CN107272028B - 基于无人机的导航设备在线监测及飞行校验系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于无人机的导航设备在线监测及飞行校验系统和方法，所述系统包括：GPS天线、GPS定位系统模块、导航设备在线监测及飞行校验系统模块、传感器模块、机载计算机模块、执行机构模块，其中导航设备在线监测及飞行校验系统模块包括测试天线、中央控制器、信号采集处理模块、信号监测分析模块、飞行校验模块，将上述模块搭载在无人机上，使无人机按规定飞行路径飞行，以获取导航设备信号，并进行相应的监测分析和校验。本发明提供的基于无人机的导航设备在线监测及飞行校验系统和方法，结合无人机飞行技术，使得测量导航设备的信号客观全面有效，分析结果更可靠，精度更高，并减少因设备测试和飞行校验对机场运营造成的影响。

Description

基于无人机的导航设备在线监测及飞行校验系统和方法

技术领域

本发明涉及技术领域，具体涉及一种基于无人机的导航设备在线监测及飞行校验系统和方法。

背景技术

民用航空导航设备是保障航空安全非常重要的设备，对它的测试目前在国内外皆很受重视，国际民航组织(ICAO)、国际无线电通信咨询委员会(CCIR)和国际无线电干扰特别委员会(CISPR)等国际组织，在各自制订和颁发的有关文件中，都提出了相关的航空导航设备的性能检测维护方法，中国民航也针对民用航空导航设备制定了相关的测试规程和要求、飞行校验规范。

民航导航设备是民用航空最重要的基础设施，与飞行安全密切相关。近20年来，随着电子技术、计算机技术等迅速发展，民用导航设备测试技术也得到很大的发展。ILS/VOR/DME/NDB测试设备作为装备研制、生产、测试和维修过程中必不可少的重要装备，在导航设备运行过程中发挥重要的作用，越来越受到行业内的高度重视。到2020年，我国通用机场数量将达到500个，随着新建机场的增加、航班流量的不断增长、国内大型机场II、III类仪表着陆系统运行的实施，机场运行对导航设备依赖程度越来越高，这对导航设备性能和运行保障提出了更高的要求。

飞行校验是机场开放和航路运行的最基本的前提之一，是保证通信、导航、雷达等设施设备符合航班正常运营要求的必要手段，是保障飞行安全和旅客生命、人民财产安全的重要环节。真正意义上的飞行校验始于1932年，随着地面导航设备和机载设施的不断改进，特别是仪表着陆系统(ILS)和全向信标/测距仪(VOR/DME)起用以来，飞行校验的内容不断丰富，飞行校验的程序和标准也日趋完善。飞行校验分为投产校验、监视性校验、定期校验、特殊校验四类。根据国际民航组织(ICAO)和我国民航总局的规定，对机场的导航设备进行飞行校验是强制性的，例如：新建机场必须进行飞行校验，I类仪表着陆系统每270天执行一次定期校验，机场全向信标每540天执行一次定期校验。当前国内外的飞行校验都是由专门的飞行校验人员驾驶装有专门校验设备的飞行校验飞机，按照飞行校验的有关规范，检查和评估各种导航、雷达、通信等设备的空间信号的质量及其容限，以及机场的进、离港飞行程序。面对我国机场数量的增加、机场周围建筑物的不断新建，飞行校验的需求越来越频繁，而目前我国的飞行校验人员数量少，可用的飞行校验飞机不超过20架，因此往往不能对有飞行校验需求的机场进行及时飞行校验，从而影响机场的运行和使用。

除定期的飞行校验外，对导航设备的巡检测试、维护性测试、特殊天气条件下的运行检测已经成为保障航空飞行安全的重要手段。根据导航设备的地面测量需求，在欧洲和美国，在上世纪九十年代就开始研究ILS和VOR地面测试工具的研究工作，并研发出相应的测试工具，国内外导航设备测试主要使用如Marconi IFR4000、R&S EVS300ILS/VOR分析仪、R&S ILSChecker软件、R&S TS6300ILS测试系统等专用设备，频谱分析仪、示波器、网络分析仪等通用设备。专用设备存在价格昂贵，缺乏自主知识产权等缺点；通用设备存在功能单一，测量受人为因素干扰较大等缺点。当前国内对导航设备在线测量技术主要还是对通用工具的应用和通用测试工具测量方法上的研究。

当前导航设备传统的地面测试手段，需要关机进行测试并且测试指标不全面、测试结果不连续，不能完全反映ILS等导航设备的运行状态指标，也影响机场的运行。R&S公司最新研发的车载移动测量技术相对传统地面测试手段有所改进，能在近场通视条件下测量导航设备的信号，但受限于道路、地形、障碍物、测量高度等原因，远场测试结果不能有效可靠的反映导航设备的运行状态，亦不能进行飞行校验。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供的基于无人机的导航设备在线监测及飞行校验系统和方法，结合无人机飞行技术，使得测量导航设备的信号客观有效，分析结果更可靠，精度更高，并减少因设备测试和飞行校验对机场运营造成的影响。

第一方面，本发明提供了一种基于无人机的导航设备在线监测及飞行校验系统，包括：GPS天线、GPS定位系统模块、导航设备在线监测及飞行校验系统模块、传感器模块、机载计算机模块、执行机构模块；所述导航设备在线监测及飞行校验系统模块包括测试天线、中央控制器、信号采集处理模块、信号监测分析模块、飞行校验模块；

所述GPS天线、所述GPS定位系统模块、所述测试天线、所述中央控制器、所述信号采集处理模块、所述传感器模块、所述机载计算机模块、所述执行机构模块搭载在无人机上；

所述GPS天线用于接收卫星信号；

所述GPS定位系统模块用于根据所述卫星信号确定所述无人机飞行过程中的定位信息；

所述中央控制器用于配置飞行任务，获取所述定位信息并发送给所述信号采集处理模块，所述飞行任务包括：待测量导航设备及其工作频率、配置飞行路径、待分析信号特征参数；

所述测试天线用于接收导航设备信号；

所述信号采集处理模块用于根据所述中央控制器配置的待测量导航设备及其频率采集并处理所述导航设备信号，得到每个采样点的参数数据，根据所述定位信息得到每个采样点的位置信息，并记录存储当前时刻采样点的参数数据和位置信息；

所述信号监测分析模块从所述信号采集处理模块中获取所述参数数据和所述位置信息，根据所述参数数据和所述位置信息做相应的监测分析；

所述飞行校验模块用于从所述信号采集处理模块中获取所述参数数据和所述位置信息，根据所述参数数据和所述位置信息做相应的飞行校验分析；

所述传感器模块与所述机载计算机连接，所述传感器模块用于获取无人机飞行过程中的飞行状态信息，并发送给所述机载计算机模块，所述飞行状态信息包括速度信息、姿态信息、航向信息；

所述机载计算机模块用于根据配置飞行路径以及所述飞行状态信息向所述执行机构模块发送飞行指令；

所述执行机构模块用于执行所述飞行指令使所述无人机按配置飞行路径飞行。

优选地，所述机载计算机将所述GPS定位系统模块输出的定位信息与所述配置的飞行路径进行比对，根据当前的飞行状态信息调整飞行指令发送给所述执行机构模块。

优选地，所述飞行校验模块搭载在所述无人机上；

所述飞行校验模块还用于根据飞行校验分析结果判断所述无人机是否偏离导航信号指示的飞行路径，并生成飞行调整指令反馈给所述中央控制器；

所述中央控制器将所述飞行调整指令发送给所述机载计算机；

所述机载计算机根据飞行调整指令和所述飞行状态信息调整飞行指令发送给所述执行机构模块。

优选地，所述飞行校验模块还用于将所述飞行校验分析结果发送给所述中央控制器进行实时的图形化显示。

优选地，所述飞行校验模块包括航向信标信号校验子模块、下滑信标信号校验子模块、指点信标信号校验子模块、全向信标信号校验子模块、测距仪信号校验子模块、无方向信标信号校验子模块。

优选地，还包括地面控制站，所述地面控制站用于接收所述机载计算机发送的信息，向所述机载计算机模块发送指令信息，以调整飞行任务。

优选地，所述监测分析模块搭载在所述无人机上，所述信号监测分析模块还用于将监测分析结果发送给所述中央控制器进行实时的图形化显示。

优选地，所述信号监测分析模块包括航向信标信号监测分析子模块、下滑信标信号监测分析子模块、指点信标信号监测分析子模块、全向信标信号监测分析子模块、测距仪信号监测分析子模块、无方向信标信号监测分析子模块。

优选地，所述信号采集处理模块包括航向信标信号采集和处理子模块、下滑信标信号采集和处理子模块、指点信标信号采集和处理子模块、全向信标信号采集和处理子模块、测距仪信号采集和处理子模块、无方向信标信号采集和处理子模块、定位信号采集和处理子模块。

优选地，所述无人机上还搭载有高清摄像头，所述高清摄像头用于记录飞行过程中的地图图像，所述地面图像绘制三维服务区信号绘图。

第二方面，本发明提供了一种基于无人机的导航设备在线监测及飞行校验方法，包括：

中央控制器配置飞行任务，所述配置飞行任务包括：配置待测量导航设备及其工作频率，配置所述无人机的飞行路径；

机载计算机根据所述飞行路径向执行机构模块发送飞行指令，所述执行机构模块执行所述飞行指令使所述无人机按配置的飞行路径飞行；

GPS天线接收卫星信号经GPS定位系统模块处理后得到所述无人机飞行过程中的定位信息，并将所述定位信息发送给所述机载计算机和中央控制器；

测试天线接收导航设备信号并发送给信号采集处理模块；

所述信号采集处理模块采集并处理所述导航设备信号得到每个采样点的参数数据，根据所述定位信息得到每个采样点的位置信息，并记录存储当前时刻采样点的参数数据和位置信息；

信号监测分析模块从所述信号采集处理模块中获取所述参数数据和所述位置信息，并做相应的监测分析，将监测分析结果发送给所述中央控制器进行图形化显示；

飞行校验模块从所述信号采集处理模块中获取所述参数数据和所述位置信息，并做相应的飞行校验分析，将飞行校验分析结果发送给所述中央控制器进行图形化显示。

优选地，还包括：飞行过程中，所述机载计算机将所述GPS定位系统模块输出的定位信息与所述配置的飞行路径进行比对，根据传感器模块输出的当前的飞行状态信息调整飞行指令发送给所述执行机构模块。

优选地，还包括：

所述飞行校验模块根据所述飞行校验分析结果判断所述无人机是否偏离导航信号指示的飞行路径，并生成飞行调整指令反馈给所述中央控制器；

所述中央控制器将所述飞行调整指令发送给所述机载计算机；

所述机载计算机根据飞行调整指令和传感器模块输出的当前的飞行状态信息调整飞行指令发送给所述执行机构模块。

优选地，还包括：通过地面控制站向所述机载计算机模块发送指令信息，以调整飞行任务。

优选地，所述配置飞行任务还包括：根据待分析信号特征参数配置所述信号采集处理模块中的子模块。

优选地，还包括：通过高清摄像头记录飞行过程中的地图图像，根据所述地面图像绘制三维服务区信号绘图。

现有的导航设备在线监测系统普遍采用手持式设备逐点采集导航设备信号，最新的车载式监测系统虽能连续测量导航设备信号，但受机场周边的道路、地形、障碍物等影响，测量地点的选择有限，且远场测量得到的信号因测量高度有限，障碍物遮挡的原因基本不能用于分析。本实施例提出的导航设备在线监测及飞行校验系统基于无人机技术，不受上述因素的影响，测量导航设备的信号全面客观有效，监测分析技术精度及效率更高，分析结果更可靠。

另外，随着新建机场的增加、以及机场周边建筑物的新建，飞行校验的需求量也大大的增加，而我国目前的飞行校验人员和飞机非常有限，不能及时对有需求的机场进行飞行校验。本实施例提出的导航设备在线监测及飞行校验系统和方法，基于无人机技术，飞行校验的飞行路径和方法与有人机的飞行校验一样，飞行校验得到的结果真实可靠。针对飞行校验人员和飞机数量不足导致不能及时进行有人机飞行校验，或正常运行机场的定期飞行校验，或因机场低能见度天气不能进行飞行校验的情况，可用本实施例提出的导航设备在线监测及飞行校验系统和方法进行飞行校验，如得到的飞行校验结果完全符合机场导航设备的运行要求，则该机场的导航设备可继续开放运行，并可取消当次有人机飞行校验计划，从而大大减少等待有人机飞行校验的时间，并节约了相应的人力和财力成本，同时也可以减少因设备测试和飞行校验对机场运营造成的影响。

由于不同导航设备测量与分析需要不同的机载接收设备，为提高应用效率，本实施例提供的导航设备在线监测及飞行校验系统和方法利用“任务模块”的概念，针对不同的任务，仅装载当次任务所需的导航接收设备，从而大大减少无人机负载设备的重量。

附图说明

图1为本发明实施例所提供的一种基于无人机的导航设备在线监测及飞行校验系统的结构框图；

图2为信号采集处理模块、信号监测分析模块及飞行校验模块的具体结构框图；

图3为本发明实施例所提供的一种基于无人机的导航设备在线监测及飞行校验方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

如图1所示，本实施例提供了一种基于无人机的导航设备在线监测及飞行校验系统，包括：GPS天线、GPS定位系统模块、导航设备在线监测及飞行校验系统模块、传感器模块、机载计算机模块、执行机构模块。导航设备在线监测及飞行校验系统模块包括：测试天线、中央控制器、信号采集处理模块、信号监测分析模块、飞行校验模块。

其中，GPS天线、GPS定位系统模块、测试天线、中央控制器、信号采集处理模块、传感器模块、机载计算机模块、执行机构模块搭载在无人机上。

其中，信号监测分析模块和飞行校验模块可以搭载在无人机上做实时的监测、分析和校验；信号监测分析模块和飞行校验模块也可以设置在地面上，等待无人机完成飞行回到地面后，从信号采集处理模块中获取记录的信息完成相关的分析和校验，以减轻负载设备的重量。

GPS天线用于接收卫星信号。GPS定位系统模块用于根据卫星信号确定无人机飞行过程中的定位信息。

中央控制器用于配置飞行任务，获取定位信息并发送给信号采集处理模块。其中，飞行任务包括：待测量导航设备及其工作频率、无人机的飞行路径、待分析信号特征参数等。其中，待分析信号特征参数包括：航向信号、下滑信号、指点信标信号、全向信标信号、测距仪信号、无方向信标信号等。中央控制器将根据飞行任务配置测试天线、中央控制器、信号采集处理模块、机载计算机模块中的相关参数，使得系统参数满足测试需求，例如：可以根据不同的测试需求选择上述任意数量的待分析信号特征参数。

测试天线用于接收导航设备信号。根据不同测试需求中分析的信号，选择合适的测试天线。

信号采集处理模块用于根据中央控制器配置的待分析信号特征参数采集并处理导航设备信号得到每个采样点的参数数据，根据定位信息得到每个采样点的位置信息，并记录存储当前时刻采样点的参数数据和位置信息。

如图2所示，信号采集处理模块包括航向信标信号采集处理子模块、下滑信标信号采集处理子模块、指点信标信号采集处理子模块、全向信标信号采集处理子模块、测距仪信号采集处理子模块、无方向信标信号采集处理子模块、定位信号采集和处理子模块。信号采集处理模块中各个子模块之间是相互独立的，可根据实际的测试需求自由搭配装载在无人机上的子模块，以减轻无人机负载设备的重量，降低无人机能耗。

定位信号采集和处理子模块根据GPS定位系统模块的输出记录下每个采样点的定位信息，并根据测量导航设备所在的跑道设置的导航设备信息，得到相应的相对位置信息，具体包括：高度信息、距离信息和方位信息。航向信标信号采集处理子模块用于采集并处理航向信号，处理过程包括滤波、解调、计算处理，得到参数数据，具体包括：信号强度、航道/余隙信号的90/150Hz信号的调制度和相位、调制度差DDM值与调制度和SDM值，莫尔斯识别码等参数，并记录存储当前时刻采样点的参数数据和位置信息。下滑信标信号采集处理子模块采集并处理下滑信号，处理过程包括滤波、解调、计算处理，得到参数数据，具体包括：信号强度、航道/余隙信号的90/150Hz信号的调制度和相位、调制度差DDM值与调制度和SDM值等参数，并记录存储当前时刻采样点的参数数据和位置信息。指点信标信号采集处理子模块采集并处理指点信标信号，处理过程包括滤波、解调、计算处理，得到参数数据，具体包括：信号强度、400/1300/3000Hz信号的频率和调制度、莫尔斯识别码等参数，并记录存储当前时刻采样点的参数数据和位置信息。全向信标信号采集处理子模块采集并处理全向信标信号，处理过程包括滤波、解调、计算处理，得到参数数据，具体包括：信号强度、30/9960Hz信号的调制度和频率、方位角、9960Hz信号的调幅失真度、莫尔斯识别码等参数，并记录存储当前时刻采样点的参数数据和位置信息。测距仪信号采集处理子模块采集和处理测距仪信号，处理过程包括滤波、解调、计算处理，得到参数数据，具体包括：信号强度、莫尔斯识别码等参数，并记录存储当前时刻采样点的参数数据和位置信息。无方向信标信号采集处理子模块采集和处理无方向信标信号，处理过程包括滤波、解调、计算处理，得到参数数据，具体包括：信号强度、莫尔斯识别码、方位等参数，并记录存储当前时刻采样点的参数数据和位置信息。信号采集处理模块中各个子模块中采用的信号处理方法为本领域现有的信号处理方法，在此不再赘述。

信号监测分析模块用于从信号采集处理模块中获取参数数据和位置信息，根据参数数据和相对位置信息做相应的监测分析。如图2所示，信号监测分析模块包括航向信标信号监测分析子模块、下滑信标信号监测分析子模块、指点信标信号监测分析子模块、全向信标信号监测分析子模块、测距仪信号监测分析子模块、无方向信标信号监测分析子模块，各个子模块分别用来分析各个待分析信号特征参数。

信号监测分析模块根据分配的监测任务(即确定分析哪些待分析信号特征参数)，结合每个采样点测量到的信号，以及该采样点相对于跑道入口或监测的导航台的距离信息、方位信息和高度信息，绘制相应的监测图，并分析判断该监测结果是否满足ICAODOC8071的相关要求。例如：航向信标信号监测分析子模块根据分配的飞行监测任务，结合每个采样点测量到的信号，以及该采样点相对于跑道入口的距离信息、监测的航向信标台对应的方位信息和高度信息，绘制相应的监测图，并分析判断该监测结果是否满足ICAODOC8071的相关要求。

信号监测分析模块中各个子模块之间是相互独立的，可根据实际的测试需求自由搭配装载在无人机上的子模块，以减轻无人机负载设备的重量，降低无人机能耗。

飞行校验模块用于从信号采集处理模块中获取参数数据和位置信息，根据参数数据和位置信息做相应的飞行校验分析。如图2所示，飞行校验模块包括航向信标信号校验子模块、下滑信标信号校验子模块、指点信标信号校验子模块、全向信标信号校验子模块、测距仪信号校验子模块、无方向信标信号校验子模块，各个子模块分别用来分析各个待分析信号特征参数。

飞行校验模块根据分配的飞行校验任务(即确定分析哪些待分析信号特征参数)，结合每个采样点相对于跑道入口或监测的导航台的距离信息、方位信息和高度信息，分析判断该飞行校验结果是否满足《民用航空路基导航设备飞行校验规范》中相应的要求。例如：航向信标信号校验子模块根据分配的飞行校验任务，结合每个采样点相对于跑道入口的距离信息、监测的航向信标台对应的方位信息和高度信息，绘制相应的测量结果图，分析判断该飞行校验结果是否满足《民用航空路基导航设备飞行校验规范》中相应的要求。

飞行校验模块中各个子模块之间是相互独立的，可根据实际的测试需求自由搭配装载在无人机上的子模块，以减轻无人机的载重，降低无人机能耗。

传感器模块与机载计算机连接，传感器模块用于获取无人机飞行过程中的飞行状态信息，并发送给机载计算机模块，飞行状态信息包括速度信息、姿态信息、航向信息。传感器模块选用现有的传感器实现，在此不再赘述。

机载计算机模块用于根据配置的飞行路径以及传感器模块输出实时的飞机状态信息向执行机构模块发送飞行指令。其中，飞行路径根据测试需求确定。

执行机构模块用于执行飞行指令使无人机按配置的飞行路径飞行。

当信号监测分析模块和飞行校验模块搭载在无人机上时，飞行校验模块将飞行校验分析结果发送给中央控制器进行实时的图形化显示，信号监测分析模块将监测分析结果发送给中央控制器进行实时的图形化显示。

现有的导航设备在线监测系统普遍采用手持式设备逐点采集导航设备信号，最新的车载式监测系统虽能连续测量导航设备信号，受机场周边的道路、地形、障碍物等影响，测量地点的选择有限，且远场测量得到的信号因测量高度有限，障碍物遮挡的原因基本不能用于分析。本实施例提出的导航设备在线监测及飞行校验系统基于无人机技术，不受上述因素的影响，测量导航设备的信号客观有效，监测分析技术精度及效率更高，分析结果更可靠。

另外，随着新建机场的增加、以及机场周边建筑物的新建，飞行校验的需求量也大大的增加，而我国目前的飞行校验人员和飞机非常有限，不能及时对有需求的机场进行飞行校验。本实施例提出的导航设备在线监测及飞行校验系统基于无人机技术，飞行校验的飞行路径和方法与有人机的飞行校验一样，飞行校验得到的结果真实可靠。针对飞行校验人员和飞机数量不足导致不能及时进行有人机飞行校验，或正常运行机场的定期飞行校验，或因机场低能见度天气不能进行飞行校验的情况，可用本实施例提出的导航设备在线监测及飞行校验系统进行飞行校验，如得到的飞行校验结果完全符合机场导航设备的运行要求，则该机场的导航设备可继续开放运行，并可取消当次有人机飞行校验计划，从而大大减少等待有人机飞行校验的时间，并节约的相应的人力和财力成本，同时也可以减少因设备测试和飞行校验对机场运营造成的影响。

由于不同导航设备测量与分析需要不同的机载接收设备，为提高应用效率，本实施例提供的导航设备在线监测及飞行校验系统利用“任务模块”的概念，针对不同的任务，仅装载当次任务所需的导航接收设备，从而大大减少无人机负载设备的重量。

如图1所示，地面上还设置有配套的地面控制站，用于接收无人机的机载计算机发出的信息，并可向机载计算机发出调整飞行任务的指令。

基于上述传感器模块，本实施例的导航设备在线监测及飞行校验系统可通过中央控制器配置调整无人机飞行路径的方式，以实现多种方式控制，满足不同的测试需求。本实施提供了以下三种调整无人机飞行路径的方式。

方式一：通过GPS定位技术引导无人机按规定的计划路线飞行。具体实现方式为：机载计算机将GPS定位系统模块输出的定位信息与飞行路径进行比对，根据当前的飞行状态信息调整飞行指令发送给执行机构模块，执行机构模块执行飞行指令使无人机按规定的飞行路径飞行。

方式二：通过无人机上还搭载的飞行校验模块引导无人机按规定的计划路线飞行。具体实现方式为：飞行校验模块用于从信号采集处理模块中获取参数数据和位置信息，根据参数数据和位置信息做相应的飞行校验分析，根据飞行校验分析结果判断无人机是否偏离导航信号指示的飞行路径，并生成飞行调整指令反馈给中央控制器；中央控制器将飞行调整指令发送给机载计算机；机载计算机根据飞行调整指令和飞行状态信息调整飞行指令发送给执行机构模块。

其中，导航信号是指由飞行校验模块得到的指示航向的信号，如航向信号和下滑信号。例如：当分配的飞行任务是飞行校验航道结构或下滑道结构时，飞行校验模块需根据当前接收到的信号分析判断无人机是否偏离航向信号和下滑信号指示的飞行路径，并给出下一时刻应向左/向右飞和向上/向下飞的指示，并把该指示传送给中央控制器以引导无人机按指示飞行。

方式三：通过地面控制站引导无人机按照地面控制站的指令要求飞行。

本实施例提出的导航设备在线监测及飞行校验系统，不受限于机场周围的地形、障碍物遮挡和飞行高度、低能见度天气的影响，能按照预编程飞行路径进行定点悬停、直线、环形、圆周、圆弧飞行，也可按照接收到的航向/下滑信号形成的着陆航线进行进近路径飞行，或是按照地面控制站的引导进行飞行，在飞行过程中测量导航信号并分析，并实时记录和下传测量数据，相比于传统的地面测试，基于无人机技术测量得到的结果更加准确完好，能有效表征导航设备的运行状态。

基于上述任一实施例，另一优选实施例为：无人机上还搭载有高清摄像头，高清摄像头用于记录飞行过程中的地图图像，根据飞行过程中的地面图像绘制三维服务区信号绘图。通过对这些三维服务区信号进行定期比对，可以及时检测出机场周围障碍物变化，帮助相关人员分析评估导航设备因环境问题、地形或建筑物原因造成的信号异常，从而对相应的改善建议提供合理的依据。

基于上述导航设备在线监测及飞行校验系统，本实施例还提供了一种基于无人机的导航设备在线监测及飞行校验方法，包括：

步骤S1，中央控制器配置飞行任务，配置飞行任务包括：配置待测量导航设备及其工作频率，配置无人机的飞行路径，配置待测量导航信号参数；

步骤S2，机载计算机根据配置的飞行路径向执行机构模块发送飞行指令，执行机构模块执行飞行指令使无人机按配置的飞行路径飞行；

步骤S3，GPS天线接收卫星信号经GPS定位系统模块处理后得到无人机飞行过程中的定位信息，并将定位信息发送给机载计算机和中央控制器；

步骤S4，测试天线接收导航设备信号并发送给信号采集处理模块；

步骤S5，信号采集处理模块采集并处理导航设备信号得到每个采样点的参数数据，根据定位信息得到每个采样点的位置信息，并记录存储当前时刻采样点的参数数据和位置信息；

步骤S6，信号监测分析模块从信号采集处理模块中获取参数数据和位置信息，并做相应的监测分析，将监测分析结果发送给中央控制器进行图形化显示；

步骤S7，飞行校验模块从信号采集处理模块中获取参数数据和位置信息，并做相应的飞行校验分析，将飞行校验分析结果发送给中央控制器进行图形化显示。

其中，步骤S6和步骤S7是相互独立的。若测试需求只需对信号进行监测分析，则只需启动信号监测分析模块执行步骤S6；若测试需求只需进行飞行校验，则可以只需启动飞行校验模块执行步骤S7；若需要同时进行监测分析和飞行校验，则启动信号监测分析模块和飞行校验模块，同步执行步骤S6和步骤S7即可。

本实施例提出的导航设备在线监测及飞行校验系统基于无人机技术，不受机场周围的地形、障碍物遮挡和飞行高度、低能见度天气的影响，测量导航设备的信号客观全面有效，监测分析技术精度及效率更高，分析结果更可靠，能有效减少因设备测试对机场运营造成的影响。对于飞行校验人员和飞行校验飞机不足，而不能及时对有需求的机场进行飞行校验的情况，采用本实施例提出的导航设备在线监测及飞行校验系统进行飞行校验，可以大大减少等待有人机飞行校验的时间，并节约相应的人力和财力成本，同时也可以减少因飞行校验对机场运营造成的影响。

优选地，在飞行过程中，还包括：通过地面控制站向机载计算机模块发送指令信息，以调整飞行任务。

优选地，配置飞行任务还包括：根据待分析信号特征参数配置信号采集处理模块中的子模块。配置信号采集处理模块中的子模块是指启用相应的子模块用于信号分析。

基于无人机上搭载的传感器模块，本实施例的导航设备在线监测及飞行校验方法可通过中央控制器配置调整无人机飞行路径的方式，以实现多种方式控制，满足不同的测试需求。本实施提供了以下三种调整无人机飞行路径的方式。

方式一：飞行过程中，机载计算机将GPS定位系统模块输出的定位信息与规划飞行路径进行比对，根据传感器模块输出的当前的飞行状态信息调整飞行指令发送给执行机构模块。执行机构模块执行飞行指令使无人机按规划飞行路径飞行。

方式二：通过无人机上还搭载的飞行校验模块引导无人机按导航信号指示的路线飞行。具体实现方式为：飞行校验模块根据飞行校验分析结果判断无人机是否偏离导航信号指示的飞行路径，并生成飞行调整指令反馈给中央控制器；中央控制器将飞行调整指令发送给机载计算机；机载计算机根据飞行调整指令和传感器模块输出的当前的飞行状态信息调整飞行指令发送给执行机构模块。

例如：当分配的飞行任务是飞行校验航道结构或下滑道结构时，飞行校验模块需根据当前接收到的信号分析判断无人机是否偏离航向信号和下滑信号指示的飞行路径，并给出下一时刻应向左/向右飞和向上/向下飞的指示，并把该指示传送给中央控制器以引导无人机按指示飞行。

基于上述导航设备在线监测及飞行校验方法，给出飞行校验中航道结构和下滑道结构采集分析过程，包括：

步骤S10，中央控制器配置飞行任务，配置相应的导航接收设备，将无人机的飞行路径输入到机载计算机，将飞行校验中航道结构和下滑道结构的任务下达给信号采集处理模块采集，信号采集处理模块采集启动航向信标信号采集处理子模块、下滑信标信号采集处理子模块。

步骤S20，机载计算机根据飞行路径向执行机构模块发送飞行指令，执行机构模块执行飞行指令使无人机按飞行路径飞行。

步骤S30，GPS天线接收卫星信号经GPS定位系统模块处理后得到无人机飞行过程中的定位信息，并将定位信息发送给机载计算机和中央控制器。

步骤S40，测试天线接收导航设备信号并发送给信号采集处理模块。

步骤S50，信号采集处理模块采集并处理导航设备信号得到每个采样点的参数数据，并根据定位信息得到每个采样点的位置信息。

步骤S60，飞行校验模块从信号采集处理模块中获取参数数据和位置信息，结合理论航向道和下滑道，绘制航道结构图和下滑道结构图，根据测量信号中的航向信号判断当前无人机是否处于实际航向道上，根据下滑信号判断当前无人机是否处于实际下滑道上，并给出下一时刻无人机应向左/右飞x米和向上/下飞y米的指令，并将该指令发送给中央控制器。

步骤S70，中央控制器接收无人机飞行调整指令，并将该指令发送给机载计算机，机载计算机结合姿态传感器等传输的无人机当前的姿态、高度、速度、航向等信息，计算出执行机构应如何调整的指令，并发送给执行机构完成，以在下一时刻到达指定位置。

步骤S80，无人机根据飞行校验模块给出的指令不断调整飞行位置，完成此次飞行任务，飞行校验模块根据在此飞行过程中的每个采样点的信息绘制航道结构图和下滑道结构图，并结合相关规范要求判断分析该结构是否满足要求，并把绘制的结构图和分析判断结果传送到中央控制器，进行图形化显示。

方式三：通过地面控制站引导无人机按照地面控制站的指令要求飞行。

本实施例提出的导航设备在线监测及飞行校验方法，不受限于机场周围的地形、障碍物遮挡和飞行高度、低能见度天气的影响，能按照预编程飞行路径进行定点悬停、直线、环形、圆周、圆弧飞行，也可按照接收到的航向/下滑信号形成的着陆航线进行进近路径飞行，或是按照地面控制站的引导进行飞行，在飞行过程中测量导航信号并分析，并实时下传测量数据，相比于传统的地面测试，基于无人机技术测量得到的结果更加准确完好，能有效表征导航设备的运行状态。

优选地，在飞行过程中，还包括：通过高清摄像头记录飞行过程中的地面图像，根据飞行过程中的地面图像绘制三维服务区信号绘图。通过对这些三维服务区信号进行定期比对，可以及时检测出机场周围障碍物变化，帮助相关人员分析评估导航设备因环境问题、地形或建筑物原因造成的信号异常，从而对相应的改善建议提供合理的依据。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种基于无人机的导航设备在线监测及飞行校验系统，其特征在于，包括：GPS天线、GPS定位系统模块、导航设备在线监测及飞行校验系统模块、传感器模块、机载计算机模块、执行机构模块；所述导航设备在线监测及飞行校验系统模块包括测试天线、中央控制器、信号采集处理模块、信号监测分析模块、飞行校验模块；

所述GPS天线、所述GPS定位系统模块、所述测试天线、所述中央控制器、所述信号采集处理模块、所述传感器模块、所述机载计算机模块、所述执行机构模块搭载在无人机上；

所述GPS天线用于接收卫星信号；

所述GPS定位系统模块用于根据所述卫星信号确定所述无人机飞行过程中的定位信息；

所述中央控制器用于配置飞行任务，获取所述定位信息并发送给所述信号采集处理模块，所述飞行任务包括：待测量导航设备及其工作频率、配置飞行路径、待分析信号特征参数；

所述测试天线用于接收导航设备信号；

所述信号采集处理模块用于根据所述中央控制器配置的待测量导航设备及所述待测量导航设备的工作频率，采集并处理所述导航设备信号，得到每个采样点的参数数据，根据所述定位信息得到每个采样点的位置信息，并记录存储当前时刻采样点的参数数据和位置信息；

所述信号监测分析模块从所述信号采集处理模块中获取所述参数数据和所述位置信息，根据所述参数数据和所述位置信息做相应的监测分析；

所述飞行校验模块用于从所述信号采集处理模块中获取所述参数数据和所述位置信息，根据所述参数数据和所述位置信息做相应的飞行校验分析；

所述传感器模块与所述机载计算机连接，所述传感器模块用于获取无人机飞行过程中的飞行状态信息，并发送给所述机载计算机模块，所述飞行状态信息包括速度信息、姿态信息、航向信息；

所述机载计算机模块用于根据配置飞行路径以及所述飞行状态信息向所述执行机构模块发送飞行指令；

所述执行机构模块用于执行所述飞行指令使所述无人机按配置飞行路径飞行。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述机载计算机将所述GPS定位系统模块输出的定位信息与所述配置飞行路径进行比对，根据当前的飞行状态信息调整飞行指令发送给所述执行机构模块。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述飞行校验模块搭载在所述无人机上；

所述飞行校验模块还用于根据飞行校验分析结果判断所述无人机是否偏离导航信号指示的飞行路径，并生成飞行调整指令反馈给所述中央控制器；

所述中央控制器将所述飞行调整指令发送给所述机载计算机；

所述机载计算机根据飞行调整指令和所述飞行状态信息调整飞行指令发送给所述执行机构模块。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述飞行校验模块包括航向信标信号校验子模块、下滑信标信号校验子模块、指点信标信号校验子模块、全向信标信号校验子模块、测距仪信号校验子模块、无方向信标信号校验子模块。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括地面控制站，所述地面控制站用于接收所述机载计算机发送的信息，向所述机载计算机模块发送指令信息，以调整飞行任务。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述无人机上还搭载有高清摄像头，所述高清摄像头用于记录飞行过程中的地面图像，所述地面图像绘制三维服务区信号绘图。

7.一种基于无人机的导航设备在线监测及飞行校验方法，其特征在于，包括：

中央控制器配置飞行任务，所述配置飞行任务包括：配置待测量导航设备及其工作频率，配置所述无人机的飞行路径；

机载计算机根据所述飞行路径向执行机构模块发送飞行指令，所述执行机构模块执行所述飞行指令使所述无人机按配置飞行路径飞行；

GPS天线接收卫星信号经GPS定位系统模块处理后得到所述无人机飞行过程中的定位信息，并将所述定位信息发送给所述机载计算机和中央控制器；

测试天线接收导航设备信号并发送给信号采集处理模块；

所述信号采集处理模块采集并处理所述导航设备信号，得到每个采样点的参数数据，根据所述定位信息得到每个采样点的位置信息，并记录存储当前时刻采样点的参数数据和位置信息；

信号监测分析模块从所述信号采集处理模块中获取所述参数数据和所述位置信息，并做相应的监测分析，将监测分析结果发送给所述中央控制器进行图形化显示；

飞行校验模块从所述信号采集处理模块中获取所述参数数据和所述位置信息，并做相应的飞行校验分析，将飞行校验分析结果发送给所述中央控制器进行图形化显示。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：飞行过程中，所述机载计算机将所述GPS定位系统模块输出的定位信息与所述配置飞行路径进行比对，根据传感器模块输出的当前的飞行状态信息调整飞行指令发送给所述执行机构模块。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：

所述飞行校验模块根据所述飞行校验分析结果判断所述无人机是否偏离导航信号指示的飞行路径，并生成飞行调整指令反馈给所述中央控制器；

所述中央控制器将所述飞行调整指令发送给所述机载计算机；

所述机载计算机根据飞行调整指令和传感器模块输出的当前的飞行状态信息调整飞行指令发送给所述执行机构模块。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括：通过高清摄像头记录飞行过程中的地面图像，根据所述地面图像绘制三维服务区信号绘图。