CN107609612B - 通用航空飞行器监视管控数字标识系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通用航空飞行器监视管控数字标识系统及方法，包括：飞行员便携机载终端：用于与通用航空飞行器上的NFC射频标签进行通信，获取通用航空飞行器标识码；同时采集通用航空飞行器的GNSS定位位置、当前飞行状态、通用航空飞行器操控人员标识码、通用航空飞行器标识码、飞行计划标识码数据，并发送至中心管理系统；本发明有益效果：将通航公司/拥有者、飞行器、飞行员/操作者的数字身份编码关联在一起，实现对通航公司/拥有者、飞行器、飞行员/操作者、飞行计划执行的动态管控。使得军民航空管机构能够随时掌握是谁的飞行器、什么时间在哪里飞行、有没有申报飞行计划、执行的是哪个飞行计划、即时飞行状态是怎样的。

Description

通用航空飞行器监视管控数字标识系统及方法

技术领域

本发明通用航空飞行器监控技术领域，尤其涉及一种通用航空飞行器监视管控数字标识系统及方法。

背景技术

中国通航产业的兴起特别是无人机的迅猛增长，通航低慢小和无人机具有显著有别于运输飞行的特点，数量众多，飞行器类别种类持续增长；应用行业极其广泛，既有商业飞行，也有个人娱乐爱好飞行；虽然主要飞行活动集中在低空空域，但飞行范围广，且没有固定的航路，上和现有军民航空共享空域，下和民众日常生活空间重叠；飞行计划具有短期多样性，且临时计划可能会是常态。

对于军民航空管机构及政府主管部门进行飞行安全管控带来了非常严峻的挑战，他们需要随时掌握谁的飞行器？什么时间在哪里飞行？有没有申报飞行计划？执行的哪个飞行计划？即时飞行状态是怎样的？

因此，需要基于通航飞行器和无人机特点设计和建立的实名注册登记管理制度，形成简便、可靠、易行的动态关联、有效管控系统和技术实现手段，成为亟待解决的首要问题。

虽然运输航空具有完善的、行之有效的管理系统，可保障运输航空飞行活动安全、有效、可追溯；因为运输航空管控系统经过国家民航相关部门多年的大量投资建成，而且也仅是覆盖了民航航线和航路的绝大多数空域，而通航不但飞行范围广，且没有固定的航路，即便国家也无法拿出资金和人力去建设和维护几乎是覆盖全域的管控系统和体系。因此，运输航空的管理体系无法移植作为用于通航飞行和无人机飞行活动的技术和标准系统。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了一种通用航空飞行器监视管控数字标识系统及方法，通过飞行计划数字标识码将通航公司/拥有者标识码、飞行器标识码、飞行员标识码关联在一起，实现申请飞行计划与实际执行飞行计划的一致性相关验证。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明公开了一种通用航空飞行器监视管控数字标识系统，包括：

飞行员便携机载终端：用于与通用航空飞行器上的NFC射频标签进行通信，获取通用航空飞行器标识码；同时采集通用航空飞行器的GNSS定位位置、当前飞行状态、通用航空飞行器操控人员标识码、通用航空飞行器标识码、飞行计划标识码数据，并发送至中心管理系统；

中心管理系统包括：

飞行计划申报信息数据库：用于存储上传的飞行计划申报信息；

飞行计划执行信息数据库：用于存储通用航空飞行器标识码、通用航空飞行器操控人员标识码和飞行计划数字标识码以及通用航空飞行器拥有者标识码；

数据关联模块：用于将通用航空飞行器标识码、通用航空飞行器操控人员标识码、飞行计划数字标识码以及通用航空飞行器拥有者标识码进行关联形成完整的飞行计划执行信息；

数字身份标识码验证模块：用于验证飞行计划申报信息数据库内的飞行计划申报信息与飞行计划执行信息数据库内的飞行计划执行信息是否一致；

状态信息数据库：用于存储数字身份标识码验证模块的验证信息；

飞行监管系统：与中心管理系统通信，接收中心管理系统上传的数字身份标识码验证模块的验证信息。

进一步地，所述通用航空飞行器上的NFC射频标签内存储通用航空飞行器标识码；所述NFC射频标签包括：天线、射频前端、电压调节器、调制解调器、CPU控制器、防擦写控制模块、ROM和EEPROM；

所述天线与射频前端和电压调节器分别连接，所述射频前端、调制解调器和CPU控制器依次串联连接，所述CPU控制器与防擦写控制模块、ROM和EEPROM分别连接；

NFC射频标签的唯一UID码存入ROM中，通用航空飞行器唯一标识码存入EEPROM中。

进一步地，所述NFC射频标签还包括：

数据加密模块：用于将NFC射频标签的UID码与通用航空飞行器标识码混合加密成为密文存入EEPROM中，并启用一次性写入防擦写控制。

进一步地，飞行员便携机载终端与通用航空飞行器上的NFC射频标签进行通信时，同时读取NFC射频标签的UID码和EEPROM中的加密数据，飞行员便携机载终端解算出加密数据中存储的NFC射频标签的UID，与直接读取的NFC射频标签的UID码进行匹配，根据匹配结果判定NFC射频标签的真伪；同时将判定的真伪结果传送至中心管理系统。

进一步地，所述通用航空飞行器为有人机或者无人机，对应的通用航空飞行器操控人员为有人机飞行员或者无人机操控人员。

进一步地，所述飞行员便携机载终端包括：

微处理器，所述微处理器与北斗通讯模块相连，所述北斗通讯模块与北斗卫星相互通信，所述北斗卫星与管控数据中心服务器相互通信；所述微处理器还与重力传感器、速度传感器陀螺仪和方向传感器分别相连；所述微处理器还与NFC模块相连，所述NFC模块用于读取固定放置于飞行器上的NFC数字身份标签内的信息并传送至微处理器；所述微处理器还与通讯模块相连，所述通讯模块与基站相互通信，所述基站也与管控数据中心服务器相互通信；

所述微处理器还与电源模块相连，所述电源模块与电源管理模块相连，所述电源管理模块包括电源管理控制器，所述电源管理控制器与电流检测模块和电压检测模块分别相连；所述电流检测模块和电压检测模块均与电源模块相连，所述电源管理控制器还通过切换开关分别与主电源模块和备用电源模块相连。

进一步地，所述微处理器还与Wifi模块相连，所述Wifi模块与北斗通讯模块相连，所述北斗通讯模块与北斗卫星相互通信。

进一步地，所述微处理器还与蓝牙模块相连，所述蓝牙模块与北斗通讯模块相连，所述北斗通讯模块与北斗卫星相互通信。

本发明还公开了一种通用航空飞行器监视管控数字标识方法，包括：

(1)为每一个通用航空飞行器设置唯一的通用航空飞行器标识码和飞行器拥有者标识码；为每一个操控人员设置唯一的通用航空飞行器操控人员标识码；为每一个上传的飞行计划设置唯一的飞行计划数字标识码；

(2)申报飞行计划，形成飞行计划标识码；

(3)执行飞行计划：签派飞行器和飞行器操控人员，并将飞行器信息、飞行器操控人员标识码以及飞行计划标识码推送到飞行员便携机载终端；

(4)飞行员便携机载终端读取飞行器NFC射频标签内的通用航空飞行器标识码，同时获取飞行器GNSS定位位置以及当前飞行状态数据，将GNSS定位位置、当前飞行状态数据、通用航空飞行器标识码、飞行器操控人员标识码以及飞行计划标识码与通用航空飞行器操控人员标识码进行关联形成完整的飞行计划执行信息并存储；

(5)将飞行计划执行信息与飞行计划申报信息进行一致性相关验证，并将一致性相关验证结果送往飞行监管系统。

本发明有益效果：

将通航“低慢小”飞行器数字身份标识码加密写入存储在无源NFC射频标签内，启用一次性防擦写功能，允许具有NFC功能的智能设备无线读取飞行器数字标识码，实现通航“低慢小”飞行器一机一码的唯一性数字身份标识管理，为通航“低慢小”飞行器的数字身份注册、标识发放、无源非接触性读取管理提供防伪、防篡改，且简便易行、低成本解决方案。

飞行员便携机载终端结构简单，利用NFC模块读取固定放置于飞行器上的NFC数字身份标签内的信息，进而获取飞行器的属性信息并传送至微处理器；还分别利用重力传感器、陀螺仪、方向传感器和GPS定位模块来实时获取飞行器的飞行状态信息，最终传送至管控数据中心服务器；飞行员便携机载终端还利用电源管理模块对电源模块的电流和电压进行实时监控，当主电源发生故障时，还能够及时切换至备用电源，以保证以实时监控飞行器。

通过对通航公司/拥有者、飞行器、飞行员/操作者进行编码管理，实现对通航公司/拥有者、飞行器(有人机、无人机等)、飞行员/操作者的静态基础信息管理，包括身份标识编码；通过对飞行计划的编码管理，将通航公司/拥有者、飞行器(有人机、无人机等)、飞行员/操作者的数字身份编码关联在一起，借助于必要的机载设备和通讯网络实现对通航公司/拥有者、飞行器(有人机、无人机等)、飞行员/操作者、飞行计划执行的动态管控。使得军民航空管机构能够随时掌握是谁的飞行器、什么时间在哪里飞行、有没有申报飞行计划、执行的是哪个飞行计划、即时飞行状态是怎样的。

附图说明

图1为本发明通用航空飞行器监视管控数字标识系统示意图；

图2为本发明通用航空飞行器上的NFC射频标签结构示意图；

图3为本发明NFC射频标签防伪验证示意图；

图4为本发明飞行员便携机载终端结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的说明。

本发明公开了一种通用航空飞行器监视管控数字标识系统，如图1所示，包括：

飞行员便携机载终端：用于与通用航空飞行器上的NFC射频标签进行通信，获取通用航空飞行器标识码；同时采集通用航空飞行器的GNSS定位位置、当前飞行状态、通用航空飞行器操控人员标识码、通用航空飞行器标识码、飞行计划标识码数据，并发送至中心管理系统；

中心管理系统包括：

飞行计划申报信息数据库：用于存储上传的飞行计划申报信息；

飞行计划执行信息数据库：用于存储通用航空飞行器标识码、通用航空飞行器操控人员标识码和飞行计划数字标识码以及通用航空飞行器拥有者标识码；

数据关联模块：用于将通用航空飞行器标识码、通用航空飞行器操控人员标识码、飞行计划数字标识码以及通用航空飞行器拥有者标识码进行关联形成完整的飞行计划执行信息；

数字身份标识码验证模块：用于验证飞行计划申报信息数据库内的飞行计划申报信息与飞行计划执行信息数据库内的飞行计划执行信息是否一致；

状态信息数据库：用于存储数字身份标识码验证模块的验证信息；

飞行监管系统：与中心管理系统通信，接收中心管理系统上传的数字身份标识码验证模块的验证信息。

通过飞行计划数字标识码将通用航空飞行器拥有者标识码、通用航空飞行器标识码、通用航空飞行器操控人员标识码关联在一起，实现申请飞行计划与实际执行飞行计划的一致性相关验证。可靠的实现对飞行活动中的飞行员、飞行器和飞行路线/时间与申请的飞行计划的符合性实时监视验证。

需要说明的是，本发明所述的通用航空飞行器为有人机或者无人机，对应的通用航空飞行器操控人员为有人机飞行员或者无人机操控人员。

通用航空飞行器上的NFC射频标签内存储通用航空飞行器标识码；NFC射频标签结构如图2所示，包括：天线、射频前端、电压调节器、调制解调器、CPU控制器、防擦写控制模块、ROM和EEPROM；

天线与射频前端和电压调节器分别连接，射频前端、调制解调器和CPU控制器依次串联连接，CPU控制器与防擦写控制模块、ROM和EEPROM分别连接；NFC射频标签的唯一UID存入ROM中，通用航空飞行器唯一标识码存入EEPROM中。

NFC射频标签还包括：

数据加密模块：用于将NFC射频标签的UID码与通用航空飞行器标识码混合加密成为密文存入EEPROM中，并启用一次性写入防擦写控制。

如图3所示，飞行员便携机载终端与通用航空飞行器上的NFC射频标签进行通信时，同时读取NFC射频标签的UID码和EEPROM中的加密数据，飞行员便携机载终端解算出加密数据中存储的NFC射频标签的UID，与直接读取的NFC射频标签的UID码进行匹配，根据匹配结果判定NFC射频标签的真伪；同时将判定的真伪结果传送至中心管理系统。

将通航“低慢小”飞行器数字身份标识码加密写入存储在无源NFC射频标签内，启用一次性防擦写功能，允许具有NFC功能的智能设备无线读取飞行器数字标识码，实现通航“低慢小”飞行器一机一码的唯一性数字身份标识管理，为通航“低慢小”飞行器的数字身份注册、标识发放、无源非接触性读取管理提供防伪、防篡改，且简便易行、低成本解决方案。

飞行员便携机载终端结构如图4所示，包括：

微处理器，微处理器与北斗通讯模块相连，北斗通讯模块与北斗卫星相互通信，北斗卫星与管控数据中心服务器相互通信；微处理器还与重力传感器、陀螺仪和方向传感器分别相连；微处理器还与NFC模块相连，NFC模块用于读取固定放置于飞行器上的NFC数字身份标签内的信息并传送至微处理器；微处理器还与通讯模块相连，通讯模块与基站相互通信，所述基站也与管控数据中心服务器相互通信；

微处理器还与电源模块相连，电源模块与电源管理模块相连，电源管理模块包括电源管理控制器，电源管理控制器与电流检测模块和电压检测模块分别相连；电流检测模块和电压检测模块均与电源模块相连，电源管理控制器还通过切换开关分别与主电源模块和备用电源模块相连。

NFC模块用于读取固定放置于飞行器上的NFC数字身份标签内的信息并传送至微处理器，其中，NFC数字身份标签内的信息包括飞行器的属性信息，比如飞行器的型号。

通讯模块为2G通讯模块、3G通讯模块或4G通讯模块。

微处理器还与速度传感器相连，利用速度传感器来实时检测当前飞行器的飞行速度。

微处理器还与显示模块相连，显示模块可以采用LED显示屏或LCD显示屏。

主电源模块优选锂电池，主电源模块除了采用锂电池之外，还可以采用其他可充电蓄电池。

备用电源模块优选太阳能电池，备用电源模块除了采用太阳能电池之外，还可以采用干电池或其他电池。

电流检测模块为电流互感器，电压检测模块为电压互感器。电流检测模块和电压检测模块也可以分别采用霍尔电流传感器和霍尔电压传感器来实时检测电源的输出电流和电压信号。

微处理器还与蓝牙模块相连，蓝牙模块与北斗通讯模块相连，北斗通讯模块与北斗卫星相互通信。利用蓝牙模块实现数据传输，避免了复杂的电缆线路连接，降低整个便携式智能机载终端的能量损耗。

其中，北斗通讯模块用来收发北斗卫星传送来的信息。

北斗通讯模块包括收发信号控制器，收发信号控制器通过天线与北斗卫星相互通信，收发信号控制器通过蓝牙模块与微处理器相互通信。

本发明还公开了一种通用航空飞行器监视管控数字标识方法，包括：

(1)为每一个通用航空飞行器设置唯一的通用航空飞行器标识码和飞行器拥有者标识码；为每一个操控人员设置唯一的通用航空飞行器操控人员标识码；为每一个上传的飞行计划设置唯一的飞行计划数字标识码；

(2)申报飞行计划，形成飞行计划标识码；

(3)执行飞行计划：签派飞行器和飞行器操控人员，并将飞行器信息、飞行器操控人员标识码以及飞行计划标识码推送到飞行员便携机载终端；

(4)飞行员便携机载终端读取飞行器NFC射频标签内的通用航空飞行器标识码，同时获取飞行器GNSS定位位置以及当前飞行状态数据，将GNSS定位位置、当前飞行状态数据、通用航空飞行器标识码、飞行器操控人员标识码以及飞行计划标识码与通用航空飞行器操控人员标识码进行关联形成完整的飞行计划执行信息并存储；

(5)将飞行计划执行信息与飞行计划申报信息进行一致性相关验证，并将一致性相关验证结果送往飞行监管系统。如果不匹配会给出不一致的报警提示，并将该状态存入系统状态数据库。

通航数字标识管理体系通过对通航公司/拥有者、飞行器、飞行员/操作者进行编码管理，实现对通航公司/拥有者、飞行器(有人机、无人机等)、飞行员/操作者的静态基础信息管理；通过对飞行计划的编码管理，将通航公司/拥有者、飞行器(有人机、无人机等)、飞行员/操作者的数字身份编码关联在一起，借助于必要的机载设备和通讯网络实现对通航公司/拥有者、飞行器(有人机、无人机等)、飞行员/操作者、飞行计划执行的动态管控。使得军民航空管机构能够随时掌握是谁的飞行器、什么时间在哪里飞行、有没有申报飞行计划、执行的是哪个飞行计划、即时飞行状态是怎样的。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种通用航空飞行器监视管控数字标识系统，其特征在于，包括：

飞行员便携机载终端：用于与通用航空飞行器上的NFC射频标签进行通信，获取通用航空飞行器标识码；同时采集通用航空飞行器的GNSS定位位置、当前飞行状态、通用航空飞行器操控人员标识码、通用航空飞行器标识码、飞行计划标识码数据，并发送至中心管理系统；

中心管理系统包括：

飞行计划申报信息数据库：用于存储上传的飞行计划申报信息；

飞行计划执行信息数据库：用于存储通用航空飞行器标识码、通用航空飞行器操控人员标识码和飞行计划数字标识码以及通用航空飞行器拥有者标识码；

数据关联模块：用于将通用航空飞行器标识码、通用航空飞行器操控人员标识码、飞行计划数字标识码以及通用航空飞行器拥有者标识码进行关联形成完整的飞行计划执行信息；

数字身份标识码验证模块：用于验证飞行计划申报信息数据库内的飞行计划申报信息与飞行计划执行信息数据库内的飞行计划执行信息是否一致；

状态信息数据库：用于存储数字身份标识码验证模块的验证信息；

飞行监管系统：与中心管理系统通信，接收中心管理系统上传的数字身份标识码验证模块的验证信息；对通航公司/拥有者、飞行器、飞行员/操作者的静态基础信息管理；对飞行计划的编码管理，将通航公司/拥有者、飞行器、飞行员/操作者的数字身份编码关联在一起，借助机载设备和通讯网络对通航公司/拥有者、飞行器、飞行员/操作者、飞行计划执行的动态管控；

所述通用航空飞行器为有人机或者无人机，对应的通用航空飞行器操控人员为有人机飞行员或者无人机操控人员。

2.如权利要求1所述的一种通用航空飞行器监视管控数字标识系统，其特征在于，所述通用航空飞行器上的NFC射频标签内存储通用航空飞行器标识码；所述NFC射频标签包括：天线、射频前端、电压调节器、调制解调器、CPU控制器、防擦写控制模块、ROM和EEPROM；

所述天线与射频前端和电压调节器分别连接，所述射频前端、调制解调器和CPU控制器依次串联连接，所述CPU控制器与防擦写控制模块、ROM和EEPROM分别连接；

NFC射频标签的唯一UID码存入ROM中，通用航空飞行器唯一标识码存入EEPROM中。

3.如权利要求2所述的一种通用航空飞行器监视管控数字标识系统，其特征在于，所述NFC射频标签还包括：

数据加密模块：用于将NFC射频标签的UID码与通用航空飞行器标识码混合加密成为密文存入EEPROM中，并启用一次性写入防擦写控制。

4.如权利要求3所述的一种通用航空飞行器监视管控数字标识系统，其特征在于，飞行员便携机载终端与通用航空飞行器上的NFC射频标签进行通信时，同时读取NFC射频标签的UID码和EEPROM中的加密数据，飞行员便携机载终端解算出加密数据中存储的NFC射频标签的UID，与直接读取的NFC射频标签的UID码进行匹配，根据匹配结果判定NFC射频标签的真伪；同时将判定的真伪结果传送至中心管理系统。

5.如权利要求1所述的一种通用航空飞行器监视管控数字标识系统，其特征在于，所述飞行员便携机载终端包括：

微处理器，所述微处理器与北斗通讯模块相连，所述北斗通讯模块与北斗卫星相互通信，所述北斗卫星与管控数据中心服务器相互通信；所述微处理器还与重力传感器、速度传感器陀螺仪和方向传感器分别相连；所述微处理器还与NFC模块相连，所述NFC模块用于读取固定放置于飞行器上的NFC数字身份标签内的信息并传送至微处理器；所述微处理器还与通讯模块相连，所述通讯模块与基站相互通信，所述基站也与管控数据中心服务器相互通信；

所述微处理器还与电源模块相连，所述电源模块与电源管理模块相连，所述电源管理模块包括电源管理控制器，所述电源管理控制器与电流检测模块和电压检测模块分别相连；所述电流检测模块和电压检测模块均与电源模块相连，所述电源管理控制器还通过切换开关分别与主电源模块和备用电源模块相连。

6.如权利要求5所述的一种通用航空飞行器监视管控数字标识系统，其特征在于，所述微处理器还与Wifi模块相连，所述Wifi模块与北斗信号收发终端相连，所述北斗信号收发终端与北斗卫星相互通信。

7.如权利要求5所述的一种通用航空飞行器监视管控数字标识系统，其特征在于，所述微处理器还与蓝牙模块相连，所述蓝牙模块与北斗信号收发终端相连，所述北斗信号收发终端与北斗卫星相互通信。

8.一种通用航空飞行器监视管控数字标识方法，其特征在于，应用根据权利要求1-7任一项所述的通用航空飞行器监视管控数字标识系统，包括：

(1)为每一个通用航空飞行器设置唯一的通用航空飞行器标识码和飞行器拥有者标识码；为每一个操控人员设置唯一的通用航空飞行器操控人员标识码；为每一个上传的飞行计划设置唯一的飞行计划数字标识码；

(2)申报飞行计划，形成飞行计划标识码；

(3)执行飞行计划：签派飞行器和飞行器操控人员，并将飞行器信息、飞行器操控人员标识码以及飞行计划标识码推送到飞行员便携机载终端；

(4)飞行员便携机载终端读取飞行器NFC射频标签内的通用航空飞行器标识码，同时获取飞行器GNSS定位位置以及当前飞行状态数据，将GNSS定位位置、当前飞行状态数据、通用航空飞行器标识码以及飞行计划标识码与通用航空飞行器操控人员标识码进行关联形成完整的飞行计划执行信息并存储；

(5)将飞行计划执行信息与飞行计划申报信息进行一致性相关验证，并将一致性相关验证结果送往飞行监管系统。

Images