CN109444926A - 一种基于北斗地基增强技术的ads-b监测系统及方法 - Google Patents

一种基于北斗地基增强技术的ads-b监测系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于北斗地基增强技术的ADS‑B监测系统及方法，其系统包括增强CORS站、机载站以及ADS‑B监测终端；增强CORS站用于获取北斗卫星的差分增强信息，并将差分增强信息对外广播发送；机载站用于接收北斗卫星的定位信号和差分增强信息，并将定位信号和差分增强信息进行融合以得到高精度定位数据源；ADS‑B监测终端用于获取定位数据源，并根据定位数据源显示机载站的监测信息，且根据定位数据源和预设的自主间隔保持标准对机载站进行实时安全告警。该系统不仅能提高ADS‑B监视系统数据源的精度，而且通过自主间隔保持标准作为地面ADS‑B监视终端告警评价理论依据，可保证飞行安全性。

Description

一种基于北斗地基增强技术的ADS-B监测系统及方法
技术领域
本发明涉及航空器监测领域，尤其涉及一种基于北斗地基增强技术的ADS-B监测系统及方法。
背景技术
随着航空业在我国的迅猛发展，空中交通的密度越来越大，空域安全问题日益凸显，美国民航局(FAA)预测未来20年内空中冲突的风险将增加300％。而ADS-B的出现进一步推动了航空事业的发展，ADS-B全称是Automatic Dependent Surveillance-Broadcast，中文是广播式自动相关监视，ADS-B技术结合了卫星导航技术、通信技术以及先进的机载设备和地面设备，其水平位置信息来源于全球导航卫星系统(Global Navigation SatelliteSystem，GNSS)，通过多种地空数据链将获得的信息向外广播，临近航空器收到该广播信息后经过处理，可以将该航空器的位置信息以及相关状态信息(如速度、航向等)显示到驾驶舱交通信息显示器(Cockpit Display of Traffic Information，CDTI)上，地面站通过收到航空器广播出来的信息，可以实现对航空器的监视。ADS-B不仅能够实现地面对飞机的监视，同时也可以实现飞机与飞机之间的相互监视，这使飞行员在防止空中冲突方面的能力由传统的被动方式变成主动方式，鉴于其全程无缝的监视功能、直观有效的防撞功能、全面高效的辅助进近功能，可使飞行安全水平、空域利用率和机场场面监控能力均得到大大增强,是未来新航行系统中空管监视方向的重要技术和推广应用。
然而，目前ADS-B应用中存在的主要问题是导航数据源过于依赖GPS，其精度、安全性和可靠性都存在不足。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题提供一种基于北斗地基增强技术的ADS-B监测系统。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于北斗地基增强技术的ADS-B监测系统，包括增强CORS站、与所述增强CORS站通信连接的机载站以及与所述机载站通信连接的ADS-B监测终端。
所述增强CORS站用于获取北斗卫星的差分增强信息，并将所述差分增强信息对外广播发送。
所述机载站用于接收所述北斗卫星的定位信号和所述差分增强信息，并将所述定位信号和所述差分增强信息进行融合以得到定位数据源。
所述ADS-B监测终端用于获取所述定位数据源，并根据所述定位数据源显示所述机载站的监测信息，且根据所述定位数据源和预设的自主间隔保持标准对所述机载站进行实时安全告警。
本发明的有益效果是，通过建立增强CORS站接收北斗卫星的差分增强信息，再由记载站将差分增强信息与北斗卫星的定位信号进行融合，可得到实时dm～cm级ADS-B数据源，极大程度地提高了导航数据源的精度，再将ADS-B数据源输入到ADS-B系统从而实现对飞行器的高精度监测。而且采用安全间隔自主保持标准，实现具备管制员、飞行员与环境三维一体告警的新型ADS-B系统，可解决在民航飞行训练条件下，安全间隔保持实时监视的问题，进一步保证飞行安全。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述增强CORS站包括接收机、测量型天线、与所述测量型天线连接的差分测量型接收机以及分别与所述差分测量型接收机和所述接收机连接的服务器。
所述差分测量型接收机用于接收所述北斗卫星的差分数据。
所述测量型天线用于增强所述差分测量型接收机的接收信号。
所述接收机用于接收所述北斗卫星的定位原始数据。
所述服务器用于获取所述差分数据和所述定位原始数据，并将所述差分数据和所述定位原始数据进行融合以得到所述定位数据源。
采用上述进一步方案的有益效果是,通过接收机、测量型天线、差分测量型接收机、服务器组成的增强CORS站，不仅结构简单，而且覆盖范围广，可有效发送所述差分增强信息，实现北斗地基增强。
进一步，所述监测信息包括所述机载站的位置、高度和速度。
采用上述进一步方案的有益效果是,通过用机载站的位置、高度和速度作为监测信息实现对搭载机载站的飞行器的全面检测。
进一步，所述差分增强信息采用标准RTCM3.2格式。
采用上述进一步方案的有益效果是,通过采用标准RTCM3.2格式实现数据传输的标准化，且避免了带宽大量的浪费。
进一步，所述自主间隔保持标准为：
当所述机载站所处高度大于或等于18000英尺时，所述机载站使用1090ES数据链模式与所述ADS-B监测终端通信。
当所述机载站所处高度小于18000英尺时，所述机载站使用UAT数据链模式与所述ADS-B监测终端通信。
且使用1090ES数据链模式的机载站和使用UAT数据链模式的机载站之间禁止通信。
采用上述进一步方案的有益效果是,通过采用通过上述规定的自主间隔保持标准很好解决了飞行器两种模式同时应用带来的种种不便。
本发明为了解决上述技术问题提供一种基于北斗地基增强技术的ADS-B监测方法。
其技术方案如下：一种基于北斗地基增强技术的ADS-B监测方法，应用于上述的基于北斗地基增强技术的ADS-B监测系统，其方法包括以下步骤：
S1，获取北斗卫星的差分增强信息，并将所述差分增强信息对外广播发送；
S2，机载站接收所述北斗卫星的定位信号和所述差分增强信息，并将所述定位信号和所述差分增强信息进行融合以得到定位数据源。
S3，ADS-B监测终端获取所述定位数据源，并根据所述定位数据源显示所述机载站的监测信息，且根据所述定位数据源和预设值的自主间隔保持标准对所述机载站进行实时安全告警。
进一步，所述S1具体包括以下几个步骤：
S11，所述增强CORS站的差分测量型接收机接收所述北斗卫星的差分数据。
S12,所述增强CORS站的接收机接收所述北斗卫星的定位原始数据。
S13，所述增强CORS站的服务器获取所述差分数据和所述定位原始数据，并将所述差分数据和所述定位原始数据进行融合以得到所述差分增强信息。
进一步，所述监测信息包括所述机载站的位置、高度和速度。
进一步，所述差分增强信息采用标准RTCM3.2格式。
进一步，所述自主间隔保持标准为：
当所述机载站所处高度大于或等于18000英尺时，所述机载站使用1090ES数据链模式与所述ADS-B监测终端通信。
当所述机载站所处高度小于18000英尺时，所述机载站使用UAT数据链模式与所述ADS-B监测终端通信。
且使用1090ES数据链模式的机载站和使用UAT数据链模式的机载站之间禁止通信。
附图说明
图1为本发明提供的实施例的基于北斗地基增强技术的ADS-B监测系统的结构示意图；
图2为本发明提供的实施例的基于北斗地基增强技术的ADS-B监测系统的技术路线图；
图3为本发明提供的实施例的基于北斗地基增强技术的ADS-B监测方法的方法流程图；
图4为本发明提供的实施例的增强CORS站的工作流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，本发明实施例提供的一种基于北斗地基增强技术的ADS-B监测系统，包括增强CORS站、与所述增强CORS站通信连接的机载站以及与所述机载站通信连接的ADS-B监测终端。
需要说明的是，CORS全称Continuously operating reference stations为连续运行参考站，是将GNSS技术与计算机技术、网络通讯技术等多个相关领域的科学技术相结合，在一定区域内建设一个或多个连续运行的基准参考站，计算和播发误差改正信息实现用户实时位置增强，具有定位精度高、实时性强、覆盖率广和稳定性好等优点。
所述增强CORS站用于获取北斗卫星的差分增强信息，并将所述差分增强信息对外广播发送。
所述机载站用于接收所述北斗卫星的定位信号和所述差分增强信息，并将所述定位信号和所述差分增强信息进行融合以得到高精度定位数据源。
需要说明的是，所述机载站搭载在飞行器或航空器上。
所述ADS-B监测终端用于获取所述定位数据源，并根据所述定位数据源显示所述机载站的监测信息，且将所述定位数据源和预设的自主间隔保持标准进行融合后，以融合后得到的信息为依据对所述机载站进行实时安全告警。
在实际应用场景中，如图2所示，可从基于北斗地基增强技术和自主间隔保持技术两个方面去构造本实施例的ADS-B监测系统。
在构造时，一方面，先搭建增强CORS站，增强CORS站包括接收机、测量型天线、与所述测量型天线连接的差分测量型接收机以及分别与所述差分测量型接收机和所述接收机连接的服务器。其中，所述差分测量型接收机用于接收所述北斗卫星的差分数据。所述测量型天线用于增强所述差分测量型接收机的接收信号。所述接收机用于接收所述北斗卫星的定位原始数据。所述服务器用于获取所述差分数据和所述定位原始数据，并将所述差分数据和所述定位原始数据进行融合以得到所述定位数据源。
然后，基于增强CORS站搭建北斗III号地基增强系统的定位板卡，再由定位板卡输出NEMA0183格式标准定位数据，即由机载站输出的定位数据源，定位数据源再输入到ADS-B监测系统中以实现机载站的监测信息显示。
另一方面，构建基于安全间隔自主保持理论的ADS-B告警算法研制，即在ADS-B监测系统中预设置自主间隔保持标准，并根据自主间隔保持标准设置告警算法从而对机载站进行实时安全告警，其中，自主间隔保持标准的设置规则及告警算法可以参考专利号为CN106373435A的一种面向飞行员的非集中式安全间隔自主保持系统。
最终，将上述定位数据源和自主间隔保持标准与ADS-B监测系统结合即完成与现有ADS-B系统的融合与集成。
在本实施的监测系统工作时，首先采用基于北斗的地基增强CORS站，持续发送基于北斗的单基站的差分增强信息。
然后，对于每个航空器的位置信息，在该航空器的机载站上，一方面接收来自于地基增强CORS站差分增强信息，另一方面接收北斗卫星原始接收信号，两者进行信息融合实现差分定位，从而实现实时、自主、稳定的dm～cm级定位数据源，同时将该定位数据以1090ES或UAT数据链方式向地面ADS-B监视终端报告其位置信息。
接下来，采用地面ADS-B监测终端监视所有航空器监视机载站的位置、高度和速度等信息。并且，在地面ADS-B监测终端后台处理器上，对所有航空器的位置信息进行处理，采用自主间隔保持标准作为告警评价理论依据。
最后，航空器位置更新后，地面ADS-B监测终端收集下一周期下的所有航空器终端信息，重新进行告警评估计算。
其中，可选地，所述监测信息包括所述机载站的位置、高度和速度。通过用机载站的位置、高度和速度作为监测信息实现对搭载机载站的飞行器的全面检测。
可选地，所述差分增强信息的数据格式采用标准RTCM3.2格式，通过采用标准RTCM3.2格式实现数据传输的标准化，且避免了带宽大量的浪费。
需要说明的是，在动态差分定位应用中，用户使用终端与基准站之间需要大量的差分电文传输，因此数据传输链在差分系统起着关键性纽带作用。数据传输链的基本作用是将已知位置的差分基准站视界内的可见卫星形成的原始观测数据或改正数以某种标准数据传输协议传输给用户终端,其中差分协议是数据链的重要组成部分，是差分数据进行信息产生、存储和交换、流通的统一格式，而RTCM3.2为多种格式版本中的一种，该版本不仅弥补了之前版本校验码之间不独立、带宽造成较大浪费、解码困难等缺陷，还提供了对BDS(BeiDou navigation satellite system，BDS)系统的支持，并进一步增加和扩展了多种网络RTK信息，定义了包括GPS、GLONASS、GALILEO(galileo satellite navigation system)和BDS系统的多信号信息组(multiple signal message,MSM)，利用各个GNSS系统观测量的相似特性实现以统一的数据存放和发送，从而达到多系统信息高度融合。
可选地，所述自主间隔保持标准为：
当所述机载站所处高度大于或等于18000英尺时，所述机载站使用1090ES数据链模式与所述ADS-B监测终端通信。
当所述机载站所处高度小于18000英尺时，所述机载站使用UAT数据链模式与所述ADS-B监测终端通信。
且使用1090ES数据链模式的机载站和使用UAT数据链模式的机载站之间禁止通信。通过采用通过上述规定的自主间隔保持标准很好解决了飞行器两种模式同时应用带来的种种不便。
如图3所示，本实施例提供一种基于北斗地基增强技术的ADS-B监测方法，应用于上述的基于北斗地基增强技术的ADS-B监测系统，其方法包括以下步骤：
S1，获取北斗卫星的差分增强信息，并将所述差分增强信息对外广播发送；
S2，机载站接收所述北斗卫星的定位信号和所述差分增强信息，并将所述定位信号和所述差分增强信息进行融合以得到定位数据源；
S3，ADS-B监测终端获取所述定位数据源，并根据所述定位数据源显示所述机载站的监测信息，且根据所述定位数据源和预设值的自主间隔保持标准对所述机载站进行实时安全告警。
进一步，所述S1具体包括以下几个步骤：
S11，所述增强CORS站的差分测量型接收机接收所述北斗卫星的差分数据。
S12,所述增强CORS站的接收机接收所述北斗卫星的定位原始数据。
S13，所述增强CORS站的服务器获取所述差分数据和所述定位原始数据，并将所述差分数据和所述定位原始数据进行融合以得到所述差分增强信息。
具体地，如图4所示，基于增强CORS站的结构，其工作时，一方面，差分测量型接收机通过测量型天线接收GNSS导航卫星的差分数据，并将该差分信号通过RS232传输到服务器，该数据在服务器中经过串口差分数据服务、网络差分数据服务以及广播差分数据服务后得到处理后的差分数据，再将处理后的差分数据传输到服务器中的差分定位解算平台。另一方面接收机接收GNSS导航卫星的定位原始数据，并通过RS232将该数据传输到服务器中的差分定位解算平台。差分定位解算平台通过将定位原始数据和处理后的差分数据进行融合以得到差分定位结果，该结果即为差分增强信息。
其中，可选地，所述监测信息包括所述机载站的位置、高度和速度。
可选地，所述差分增强信息采用标准RTCM3.2格式。
可选地，所述自主间隔保持标准为。
当所述机载站所处高度大于或等于18000英尺时，所述机载站使用1090ES数据链模式与所述ADS-B监测终端通信。
当所述机载站所处高度小于18000英尺时，所述机载站使用UAT数据链模式与所述ADS-B监测终端通信。
且使用1090ES数据链模式的机载站和使用UAT数据链模式的机载站之间禁止通信。
综上所述,本实施的一种基于北斗地基增强技术的ADS-B监测系统及方法，通过建立增强CORS站接收北斗卫星的差分增强信息，再由机载站将差分增强信息与北斗卫星的定位信号进行融合，可得到实时dm～cm级ADS-B数据源，极大程度地提高了导航数据源的精度，再将ADS-B数据源输入到ADS-B系统从而实现对飞行器的高精度监测。而且采用安全间隔自主保持标准，实现具备管制员、飞行员与环境三维一体告警的新型ADS-B系统，可解决在民航飞行训练条件下，安全间隔保持实时监视的问题，进一步保证飞行安全。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于北斗地基增强技术的ADS-B监测系统，其特征在于，包括增强CORS站、与所述增强CORS站通信连接的机载站以及与所述机载站通信连接的ADS-B监测终端；
所述增强CORS站用于获取北斗卫星的差分增强信息，并将所述差分增强信息对外广播发送；
所述机载站用于接收所述北斗卫星的定位信号和所述差分增强信息，并将所述定位信号和所述差分增强信息进行融合以得到定位数据源；
所述ADS-B监测终端用于获取所述定位数据源，并根据所述定位数据源显示所述机载站的监测信息，且根据所述定位数据源和预设的自主间隔保持标准对所述机载站进行实时安全告警。
2.根据权利要求1所述的基于北斗地基增强技术的ADS-B监测系统，其特征在于，所述增强CORS站包括接收机、测量型天线、与所述测量型天线连接的差分测量型接收机以及分别与所述差分测量型接收机和所述接收机连接的服务器；
所述差分测量型接收机用于接收所述北斗卫星的差分数据；
所述测量型天线用于增强所述差分测量型接收机的接收信号；
所述接收机用于接收所述北斗卫星的定位原始数据；
所述服务器用于获取所述差分数据和所述定位原始数据，并将所述差分数据和所述定位原始数据进行融合以得到所述差分增强信息。
3.根据权利要求1所述的基于北斗地基增强技术的ADS-B监测系统，其特征在于，所述监测信息包括所述机载站的位置、高度和速度。
4.根据权利要求1所述一种基于北斗地基增强技术的ADS-B监测系统，其特征在于，所述差分增强信息采用标准RTCM3.2格式。
5.根据权利要求1-4任一项所述的基于北斗地基增强技术的ADS-B监测系统，其特征在于，所述自主间隔保持标准为：
当所述机载站所处高度大于或等于18000英尺时，所述机载站使用1090ES数据链模式与所述ADS-B监测终端通信；
当所述机载站所处高度小于18000英尺时，所述机载站使用UAT数据链模式与所述ADS-B监测终端通信；
且使用1090ES数据链模式的机载站和使用UAT数据链模式的机载站之间禁止通信。
6.一种基于北斗地基增强技术的ADS-B监测方法，其特征在于，应用于权利要求1-5任一项所述的基于北斗地基增强技术的ADS-B监测系统，其方法包括以下步骤：
S1，获取北斗卫星的差分增强信息，并将所述差分增强信息对外广播发送；
S2，机载站接收所述北斗卫星的定位信号和所述差分增强信息，并将所述定位信号和所述差分增强信息进行融合以得到定位数据源；
S3，ADS-B监测终端获取所述定位数据源，并根据所述定位数据源显示所述机载站的监测信息，且根据所述定位数据源和预设值的自主间隔保持标准对所述机载站进行实时安全告警。
7.根据权利要求6所述的基于北斗地基增强技术的ADS-B监测方法，其特征在于，所述S1具体包括如下步骤：
S11，所述增强CORS站的差分测量型接收机接收所述北斗卫星的差分数据；
S12,所述增强CORS站的接收机接收所述北斗卫星的定位原始数据；
S13，所述增强CORS站的服务器获取所述差分数据和所述定位原始数据，并将所述差分数据和所述定位原始数据进行融合以得到所述差分增强信息。
8.根据权利要求6所述的基于北斗地基增强技术的ADS-B监测方法，其特征在于，所述监测信息包括所述机载站的位置、高度和速度。
9.根据权利要求6所述的基于北斗地基增强技术的ADS-B监测方法，其特征在于，所述差分增强信息采用标准RTCM3.2格式。
10.根据权利要求6-9任一项所述的基于北斗地基增强技术的ADS-B监测方法，其特征在于，所述自主间隔保持标准为：
当所述机载站所处高度大于或等于18000英尺时，所述机载站使用1090ES数据链模式与所述ADS-B监测终端通信；
当所述机载站所处高度小于18000英尺时，所述机载站使用UAT数据链模式与所述ADS-B监测终端通信；
且使用1090ES数据链模式的机载站和使用UAT数据链模式的机载站之间禁止通信。
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