CN105676249B - 一种基于4g/3g/bds的通航飞机通信导航监视系统及方法 - Google Patents

一种基于4g/3g/bds的通航飞机通信导航监视系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于4G/3G/BDS的通航飞机通信导航监视系统及方法，还包括机载通信导航终端，地面通信导航监视服务器通过以太网/USB/串口方式与管制模拟机、雷达数据计算机通信，获得管制模拟机、雷达数据计算机提供的通信导航监视数据和飞行管制数据；机载通信导航终端用于飞机的通信与导航，地面通信导航监视服务器用于对飞机信息的处理与反馈，同时，具有飞机防撞预警和数据记录、分析的能力。突破了以往点对点通信的方式，利用覆盖面积广的4G/3G蜂窝网络的基站作为信号中转，依托互联网实现超远距离，多飞机的轨迹跟踪显示，而利用地面服务器可以实现通过浏览器显示联网所有飞机的轨迹。

Description

一种基于4G/3G/BDS的通航飞机通信导航监视系统及方法
技术领域
本发明涉及一种基于4G/3G/BDS的通航飞机通信导航监视系统及方法，具体涉及基于BDS依托4G/3G蜂窝网络设计的一种空地数据交换链条进行通信的方法以及相关硬件系统，适用于通航飞机的通信导航监视领域。
背景技术
我国的4G/3G蜂窝移动通信网络覆盖范围广，传输速率快，可靠性好，实时性强，可以为通航飞机提供通信和导航所需的基础设施支持。同时，我国的北斗卫星导航系统已经向亚太地区提供全天候、全天时的定位、授时服务，其定位精度为10米，测速精度为0.2米/秒，均与GPS相当，可以完全摆脱对国外卫星定位系统的依赖，为亚太地区用户提供高可靠、高精度的定位服务。
而中国将在2016年全面开放低空空域，届时，低空空域的通航飞机数量将急速增长，其飞行安全需要得到保障。目前，针对通用飞机的安全监管体制尚未健全，通信导航设备尚未标准化。为解决通航飞机的通信导航问题，保障通航飞机在飞行过程中的安全，设计一种低成本、高可靠性的通信导航监视系统很有必要，本发明提出了符合以上要求的基于4G/3G/BDS的通航飞机通信导航监视系统及方法。
目前技术存在的问题：
通航飞机现有的通信导航设备，价格昂贵，需要专业维护，并且随着飞机数量增多，会极大增加地面通信导航设备的压力，占用民航飞机资源。
通航飞机现有的监视手段，主要是依靠飞行员话音报告，有人也在采用大型客机上的ADS-B技术，但ADS-B技术需要专门划设区域，布设大量的地面基站，造价昂贵，维护不便，同时机载ADS-B发射、接收装置功耗较高、价格昂贵。
发明内容
本发明的目的是，针对目前技术存在的问题，提出一种基于4G/3G/BDS的通航飞机通信导航监视系统及方法。
整套系统主要由机载通信导航终端、4G/3G蜂窝通信网络、地面通信导航监视服务器三部分组成，其中4G/3G蜂窝通信网络为国家建设网络，不用布设。整个系统成本低，便于部署和维护，可以极大降低通航监视成本，保障飞行安全。
本发明为实现上述目的，所采用的技术方案是：一种基于4G/3G/BDS的通航飞机通信导航监视系统，包括地面通信导航监视服务器、管制模拟机、雷达数据计算机，其特征在于：还包括机载通信导航终端，数个所述机载通信导航终端通过北斗卫星接收机获得飞机的实时空间位置、速度及航向信息，将其显示在机载显示器上，并通过4G/3G蜂窝移动基站将空间位置信息上传至地面通信导航监视服务器；
地面通信导航监视服务器通过以太网/USB/串口方式与管制模拟机、雷达数据计算机通信，获得管制模拟机、雷达数据计算机提供的通信导航监视数据和飞行管制数据；
机载通信导航终端用于飞机的通信与导航，地面通信导航监视服务器用于对飞机信息的处理与反馈，同时，具有飞机防撞预警和数据记录、分析的能力；
所述机载通信导航终端包括主控MCU、BDS/GPS双模接收机、4G/3G蜂窝移动通信收发模块、机载显示器、电源，所述主控MCU分别与BDS/GPS双模接收机、4G/3G蜂窝移动通信收发模块、机载显示器连接，所述电源为主控MCU、BDS/GPS双模接收机、4G/3G蜂窝移动通信收发模块、机载液晶显示器提供电源。
一种基于4G/3G/BDS的通航飞机通信导航监视系统的方法，步骤如下：
机载通信导航终端具体运行步骤为：
第一步、机载通信导航终端上电后，首先进行机载通信导航终端内部组成部分主控MCU、4G/3G蜂窝移动通信收发模块、BDS/GPS双模接收机、机载显示器的初始化；
第二歩、BDS/GPS双模接收机实时解算飞机的空间位置信息即经度、纬度、高度三维信息、速度和航向信息，通过串口将数据发送给主控MCU；
第三步、主控MCU处理BDS/GPS双模接收机的信息并显示在机载显示器上；
第四步、同时主控MCU控制4G/3G蜂窝移动通信收发模块，将上述信息通过4G/3G蜂窝通信网络发送到地面通信导航监视服务器上，并控制4G/3G蜂窝移动通信收发模块通过4G/3G蜂窝通信网络向地面通信导航监视服务器请求获得当前飞机一定范围内的所有其他飞机的空间位置信息、航向、速度信息，将其显示在机载显示器上；
第五步、主控MCU实时判断有无危险接近的飞机，如果没有危险接近的飞机则重复上述第二歩至第四步，如果有危险接近的飞机，主控MCU控制机载显示器给出声、光报警，并控制4G/3G蜂窝移动通信收发模块通过4G/3G蜂窝移动通信网络接收地面通信导航监视服务器发送的防撞预警信息，主控MCU控制机载显示器显示避让方案；
地面通信导航监视服务器具体运行步骤为：
第一步、地面通信导航监视服务器接收来自4G/3G蜂窝移动通信网络上的所有通用飞机的空间位置信息即经度、纬度、高度三维信息、航向、速度信息；
第二歩、地面通信导航监视服务器为每一架飞机建立空间位置信息、航向、速度信息的数据库，进行原始数据存储；
第三步、地面通信导航监视服务器对每架飞机进行飞行状态分析，并通过安装在地面通信导航监视服务器上的电子地图进行每架飞机飞行状态的实时显示；
第四步、地面通信导航监视服务器实时跟踪每架飞机的空间位置信息即经度、纬度、高度三维信息，当未发现有2架或者多架飞机有危险接近的情况时，跳转到第六步，当发现有2架或者多架飞机有危险接近的情况时，跳转到第五步；
第五步、地面通信导航监视服务器通过4G/3G蜂窝移动通信网络给有危险接近的2架或者多架飞机同时发送告警信息，并经过运算给出危险接近飞机以后的航向、速度、空间位置信息的避让方案；
第六步、地面通信导航监视服务器通过以太网/USB/串口方式，与管制模拟机、雷达数据计算机，获得管制模拟机、雷达数据计算机提供的通信导航监视数据和飞行管制数据，并进行数据存储。
本发明的有益效果是：突破了以往点对点通信的方式，利用覆盖面积广的4G/3G蜂窝网络的基站作为信号中转，依托互联网实现超远距离，多飞机的轨迹跟踪显示。而利用地面服务器可以实现通过浏览器以网页的形式显示联网所有飞机的轨迹。
具体如下：
（1）使用BDS和GPS双系统，摆脱对国外定位系统的依赖，提高定位的精确度和可靠性。
（2）通过4G/3G蜂窝移动通信网络传输数据，可以减少民航通信导航基础设施的压力，保证通信的安全性、实时性和可靠性，同时大幅度降低通信成本。
（3）使用互联网服务器，可以提供本机周围其他飞机的空间位置和接近率等信息，因此具有飞机防撞预警功能。
（4）服务器根据飞机的连续位置，绘制其飞行轨迹，将飞机的数据存储于数据库中，便于对空域中飞机的行为进行监视、管理、存储、回放和调查。
（5）地面通信导航监视服务器通过以太网/USB/串口等方式，与管制模拟机、雷达数据计算机和计算机通信，获得其他系统提供的通信导航监视数据和飞行管制数据，因而具有良好的通用性、可扩展性和冗余性，并大幅度提高了数据的全面性、精确性和可靠性。
（6）整个系统成本低，便于部署和维护，可以极大降低通航监视成本，保障飞行安全。
附图说明
图1为本发明的系统连接示意图；
图2为本发明机载通信导航终端的电路连接框图；
图3为本发明地面通信导航监视服务器的程序流程图；
图4为本发明机载通信导航终端的程序流程图。
具体实施方式
下面参照附图所示，通过具体实施方式对本发明进一步说明：
如图1、图2所示，一种基于4G/3G/BDS的通航飞机通信导航监视系统，包括地面通信导航监视服务器、管制模拟机、雷达数据计算机，还包括机载通信导航终端，数个机载通信导航终端通过北斗卫星接收机获得飞机的实时空间位置、速度及航向信息，将其显示在机载显示器上，并通过4G/3G蜂窝移动基站将空间位置信息上传至地面通信导航监视服务器。
地面通信导航监视服务器通过以太网/USB/串口方式与管制模拟机、雷达数据计算机通信，获得管制模拟机、雷达数据计算机提供的通信导航监视数据和飞行管制数据。
机载通信导航终端用于飞机的通信与导航，地面通信导航监视服务器用于对飞机信息的处理与反馈，同时，具有飞机防撞预警和数据记录、分析的能力。
机载通信导航终端包括主控MCU、BDS/GPS双模接收机、4G/3G蜂窝移动通信收发模块、机载显示器、电源，所述主控MCU分别与BDS/GPS双模接收机、4G/3G蜂窝移动通信收发模块、机载显示器连接，所述电源为主控MCU、BDS/GPS双模接收机、4G/3G蜂窝移动通信收发模块、机载液晶显示器提供电源。
BDS北斗卫星导航系统简称北斗系统，英文名称为BeiDou Navigation SatelliteSystem，缩写为BDS，是中国自主建设、独立运行，与世界其他卫星导航系统兼容系统，可在全球范围内全天候、全天时，为各类用户提供高精度、高可靠的定位、导航、授时服务。
一种基于4G/3G/BDS的通航飞机通信导航监视系统的方法，步骤如下：
机载通信导航终端具体运行步骤为：
第一步、机载通信导航终端上电后，首先进行机载通信导航终端内部组成部分主控MCU、4G/3G蜂窝移动通信收发模块、BDS/GPS双模接收机、机载显示器的初始化；
第二歩、BDS/GPS双模接收机实时解算飞机的空间位置信息即经度、纬度、高度三维信息、速度和航向信息，通过串口将数据发送给主控MCU；
第三步、主控MCU处理BDS/GPS双模接收机的信息并显示在机载显示器上；
第四步、同时主控MCU控制4G/3G蜂窝移动通信收发模块，将上述信息通过4G/3G蜂窝通信网络发送到地面通信导航监视服务器上，并控制4G/3G蜂窝移动通信收发模块通过4G/3G蜂窝通信网络向地面通信导航监视服务器请求获得当前飞机一定范围内的所有其他飞机的空间位置信息、航向、速度信息，将其显示在机载显示器上；
第五步、主控MCU实时判断有无危险接近的飞机，如果没有危险接近的飞机则重复上述第二歩至第四步，如果有危险接近的飞机，主控MCU控制机载显示器给出声、光报警，并控制4G/3G蜂窝移动通信收发模块通过4G/3G蜂窝移动通信网络接收地面通信导航监视服务器发送的防撞预警信息，主控MCU控制机载显示器显示避让方案；
地面通信导航监视服务器具体运行步骤为：
第一步、地面通信导航监视服务器接收来自4G/3G蜂窝移动通信网络上的所有通用飞机的空间位置信息即经度、纬度、高度三维信息、航向、速度信息；
第二歩、地面通信导航监视服务器为每一架飞机建立空间位置信息、航向、速度信息的数据库，进行原始数据存储；
第三步、地面通信导航监视服务器对每架飞机进行飞行状态分析，并通过安装在地面通信导航监视服务器上的电子地图进行每架飞机飞行状态的实时显示；
第四步、地面通信导航监视服务器实时跟踪每架飞机的空间位置信息即经度、纬度、高度三维信息，当未发现有2架或者多架飞机有危险接近的情况时，跳转到第六步，当发现有2架或者多架飞机有危险接近的情况时，跳转到第五步；
第五步、地面通信导航监视服务器通过4G/3G蜂窝移动通信网络给有危险接近的2架或者多架飞机同时发送告警信息，并经过运算给出危险接近飞机以后的航向、速度、空间位置信息的避让方案；
第六步、地面通信导航监视服务器通过以太网/USB/串口方式，与管制模拟机、雷达数据计算机，获得管制模拟机、雷达数据计算机提供的通信导航监视数据和飞行管制数据，并进行数据存储。

Claims (1)

1.一种基于4G/3G/BDS的通航飞机通信导航监视系统，包括地面通信导航监视服务器、管制模拟机、雷达数据计算机，其特征在于：还包括机载通信导航终端，数个所述机载通信导航终端通过北斗卫星接收机获得飞机的实时空间位置、速度及航向信息，将其显示在机载显示器上，并通过4G/3G蜂窝移动基站将空间位置信息上传至地面通信导航监视服务器；
地面通信导航监视服务器通过以太网/USB/串口方式与管制模拟机、雷达数据计算机通信，获得管制模拟机、雷达数据计算机提供的通信导航监视数据和飞行管制数据；
机载通信导航终端用于飞机的通信与导航，地面通信导航监视服务器用于对飞机信息的处理与反馈，同时，具有飞机防撞预警和数据记录、分析的能力；
所述机载通信导航终端包括主控MCU、BDS/GPS双模接收机、4G/3G蜂窝移动通信收发模块、机载显示器、电源，所述主控MCU分别与BDS/GPS双模接收机、4G/3G蜂窝移动通信收发模块、机载显示器连接，所述电源为主控MCU、BDS/GPS双模接收机、4G/3G蜂窝移动通信收发模块、机载液晶显示器提供电源；
所述的基于4G/3G/BDS的通航飞机通信导航监视系统的方法，步骤如下：
机载通信导航终端具体运行步骤为：
第一步、机载通信导航终端上电后，首先进行机载通信导航终端内部组成部分主控MCU、4G/3G蜂窝移动通信收发模块、BDS/GPS双模接收机、机载显示器的初始化；
第二歩、BDS/GPS双模接收机实时解算飞机的空间位置信息即经度、纬度、高度三维信息，速度和航向信息，通过串口将数据发送给主控MCU；
第三步、主控MCU处理BDS/GPS双模接收机的信息并显示在机载显示器上；
第四步、同时主控MCU控制4G/3G蜂窝移动通信收发模块，将上述信息通过4G/3G蜂窝通信网络发送到地面通信导航监视服务器上，并控制4G/3G蜂窝移动通信收发模块通过4G/3G蜂窝通信网络向地面通信导航监视服务器请求获得当前飞机一定范围内的所有其他飞机的空间位置信息、航向、速度信息，将其显示在机载显示器上；
第五步、主控MCU实时判断有无危险接近的飞机，如果没有危险接近的飞机则重复上述第二歩至第四步，如果有危险接近的飞机，主控MCU控制机载显示器给出声、光报警，并控制4G/3G蜂窝移动通信收发模块通过4G/3G蜂窝移动通信网络接收地面通信导航监视服务器发送的防撞预警信息，主控MCU控制机载显示器显示避让方案；
地面通信导航监视服务器具体运行步骤为：
第一步、地面通信导航监视服务器接收来自4G/3G蜂窝移动通信网络上的所有通用飞机的空间位置信息即经度、纬度、高度三维信息，航向、速度信息；
第二歩、地面通信导航监视服务器为每一架飞机建立空间位置信息、航向、速度信息的数据库，进行原始数据存储；
第三步、地面通信导航监视服务器对每架飞机进行飞行状态分析，并通过安装在地面通信导航监视服务器上的电子地图进行每架飞机飞行状态的实时显示；
第四步、地面通信导航监视服务器实时跟踪每架飞机的空间位置信息即经度、纬度、高度三维信息，当未发现有多架飞机有危险接近的情况时，跳转到第六步，当发现有多架飞机有危险接近的情况时，跳转到第五步；
第五步、地面通信导航监视服务器通过4G/3G蜂窝移动通信网络给有危险接近的多架飞机同时发送告警信息，并经过运算给出危险接近飞机以后的航向、速度、空间位置信息的避让方案；
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