CN110208834B - 一种兼容北斗和gps的双通道船载空域监视设备 - Google Patents

一种兼容北斗和gps的双通道船载空域监视设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种兼容北斗和GPS的双通道船载空域监视设备，该设备包括：ADS‑B天线、北斗/GPS双模天线、地面站、监视终端；其中：ADS‑B天线，用于接收1090MHz ADS‑B广播信号，并将其发送给地面站；北斗/GPS双模天线，用于接收北斗/GPS卫星定位授时信号，并将其发送给地面站；地面站，通过解析ADS‑B广播信号和北斗/GPS定位授时信号，获取飞行器信息和船舶位置信息；监视终端，用于完成飞行器信息的显示和辅助操作。本发明兼容北斗、GPS两种卫星导航系统，通过解析ADS‑B广播报文获取飞行器监视信息，同时采用双通道、模块化电路设计，有效提高设备抗干扰能力。该型设备结构紧凑、安装方便，监视范围广，定位精度高，能够满足船载使用条件。

Description

一种兼容北斗和GPS的双通道船载空域监视设备
技术领域
本发明涉及空域监视技术领域，尤其涉及一种兼容北斗和GPS的双通道船载空域监视设备。
背景技术
近年来，随着我国海洋强国战略的逐步实施，我国民用船舶对于船载直升机及无人机使用需求愈加迫切，但目前民用船舶缺少实时监视飞行器位置及状态信息的有效手段，给船载飞行器的使用带来较大安全隐患，很大程度上限制了船载飞行器的应用。
应用于军用船舶的空域监视手段主要包括一次雷达、二次雷达、光电监视设备等，这些设备采购费用高、占用船舶总体资源多，且难以对“低、小、慢”无人机目标实施有效监视。ADS-B是近年来兴起的监视技术，其将卫星导航技术和通信技术相结合，已在美国和欧洲成功应用，我国民航部门也在积极引进该技术，并制定措施逐步在民用航空器上装备ADS-B设备。相比于一次雷达、二次雷达及光电等监视手段，ADS-B监视技术定位精度高、监视范围广，能提供更多实时、准确的监视信息，可用于船载飞行器的监视。
目前市面上基于ADS-B监视技术开发的空域监视设备一般没有考虑船舶复杂电磁环境的影响，同时主要选用GPS导航芯片，不能满足船载使用条件。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种兼容北斗和GPS的双通道船载空域监视设备。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明提供一种兼容北斗和GPS的双通道船载空域监视设备，该设备包括：ADS-B天线、北斗/GPS双模天线、地面站、监视终端；其中：
ADS-B天线，用于接收1090MHz ADS-B广播信号，并将其发送给地面站；
北斗/GPS双模天线，用于接收北斗/GPS卫星定位授时信号，并将其发送给地面站；
地面站，通过解析ADS-B广播信号和北斗/GPS定位授时信号，获取飞行器信息和船舶位置信息；
监视终端，用于完成飞行器信息的显示和辅助操作。
进一步地，本发明的ADS-B天线设置有两个，采用双通道冗余设计思想，配置两路相互独立的ADS-B天线作为ADS-B监视信息接收与处理模块，通过数据比选获取更加可靠的监视信息。
进一步地，本发明的北斗/GPS双模天线采用北斗/GPS双模导航信息源，通过对比北斗和GPS系统的性能指标，进行导航完好性分析，进一步提高监视信息的精度和可靠性；同时，兼容北斗/GPS两种导航信息源，在任意一种导航信息源失效的情况下，仍可以正常工作。
进一步地，本发明的地面站整机为模块化设计，内部设置有：两个射频接收模块、两个信号解析模块、信号融合处理单元、供电模块、卫星接收机、控制模块；其中：
卫星接收机一端与北斗/GPS双模天线相连，另一端与信号融合处理单元相连，用于将接收到的北斗/GPS双模卫星定位授时信号发送给信号融合处理单元；
两个ADS-B天线各与一个射频接收模块相连，射频接收模块的输出端与信号分析模块相连，两个信号分析模块的输出端均与信号融合处理单元相连，ADS-B天线将采集到的1090MHz高频载波信号发送给射频接收模块进行信号解调，解调得到基带信号发送给信号解析模块进行信号解码，两个信号解析模块得到双通道监视数据发送给信号融合处理单元；
供电模块和控制模块均与信号融合处理单元相连，信号融合处理单元的输出端与监视终端相连，向监视终端输出监视信息。
进一步地，本发明的ADS-B天线通过紧固件固定在船舶桅杆左右两端，ADS-B天线通过电缆与地面站连接。
进一步地，本发明的北斗/GPS双模天线通过紧固件固定在船舶桅杆顶部，北斗/GPS双模天线通过电缆与地面站连接。
进一步地，本发明的地面站和监视终端布置在航空塔台内，或者船舶驾驶舱内。
进一步地，本发明的地面站结构外壳采用钢材加工而成，表面涂覆防腐防锈漆，内部经过抛光防腐防锈处理，地面站电路板喷涂“三防漆”进行三防处理，外部接口镀有防腐涂层。
本发明产生的有益效果是：本发明的兼容北斗和GPS的双通道船载空域监视设备，(1)兼容北斗/GPS两种卫星导航系统，构建了双模式导航数据链，符合我国民航空管发展趋势，更适用于在我国民用船舶上推广。(2)采用双通道冗余设计，增加了设备的可靠性和抗干扰能力，同时双通道ADS-B天线更适合在船舶桅杆两端布置，避免在某角域出现监视盲点，保证了空域监视范围。(3)经过集成化、模块化设计，便于在船舶上安装。将地面站内部各功能模块进行分隔，并置于腔体模块内，使得设备维护维修更加容易，也便于电磁屏蔽。(4)主要采用国产零部件，大幅缩短零部件采购、设计周期和成本，还可根据船舱情况及时进行设计优化，提高了设计灵活性，具有显著的使用价值。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的船载空域监视设备组成示意图；
图2是本发明实施例的船载空域监视设备原理图；
图3是本发明实施例的地面站电路原理图；
图4是本发明实施例的船载空域监视设备典型布置图；
图5是本发明实施例的桅杆局部视图；
图6是本发明实施例的数据比选步骤；
图中：1-ADS-B天线、2-北斗/GPS双模天线、3-地面站、4-监视终端。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例的兼容北斗和GPS的双通道船载空域监视设备，通过采用双通道冗余设计和模块化电路设计提高设备抗干扰能力，通过兼容北斗、GPS两种卫星导航系统提高设备适用性，通过合理的防护性设计满足在盐雾、霉菌等海洋环境条件下的使用要求。以上设计方案均是需要解决的关键技术。
兼容北斗和GPS的双通道船载空域监视设备主要由ADS-B天线1、北斗/GPS双模天线2、地面站3、监视终端4组成，详见图1。ADS-B天线接收1090MHz ADS-B广播信号；北斗/GPS双模天线接收北斗/GPS卫星定位授时信号；地面站通过解析ADS-B广播信号和北斗/GPS定位授时信号，获取飞行器信息；监视终端完成飞行器信息的显示和辅助操作。主要技术要点如下：
a.采用双通道冗余设计思想，配置两路相互独立的ADS-B监视信息接收与处理模块，通过数据比选获取更加可靠的监视信息。
b.采用北斗/GPS双模导航信息源,通过对比北斗和GPS系统的性能指标，进行导航完好性分析，进一步提高监视信息的精度和可靠性。同时，兼容北斗/GPS两种导航信息源，在任意一种导航信息源失效的情况下，仍可以正常工作。
c.地面站整机为模块化设计，内部包含的射频接收模块、信号解析模块、信号融合处理单元、电源组件等均采用独立腔体结构，有利于维修维护和电磁屏蔽。
d.地面站结构外壳采用钢材加工而成，表面涂覆防腐防锈漆，内部经过抛光防腐防锈处理。
e.地面站电路板喷涂“三防漆”进行三防处理，外部接口镀有防腐涂层。
在本发明的一个具体实施例中：
(1)ADS-B天线通过紧固件有效固定在船舶桅杆左右两端，ADS-B天线通过电缆与地面站可靠连接。
(2)北斗/GPS双模天线通过紧固件有效固定在船舶桅杆顶部，北斗/GPS双模天线通过电缆与地面站可靠连接。
(3)地面站和监视终端布置在航空塔台内，如船舶未配置航空塔台，也可以布置在驾驶室内。
(4)具备条件的船舶，可将监视终端集成在塔台综合管理台或其他综合监视台，相关监视数据连入船舶信息系统网，便于共享飞行器监视信息。
(5)使用时，监视终端、地面站上电运行，设备接收到监视信息后，自动显示在监视终端上。
数据比选方法介绍如下：
本发明兼容北斗、GPS两种卫星导航系统，由于两种导航系统定位精度不同，双通道监视数据会存在一定差别，本发明采用数据比选获取更加可靠的监视信息，包括如下步骤：
步骤1：在N时刻接收双通道监视数据，并分别提取通道I、通道II飞行器代码及监视数据；
步骤2：依据飞行器代码进行监视数据匹配，若某架飞行器监视数据同时出现在两个通道中，视为匹配成功，若某架飞行器监视数据只出现在一个通道中，视为匹配失败；
步骤3：对于匹配成功的监视数据，进一步开展数据一致性检查，若两路数据一致，直接确认为N时刻监视数据，若两路数据不一致，将其与上一时刻预测数据进行比较，选取最接近预测数据的值作为N时刻监视数据；
步骤4：对于未匹配成功的监视数据，将其与上一时刻预测数据进行比较，判断其偏差是否超过门限值，若偏差超限，则舍弃该时刻数据，返回步骤1，若偏差未超限，将其作为N时刻监视数据；
步骤5：输出N时刻监视数据，预测N+1时刻监视数据，并返回步骤1。
综上，该一种船载空域监视设备集成度高、可靠性好、安装方便、性价比高，处于国内领先水平。
本发明兼容北斗、GPS两种卫星导航系统，通过解析ADS-B广播报文获取飞行器监视信息，同时采用双通道、模块化电路设计，有效提高设备抗干扰能力。该型设备结构紧凑、安装方便，监视范围广，定位精度高，能够满足船载使用条件。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种兼容北斗和GPS的双通道船载空域监视设备，其特征在于，该设备包括：ADS-B天线(1)、北斗/GPS双模天线(2)、地面站(3)、监视终端(4)；其中：
ADS-B天线(1)，用于接收1090MHz ADS-B广播信号，并将其发送给地面站(3)；
北斗/GPS双模天线(2)，用于接收北斗/GPS卫星定位授时信号，并将其发送给地面站(3)；
地面站(3)，通过解析ADS-B广播信号和北斗/GPS定位授时信号，获取飞行器信息和船舶位置信息；
监视终端(4)，用于完成飞行器信息的显示和辅助操作；
ADS-B天线(1)设置有两个，采用双通道冗余设计思想，配置两路相互独立的ADS-B天线(1)作为ADS-B监视信息接收与处理模块，通过数据比选获取更加可靠的监视信息；
北斗/GPS双模天线(2)采用北斗/GPS双模导航信息源，通过对比北斗和GPS系统的性能指标，进行导航完好性分析，进一步提高监视信息的精度和可靠性；同时，兼容北斗/GPS两种导航信息源，在任意一种导航信息源失效的情况下，仍可以正常工作；
地面站(3)整机为模块化设计，内部设置有：两个射频接收模块、两个信号解析模块、信号融合处理单元、供电模块、卫星接收机、控制模块；其中：
卫星接收机一端与北斗/GPS双模天线(2)相连，另一端与信号融合处理单元相连，用于将接收到的北斗/GPS双模卫星定位授时信号发送给信号融合处理单元；
两个ADS-B天线(1)各与一个射频接收模块相连，射频接收模块的输出端与信号分析模块相连，两个信号分析模块的输出端均与信号融合处理单元相连，ADS-B天线(1)将采集到的1090MHz高频载波信号发送给射频接收模块进行信号解调，解调得到基带信号发送给信号解析模块进行信号解码，两个信号解析模块得到双通道监视数据发送给信号融合处理单元；
供电模块和控制模块均与信号融合处理单元相连，信号融合处理单元的输出端与监视终端(4)相连，向监视终端(4)输出监视信息；
ADS-B天线(1)通过紧固件固定在船舶桅杆左右两端，ADS-B天线(1)通过电缆与地面站(3)连接；
北斗/GPS双模天线(2)通过紧固件固定在船舶桅杆顶部，北斗/GPS双模天线(2)通过电缆与地面站(3)连接；
地面站(3)和监视终端(4)布置在航空塔台内，或者船舶驾驶舱内；
地面站(3)结构外壳采用钢材加工而成，表面涂覆防腐防锈漆，内部经过抛光防腐防锈处理，地面站(3)电路板喷涂“三防漆”进行三防处理，外部接口镀有防腐涂层；
融合处理单元中，若双通道监视数据存在一定差别，采用一种数据比选获取的方法，包括如下步骤：
步骤1：在N时刻接收双通道监视数据，并分别提取通道I、通道II飞行器代码及监视数据；
步骤2：依据飞行器代码进行监视数据匹配，若某架飞行器监视数据同时出现在两个通道中，视为匹配成功，若某架飞行器监视数据只出现在一个通道中，视为匹配失败；
步骤3：对于匹配成功的监视数据，进一步开展数据一致性检查，若两路数据一致，直接确认为N时刻监视数据，若两路数据不一致，将其与上一时刻预测数据进行比较，选取最接近预测数据的值作为N时刻监视数据；
步骤4：对于未匹配成功的监视数据，将其与上一时刻预测数据进行比较，判断其偏差是否超过门限值，若偏差超限，则舍弃该时刻数据，返回步骤1，若偏差未超限，将其作为N时刻监视数据；
步骤5：输出N时刻监视数据，预测N+1时刻监视数据，并返回步骤1。
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