CN105610489A - 基于城市无线通信网络的低空空域监控系统 - Google Patents

基于城市无线通信网络的低空空域监控系统 Download PDF

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顾世敏
周海燕
杨斯
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Abstract

本发明一种基于城市无线通信网络的低空空域监控系统，包括：空域监视系统地面站、航空器运行机载报告设备，空域监视系统地面站通过城市无线通信网络基站接收监视空域内航空器发送的航空器识别信息和实时位置信息，通过解算获取空域内所有处于运行状态并载有基于城市网络的航空器运行机载报告设备的航空器实时运行信息。本发明利用已有的城市无线通讯网络作为低空运行的航空器运行信息报告的数据链路，实现对城市无线通讯网络覆盖区域的低空空域的监视，降低了通信链路的使用成本。

Description

基于城市无线通信网络的低空空域监控系统
技术领域
本发明属于低空空域监视技术领域，具体涉及基于城市无线通讯网络作为空域监视数据链的方法，有助于提高低空空域低成本航空器运行监视能力。
背景技术
我国将真高1000米(含)以下区域定义为低空空域，并计划逐步开发低空空域。空域中将有大量的通用航空器涌入，包括通航飞机、直升机、超轻型飞机、飞艇、小型无人机等，在该空域中还可能存在大型气球、风筝等航空器。对空域的监视，将是保障飞行安全，减小飞行事故的有效手段之一。目前对低空空域的监视技术包括：
基于卫星的监控技术：利用卫星通讯功能收集航空器的运行信息，包括航空器的识别信息、位置信息等；该方法需使用设备具有相应卫星的通讯设备，且通讯速率低、费用高。
雷达监视技术：利用雷达获取飞行器的代码、高度、方位、距离等航空器的运行信息；该方法受地形限制，不能广泛的在类似城市等障碍物集区域内实施。
自动相关监视(ADS)技术：由飞行器上的特定的机载设备发送代码、位置信息以及其他信息的技术；该技术需加装特定的自动相关监视设备，并且该设备需收集航空器的相关设备交联，并收集航空器的运行信息，因此该技术不能在无法提供上述参数的飞行器中应用；相关设备费用较高、且重量大、功耗高，需航空器提供较大的安装空间。
语音通讯技术：通过语言通讯，由人工实施报告飞行器的运行信息的技术；该技术需要人工实读取航空器运行信息，并实时上报飞行器的运行信息，需大量的人力解决工作效率低，并对于无法提供航空器运行信息的航空器也不能对其的监控。
随着低空空域的逐步开发，无人机等航空器市场的蓬勃发展，将有大量的小型无人机、系留气球、以及大型风筝将涌向低空空域；但由于成本、自身载重等原因无法使用现有的空管报告设备；因此，尚没有合适的手段对该类型航空器运行进行有效的监视。在国际上，小型商业无人机的运行高度被限制在500英寸(约152米)以内，但现有的无人机飞行操控高度已远超该限制，甚至达1000米以上；如不能对该类飞行器飞行过程有效的监视，将影响低空空域的飞行秩序和飞行安全，影响勤务类航空器的正常工作，甚至对1000米以上的航线飞行造成威胁。
发明内容
本发明的发明目的在于提供一种基于城市无线通信网络的低空空域监控系统，以解决现有技术中低空空域飞行器种类多，难以使用现有空域监视技术对其进行有效的监视的缺陷。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种基于城市无线通信网络的低空空域监控系统，包括：基于城市无线通讯网络的空域监视系统地面站2、基于城市无线通讯网络的航空器运行机载报告设备3、所述航空器运行机载报告设备3与城市无线通信网络基站10之间的第三通信链路6、所述空域监视系统地面站2与城市无线通信网络基站10之间的第四通信链路7；
所述空域监视系统地面站2通过第三通信链路6和第四通信链路7接收监视空域内所有载有所述航空器运行机载报告设备3的航空器发送的航空器识别信息和实时位置信息，以及通过第四通信链路7接收城市无线通信网络基站10的信息，通过解算获取空域内所有处于运行状态并载有基于城市网络的航空器运行机载报告设备3的航空器实时运行信息。
优选地，所述航空器运行机载报告设备3使用城市民用无线通讯信号进行航空器识别信息和实时位置信息上报，所述城市民用无线通讯信号包括但不限于手机无线通信网络和/或城市无线宽带网络。
优选地，所述空域监视系统接收设备1使用城市民用无线通讯信号获取指定空域内航空器的运行情况的设备，所述城市民用无线通讯信号包括但不限于手机无线通信网络和/或城市无线宽带网络、有线宽带网络。
进一步，所述的低空空域监控系统还包含基于其他空域监视地面站/地面系统11、所述空域监视系统地面站2与其他空域监视地面站/地面系统11之间的第五通信链路8；
所述空域监视系统地面站2通过第五通信链路8获取其他空域监视地面站/地面系统11所收集的监视空域内航空器的实施运行信息，将空域内所有处于运行状态并载有基于城市网络的航空器运行机载报告设备3的航空器实时运行信息，和其他空域监视地面站/地面系统11所收集的监视空域内航空器的实施运行信息进行数据融合，获得监视空域内所有处于运行状态可被监视的航空器实时运行信息，并将融合后的航空器实时运行信息实时更新发布。
进一步，所述的低空空域监控系统还包含基于城市无线通讯网络的空域监视系统接收设备1，所述空域监视系统接收设备通过有线通信链路直接获取空域监视系统地面站2发布的航空器实时运行信息。
进一步，所述的低空空域监控系统还包含基于城市无线通讯网络的空域监视系统接收设备1、所述空域监视系统接收设备1与城市无线通信网络基站10之间的第二通信链路5；
所述空域监视系统接收设备1通过所述第二通信链路5先向空域监视系统地面站2发送所需数据请求后，再通过所述第二通信链路5接收域监视系统地面站2响应的全部或部分航空器实时运行信息。
或者所述空域监视系统接收设备1通过所述第二通信链路5接收空域监视系统地面站2广播的全部或部分航空器实时运行信息。
优选地，所述的低空空域监控系统，其特征在于所述的航空器运行机载报告设备3或者为一独立的设备，或者所述的航空器运行机载报告设备3的功能包含在所述空域监视系统接收设备1内。
进一步，所述的低空空域监控系统还包含航空器自身的其他机载设备9、所述其他机载设备与空域监视系统接收设备1之间的第一通信链路4；
所述空域监视系统接收设备1将从空域监视系统地面站2获取的监视空域内所有处于运行状态可被监视的航空器实时运行信息，和其他机载设备9收集的空域内可被监视的航空器实时运行信息，进行数据融合，根据航空器操作人员或下游设备的要求，输出所需监视空域内的其他航空器实时运行信息。
与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：
(1)利用已有的城市无线通讯网络作为低空运行的航空器运行信息报告的数据链路，实现对城市无线通讯网络覆盖区域的低空空域的监视，降低了通信链路的使用成本。
(2)利用已有的城市无线通讯网络作为低空运行的航空器运行信息报告的数据链路，相关的机载设备可采用技术成熟、成本低、体积小、功耗低的无线网络通讯设备实现数据的收发，降低了系统用户端成本。
(3)使用基于城市网络的航空器运行机载报告设备作为航空器运行信息的报告设备，从而降低机载报告设备的成本、体积、重量、功耗，易于在小型无人机、气球以及风筝等低成本航空器中应用，从而解决城市低空空域内低成本航空器运行难以监控的问题，有助于提高空低空空域内航空器运行安全。
(4)本发明所述的基于城市无线通讯网络的低空空域监视系统建立与已有空域管理系统的接口，兼容已有空域监视设备收集的空域信息，实现对空域的全面监控，有助于空域内运行参与者了解空域内的态势情况。
附图说明
图1为本发明基于城市无线通讯网络的低空空域监视系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本发明一种基于城市无线通讯网络的低空空域监视系统包含：
基于城市无线通讯网络的空域监视系统接收设备1、基于城市无线通讯网络的空域监视系统地面站2、基于城市无线通讯网络的航空器运行机载报告设备3、无线通讯网络基站10、航空器自身的其他机载设备9、其他空域监视地面站/地面系统11，以及包括所述其他机载设备9与所述航空器运行机载报告设备3之间的第一通信链路4，所述空域监视系统接收设备1与所述城市无线通信网络基站10之间的第二通信链路5，所述航空器运行机载报告设备3与城市无线通信网络基站10之间的第三通信链路6，所述空域监视系统地面站2与城市无线通信网络基站10之间的第四通信链路7，所述空域监视系统地面站与其他空域监视地面站/地面系统之间的第五通讯链路8。
所述航空器运行机载报告设备3，是使用城市民用无线通讯信号，包括但不限于手机无线通信网络和(或)城市无线宽带网络进行航空器运行情况上报的机载设备。
所述的空域监视系统接收设备1，是使用城市民用无线通讯信号，包括但不限于手机无线通信网络和(或)城市无线宽带网络、有线宽带网络获取指定空域内航空器的运行情况的设备。
所述的基于城市无线通讯网络的航空器运行机载报告设备3是独立的设备，或该航空器运行机载报告设备具有的功能包含在空域监视系统接收设备1内。
航空器起飞前，航空器运行机载报告设备3中设定该航空器的基本信息，和其他需向空域监视系统地面站2报告的信息；并通过第三通信链路6与周边的城市无线通信网络基站10建立通讯连接；并以固定间隔时间，通过第三通信链路6和第三通信链路7，向空域监视系统地面站2实时发送预制的信息和位置信息。其中航空器的位置信息由航空器自带设备获取，并将该预制的信息和位置信息发送给航空器运行机载报告设备3
航空器起飞后持续与距离最近的若干城市无线通信网络基站10建立通信联接，向空域监视系统地面站2实时发送本机预制的信息和位置信息，直至航空器降落。所述的位置信息可以由航空器自身提供，也可通过其他辅助方法获取。
空域监视系统地面站2，通过第三通信链路6和第三通信链路7收集监视空域内所有载有基于城市网络的航空器运行机载报告设备3航空器上报的预设信息和实施位置信息，和接收这些信息的城市无线通信网络基站10的信息；空域监视系统地面站2将获取到的上述信息进行解算，以获取空域内所有处于运行状态所有载有基于城市网络的航空器运行机载报告设备3的航空器实时运行信息。
空域监视系统地面站2，通过第五通讯链路8，获取其他空域监视地面站/地面系统11所收集的监视空域内航空器的实施运行信息；
空域监视系统地面站2将空域内所有处于运行状态所有载有基于城市网络的航空器运行机载报告设备3的航空器实时运行信息，和其他空域监视地面站/地面系统11所收集的监视空域内航空器的实施运行信息进行数据融合，获得监视空域内所有处于运行状态可被监视的航空器实时运行信息，并将该信息实时更新发布。
航空器操作人员或下游设备使用空域监视系统接收设备1，通过第二通信链路5和第四通信链路7，建立与空域监视系统地面站2的数据通信连接；空域监视系统接收设备1向空域监视系统地面站2发送所需数据请求，空域监视系统地面站2根据请求内容回传所需的监视空域内可被监视航空器的实时运行信息，该信息可能全部或部分发布的内容。也可以由空域监视系统接收设备1直接访问空域监视系统地面站2发布的内容。
空域监视系统接收设备1，通过第一通信链路4，获取航空器自身的其他机载设备9收集的空域内可被监视的航空器实时运行信息；
空域监视系统接收设备1将从空域监视系统地面站2获取的监视空域内所有处于运行状态可被监视的航空器实时运行信息，和其他机载设备9收集的空域内可被监视的航空器实时运行信息，进行数据融合；根据航空器操作人员或下游设备的要求，输出所需监视空域内的其他航空器实时运行信息。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于城市无线通信网络的低空空域监控系统，包括：基于城市无线通讯网络的空域监视系统地面站(2)、基于城市无线通讯网络的航空器运行机载报告设备(3)、航空器运行机载报告设备(3)与城市无线通信网络基站(10)之间的第三通信链路(6)、空域监视系统地面站(2)与城市无线通信网络基站(10)之间的第四通信链路(7)；
所述空域监视系统地面站(2)通过第三通信链路(6)和第四通信链路(7)接收监视空域内所有载有所述航空器运行机载报告设备(3)的航空器发送的航空器识别信息和实时位置信息，以及通过第四通信链路(7)接收城市无线通信网络基站(10)的信息，通过解算获取空域内所有处于运行状态并载有基于城市网络的航空器运行机载报告设备(3)的航空器实时运行信息。
2.根据权利要求1所述的低空空域监控系统，其特征在于所述航空器运行机载报告设备(3)使用城市无线通讯信号进行航空器识别信息和实时位置信息上报，所述城市无线通讯信号包括但不限于手机无线通信网络和/或城市无线宽带网络。
3.根据权利要求1所述的低空空域监控系统，其特征在于所述空域监视系统接收设备(1)使用城市民用无线通讯信号获取指定空域内航空器的运行情况的设备，所述城市民用无线通讯信号包括但不限于手机无线通信网络和/或城市无线宽带网络、有线宽带网络。
4.根据权利要求1所述的低空空域监控系统，其特征在于还包含基于其他空域监视地面站/地面系统(11)、空域监视系统地面站(2)与其他空域监视地面站/地面系统(11)之间的第五通信链路(8)；
所述空域监视系统地面站(2)通过第五通信链路(8)获取其他空域监视地面站/地面系统(11)所收集的监视空域内航空器的实时运行信息，将空域内所有处于运行状态并载有基于城市网络的航空器运行机载报告设备(3)的航空器实时运行信息，和其他空域监视地面站/地面系统(11)所收集的监视空域内航空器的实施运行信息进行数据融合，获得监视空域内所有处于运行状态可被监视的航空器实时运行信息，并将融合后的航空器实时运行信息实时更新发布。
5.根据权利要求4所述的低空空域监控系统，其特征在于还包含基于城市无线通讯网络的空域监视系统接收设备(1)，所述空域监视系统接收设备通过有线通信链路直接获取空域监视系统地面站(2)发布的航空器实时运行信息。
6.根据权利要求4所述的低空空域监控系统，其特征在于还包含基于城市无线通讯网络的空域监视系统接收设备(1)、所述空域监视系统接收设备(1)与城市无线通信网络基站(10)之间的第二通信链路(5)；
所述空域监视系统接收设备(1)通过所述第二通信链路(5)先向空域监视系统地面站(2)发送所需数据请求后，再通过所述第二通信链路(5)接收域监视系统地面站(2)响应的全部或部分航空器实时运行信息。
或者所述空域监视系统接收设备通过所述第二通信链路(5)接收空域监视系统地面站(2)向空域内广播的航空器实时运行信息。
7.根据权利要求5或6所述的低空空域监控系统，其特征在于所述的航空器运行机载报告设备(3)或者为一独立的设备，或者所述的航空器运行机载报告设备(3)的功能包含在所述空域监视系统接收设备(1)内。
8.根据权利要求5或6所述的低空空域监控系统，其特征在于还包含航空器自身的其他机载设备(9)、所述其他机载设备与空域监视系统接收设备(1)之间的第一通信链路(4)；
所述空域监视系统接收设备(1)将从空域监视系统地面站(2)获取的监视空域内所有处于运行状态可被监视的航空器实时运行信息，和其他机载设备(9)收集的空域内可被监视的航空器实时运行信息，进行数据融合，根据航空器操作人员或下游设备的要求，输出所需监视空域内的其他航空器实时运行信息。
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