CN109275110A - 一种空中交通情报服务广播报文的发送方法 - Google Patents

一种空中交通情报服务广播报文的发送方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种1090ES数据链空中交通情报服务广播(TIS‑B)报文的发送方法，该方法采用如下技术：①随机重排报文发送顺序；②根据报文总数平均分配报文发送时间间隔ΔT；③报文发送时附加随机时延εTi。所涉及的构架主要包括：周期定时器、TIS‑B网关前端、随机数发生器、报文序列池、报文发送队列池、间隔定时器、报文发送管理器。该方法大幅减轻了报文接收方受同步干扰的程度，解决了信道占用集中、信道阻塞的问题，减小对其他ADS‑B设备、二次雷达设备的干扰程度。

Description

一种空中交通情报服务广播报文的发送方法
技术领域
本发明涉及空中交通管理技术领域，具体涉及一种1090ES数据链空中交通情报服务广播报文的发送方法。
背景技术
ADS-B广播式自动相关监视技术是基于卫星定位系统和数据链通信的空管技术，在建设和维护成本上远远低于传统一二次雷达监视技术，可实现空－空监视，有效提升空管监视范围，覆盖雷达盲区。所需遵循的标准为RTCA/DO-260B、CTSO-166b。
目前我国正在积极推广使用ADS-B技术，并确定使用1090ES数据链模式，部分地区已安装ADS-B地面站，作为传统一二次雷达的补充；新型的飞行器已具有ADS-B IN和OUT功能，但国内尚存大量的不具备ADS-B OUT功能的飞行器，ADS-B地面站和具备ADS-B IN功能(安装了ADS-B接收机和CDTI座舱显示器)的飞行器无法获取其信息。
空管中心可以通过通讯网络获得各地一二次雷达监视目标信息和ADS-B地面站目标信息，进行航迹融合获得完整的空域交通信息；但仅具备ADS-B IN功能的飞行器无法收到经融合后的空域交通信息。
TIS-B(空中交通情报服务广播)作为地－空数据链，可以为空－空监视提供信息补充。TIS-B网关的主要作用是将地面收到的一二次雷达监视目标信息和其他数据链目标信息(VDL-4、UAT等)转换为TIS-B报文，发送给具备ADS-B IN功能的飞行器供其使用，TIS-B应用如图1所示。
但是，D0-260B标准仅提出了TIS-B报文的分类和接收方法，未对报文发射方法进行规定和建议。
目前试验性质的TIS-B网关通常采用周期报文队列组装、顺序连续发送的方法实现TIS-B报文发送，一般按0.5s的周期重复发送目标报文，按照航迹轨迹生成的规则，TIS-B报文接收方应当在10s内收到2个同一目标报文，即20条报文中收到2条就可正常工作。但是，周期连续发送存在同步干扰的问题，如图2所示，在不考虑信号增幅的情况下，当受到同步干扰时，TIS-B报文接收方一直无法收到目标3报文，导致目标3信息丢失，会对TIS-B报文接收方的飞行安全造成极大威胁。
此外，周期连续发送的工作模式为：当周期发送使能信号达到后，将待发送的报文连续发送。该工作模式会导致信道占用时间过长、过于集中，对信道的其他使用方(通常是ADS-B地面站、机载ADS-B接收机、二次雷达询问机)造成严重干扰导致大量目标信息缺失，且干扰程度超出了这些设备的合理抗干扰能力范围。典型示例如图3所示，按T＝0.5s的周期发送报文，报文发送占用了前0.0s～0.2s的时间，在该时间间隔内，其他设备的ADS-B、TIS-B、二次雷达应答信号会淹没在其中；而后0.2s～0.5s的时间间隔中，没有报文发送。这样的发送方式同时会造成发射机功率负载不平衡，加大发射机和电源设备的设计难度。
发明内容
为了克服现有技术的中报文接收方易受同步干扰、信道阻塞、占用时间过于集中、干扰其他设备的缺点，本发明提供了一种空中交通情报服务广播(TIS-B)报文的发送方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种1090ES数据链空中交通情报服务广播报文的发送方法：将网关生成的报文队列随机重排后，以时间间隔ΔT+εTi发送报文；
所述ΔT是根据周期时间和总报文条数n计算而得的平均间隔时间，所述εTi是根据总报文条数n随机生成的随机时延，1≤i≤n。
在上述技术方案中，报文的发送顺序不再按照原始队列的序号进行，而是每个周期发送之前均进行了随机重排并附加随机时延，使得同一目标的TIS-B报文在每个发送周期都进行了随机的位置排序和附加随机时延，从而大幅减轻了报文接收方受同步干扰的程度；如果造成同步干扰的信号是有用信号，例如ADS-B报文发射设备发射的具有严格时间间隔的ADS-B报文，上述TIS-B报文发送方法还能大幅减轻ADS-B报文与TIS-B报文的相互干扰，保证双方的信号都有极大概率被接收方接收；同时，上述TIS-B报文发送方法使得TIS-B报文发射平均分布，解决了信道占用集中、信道阻塞的问题，减小对其他ADS-B设备、二次雷达设备的干扰程度。
优选地，所述1090ES数据链空中交通情报服务广播报文的发送方法，包括如下架构：
A1、周期定时器：输出发送使能，触发报文发送流程；发送周期时间至间隔定时器；
A2、TIS-B网关前端：对网关生成的报文队列进行随机重排，得随机重排报文队列；将随机重排报文队列存入报文序列池；计算总报文条数n；将总报文条数n发送到间隔定时器和随机数发生器；
A3、随机数发生器：根据总报文条数n，生成n条随机时延εTi，1≤i≤n；
A4、报文序列池：存放随机重排报文队列；对随机重排报文附加随机时延εTi；将附加有随机时延εTi的随机重排报文队列存入报文发送队列池；
A5、报文发送队列池：存放附加有随机时延εTi的随机重排报文队列；
A6、间隔定时器：根据周期时间和总报文条数n计算平均间隔时间ΔT；
A7、报文发送管理器：读取报文发送队列池中存放的报文队列，并以时间间隔ΔT+εTi发送报文。
所述间隔定时器优选为可编程间隔定时器。
进一步地，所述1090ES数据链空中交通情报服务广播报文的发送方法包括如下步骤：
S01.周期定时器输出发送使能，触发报文发送流程；
S02.TIS-B网关前端对网关生成的报文队列进行随机重排，得随机重排报文队列，并将随机重排报文队列存入报文序列池；
S03.TIS-B网关前端计算总报文条数n，并将总报文条数n发送到间隔定时器和随机数发生器；
S04.周期定时器发送周期时间至间隔定时器；
S05.间隔定时器根据周期时间和总报文条数n计算平均间隔时间ΔT；
S06.随机发生器根据总报文条数n，生成n条随机时延εTi，1≤i≤n；
S07.报文序列池对随机重排报文附加随机时延εTi，并将附加有随机时延εTi的随机重排报文队列存入报文发送队列池；
S08.报文发送管理器读取报文发送队列池中中存放的报文队列，并以时间间隔ΔT+εTi逐条发送报文；
S09.周期定时器再次输出发送使能，重复步骤S02～S08。
优选地，步骤S07中报文序列池对随机重排报文附加随机时延εTi的方法如下：
将报文序列池中的随机重排报文增加一项数据域，将随机时延εTi附加到数据域中。
优选地，步骤S06中所得的随机时延εTi取值为0～112us。随机时延εTi取值的最大值可根据所述平均间隔时间ΔT进行调整。
优选地，同一个发送周期中，n条随机时延εTi的取值不同。上述设定，使同一目标的TIS-B报文在每个发送周期中的发送时间随机性更高，进一步减小报文接收方受同步干扰的概率。
S08步骤中，以时间间隔ΔT+εTi逐条发送报文，由于εTi的随机性，使报文发送的时间间隔也具有随机性，有利于减小报文接收方受同步干扰的概率。
优选地，同一个发送周期中，各报文的发送间隔时间ΔT相同。
优选地，不同的发送周期之间，相互对应的随机时延εTi的取值不同。示例性地：报文发送T1周期中的εT1和报文发送T2周期中的εT1是不同的，是经过重新随机而得的。上述设定，可以进一步减小同一目标的TIS-B报文在不同的发射周期中出现在同一个时间节点的概率，进一步减小报文接收方受同步干扰的概率。
优选地，不同的发送周期之间，报文发送间隔时间ΔT不同。示例性地：报文发送T1周期中的ΔT和报文发送T2周期中的ΔT是不同的，是经过重新计算而得的。上述设定，可以进一步减小同一目标的TIS-B报文在不同的发射周期中出现在同一个时间节点的概率，进一步减小报文接收方受同步干扰的概率。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
1、本发明的1090ES数据链TIS-B报文发送方法，报文的发送顺序不再按照原始队列的序号进行，而是每个周期发送之前均进行了随机重排并附加随机时延，使得同一目标的TIS-B报文在每个发送周期都进行了随机的位置排序和附加随机时延，从而大幅减轻了报文接收方受同步干扰的程度。
2、本发明的1090ES数据链TIS-B报文发送方法，使得TIS-B报文发射平均分布，解决了信道占用集中、信道阻塞的问题，减小对其他ADS-B设备、二次雷达设备的干扰程度。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为背景技术中的TIS-B应用示意图；
图2为背景技术中的同步干扰示意图；
图3为背景技术中的信道占用示意图；
图4为本发明实施例中本方法涉及的构架示意图；
图5为本发明实施例中本方法报文发送时序示意图；
图6为本发明实施例中本方法减轻同步干扰的效果示意图。
具体实施方式
针对现有的1090ES数据链TIS-B报文发送技术中报文接收方易受同步干扰，且报文发送过程中存在的造成信道阻塞、占用信道时间过于集中、干扰其他设备等问题，本发明提供了一种1090ES数据链空中交通情报服务广播(TIS-B)报文的发送方法，该方法采用如下技术：①随机重排报文发送顺序；②根据报文总数平均分配报文发送时间间隔ΔT；③报文发送时附加随机时延εTi。所涉及的构架主要包括：周期定时器、TIS-B网关前端、随机数发生器、报文序列池、报文发送队列池、间隔定时器、报文发送管理器。所述方法的构架示意图如图4所示。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种1090ES数据链空中交通情报服务广播报文的发送方法：将网关生成的报文队列随机重排后，以时间间隔ΔT+εTi发送报文；
所述ΔT是根据周期时间和总报文条数n计算而得的平均间隔时间，所述εTi是根据总报文条数n随机生成的随机时延，1≤i≤n。
如图4所示，本发明的1090ES数据链空中交通情报服务广播报文的发送方法，包括如下架构：
A1、周期定时器：输出发送使能，触发报文发送流程；发送周期时间至间隔定时器；
A2、TIS-B网关前端：对网关生成的报文队列进行随机重排，得随机重排报文队列；将随机重排报文队列存入报文序列池；计算总报文条数n；将总报文条数n发送到间隔定时器和随机数发生器；
A3、随机数发生器：根据总报文条数n，生成n条随机时延εTi，1≤i≤n；
A4、报文序列池：存放随机重排报文队列；对随机重排报文附加随机时延εTi；将附加有随机时延εTi的随机重排报文队列存入报文发送队列池；
A5、报文发送队列池：存放附加有随机时延εTi的随机重排报文队列；
A6、间隔定时器：根据周期时间和总报文条数n计算平均间隔时间ΔT；
A7、报文发送管理器：读取报文发送队列池中存放的报文队列，并以时间间隔ΔT+εTi发送报文。
所述间隔定时器优选为可编程间隔定时器。
所述1090ES数据链空中交通情报服务广播报文的发送方法包括如下步骤：
S01.周期定时器输出发送使能，触发报文发送流程；
S02.TIS-B网关前端对网关生成的报文队列进行随机重排，得随机重排报文队列，并将随机重排报文队列存入报文序列池；
S03.TIS-B网关前端计算总报文条数n，并将总报文条数n发送到间隔定时器和随机数发生器；
S04.周期定时器发送周期时间至间隔定时器；
S05.间隔定时器根据周期时间和总报文条数n计算平均间隔时间ΔT；
S06.随机发生器根据总报文条数n，生成n条随机时延εTi，1≤i≤n；
S07.报文序列池对随机重排报文附加随机时延εTi，并将附加有随机时延εTi的随机重排报文队列存入报文发送队列池；
S08.报文发送管理器读取报文发送队列池中中存放的报文队列，并以时间间隔ΔT+εTi逐条发送报文；
S09.周期定时器再次输出发送使能，重复步骤S02～S08。
本发明中报文发送时序如图5所示，可见在同一发送周期内，原始报文队列顺序被打乱，而且报文发送间隔时间也具有随机性。
在上述技术方案中，报文的发送顺序不再按照原始队列的序号进行，而是每个周期发送之前均进行了随机重排并附加随机时延，使得同一目标的TIS-B报文在每个发送周期都进行了随机的位置排序和附加随机时延，从而大幅减轻了报文接收方受同步干扰的程度；如果造成同步干扰的信号是有用信号，例如ADS-B报文发射设备发射的具有严格时间间隔的ADS-B报文，上述TIS-B报文发送方法还能大幅减轻ADS-B报文与TIS-B报文的相互干扰，保证双方的信号都有极大概率被接收方接收；同时，上述TIS-B报文发送方法使得TIS-B报文发射平均分布，解决了信道占用集中、信道阻塞的问题，减小对其他ADS-B设备、二次雷达设备的干扰程度。
本发明报文发送方法减轻报文接收方受同步干扰影响的示意图如图6所示。由于随机重排和附加随机时延，不同的发送周期内同步干扰对应的目标报文不同，达到大幅减轻报文接收方受同步干扰的程度。
步骤S07中报文序列池对随机重排报文附加随机时延εTi的方法如下：
将报文序列池中的随机重排报文增加一项数据域，将随机时延εTi附加到数据域中。
步骤S06中所得的随机时延εTi取值为0～112us。随机时延εTi取值的最大值可根据所述平均间隔时间ΔT进行调整。
同一个发送周期中，n条随机时延εTi的取值不同。上述设定，使同一目标的TIS-B报文在每个发送周期中的发送时间随机性更高，进一步减小报文接收方受同步干扰的概率。
以时间间隔ΔT+εTi逐条发送报文，由于εTi的随机性，使报文发送的时间间隔也具有随机性，有利于减小报文接收方受同步干扰的概率。
同一个发送周期中，各报文的发送间隔时间ΔT相同。
不同的发送周期之间，相互对应的随机时延εTi的取值不同。示例性地：报文发送T1周期中的εT1和报文发送T2周期中的εT1是不同的，是经过重新随机而得的。上述设定，可以进一步减小同一目标的TIS-B报文在不同的发射周期中出现在同一个时间节点的概率，进一步减小报文接收方受同步干扰的概率。
不同的发送周期之间，报文发送间隔时间ΔT不同。示例性地：报文发送T1周期中的ΔT和报文发送T2周期中的ΔT是不同的，是经过重新计算而得的。上述设定，可以进一步减小同一目标的TIS-B报文在不同的发射周期中出现在同一个时间节点的概率，进一步减小报文接收方受同步干扰的概率。
所述间隔定时器也可为可编程随机间隔定时器，可编程随机间隔定时器可根据周期时间和报文总条数n生成随机间隔时间ΔTi，1≤i≤n，报文发送管理器读取报文发送队列池中存放的报文，并以时间间隔ΔTi逐条直接发送报文即可。
本发明的1090ES数据链空中交通情报服务广播(TIS-B)报文的发送方法，具有如下有益效果：
1)解决了报文接收方易受同步干扰的问题
如图6所示，本发明的发送方法，使得同一目标的TIS-B报文在每个发送周期都进行了随机的位置排序和附加随机时延，从而大幅减轻了报文接收方受同步干扰的程度；
如果造成同步干扰的信号是有用信号，例如ADS-B报文发射设备发射的具有严格时间间隔的ADS-B报文，也能大幅减轻ADS-B报文与TIS-B报文的相互干扰，保证双方的信号都有极大概率被接收方接收。
2)解决信道阻塞的问题
对比图5和和图3可知，本发明技术方案使得TIS-B报文发射平均分布，解决了信道占用集中的问题，减少了对其他ADS-B设备、二次雷达设备的干扰。
3)对TIS-B应用产生的有益效果
a)放宽了TIS-B网关/地面站的布站要求
对机场和空管中心来说，二次雷达和ADS-B地面站有更高的优先级，因此要尽量避免TIS-B网关/地面站发射时对二次雷达和ADS-B地面站造成影响。以往使用TIS-B网关/地面站时，必须将其布置于二次雷达和ADS-B地面站的盲区，也就需要远离机场和空管中心，对布站的要求很高，限制了其使用范围。按本发明阐述的方法进行发送后，TIS-B网关/地面站发射时造成的干扰在二次雷达和ADS-B地面站抗干扰能力的限度内，因此放宽了TIS-B网关/地面站的布站要求；
b)使用方不会遗漏TIS-B目标
机载ADS-B接收机(ADS-B IN)是TIS-B报文的主要使用方，从使用者的角度来看，通常TIS-B、ADS-B发射使用的发射周期为0.5s，报文接收方在10s内收到2条报文即可生成航迹，即接收率达到1/10即不影响报文接收方正常工作，因此按本发明阐述的方法进行发送后，近似达到完全避免同步干扰的效果，使用方不会遗漏TIS-B目标；
c)TIS-B应用迎来快速发展
以往TIS-B应用造成干扰和阻塞，且布站要求高，目标易遗漏，对ADS-B数据链全面应用造成了影响。作为数据链的重要组成部分，TIS-B的实际应用可以极大提升数据链监视水平，提升飞行安全，节约部分飞行器改造费用。因此本发明技术解决了这些固有问题后必将带来TIS-B应用的快速发展；
d)加速机载ADS-B接收机的应用
以往因为没有TIS-B信号做补充，机载ADS-B接收机获得的周边目标信息是不完整的，仅具有ADS-B OUT功能的飞行器才会在CDTI(座舱显示器)上显示，据此进行飞行决策是十分危险的；通常飞行员仅仅将其作为一个辅助观察装置，因此限制了机载ADS-B接收机的普及。
当大规模布置TIS-B地面站并设计了组网方式、计算了覆盖范围后，TIS-B信息可及时传递给机载ADS-B接收机；机载ADS-B接收机可获得空域完整的目标信息，大幅提升了实用性。而机载ADS-B接收机安装简单、重量小，相对机载防撞系统成本很低，可大规模应用在小型飞行器上，大幅提升飞行安全，由此会带来机载ADS-B接收机设备的加速应用。

Claims (9)

1.一种空中交通情报服务广播报文的发送方法，其特征在于：
将网关生成的报文队列随机重排后，以时间间隔ΔT+εTi发送报文；
所述ΔT是根据周期时间和总报文条数n计算而得的平均间隔时间，所述εTi是根据总报文条数n随机生成的随机时延，1≤i≤n。
2.如权利要求1所述的一种空中交通情报服务广播报文的发送方法，其特征在于，包括如下架构：
A1、周期定时器：输出发送使能，触发报文发送流程；发送周期时间至间隔定时器；
A2、TIS-B网关前端：对网关生成的报文队列进行随机重排，得随机重排报文队列；计算总报文条数n；
A3、随机数发生器：根据总报文条数n，生成n条随机时延εTi，1≤i≤n；
A4、报文序列池：对随机重排报文附加随机时延εTi；
A5、报文发送队列池：存放附加有随机时延εTi的随机重排报文队列；
A6、间隔定时器：根据周期时间和总报文条数n计算平均间隔时间ΔT；
A7、报文发送管理器：读取报文发送队列池中存放的报文队列，并以时间间隔ΔT+εTi发送报文。
3.如权利要求2所述的一种空中交通情报服务广播报文的发送方法，其特征在于，包括如下步骤：
S01.周期定时器输出发送使能，触发报文发送流程；
S02.TIS-B网关前端对网关生成的报文队列进行随机重排，得随机重排报文队列，并将随机重排报文队列存入报文序列池；
S03.TIS-B网关前端计算总报文条数n，并将总报文条数n发送到间隔定时器和随机数发生器；
S04.周期定时器发送周期时间至间隔定时器；
S05.间隔定时器根据周期时间和总报文条数n计算平均间隔时间ΔT；
S06.随机发生器根据总报文条数n，生成n条随机时延εTi，1≤i≤n；
S07.报文序列池对随机重排报文附加随机时延εTi，并将附加有随机时延εTi的随机重排报文队列存入报文发送队列池；
S08.报文发送管理器读取报文发送队列池中中存放的报文队列，并以时间间隔ΔT+εTi逐条发送报文；
S09.周期定时器再次输出发送使能，重复步骤S02～S08。
4.如权利要求3所述的一种空中交通情报服务广播报文的发送方法，其特征在于，步骤S07中报文序列池对随机重排报文附加随机时延εTi的方法如下：
将报文序列池中的随机重排报文增加一项数据域，将随机时延εTi附加到数据域中。
5.如权利要求3所述的一种空中交通情报服务广播报文的发送方法，其特征在于，步骤S06中所得的随机时延εTi取值为0～112us。
6.如权利要求3所述的一种空中交通情报服务广播报文的发送方法，其特征在于，同一个发送周期中，n条随机时延εTi的取值不同。
7.如权利要求3所述的一种空中交通情报服务广播报文的发送方法，其特征在于，同一个发送周期中，各报文的发送间隔时间ΔT相同。
8.如权利要求3所述的一种空中交通情报服务广播报文的发送方法，其特征在于，不同的发送周期之间，相互对应的随机时延εTi的取值不同。
9.如权利要求3所述的一种空中交通情报服务广播报文的发送方法，其特征在于，不同的发送周期之间，报文发送间隔时间ΔT不同。
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