CN107579768A - 一种基于无线激光通信的航空管制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于无线激光通信的航空管制系统，主要包括至少一个机载无线激光航管数据装置、一个无线激光通信中继站、二次雷达及应答机航管系统、无线激光通信航管系统、新型航管信息处理系统、至少一个无线激光通信航管控制中心及至少一个地面无线激光通信数据接收中心组成，本发明是一种基于无线激光通信的航空管制系统，可传输的航管信息量大，速率高，可将飞行状况实时信息，及地面航管监测所需的大量飞行参数，具有避免人为因素关闭航管设备而导致飞行器失联的控制方式；通过无线激光通信中继站组网可确保飞行器处于全球无盲区的实时监控体系中，本发明广泛适用于航空领域。
Description
技术领域
本发明涉及飞行器的航行管制方法，尤其涉及一种基于无线激光通信的航空管制系统。
背景技术
近年来，陆续发生了民用航空飞机失联空难、空袭劫机等问题，进一步加强飞行安全航行管理引起人们的关注。现有的航空管制系统是利用地面二次雷达及机载应答机配合工作，通过无线电通信、对飞机飞行活动进行监视和控制，从而保证有秩序地飞行。
现有基于二次雷达的航管系统存在以下问题：1、存在大范围盲区。由于地面二次雷达都部署在人烟较稠密的地区，受无线电传播范围限制，在海洋、山区、荒漠、极地上空存在大范围盲区，飞行器在盲区上空飞行就会暂时“失联”。2、监测数据量小。受无线电通信带宽和速率限制，只能传输飞行器飞行状况的基本参数和少量语音，不能实时传输地面监测所需的全部飞行状况参数、机舱内外部视频图像、机舱内外部音频信息等。3、存在人为干预的安全隐患。当机载航管应答机被人为关闭时，地面二次雷达和航管中心将收不到飞行状况信息，也不能进行航管控制。马航MH370事件就是一个实例。
马航事件后，国外提出在目前基于二次雷达航管系统的基础上，使用卫星无线电通讯手段，构建星、空、地一体的新型航管系统，解决航管盲区问题。但是，受无线电通信技术自身性能限制，仍然存在航管信息传输容量小、速率低、抗干扰性能弱、传输保密性差等问题，不能将地面监测所需了解的全部飞行状况参数包括飞机、发动机、机载设备及关键部件的工作数据和故障信息、机舱内外部视频图像、机舱内外部音频信息等，实时不间断的采集并传输到地面航管中心。为此，需要采用新的通信方式来解决无线电通信存在的问题。
发明内容
发明目的：本发明的目的是针对基于二次雷达航管系统存在盲区大、无线电通信带宽窄、速率低、实时数据量小、抗干扰能力弱、保密性差等问题，提供一种基于无线激光通信的航空管制系统，按照本发明所提供的技术方案制成的航空管制系统，能够实时不间断地传输地面航管监测所需的大量飞行参数包括飞机、发动机、机载设备及关键部件的工作数据和故障信息、机舱内外部视频图像、机舱内外部音频信息等，具有监测无盲区、传输信息量大、速率高、抗干扰性能好、安全保密等特点。
技术方案：为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：一种基于无线激光通信的航空管制系统，主要包括至少一个机载无线激光航管数据装置、至少一个无线激光通信中继站、二次雷达及应答机航管系统、无线激光通信航管系统、并行航管信息处理系统、至少一个无线激光通信航管控制中心及至少一个地面无线激光通信数据接收中心组成；所述无线激光通信航管控制中心通过激光无线或有线多载频信号装置与至少一个地面无线激光通信数据接收中心连接；所述无线激光通信中继站至少包括一种无线激光信息收发装置；所述机载无线激光通信航管数据装置由信息采集装置、激光源、编码器、发射调制器、光学天线、接收解调器、处理器等连接组成；所述机载无线激光通信航管数据装置安装在飞行器上，飞行器带有自定位装置。
所述飞行器通过自身的定位装置，获取三坐标地理位置信息，并连同机载航管数据采集装置采集的实时飞行状况信息，经过数字编码和调制，通过无线激光链路多载频信号发送至地面无线激光通信数据接收中心，或通过无线激光通信中继站转发至地面无线激光通信数据接收中心，所述无线激光通信航管系统可与二次雷达及应答机航管系统兼容工作，并将信息发送至并行航管信息处理系统。
所述并行航管系统由基于二次雷达及应答机航管系统、基于无线激光通信航管系统及并行航管信息处理系统组成，所述基于二次雷达及应答机航管系统、基于无线激光通信航管系统及并行航管信息处理系统连接，所述基于无线激光通信航管系统数据装置及基于二次雷达及应答机航管系统既可独立工作也可兼容工作，同时作为并行航管信息处理装置的数据来源，所述基于无线激光通信航管系统为其主要的数据来源和传输设备。
所述无线激光通信中继站为空间平台或视距内其他飞行器中的一种或几种，所述空间平台包括卫星、飞艇、浮空器、热气球等，所述飞行器通过无线激光通信装置可与地面无线激光通信数据接收中心直接通信，也可通过无线激光通信中继站，实时转发数据信息，并通过无线激光通信方式传输至地面无线激光数据接收中心，通过组网将数据汇总到无线激光通信航管控制中心，无线激光通信航管控制中心将相关数据分发到相应的航管控制区。
所述飞行器通过无线激光通信装置可与地面无线激光数据接收中心直接通信，也可通过无线激光通信中继站，实时转发数据信息，并通过无线激光通信的方式传输至地面无线激光数据接收中心，通过组网将数据汇总到无线激光通信航管控制中心，无线激光通信航管控制中心将相关数据分发到相应的航管控制区。
若在无线激光可达范围内存在地面无线激光数据接收中心，则所述飞行器将通过无线激光通信自定位技术和自对准技术，将飞行器识别码及实时飞行状况信息发送至地面无线激光数据接收中心，并由地面无线激光数据接收中心将信息传送至无线激光通信航管信息处理系统。
若在无线激光可达范围内没有地面无线激光数据接收中心，则需用通过无线激光通信中继站进行传递，如将信息传递给空间平台卫星、飞艇、浮空器、热气球等或视距内的其他飞行器，由无线激光通信中继站再向地面无线激光数据接收中心转发飞机的实时状况信息。
所述飞行器的机载无线激光航管数据装置为独立于其他机载信息系统的独立装置，所述机载无线激光航管数据装置内置禁止人控的保险装置，使机舱内人员不能关闭该装置工作，避免人为关闭导致飞行器失联，确保飞行器处于全球无盲区的实时监控体系中。
所述机载无线激光航管数据装置中包括：信息采集装置、激光源、编码器、发射调制器、光学天线、接收解调器、处理器等。
所述飞行器的定位装置为卫星导航定位器，所述位置信息为三维坐标地理信息，所述飞行状况实时信息包括：地面航管监控所需了解的所有实时飞行参数包括飞机、发动机、机载设备及关键部件的工作数据和故障信息、机舱内外部视频图像、机舱内外部音频信息等。
有益效果：本发明与现有技术相比，其有益效果是：
1、本发明一种基于无线激光通信的航空管制系统，可传输的航管信息量大，速率高，可将飞行状况实时信息，及地面航管监测所需的大量飞行参数，包括飞机、发动机、机载设备及关键部件的工作数据和故障信息、机舱内外部视频图像、机舱内外部音频信息等进行实时不间断地传输。此外，还能与现有的基于二次雷达的航管系统兼容工作。
2、本发明一种基于无线激光通信的航空管制系统，无线激光通信具有直线传播特性，其发散角很小，通信抗干扰性强，不易被截获，安全性好。
3、本发明一种基于无线激光通信的航空管制系统，通过无线激光通信中继平台转发信息，以及通过地面无线激光通信数据接收中心组网，可确保飞行器处于全球无盲区的实时监控体系中。
4、本发明一种基于无线激光通信的航空管制系统，广泛适用于航空领域。
附图说明
图1为本发明一种基于无线激光通信的航空管制系统与二次雷达及应答机航空管制系统兼容工作示意图。
图中：10：并行航管系统；101：基于二次雷达及应答机航管系统；102：基于无线激光通信航管系统；103：并行航管信息处理系统。
图2为本发明一种基于无线激光通信的航空管制系统的工作原理示意图。
图中：201：飞行器、202：无线激光通信中继站；203：地面无线激光数据接收中心；301：无线激光通信航管控制中心、302：航管控制区。
图3为本发明一种基于无线激光通信的航空管制系统的信息流向图。
图中：1、数据采集装置；2、激光源；3、编码器；4、发射调制器；5、光学天线；6、接收解调器；7、信号处理器。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步说明本发明。
如图2所示，一种基于无线激光通信的航空管制系统，包括：至少一个机载无线激光航管数据装置、至少一个无线激光通信中继站、二次雷达及应答机系统、无线激光通信航管系统、并行航管信息处理系统、至少一个无线激光通信航管控制中心301及至少一个地面无线激光数据接收中心203组成；所述无线激光通信航管控制中心301通过无线激光通信与至少一个地面无线激光数据接收中心203连接；所述无线激光通信中继站至少包括一种无线激光信息收发装置；
所述无线激光通信中继站包括空间平台卫星、飞艇、浮空器、热气球等或视距内的其他飞行器202，所述飞行器201通过无线激光通信装置可与地面无线激光通信数据接收中心203直接通信，也可通过无线激光通信中继站，以无线激光通信方式，实时转发数据信息至地面无线激光数据接收中心203，通过组网将数据汇总到无线激光通信航管控制中心301，无线激光通信航管控制中心301将相关数据分发到相应的航管控制区302。
所述飞行器201的机载无线激光航管数据装置为独立于其他机载信息系统的独立装置，所述飞行器201的机组人员无法人为关闭该装置，避免飞行器失联。
所述飞行器201通过自定位功能获取地理位置信息，加上机载数据采集装置提供的飞行器201识别码及实时飞行状况信息，经过数字编码后通过无线激光通信发送，在无线激光通信自定位和自对准技术的支持下，将上述飞机识别码和飞行状况信息发送至地面无线激光数据接收中心203或通过无线激光通信中继站202转发至地面无线激光数据接收中心203，通过组网将数据汇总到无线激光通信航管控制中心301，无线激光通信航管控制中心301将相关数据分发到相应的航管控制区302。
所述无线激光通信中继站为空间平台卫星、飞艇、浮空器、热气球等或视距内的其他飞行器202中的一种或几种。
如图1所示，所述并行航管装置10由二次雷达及应答机航管系统101、无线激光通信航管系统102及并行航管信息处理系统103组成，所述二次雷达及应答机航管系统101、无线激光通信航管系统102及并行航管信息处理系统103连接，所述二次雷达及应答机航管系统101及无线激光通信航管系统102均可作为并行航管信息处理系统103的数据来源，所述无线激光通信航管系统为主要的航管数据采集和数据信息传输方式。
所述飞行器201的定位装置为卫星导航定位器，所述位置信息为三维坐标地理信息，所述飞行状况信息包括：飞行状况实时信息，及地面航管监测所需的大量飞行参数，包括飞机、发动机、机载设备及关键部件的工作数据和故障信息、机舱内外部视频图像、机舱内外部音频信息等进行实时不间断地传输。所述飞行基本参数主要包括飞行速度、飞行高度、航向、姿态等及飞行器201识别码。
所述无线激光通信中继站为空间平台卫星、飞艇、浮空器、热气球等或视距内的其他飞行器202中的一种或几种。
若在无线激光可达范围内存在地面无线激光数据接收中心203，则飞行器201将通过无线激光通信自定位技术和自对准技术，将飞行器201识别码及实时飞行状况信息发送至地面无线激光数据接收中心203，并由地面无线激光数据接收中心203将信息上传至无线激光通信航管控制中心301。
若在无线激光可达范围内没有地面无线激光数据接收中心203，则需通过无线激光通信中继站202进行传递，由无线激光通信中继站再向地面无线激光数据接收中心203发送飞机的实时信息。
如图3所示，所述机载无线激光航管数据装置由1、数据采集装置；2、激光源；3、编码器；4、发射调制器；5、光学天线；6、接收解调器；7、信号处理器等连接组成；所述机载无线激光航管数据装置安装在飞行器201上，飞行器201带有自定位装置。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (6)
1.一种基于无线激光通信的航空管制系统，包括：至少一个机载无线激光航管数据装置、至少一个无线激光通信中继站(202)、基于二次雷达及应答机航管系统(101)、基于无线激光通信航管系统(102)、并行航管信息处理系统(103)、至少一个无线激光通信航管控制中心(301)及至少一个地面无线激光数据接收中心(203)，其特征在于：所述无线激光通信航管控制中心(301)通过但不限于无线或有线的激光多载频信号装置与至少一个地面无线激光数据接收中心(203)连接；所述无线激光通信中继站(202)至少包括一种无线激光信息收发装置；所述机载无线激光通信航管数据装置由信息采集装置(1)、激光源(2)、编码器(3)、发射调制器(4)、光学天线(5)、接收解调器(6)、处理器(7)等连接组成；所述机载无线激光通信航管数据装置安装在飞行器(201)上，飞行器(201)带有自定位装置。
2.根据权利要求1所述的一种基于无线激光通信的航空管制系统，其特征在于：所述并行航管系统(10)由基于二次雷达及应答机航管系统(101)、基于无线激光通信航管系统(102)及并行航管信息处理系统(103)组成，所述基于二次雷达及应答机航管系统(101)、基于无线激光通信航管系统(102)及并行航管信息处理系统(103)连接，所述基于无线激光通信航管系统(102)及基于二次雷达及应答机航管系统(101)既可独立工作也可兼容工作，同时作为并行航管信息处理系统(103)的数据来源，所述基于无线激光通信航管系统(102)为并行航管信息处理系统(103)主要的数据来源和传输设备。
3.根据权利要求1所述的一种基于无线激光通信的航空管制系统，其特征在于：所述无线激光通信中继站(202)包括空间平台或视距内的其他飞行器(201)，所述飞行器(201)通过无线激光通信装置可与地面无线激光数据接收中心(203)直接通信，也可通过无线激光通信中继站(202)，实时转发数据信息，并通过无线激光通信的方式传输至地面无线激光数据接收中心(203)，通过组网将数据汇总到无线激光通信航管控制中心(301)，无线激光通信航管控制中心(301)将相关数据发送到相应的航管控制区(302)。
4.根据权利要求1所述的一种基于无线激光通信的航空管制系统，其特征在于：所述基于无线激光通信的航空管制系统(103)内置禁止人控的保险装置，使机舱内人员不能关闭该系统工作。
5.根据权利要求1所述的一种基于无线激光通信的航空管制系统，其特征在于：所述飞行器(201)的定位装置为卫星导航定位器，所述位置信息为三维坐标地理信息，所述飞行状况实时信息包括：地面航管监控所需了解的所有实时飞行参数和飞机工作状况参数、机舱内外部实时视频图像、机舱内外部音频信息等。
6.根据权利要求3所述的一种基于无线激光通信的航空管制系统，其特征在于：所述无线激光通信中继站(202)为所述空间平台(202)(包括卫星、浮空器、飞艇、热气球等)或视距内其他飞行器(202)中的任一种或几种。
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