CN108737782A - 一种基于北斗导航技术的低空监控设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于北斗导航技术的低空监控设备，包括多通信链路、飞行器和地面监控装置，所述多通信链路主要由北斗导航定位卫星网络为主，以移动通信网络和ADS‑B数据链路为辅，所述飞行器通过多通信链路分别通信连接北斗卫星、地面通信基站、ADS‑B地面站，并且所述飞行器的载物板两端处设置有高清摄像机和红外摄像机、所述载物板上安装有无线通信设备和ADS‑B发射机，并且所述载物板上方设置有北斗卫星定位终端，所述地面监控装置的接收端处安装有与多通信链路相对应的北斗接收终端、ADS‑B地面站和地面通信基站，并且所述地面监控装置通过通信网络连接有用户终端，通过北斗链路、移动通信链路和ADS‑B链路的组合方式，以提高低空监控的精确。

Description

一种基于北斗导航技术的低空监控设备
技术领域
本发明涉及北斗导航领域，具体为一种基于北斗导航技术的低空监控设备。
背景技术
北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星定位与通信系统(BDS)，是继美全球定位系统(GPS)和俄GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统，系统由空间端、地面端和用户端组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度优于20m，授时精度优于100ns。但是现有技术中，低空监控设备多数存在以下不足之处问题：
例如，申请号为201510918779.X，专利名称为基于移动通信网络的多无人机低空监控系统的发明专利：
其将无人机上的第一通信端与4G移动通信终端相连，从而在移动网络覆盖的低空范围内对多无人机的各种状态进行实时监控，安全可靠性高。
但是，现有的低空监控设备存在以下缺陷：
(1)普通的低空监控设备只采用单一形式的通信链路，将影响通信监控的效果和准确度，并且对于一些地面站困难的偏远地区，较难进行低空通信监控，从而造成人们的使用不便；
(2)一般的低空监控设备大部分只能够在白天的情况时进行低空监控，从而限制了监控时间的范围，不利于人们进行全天时形式的监控。
发明内容
为了克服现有技术方案的不足,本发明提供一种基于北斗导航技术的低空监控设备，既解决了普通低空监控设备带来的使用问题，又大大增加了低空监控设备的可使用度，提高了监控的效果，为监控提供更大的方便，而且能够在黑夜中进行低空监控，能有效的解决背景技术提出的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于北斗导航技术的低空监控设备，包括多通信链路、飞行器和地面监控装置，所述多通信链路主要由北斗导航定位卫星网络为主，以移动通信网络和ADS-B数据链路为辅，所述北斗导航定位卫星网络通过北斗卫星，使得飞行器和地面监控装置之间进行通信，所述飞行器通过移动通信网络与地面监控装置进行移动通信，并且所述飞行器通过ADS-B数据链路与地面监控装置进行ADS-B形式的地空通信；
所述飞行器通过多通信链路分别通信连接北斗卫星、ADS-B地面站、地面通信基站，并且所述飞行器的载物板两端处设置有高清摄像机和红外摄像机，所述载物板上安装有无线通信设备和ADS-B发射机，并且所述载物板上方设置有北斗卫星定位终端；
所述地面监控装置的接收端处安装有与多通信链路相对应的北斗接收终端、ADS-B地面站和地面通信基站，并且所述地面监控装置通过通信网络连接有用户终端，所述通信网络将地面控制命令输送给地面监控装置，所述地面监控装置的内部依次通过地面控制命令处理模块和命令上传链线路选择模块以将地面控制命令输送，并且所述地面监控装置将接受到的飞行器信息依次通过多链路数据接收模块、数据解析和完好性校验、多链路自动切换与融合模块、飞行器冲突告警模块和面向用户的通航信息智能分类和分发模块输送到通信网络。
进一步地，所述飞行器为适合低空监控的飞行设备如无人机和四轴飞行器，并且所述飞行器的载物板中安装有锂离子电池。
进一步地，所述锂离子电池是磷酸铁锂锂离子电池或锂玻璃电池。
进一步地，所述飞行器的轴柱上两端对称设置有太阳能电池板，所述太阳能电池板通过支撑杆与飞行器的轴柱相连。
进一步地，所述北斗卫星定位终端通过圆台座固定安装于飞行器的轴柱上，并且所述北斗卫星定位终端的数量为两个。
进一步地，所述高清摄像机和红外摄像机均采用球形结构。
进一步地，所述地面监控装置中包含一个通用航空器信息库(DB)用于保存监测到的通用航空器信息，如位置信息、标识信息、状态信息等。
进一步地，所述北斗接收终端、ADS-B地面站和地面通信基站均通过电缆与地面监控装置进行通信。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明的低空监控设备上设置有多通信链路，通过ADS-B链路、移动通信链路和北斗链路的组合方式以实现对通航飞机的全区域监视，而且还提高了监控的准确度；
(2)本发明的低空监控设备上设置有高清摄像机和红外摄像机，通过高清摄像机能够采用到地面的情况信息，且具有红外摄像机，能够在黑夜中进行监控，从而扩大了监控时间的范围。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的地面监控装置结构示意图；
图3为本发明的飞行器俯视结构示意图。
图中标号：
1-多通信链路；2-飞行器；3-地面监控装置；4-北斗卫星；5-ADS-B地面站；6-地面通信基站；7-载物板；8-高清摄像机；9-红外摄像机；10-无线通信设备；11-ADS-B发射机；12-北斗卫星定位终端；13-北斗接收终端；14-通信网络；15-用户终端；121-圆台座；
301-地面控制命令处理模块；302-命令上传链线路选择模块；303-多链路数据接收模块；304-数据解析和完好性校验；305-多链路自动切换与融合模块；306-飞行器冲突告警模块；307-面向用户的通航信息智能分类和分发模块；
201-锂离子电池；202-太阳能电池板；203-支撑杆。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供了一种基于北斗导航技术的低空监控设备，包括多通信链路1、飞行器2和地面监控装置3，所述多通信链路1主要由北斗导航定位卫星网络为主，以移动通信网络和ADS-B数据链路为辅，所述北斗导航定位卫星网络通过北斗卫星4，使得飞行器2和地面监控装置3之间进行通信，所述飞行器2通过移动通信网络与地面监控装置3进行移动通信，并且所述飞行器2通过ADS-B数据链路与地面监控装置3进行ADS-B形式的地空通信，由于单一链路存在一定不足，具体为北斗链路存在的较高丢包率，其影响着地面监控终端对飞机航迹的跟踪，而移动链路的基站对空信号覆盖不均以及传输时延较大则是该链路的最大不足，其ADS-B数据链路容易受到干扰，因此，将数据更新率快、通信延时小的ADS-B链路可以可靠地用于通航飞机的地空通信中，而在非视距严重的城市区域则可以发挥移动链路的优势，在布设地面站困难的偏远地区则可以发挥北斗链路的优势。将ADS-B链路、移动通信链路和北斗链路的组合方式以实现对通航飞机的全区域监视，而且还提高了监控的准确度。
需要补充说明的是，北斗卫星导航系统﹝BeiDou(COMPASS)Navigation SatelliteSystem﹞是中国正在实施北斗卫星导航系统介绍的自主研发、独立运行的全球卫星导航系统,缩写为BDS,与美国的GPS、俄罗斯的格洛纳斯、欧盟的伽利略系统兼容共用的全球卫星导航系统，并称全球四大卫星导航系统。北斗卫星导航系统2012年12月27日起提供连续导航定位与授时服务，北斗导航终端与GPS、“伽利略”和“格洛纳斯”相比，优势在于短信服务和导航结合，增加了通讯功能；全天候快速定位，极少的通信盲区，精度与GPS相当。向全世界提供的服务都是免费的，在提供无源定位导航和授时等服务时，用户数量没有限制，且与GPS兼容；
移动通信网络指的是将移动用户与固定点用户之间或移动用户之间的通信实现的通讯介质，有一定的专业性。移动通信网是通信网的一个重要分支，由于无线通信具有移动性、自由性，以及不受时间地点限制等特性，广受用户欢迎。在现代通信领域中，它与卫星通信、光通信并列的三大重要通信手段之一，当前的移动通信网，按照系统的覆盖范围和作业方式可以分为:双向对话式蜂窝公用移动通信、单向或双向对话式专用移动通信、单向接收式无线寻呼、家用无绳电话及无线本地用户环路等；
ADS-B全称是Automatic Dependent Surveillance-Broadcast，中文是广播式自动相关监视，顾名思义，即无需人工操作或者询问，可以自动地从相关机载设备获取参数向其他飞机或地面站广播飞机的位置、高度、速度、航向、识别号等信息，以供管制员对飞机状态进行监控。它衍生于ADS(自动相关监视)，最初是为越洋飞行的航空器在无法进行雷达监视的情况下，希望利用卫星实施监视所提出的解决方案，ADS-B系统是一个集通信与监视于一体的信息系统，由信息源、信息传输通道和信息处理与显示三部分组成。ADS-B的主要信息是飞机的4维位置信息(经度、纬度、高度和时间)和其它可能附加信息(冲突告警信息，飞行员输入信息，航迹角，航线拐点等信息)以及飞机的识别信息和类别信息。此外，还可能包括一些别的附加信息，如航向、空速、风速、风向和飞机外界温度等。
如图1和图3所示，所述飞行器2通过多通信链路1分别通信连接北斗卫星4、ADS-B地面站5、地面通信基站6，其中所述飞行器2为适合低空监控的飞行设备如无人机和四轴飞行器，并且所述飞行器2的载物板7中安装有锂离子电池201，锂离子电池201能够为高清摄像机8、红外摄像机9、无线通信设备10和ADS-B发射机11提供电能，而且所述锂离子电池201是磷酸铁锂锂离子电池或锂玻璃电池，还所述飞行器2的轴柱上两端对称设置有太阳能电池板202，所述太阳能电池板202通过支撑杆203与飞行器2的轴柱相连，通过飞行器2上的太阳能电池板202能够将太阳能转换为电能，且将电能输入到太阳能电池板202进行储存，从而提高了飞行器2持续导航时间，
所述飞行器2的载物板7两端处设置有高清摄像机8和红外摄像机9，其中所述高清摄像机8和红外摄像机9均采用球形结构，通过高清摄像机8和红外摄像机9的作用能够采用到地面的情况信息，且由于红外摄像机9，能够在黑夜中进行监控，从而扩大了应用范围，所述载物板7上安装有无线通信设备10和ADS-B发射机11，并且所述载物板7上方设置有北斗卫星定位终端12，通过载物板7上的无线通信设备10和ADS-B发射机11，使得飞行器2将其自身的情况及时发送给地面监控装置3接收端的ADS-B地面站5和地面通信基站6，其中所述北斗卫星定位终端12通过圆台座121固定安装于飞行器2的轴柱上，并且所述北斗卫星定位终端12的数量为两个，而载物板7上方的北斗卫星定位终端12，能够通过北斗卫星4将飞行器2上监控和定位信息，输送给北斗接收终端13，以供给地面监控装置3进行分析；
如图1和图2所示，所述地面监控装置3的接收端处安装有与多通信链路1相对应的北斗接收终端13、ADS-B地面站5和地面通信基站6，并且所述地面监控装置3通过通信网络14连接有用户终端15，其中所述北斗接收终端13、ADS-B地面站5和地面通信基站6均通过电缆与地面监控装置3进行通信，而且所述地面监控装置3中包含一个通用航空器信息库(DB)用于保存监测到的通用航空器信息，如位置信息、标识信息、状态信息等；
所述地面监控装置3将接受到的飞行器信息依次通过多链路数据接收模块303、数据解析和完好性校验304、多链路自动切换与融合模块305、飞行器冲突告警模块306和面向用户的通航信息智能分类和分发模块307输送到通信网络14，具体为使得地面监控装置3与以上3种地面基站进行通信，实现对ADS-B报文、移动报文和北斗报文的实时接收，并负责3种数据报文的解析和完好性校验。如果解析过程中发现报文内容存在必要信息缺失，则将报文丢弃，并记录缺失报文的发送来源，包括飞行器2地址码和发送链路。对解析后的飞行器2信息进行分析，结合地面监控装置3记录的该飞行器2历史信息，根据多链路自动切换机制，确定一条最佳通信链路实现飞行器2导航位置信息的稳定输出。同时，对3条链路下发的飞行器2状态信息进行收集和融合，以保证飞行器2状态信息的实时输出。利用处理后的飞行器2位置信息和状态信息完成飞行器2的状态分析和冲突检测，若判定飞行器2存在冲突预警，则将冲突告警与飞行器2位置信息、识别信息、状态信息一起发送给用户终端15；
需要补充说明的是，多链路自动切换与融合模块305是为了保证飞行器2位置信息的稳定输出，然而不同链路通信下发的飞行器2信息不尽相同，如:ADS-B链路下发的DF17报文中包含有详细的飞机信息，但是不支持采集得到的定义信息的下发；而北斗链路和移动通信链路下发报文是可以自定义的，报文中不仅可以包含飞机信息，还能将采集得到的自定义信息包含在其中；
所述通信网络14将地面控制命令输送给地面监控装置3，所述地面监控装置3的内部依次通过地面控制命令处理模块301和命令上传链线路选择模块302以将地面控制命令输送到飞行器2中，以飞行器2进行控制，从而实现更好的监控；
需要补充说明的是，地面监控装置3通过通信网络将飞行器2综合监视信息并行发送给多个用户。由于用户的权限和定制需求有差异性，所以地面监控装置3基于一种面向用户的通航信息智能分类和分发方式送往显示控制席位，最终构建一个能够为用户提供差异性服务的信息平台，对用户终端15发送的地面控制命令进行实时监听，对收到的地面控制命令进行处理，并对地面控制命令进行本地备份，根据3条链路通信状态和控制命令具体类型，选择最佳通信链路发送给飞行器2的无线通信设备10和北斗卫星定位终端12。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (8)

1.一种基于北斗导航技术的低空监控设备，包括多通信链路(1)、飞行器(2)和地面监控装置(3)，其特征在于：所述多通信链路(1)主要由北斗导航定位卫星网络为主，以移动通信网络和ADS-B数据链路为辅，所述北斗导航定位卫星网络通过北斗卫星(4)，使得飞行器(2)和地面监控装置(3)之间进行通信，所述飞行器(2)通过移动通信网络与地面监控装置(3)进行移动通信，并且所述飞行器(2)通过ADS-B数据链路与地面监控装置(3)进行ADS-B形式的地空通信；
所述飞行器(2)通过多通信链路(1)分别通信连接北斗卫星(4)、ADS-B地面站(5)、地面通信基站(6)，并且所述飞行器(2)的载物板(7)两端处设置有高清摄像机(8)和红外摄像机(9)，所述载物板(7)上安装有无线通信设备(10)和ADS-B发射机(11)，并且所述载物板(7)上方设置有北斗卫星定位终端(12)；
所述地面监控装置(3)的接收端处安装有与多通信链路(1)相对应的北斗接收终端(13)、ADS-B地面站(5)和地面通信基站(6)，并且所述地面监控装置(3)通过通信网络(14)连接有用户终端(15)，所述通信网络(14)将地面控制命令输送给地面监控装置(3)，所述地面监控装置(3)的内部依次通过地面控制命令处理模块(301)和命令上传链线路选择模块(302)以将地面控制命令输送，并且所述地面监控装置(3)将接受到的飞行器信息依次通过多链路数据接收模块(303)、数据解析和完好性校验(304)、多链路自动切换与融合模块(305)、飞行器冲突告警模块(306)和面向用户的通航信息智能分类和分发模块(307)输送到通信网络(14)。
2.根据权利要求1所述的一种基于北斗导航技术的低空监控设备，其特征在于：所述飞行器(2)为适合低空监控的飞行设备如无人机和四轴飞行器，并且所述飞行器(2)的载物板(7)中安装有锂离子电池(201)。
3.根据权利要求2所述的一种基于北斗导航技术的低空监控设备，其特征在于：所述锂离子电池(201)是磷酸铁锂锂离子电池或锂玻璃电池。
4.根据权利要求1所述的一种基于北斗导航技术的低空监控设备，其特征在于：所述飞行器(2)的轴柱上两端对称设置有太阳能电池板(202)，所述太阳能电池板(202)通过支撑杆(203)与飞行器(2)的轴柱相连。
5.根据权利要求1所述的一种基于北斗导航技术的低空监控设备，其特征在于：所述北斗卫星定位终端(12)通过圆台座(121)固定安装于飞行器(2)的轴柱上，并且所述北斗卫星定位终端(12)的数量为两个。
6.根据权利要求1所述的一种基于北斗导航技术的低空监控设备，其特征在于：所述高清摄像机(8)和红外摄像机(9)均采用球形结构。
7.根据权利要求1所述的一种基于北斗导航技术的低空监控设备，其特征在于：所述地面监控装置(3)中包含一个通用航空器信息库(DB)用于保存监测到的通用航空器信息，如位置信息、标识信息、状态信息等。
8.根据权利要求1所述的一种基于北斗导航技术的低空监控设备，其特征在于：所述北斗接收终端(13)、ADS-B地面站(5)和地面通信基站(6)均通过电缆与地面监控装置(3)进行通信。
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