装在靠近热线探头LWC的位置，其与探头LWC的距离不能超过1m，控制盒与探头应尽量远离天线。射频功放安装在靠近海事卫星通信天线的位置，与天线的连接线缆应尽可能短，长度小于0.5m，线缆差损小于0.3dB。
集成系统其他组成设备(如天线、探头)在运12飞机上的安装位置如图5，图6所示。
电气设计上集成系统采用通用电气接口，如RS422、网口、usb接口，CAN总线接口等，这样既方便了设备的升级与换代，也便于系统调试与排故(电器接口设计图见附件1)。机上装载的天线和气象探头最终都要接到综合显控台背部的接线板上，连接器统一选用雷莫公司ECG系列快锁连接器，这种连接器采用背部安装方式，便于拆装和维护。在连接器选型和布局上进行了防插错设计，以免误插危害系统工作。
集成系统通过综合显控台内的配电模块统一给各子设备供电，也就是说，系统与机载发电机之间只需通过一条线路给综合显控台供电即可，大大提升了集成系统安全性和可靠性。若系统内部某一子设备短路，系统内部会自动对其断电而不影响整个系统的工作。
集成系统设计时充分考虑了运12飞机供电能力和载荷要求，以保证安装集成系统对飞机的气动性能和飞行能力的影响在允许范围内。
由以上技术方案可以看出，本发明具有以下显著特点：
1.本系统针对运12飞机上的人影设备进行集成和升级，集成系统具备综合处理数据、综合显示能力，集成控制能力和卫星链路空地通信能力，极大方便运12人影作业飞机执行气象任务。
2.系统集成度高，所有设备通过综合显控台控制上电，数据也由综合显控台综合处理，集中显示，宛如人的大脑与手脚，形成有机的整体。
3.系统设计方案基于最新的关于未来人影作业飞机使用需求的分析结果，结合现役人影探测设备的特点，进行了最优设计，也可以说是满足未来机载人影作业要求的最小系统。
4.在系统内集成了最小配置的云宏观设备。采用前视和下视双高请相机组合，进行云型图片采集和分析，既能收集云层数据，又能对云宏观识别算法进行验证。
5.双卫星链路空地通信，既是为了保证空地通信的可靠，也在功能上各有侧重。北斗链路主要用于小数据量信息下穿和短报文通信，海事卫星卫星链路主要用于空地语音通信和较大数据量的上传和下传。
此系统已在吉林省人影作业飞机Y12IV-3836驾机上装载使用。从飞行结果来看，已实现系统的综合处理数据、综合显示，集成控制和卫星链路空地通信功能。通过集成系统，能够对探测到的复杂气象数据进行分析和重组，形成多维数据结构，有利于新的气象特征和预测算法的研究。运12相较其他人影作业飞机，飞行成本较低，能进行更多架次飞行，这对云宏观算法的发展和改进也有着重要意义。每次作业任务可以由一位操作员独立完成，也能由两位协同完成，操作更灵活，有利于更好的完成人影作业任务。
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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种机载气象探测及通信集成系统，其特征在于，包括：综合显控台，以及与综合显控台连接的综合气象探测设备、热线液态含水量仪、北斗卫星通信设备、海事卫星通信设备、云宏观探测摄像机和作业播撒设备多个子设备；综合显控台集中控制各子设备工作状态，综合处理和显示气象探测数据和通信信息，并将飞行作业过程中各项数据建库存储在固态移动硬盘内，便于操作员在飞行结束后分析数据。
2.如权利要求1所述的机载气象探测及通信集成系统，其特征在于，所述综合显控台安装在机舱内部，其中心轴线与飞机中心轴线平行安装；其配备的人机交互设备有1个大屏幕高分辨航空显示器、2个副显示器、电话、手咪及鼠标键盘，其内装载显控任务处理机箱、DMT主机，甚高频电台、北斗卫星通信主机和海事卫星通信主机。
3.如权利要求1所述的机载气象探测及通信集成系统，其特征在于，所述综合气象探测设备包括安装在左侧机翼下方的综合气象探头、安装在左右两侧机翼上的差分GPS天线、安装在机身下方的热线液态含水量仪探头及安装在舱内的热线探头控制盒，热线探头控制盒安装在靠近热线液态含水量仪探头的位置，两者距离不能超过1m；以实时探测飞行轨迹上的各项基本气象要素，测量结果在综合显控台显示器上显示，便于操作员判断该区域是否满足增雨条件。
4.如权利要求1所述的机载气象探测及通信集成系统，其特征在于，所述北斗卫星通信设备包括安装在机身后上部的北斗一代卫星通信天线和北斗二代卫星定位天线；海事卫星设备包括安装在机身后上部的海事卫星通信天线，为机载人员提供海事卫星电话和数据上网服务。
5.如权利要求1所述的机载气象探测及通信集成系统，其特征在于，所述云宏观探测摄像机包括安装在驾驶舱外部的前视高清摄像机、安装在机身下部的下视高清摄像机和安装在机身左右两侧的作业监控摄像机，辅助操作员进行云层特征判断，并将观测的云层图像资料保存，为云宏观特征识别算法研究积累数据。作业监控摄像机视野内包括作业播撒设备，能够监视其是否正常工作。
6.如权利要求1所述的机载气象探测及通信集成系统，其特征在于，所述作业播撒设备左右各一，安装在机身下方左右两侧，为5根一组的碘化银焰条播撒器，综合显控台上集成了作业播撒设备控制模块，方便操作员及时控制播撒作业进行。
7.如权利要求1-6中任一项所述的机载气象探测及通信集成系统，其特征在于，所述综合显控台内的配电模块统一给各子设备供电，所述集成系统与机载发电机之间通过一条线路给综合显控台供电。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |