CN110278023A - 一种基于空地宽带通信的应用系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于空地宽带通信的应用系统及方法，属于航空通信和监测领域。该系统包括：机载子系统、地面数据处理子系统、地面分析应用子系统；所述机载子系统设置在飞机上；所述地面数据处理子系统、地面分析应用子系统设置在地面；所述机载子系统通过地空无线通信网络与地面数据处理子系统进行通信，所述地面数据处理子系统与所述地面分析应用子系统连接。利用本发明可以进行飞机数据的采集、下载、译码、验证和加工，首次实现了飞机数据的实时信息分析和利用，对航空安全、运行管理、机务维修等方面的实时监视和空中互联网服务有重大的促进作用。

Description

一种基于空地宽带通信的应用系统及方法

技术领域

本发明属于航空通信和监测领域，涉及飞机与地面(即空地)进行实时通信的技术，具体涉及一种基于空地宽带通信的应用系统及方法。

背景技术

目前，飞机与地面进行通信可用的技术有卫星通信、甚高频数据链(Very HighFrequency Data Link)、飞机通信寻址与报告系统(Aircraft CommunicationsAddressing and Reporting System，缩写：ACARS)和基于4G长期演进(Long TermEvolution，LTE)的空地无线宽带通信技术。

基于4G长期演进的空地(Air To Ground，ATG)无线宽带通信系统利用地面基站与飞机连接，在飞机航路下方的地面布设基站，在飞机上加装ATG机载通信设备，实现飞机与地面通信，称为ATG空地宽带通信。

ATG空地无线宽带通信技术在所有空地通信技术中，拥有通信容量大、成本低、实时性强的特点。但是目前没有对基于4G-LTE技术的空地宽带通信进行应用的系统及方法。尤其是利用地空互联网络(包括卫星、地空无线宽带)开展飞机QAR(Quick AccessRecorder快速获取数据记录器)数据实时传输和分析应用，在全球没有先例可循。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种基于空地宽带通信的应用系统及方法，用于对飞机与地面进行空地通信过程中的监视管理和数据分析。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于空地宽带通信的应用系统，所述系统包括：机载子系统、地面数据处理子系统、地面分析应用子系统；

所述机载子系统设置在飞机上；

所述地面数据处理子系统、地面分析应用子系统设置在地面；

所述机载子系统通过地空无线通信网络与地面数据处理子系统进行通信，所述地面数据处理子系统与所述地面分析应用子系统连接。

所述机载子系统从机载QAR设备接收实时QAR数据包，并通过地空无线通信网络将数据发送给地面数据处理子系统，所述地面分析应用子系统从所述地面数据处理子系统调取数据并进行分析处理；

同时，所述机载子系统采集飞机机舱内的音频数据、视频数据，并对音频数据、视频数据进行压缩和编码，通过地空无线通信网络将压缩和编码后的数据发送给地面数据处理子系统；所述地面分析应用子系统从所述地面数据处理子系统调取数据并进行分析及播放。

所述机载子系统包括依次连接的机载ATG通信天线、调制解调器、机载网络安全设备、ATG机载服务器；

所述ATG机载服务器分别与WIFI路由器、音频采集设备、视频采集设备连接；所述ATG机载服务器能够从机载QAR设备接收实时QAR数据包；

所述音频采集设备用于采集飞机舱内的音频数据；

所述视频采集设备用于采集飞机舱内的视频数据；

所述WIFI路由器用于建立飞机舱内的无线网络环境，提供网络数据无线通信接口。

所述机载ATG通信天线设置在飞机的机腹，调制解调器、机载网络安全设备、ATG机载服务器设置在飞机的电子设备舱，所述WIFI路由器、音频采集设备、视频采集设备设置在飞机舱内或机上其它部位。

所述地面数据处理子系统包括依次连接的：地面ATG通信天线、地面ATG基站通信设备、地面光纤网络、网络交换机、网络防火墙、数据服务器；

所述数据服务器用于存储从机载子系统接收到的数据以及从地面分析应用子系统接收到的数据。

所述地面分析应用子系统包括：应用开发服务器、应用软件功能模块、地面视频采集设备、地面音频采集设备；

所述应用软件功能模块、地面视频采集设备、地面音频采集设备分别与所述应用开发服务器连接；

所述应用开发服务器与所述地面数据处理子系统中的数据服务器连接；

所述应用开发服务器提供软件逻辑、接口，供所述应用软件功能模块调用，并将应用软件功能模块产生的数据传送给数据服务器；

所述地面视频采集设备、地面音频采集设备分别用于采集地面人员的视频数据、音频数据。

所述应用软件功能模块包括：QAR数据实时译码模块、实时飞行仿真及告警模块、飞行航迹实时监视模块、实时发动机健康监视模块、实时航路颠簸指数报告模块、舱内实时监控模块、地空多方视频电话会议模块、实时飞行航路气象服务模块、ATG互联网服务模块；

所述QAR数据实时译码模块将原始的QAR数据译码为QAR工程数据，译码后的数据以表格的形式分类显示，然后将QAR工程数据中的舵面参数、操纵参数、所有的飞行参数输出给实时飞行仿真及告警模块，将与飞行航迹相关的飞行参数输出给飞行航迹实时监视模块，将发动机参数输出给实时发动机健康监视模块，将机载气象雷达数据输出给实时飞行航路气象服务模块；同时，所述QAR数据实时译码模块记录译码前后的时刻，进而计算译码所需的时间；

所述实时飞行仿真及告警模块接收QAR数据实时译码模块输出的舵面参数、操纵参数、所有的飞行参数后，以虚拟驾驶舱仿真的形式实时显示飞机的飞行状态，并提供不同视角的查看功能；当QAR数据实时译码模块输出的飞行参数超过设定的阈值时，所述实时飞行仿真及告警模块发出告警，同时所述飞行航迹实时监视模块也发出告警；

所述飞行航迹实时监视模块接收QAR数据实时译码模块输出的与飞行航迹有关的飞行参数后，实时在二维GIS地图上显示飞机的位置、飞行轨迹、速度，并将飞机的经度、纬度、高度、速度、航班号列表显示，并能够在不同的飞机之间进行切换；当QAR数据实时译码模块输出的飞行航迹有关的飞行参数超过设定的阈值时，所述飞行航迹实时监视模块会发出告警，同时所述实时飞行仿真及告警模块也会发出告警；所述实时飞行仿真及告警模块和飞行航迹实时监视模块对相同的参数设定相同的阈值或者设定不同的阈值；

所述实时发动机健康监视模块接收QAR数据实时译码模块输出的发动机参数后，将这些参数以图形、数据列表和/或曲线的形式显示出来；当QAR数据实时译码模块输出的发动机转速、发动机震动、发动机推力、燃油压力、排气温度超过设定的阈值时，所述实时发动机健康监视模块会发出告警；所述实时发动机健康监视模块定时对发动机关键零部件进行在线故障诊断；

所述实时航路颠簸指数报告模块接收QAR数据实时译码模块输出的飞机经度、纬度、高度、速度参数、加速度、俯仰角、偏航角、滚转角、扰流板参数、风向、风切变参数后，以图形化方式生成实时航路颠簸指数，使用不同的颜色标示不同的颠簸区域和颠簸指数；

所述舱内实时监控模块将机载子系统中的视频采集设备、音频采集设备采集到的飞机舱内的视频数据、音频数据在地面进行分析及播放；所述舱内实时监控模块具有人脸抓拍和识别引擎，能够抓取飞机舱内的视频中的人脸照片，并与人脸数据库进行比对，识别目标旅客的身份信息，并将身份信息显示在屏幕上；

所述地空多方视频电话会议模块通过应用开发服务器调用地面视频采集设备、地面音频采集设备采集到的视频数据、音频数据，并将地面的视频数据、音频数据通过应用开发服务器发送给数据服务器，同时通过应用开发服务器从数据服务器获取飞机舱内的音频数据和视频数据；

所述实时飞行航路气象服务模块接收QAR数据实时译码模块输出的机载气象雷达数据后，对机载气象雷达数据进行处理生成湍流图和雨区图数据；同时接收来自航路下方的地面气象监测台站输出的气象云图、导航数据，并通过地面数据处理子系统将这些数据发送给在此航路上飞行的后续飞机的机载子系统；

所述ATG互联网服务模块具有与互联网连接的接口；飞机舱内的旅客的访问请求经过WIFI路由器、ATG机载服务器、机载网络安全设备、调制解调器、机载ATG通信天线、地面数据处理子系统、应用开发服务器后发送给ATG互联网服务模块，访问请求获得的数据依次经过应用开发服务器、地面数据处理子系统、机载ATG通信天线、调制解调器、机载网络安全设备、ATG机载服务器、WIFI路由器后发送给旅客。

本发明还提供了一种利用上述系统实现飞机数据的实时信息分析利用的方法，包括：

从机载QAR设备接收实时QAR数据包，并通过地空无线通信网络将其发送给地面数据处理子系统，存储在地面数据处理子系统中的数据服务器中；

将原始的QAR数据译码为QAR工程数据；

根据QAR工程数据中的舵面参数、操纵参数、所有的飞行参数以虚拟驾驶舱仿真展示的形式实时显示飞机的飞行状态，并提供不同视角的查看功能；当QAR工程数据中的飞行参数超过设定的阈值时，发出告警；

根据QAR工程数据中的与飞行航迹相关的飞行参数实时在二维GIS地图上显示飞机的位置、飞行轨迹、速度，并将飞机的经度、纬度、高度、速度、航班号列表显示，而且能够在不同的飞机之间进行切换；当QAR工程数据中的与飞行航迹相关的飞行参数超过设定的阈值时，发出告警；

将QAR工程数据中的发动机参数以图形、数据列表和/或曲线的形式显示出来；当QAR工程数据中的发动机转速、发动机震动、发动机推力、燃油压力、排气温度超过设定的阈值时，发出告警；定时对发动机关键零部件进行在线故障诊断；

根据QAR工程数据中的飞机经度、纬度、高度、速度参数、加速度、俯仰角、偏航角、滚转角、扰流板参数、风向、风切变参数以图形化方式生成实时航路颠簸指数，使用不同的颜色标示不同的颠簸区域和颠簸指数；

根据QAR工程数据中的机载气象雷达数据生成湍流图和雨区图数据；同时接收来自航路下方的地面气象监测台站输出的气象云图、导航数据，将这些数据输出给在此航路上飞行的后续飞机。

本发明还提供了一种利用上述系统实现的舱内实时监控的方法，包括：

利用机载子系统中的视频采集设备、音频采集设备采集飞机客舱内的视频数据、音频数据；

将采集到的视频数据、音频数据发送给ATG机载服务器；

所述ATG机载服务器对视频数据、音频数据进行压缩和存储，然后将压缩后的数据通过机载网络安全设备发给调制解调器；

所述调制解调器对压缩后的视频数据、音频数据进行编码，然后通过机载ATG通信天线将经过压缩和编码后的视频数据、音频数据发送给地面数据处理子系统；

所述地面数据处理子系统中的地面ATG通信天线接收到视频数据、音频数据后，依次通过地面ATG基站通信设备、地面光纤网络、网络交换机、网络防火墙后将视频数据存储到数据服务器中；

所述地面分析应用子系统中的舱内实时监控模块通过应用开发服务器从数据服务器中调取飞机客舱内的视频数据、音频数据，并在地面进行播放；

抓取飞机舱内的视频数据中的人脸照片，识别目标旅客的身份信息，并将身份信息显示在屏幕上。

本发明还提供了一种利用上述系统实现地空多方视频电话会议的方法，包括：

在飞机舱内将能够进行视频数据、音频数据采集的终端与机载子系统中的WIFI无线路由器连接，利用所述终端采集飞机舱内的音频数据、视频数据；

将采集到的音频数据、视频数据发送给ATG机载服务器；所述ATG机载服务器对音频数据、视频数据进行压缩和存储，然后将数据通过机载网络安全设备发给调制解调器；所述调制解调器对压缩后的音频数据、视频数据进行编码，然后通过机载ATG通信天线将经过压缩和编码后的音频数据、视频数据发送给地面数据处理子系统；

所述地面数据处理子系统中的地面ATG通信天线接收到音频数据、视频数据后，依次通过地面ATG基站通信设备、地面光纤网络、网络交换机、网络防火墙后将飞机舱内的音频数据、视频数据存储到数据服务器中；

所述地面分析应用子系统中的地空多方视频电话会议模块通过应用开发服务器从数据服务器中调取飞机舱内的音频数据、视频数据，对音频数据、视频数据进行实时播放；

同时，将多个不同区域的地面音频采集设备、地面视频采集设备采集到的地面人员的音频数据、视频数据通过应用开发服务器发送到数据服务器，然后将地面人员的音频数据、视频数据依次通过网络防火墙、网络交换机、地面光纤网络、地面ATG基站通信设备后，由地面ATG通信天线发送给机载子系统；

所述机载子系统中的机载ATG通信天线接收到地面人员的音频数据、视频数据后，依次通过调制解调器、机载网络安全设备、ATG机载服务器、WIFI路由器后，在与机载子系统中的WIFI无线路由器连接的终端上播放地面人员的音频数据、视频数据。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明可以对空地宽带通信系统进行测试，验证ATG空地宽带通信系统的通信质量，进行飞机数据的采集、下载、译码、验证和加工等开发，首次实现了飞机数据的实时信息分析、利用。

2、提供了一种飞机数据、机舱音视频实时应用开发的平台，为空地宽带通信系统完善，相关专业应用软件开发、互联网软件开发提供平台。

3、通过本发明能够让机组在飞行中得到地面数据支持和地面专家的帮助，为飞行机组提供数据化和可视化的应急支援解决方案；为监管单位提供监控手段，对航空安全、运行管理、机务维修和空中互联网服务等方面的实时监视有重大的促进作用。

附图说明

图1是本发明基于空地宽带通信的应用系统的结构示意图；

图2是本发明基于空地宽带通信的应用系统中的应用软件功能模块组成图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

本发明提供的基于空地宽带通信的应用系统是基于4G-LTE技术的，如图1所示，其包括机载子系统1、地面数据处理子系统2、地面分析应用子系统3。该系统通过地空无线通信网络(Air To Ground，简称ATG)获取飞机的数据或向飞机发布数据。该系统用于测试和仿真飞机的实时飞行状态、对飞机客舱进行监视、提供空地通信服务等功能。各个飞机的机载子系统均能够通过地空无线通信网络与地面数据处理子系统2进行通信。

所述机载子系统1包括：机载ATG通信天线101、调制解调器102、机载网络安全设备103、ATG机载服务器104、WIFI路由器105、音频采集设备106、视频采集设备107，其中，机载ATG通信天线101部署在飞机的机腹，调制解调器102、机载网络安全设备103、ATG机载服务器104部署在飞机的电子设备舱，WIFI路由器105、音频采集设备106、视频采集设备107部署在飞机客舱内或机上其它适宜部位。所述视频采集设备107、音频采集设备106、WIFI路由器105分别与ATG机载服务器104连接，所述ATG机载服务器104与机载网络安全设备103连接，所述机载网络安全设备103与调制解调器102连接，所述调制解调器102与机载ATG通信天线101连接。

所述地面数据处理子系统2包括依次连接的：地面ATG通信天线201、地面ATG基站通信设备202、地面光纤网络203、网络交换机204、网络防火墙205、数据服务器206，实际使用时，还可以根据需要在地面数据处理子系统2内部署更多的设备。

所述机载子系统1和所述地面数据处理子系统2中的各个设备都是采用现有的设备。

所述地面分析应用子系统3包括应用开发服务器301、应用软件功能模块302、地面视频采集设备303、地面音频采集设备304。所述应用软件功能模块302、地面视频采集设备303、地面音频采集设备304分别与所述应用开发服务器301连接。所述应用服务器301与地面数据处理子系统中的数据服务器连接。实际使用时，还可以根据需要在地面分析应用子系统3内部署更多的设备。

所述应用开发服务器301利用协议为地面分析应用子系统中的应用软件功能模块中的各个模块提供软件逻辑、接口、过程数据等，例如做成一些固定的API(应用程序编程接口)，比如飞机位置API、速度API、发动机工作状态API、视频通话开启关闭API、发送机参数过程解算数据等等，方便应用软件功能模块中的各个模块调用，并基于这些软件逻辑或接口做这些模块的软件开发，软件运行的时候也会经常调用它们。另外，所述应用开发服务器301还将各个模块处理的一些中间数据或者最终数据传送给数据服务器，比如实时航路颠簸指数报告模块产生的航路颠簸指数、实时飞行航路气象服务模块产生的地面气象数据计算结果等等。

如图2所示，所述应用软件功能模块302包含：QAR数据实时译码模块3021、实时飞行仿真及告警模块3022、飞行航迹实时监视模块3023、实时发动机健康监视模块3024、实时航路颠簸指数报告(EDR)模块3025、舱内实时监控模块3026、地空多方视频电话会议模块3027、实时飞行航路气象服务模块3028、ATG互联网服务模块3029，实际使用时，还可以根据需要在应用软件功能模块302中设计更多的功能模块。

所述机载子系统1中的机载服务器104从机载QAR设备(现有飞机上已经安装的设备)接收实时QAR数据包，使用基于4G-LTE技术的空地宽带无线通信链路发送给地面数据处理子系统2，数据存储在数据服务器206中，供地面分析应用子系统3调取数据进行分析处理；

所述机载子系统1能够获取飞机客舱内的音频数据、视频数据，将数据进行压缩和编码，使用基于4G-LTE技术的空地宽带无线通信链路发送给地面数据处理子系统2。具体过程如下：

音频采集设备106采集的音频数据、视频采集设备107采集的视频数据被发送给ATG机载服务器，ATG机载服务器对音频数据、视频数据进行压缩和存储(比如使用常用的H.264或H.265视频压缩算法进行压缩)，然后ATG机载服务器将数据发送给机载网络安全设备(例如网络防火墙，其基于预定安全规则来监视和控制传入和传出的数据)，然后由机载网络安全设备发送给调制解调器，由调制解调器进行编码，然后通过机载ATG通信天线101将压缩和编码后的数据发送给地面数据处理子系统2。

所述机载子系统1能够利用WIFI路由器建立飞机舱内无线网络环境，向旅客和航空公司使用者提供网络数据无线通信接口；

在所述地面数据处理子系统2中，由地面ATG基站通信设备202通过地面ATG通信天线201接收机载子系统1发送的数据，利用地面光纤网络203发送至网络交换机204，经过网络防火墙205后将数据存储至数据服务器206，供地面分析应用子系统3使用。

所述地面数据处理子系统2接收地面分析应用子系统3发送的数据(例如地空多方视频电话会议模块要求发送的地面的视频、音频，实时航路颠簸指数报告(EDR)模块发送的实时航路颠簸指数(EDR)，实时飞行航路气象服务模块发送的气象云图、导航数据等信息)，将数据存储在数据服务器206中，然后数据经过网络防火墙205，再经过网络交换机204，利用地面光纤网络203发送至ATG基站通信设备202，由ATG基站通信设备202使用基于4G-LTE技术的空地宽带无线通信链路发送至机载子系统1。

所述地面分析应用子系统3利用地面视频采集设备303、地面音频采集设备304采集地面使用人员的视频和音频数据。所述地面分析应用子系统3中的应用开发服务器通过协议为地面分析应用子系统3中的各个模块提供软件逻辑或接口，方便各个模块的调用。

所述地面分析应用子系统3对接收到的数据进行译码、提取、校验、再加工等分析处理，利用数据开发不同功能的应用软件功能模块302。

所述应用软件功能模块302，对数据进行分析处理，进行QAR数据实时译码、实时飞行仿真及告警、飞行航迹实时监视、实时发动机健康监视、实时航路颠簸指数报告(EDR)、舱内视频实时监控、地空多方视频电话会议、实时飞行航路气象服务、ATG互联网服务等应用演示。

应用软件功能模块中的各功能模块具体如下:

1、QAR数据实时译码模块3021

机载子系统将飞机的原始QAR数据按照每秒传输一次的频率，将数据传输至地面数据处理子系统，存入数据服务器。由QAR数据实时译码模块3021将原始QAR数据译码为QAR工程数据，译码后的数据以表格的形式分类显示。QAR数据实时译码模块将译码后的QAR工程数据中的舵面参数(如左副翼位置、右副翼位置、左右扰流板位置、升降舵偏角等)、操纵参数(如设定高度、FCU旋钮、航向设置、设置高度、决断高度、客舱压力、起落架状态等)、所有的飞行参数(包括标高、空速、迎角、最大迎角速度、横向加速度、纵向加速度、当前位置经纬度、无线电高度、马赫数、俯仰率、实际航向等)输出给实时飞行仿真及告警模块3022。将与飞行航迹有关的飞行参数(如标高、空速、当前位置经纬度、无线电高度、马赫数、实际航向、航班号、飞机编号等)输出给飞行航迹实时监视模块3023。将发动机参数(如发动机N1、发动机号、发动机转速、发动机震动、发动机推力、燃油量、滑油量、燃油压力、排气温度等)输出给实时发动机健康监视模块3024。将无线电高度、静压空气温度、气压等输出给实时飞行航路气象服务模块3028。

QAR数据实时译码模块记录了译码前后的时刻，进而计算译码所需的时间。统计分析表明，对ATG网络每秒下传的QAR数据进行译码所需的时间约25ms。

2、实时飞行仿真及告警模块3022

实时飞行仿真及告警模块主要实现飞机飞行状态实时仿真、当有飞行超限动作时实时告警等功能。该模块接收QAR数据实时译码模块3021输出的舵面参数、操纵参数、飞行参数等工程数据，驱动软件界面上的各种飞机驾驶舱按钮、指示灯、仪表盘等三维界面以及软件上半部分窗口中的三维飞机模型，以虚拟驾驶舱仿真展示的形式实时显示飞机的飞行状态，并可提供不同视角的查看功能。实时飞行仿真及告警模块可以设定某些参数的阈值，当QAR数据实时译码模块输出的滚转角、俯仰角、偏航角、高度等参数超过对应的阈值时，实时飞行仿真及告警模块会在屏幕上用图标闪烁或者文字提示超限告警信息，同时飞行航迹实时监视模块的屏幕也会同步用图标闪烁或者文字提示超限告警信息。

利用实时飞行仿真及告警模块，可以对飞机飞行状态、驾驶舱主要仪表、飞行机组的主要操纵等进行实时仿真和监视，仿真时延不大于100ms，可有效提高飞行安全和故障处置效率。

3、飞行航迹实时监视模块3023

飞行航迹实时监视模块实现实时在二维GIS地图软件上显示飞机的位置、飞行轨迹、速度等信息。该模块接收QAR数据实时译码模块输出的飞行参数，将飞机的经度、纬度、高度、速度、航班号等数据列表显示在软件窗口的右侧，通过鼠标点击，可以在不同的飞机之间进行切换。

飞行航迹实时监视模块将飞机的图标叠加在二维GIS地图上，依据接收到的飞机经度、纬度、高度、速度参数驱动飞机图标在二维GIS地图上移动，实时绘画出飞机的飞行运动轨迹。飞行航迹实时监视模块可以设定某些参数的阈值，当QAR数据实时译码模块输出的滚转角、俯仰角、偏航角、高度等参数超过阈值时，飞行航迹实时监视模块会在屏幕上用图标闪烁或者文字提示超限告警信息，同时实时飞行仿真及告警模块的屏幕也会同步用图标闪烁或者文字提示超限告警信息。实时飞行仿真及告警模块和飞行航迹实时监视模块对相同的参数可以设定相同的阈值也可以设定不同的阈值，可以根据告警等级自行修改设定，例如，飞行学员用飞行仿真及告警模块来练习驾驶飞机的时候，可以把阈值设得严格些，例如假设俯仰角超过20度飞机就会坠毁，假设正常设置15度会报警，飞行学员练习时可以设成10度，让其练习的能力更强。如果飞行航迹实时监视模块设置，则设置成15度即可。

4、实时发动机健康监视模块3024

实时发动机健康监视模块接收QAR数据实时译码模块输出的发动机参数，如发动机N1、EGT、发动机号、发动机转速、发动机震动、发动机推力、燃油量、滑油量、燃油压力、排气温度等参数，将这些参数以图形、数据列表和曲线的形式绘制出来，直观地在屏幕上显示飞机左右发动机整体及各零部件的工作状态，以及燃油的使用情况。实时发动机健康监视模块可以设定某些参数的阈值，当QAR数据实时译码模块输出的发动机转速、发动机震动、发动机推力、燃油压力、排气温度等参数超过阈值时，实时发动机健康监视模块会在屏幕上用图标闪烁或者文字提示超限告警信息。实时发动机健康监视模块还可以定时对发动机关键零部件进行在线故障诊断。实时发动机健康监视模块还可以通过写入定制化的算法对发动机的健康状态进行预警诊断。

利用实时发动机健康监视模块，航空公司可以在飞行过程中及时掌握飞机特别是发动机的健康状态，对于需要在航后进行维护的情况，可以在航班落地前安排好维护计划，做好维护准备工作，缩短维护周期，提高维护效率。

5、实时航路颠簸指数报告(EDR)模块3025

实时航路颠簸指数报告(EDR)模块接收QAR数据实时译码模块输出的飞机经度、纬度、高度、速度参数、加速度、俯仰角、偏航角、滚转角、扰流板参数、风向、风切变等参数，以图形化方式生成实时航路颠簸指数(EDR)(比如用云图或等值线方式，具体可以根据需求设计不同的指数形式。),使用不同的颜色标示不同的颠簸区域和颠簸指数。实时航路颠簸指数报告(EDR)模块可以选择将EDR通过地面数据处理系统2发送给后续航班的机载子系统，提醒航路的颠簸情况，帮助机组选择安全舒适的飞行路线。

6、舱内实时监控模块3026

通过在机载子系统1中的视频采集设备107、音频采集设备106，可以采集飞机客舱内视频、音频。舱内实时监控模块将接收到的飞机客舱内的视频数据、音频数据进行播放(例如在屏幕上显示视频数据，通过喇叭播放音频数据)。舱内实时监控模块还具备人脸抓拍和识别引擎，该引擎采用现有成熟的商用人脸识别引擎，抓取舱内视频中的人脸照片，通过人脸识别引擎与人脸数据库进行比对，识别目标旅客的身份信息，并将其显示在屏幕上。

7、地空多方视频电话会议模块3027

机载子系统1中的WIFI无线路由器105部署在飞机客舱，WIFI无线路由器105一端接入飞机客舱的ATG机载服务器104，同时形成客舱无线网络覆盖，在飞机客舱内使用移动电话、平板电脑等音视频采集设备连接客舱无线网络。在地面多个不同区域使用地面视频采集设备303、地面音频采集设备304采集地面端使用人员的视频和音频数据，通过地空多方视频电话会议模块连接ATG网络，即可实现多方视频网络视频和语音通讯，具体如下：地空多方视频电话会议模块3027通过应用开发服务器调用地面视频采集设备303和地面音频采集设备304采集到的音频和视频数据，同时通过应用开发服务器从数据服务器获取飞机客舱内的视频、音频数据，并将数据呈现在地空多方视频电话会议模块软件界面上。它不通过QAR数据实时译码模块获得飞机上的音频、视频数据，它直接通过地面数据处理子系统2、机载子系统1获得飞机上的音频、视频数据，也直接通过地面数据处理子系统2、机载子系统1将地面的音频、视频数据发给飞机。应用开发服务器不主动将地面视频采集设备303和地面音频采集设备304的数据发给数据服务器，而是由地空多方视频电话会议模块3027通知应用开发服务器把数据发给数据服务器，如果地空多方视频电话会议模块3027不通知应用开发服务器把数据发给数据服务器，数据则不会发给数据服务器。

经过测试，一路720P标清视频传输约占ATG网络0.49Mbps带宽；一路1080P高清视频传输约占ATG网络1Mbps带宽；一路网络电话传输约占用ATG网络0.01Mbps带宽。

8、实时飞行航路气象服务模块3028

实时飞行航路气象服务模块接收QAR数据实时译码模块输出的机载气象雷达数据如气压、雷达波反射强度、天线增益、波瓣宽度等参数，对数据进行处理，生成湍流图和雨区图数据，同时，实时飞行航路气象服务模块还接收来自航路下方的地面气象监测台站输出的气象云图、导航数据等信息，将这些数据输出给在此航路上飞行的后续飞机(先将这些数据发送给应用开发服务器，然后发送给地面数据处理子系统，再由地面数据处理子系统发送给后续飞机的机载子系统)，作为飞行员避开危险气象区域的参考信息。

9、ATG互联网服务模块3029

ATG互联网服务模块具有与互联网连接的接口，飞机上的旅客通过客舱WIFI接入ATG网络后，访问请求经ATG互联网服务模块中转接入互联网，实现飞机舱内旅客上网，具体如下：访问请求是经过ATG机载服务器104、机载网络安全设备103、调制解调器102、机载ATG通信天线101、地面处理子系统2中的各个设备、应用开发服务器301后发送给ATG互联网服务模块，请求得到的数据反向经过上述各个设备后通过WIFI路由器发送到旅客的终端。

综上所述，利用本发明能够实时获取飞机发往地面的数据，包括QAR数据、音频数据、视频数据等；对接收到的数据进行译码、提取、校验、再加工等分析处理；对数据进行分析处理，进行QAR数据实时译码、实时飞行仿真及告警、飞行航迹实时监视、实时发动机健康监视、实时航路颠簸指数报告(EDR)、舱内视频实时监控、地空多方视频电话会议、实时飞行航路气象服务、互联网服务等应用。

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (10)

1.一种基于空地宽带通信的应用系统，其特征在于：所述系统包括：机载子系统、地面数据处理子系统、地面分析应用子系统；

所述机载子系统设置在飞机上；

所述地面数据处理子系统、地面分析应用子系统设置在地面；

所述机载子系统通过地空无线通信网络与地面数据处理子系统进行通信，所述地面数据处理子系统与所述地面分析应用子系统连接。

2.根据权利要求1所述的基于空地宽带通信的应用系统，其特征在于：所述机载子系统从机载QAR设备接收实时QAR数据包，并通过地空无线通信网络将数据发送给地面数据处理子系统，所述地面分析应用子系统从所述地面数据处理子系统调取数据并进行分析处理；

同时，所述机载子系统采集飞机机舱内的音频数据、视频数据，并对音频数据、视频数据进行压缩和编码，通过地空无线通信网络将压缩和编码后的数据发送给地面数据处理子系统；所述地面分析应用子系统从所述地面数据处理子系统调取数据并进行分析及播放。

3.根据权利要求1所述的基于空地宽带通信的应用系统，其特征在于：所述机载子系统包括依次连接的机载ATG通信天线、调制解调器、机载网络安全设备、ATG机载服务器；

所述ATG机载服务器分别与WIFI路由器、音频采集设备、视频采集设备连接；所述ATG机载服务器能够从机载QAR设备接收实时QAR数据包；

所述音频采集设备用于采集飞机舱内的音频数据；

所述视频采集设备用于采集飞机舱内的视频数据；

所述WIFI路由器用于建立飞机舱内的无线网络环境，提供网络数据无线通信接口。

4.根据权利要求3所述的基于空地宽带通信的应用系统，其特征在于：所述机载ATG通信天线设置在飞机的机腹，调制解调器、机载网络安全设备、ATG机载服务器设置在飞机的电子设备舱，所述WIFI路由器、音频采集设备、视频采集设备设置在飞机舱内或机上其它部位。

5.根据权利要求1所述的基于空地宽带通信的应用系统，其特征在于：所述地面数据处理子系统包括依次连接的：地面ATG通信天线、地面ATG基站通信设备、地面光纤网络、网络交换机、网络防火墙、数据服务器；

所述数据服务器用于存储从机载子系统接收到的数据以及从地面分析应用子系统接收到的数据。

6.根据权利要求1所述的基于空地宽带通信的应用系统，其特征在于：所述地面分析应用子系统包括：应用开发服务器、应用软件功能模块、地面视频采集设备、地面音频采集设备；

所述应用软件功能模块、地面视频采集设备、地面音频采集设备分别与所述应用开发服务器连接；

所述应用开发服务器与所述地面数据处理子系统中的数据服务器连接；

所述应用开发服务器提供软件逻辑、接口，供所述应用软件功能模块调用，并将应用软件功能模块产生的数据传送给数据服务器；

所述地面视频采集设备、地面音频采集设备分别用于采集地面人员的视频数据、音频数据。

7.根据权利要求6所述的基于空地宽带通信的应用系统，其特征在于：所述应用软件功能模块包括：QAR数据实时译码模块、实时飞行仿真及告警模块、飞行航迹实时监视模块、实时发动机健康监视模块、实时航路颠簸指数报告模块、舱内实时监控模块、地空多方视频电话会议模块、实时飞行航路气象服务模块、ATG互联网服务模块；

所述QAR数据实时译码模块将原始的QAR数据译码为QAR工程数据，译码后的数据以表格的形式分类显示，然后将QAR工程数据中的舵面参数、操纵参数、所有的飞行参数输出给实时飞行仿真及告警模块，将与飞行航迹相关的飞行参数输出给飞行航迹实时监视模块，将发动机参数输出给实时发动机健康监视模块，将机载气象雷达数据输出给实时飞行航路气象服务模块；同时，所述QAR数据实时译码模块记录译码前后的时刻，进而计算译码所需的时间；

所述实时飞行仿真及告警模块接收QAR数据实时译码模块输出的舵面参数、操纵参数、所有的飞行参数后，以虚拟驾驶舱仿真的形式实时显示飞机的飞行状态，并提供不同视角的查看功能；当QAR数据实时译码模块输出的飞行参数超过设定的阈值时，所述实时飞行仿真及告警模块发出告警，同时所述飞行航迹实时监视模块也发出告警；

所述飞行航迹实时监视模块接收QAR数据实时译码模块输出的与飞行航迹有关的飞行参数后，实时在二维GIS地图上显示飞机的位置、飞行轨迹、速度，并将飞机的经度、纬度、高度、速度、航班号列表显示，并能够在不同的飞机之间进行切换；当QAR数据实时译码模块输出的飞行航迹有关的飞行参数超过设定的阈值时，所述飞行航迹实时监视模块会发出告警，同时所述实时飞行仿真及告警模块也会发出告警；所述实时飞行仿真及告警模块和飞行航迹实时监视模块对相同的参数设定相同的阈值或者设定不同的阈值；

所述实时发动机健康监视模块接收QAR数据实时译码模块输出的发动机参数后，将这些参数以图形、数据列表和/或曲线的形式显示出来；当QAR数据实时译码模块输出的发动机转速、发动机震动、发动机推力、燃油压力、排气温度超过设定的阈值时，所述实时发动机健康监视模块会发出告警；所述实时发动机健康监视模块定时对发动机关键零部件进行在线故障诊断；

所述实时航路颠簸指数报告模块接收QAR数据实时译码模块输出的飞机经度、纬度、高度、速度参数、加速度、俯仰角、偏航角、滚转角、扰流板参数、风向、风切变参数后，以图形化方式生成实时航路颠簸指数，使用不同的颜色标示不同的颠簸区域和颠簸指数；

所述舱内实时监控模块将机载子系统中的视频采集设备、音频采集设备采集到的飞机舱内的视频数据、音频数据在地面进行分析及播放；所述舱内实时监控模块具有人脸抓拍和识别引擎，能够抓取飞机舱内的视频中的人脸照片，并与人脸数据库进行比对，识别目标旅客的身份信息，并将身份信息显示在屏幕上；

所述地空多方视频电话会议模块通过应用开发服务器调用地面视频采集设备、地面音频采集设备采集到的视频数据、音频数据，并将地面的视频数据、音频数据通过应用开发服务器发送给数据服务器，同时通过应用开发服务器从数据服务器获取飞机舱内的音频数据和视频数据；

所述实时飞行航路气象服务模块接收QAR数据实时译码模块输出的机载气象雷达数据后，对机载气象雷达数据进行处理生成湍流图和雨区图数据；同时接收来自航路下方的地面气象监测台站输出的气象云图、导航数据，并通过地面数据处理子系统将这些数据发送给在此航路上飞行的后续飞机的机载子系统；

所述ATG互联网服务模块具有与互联网连接的接口；飞机舱内的旅客的访问请求经过WIFI路由器、ATG机载服务器、机载网络安全设备、调制解调器、机载ATG通信天线、地面数据处理子系统、应用开发服务器后发送给ATG互联网服务模块，访问请求获得的数据依次经过应用开发服务器、地面数据处理子系统、机载ATG通信天线、调制解调器、机载网络安全设备、ATG机载服务器、WIFI路由器后发送给旅客。

8.利用权利要求1-7任一项所述的基于空地宽带通信的应用系统实现飞机数据的实时信息分析利用的方法，其特征在于：所述方法包括：

从机载QAR设备接收实时QAR数据包，并通过地空无线通信网络将其发送给地面数据处理子系统，存储在地面数据处理子系统中的数据服务器中；

将原始的QAR数据译码为QAR工程数据；

根据QAR工程数据中的舵面参数、操纵参数、所有的飞行参数以虚拟驾驶舱仿真展示的形式实时显示飞机的飞行状态，并提供不同视角的查看功能；当QAR工程数据中的飞行参数超过设定的阈值时，发出告警；

根据QAR工程数据中的与飞行航迹相关的飞行参数实时在二维GIS地图上显示飞机的位置、飞行轨迹、速度，并将飞机的经度、纬度、高度、速度、航班号列表显示，而且能够在不同的飞机之间进行切换；当QAR工程数据中的与飞行航迹相关的飞行参数超过设定的阈值时，发出告警；

将QAR工程数据中的发动机参数以图形、数据列表和/或曲线的形式显示出来；当QAR工程数据中的发动机转速、发动机震动、发动机推力、燃油压力、排气温度超过设定的阈值时，发出告警；定时对发动机关键零部件进行在线故障诊断；

根据QAR工程数据中的飞机经度、纬度、高度、速度参数、加速度、俯仰角、偏航角、滚转角、扰流板参数、风向、风切变参数以图形化方式生成实时航路颠簸指数，使用不同的颜色标示不同的颠簸区域和颠簸指数；

根据QAR工程数据中的机载气象雷达数据生成湍流图和雨区图数据；同时接收来自航路下方的地面气象监测台站输出的气象云图、导航数据，将这些数据输出给在此航路上飞行的后续飞机。

9.权利要求1-7任一项所述的基于空地宽带通信的应用系统实现舱内实时监控的方法，其特征在于：所述方法包括：

利用机载子系统中的视频采集设备、音频采集设备采集飞机客舱内的视频数据、音频数据；

将采集到的视频数据、音频数据发送给ATG机载服务器；

所述ATG机载服务器对视频数据、音频数据进行压缩和存储，然后将压缩后的数据通过机载网络安全设备发给调制解调器；

所述调制解调器对压缩后的视频数据、音频数据进行编码，然后通过机载ATG通信天线将经过压缩和编码后的视频数据、音频数据发送给地面数据处理子系统；

所述地面数据处理子系统中的地面ATG通信天线接收到视频数据、音频数据后，依次通过地面ATG基站通信设备、地面光纤网络、网络交换机、网络防火墙后将视频数据存储到数据服务器中；

所述地面分析应用子系统中的舱内实时监控模块通过应用开发服务器从数据服务器中调取飞机客舱内的视频数据、音频数据，并在地面进行播放；

抓取飞机舱内的视频数据中的人脸照片，识别目标旅客的身份信息，并将身份信息显示在屏幕上。

10.权利要求1-7任一项所述的基于空地宽带通信的应用系统实现地空多方视频电话会议的方法，其特征在于：所述方法包括：

在飞机舱内将能够进行视频数据、音频数据采集的终端与机载子系统中的WIFI无线路由器连接，利用所述终端采集飞机舱内的音频数据、视频数据；

将采集到的音频数据、视频数据发送给ATG机载服务器；所述ATG机载服务器对音频数据、视频数据进行压缩和存储，然后将数据通过机载网络安全设备发给调制解调器；所述调制解调器对压缩后的音频数据、视频数据进行编码，然后通过机载ATG通信天线将经过压缩和编码后的音频数据、视频数据发送给地面数据处理子系统；

所述地面数据处理子系统中的地面ATG通信天线接收到音频数据、视频数据后，依次通过地面ATG基站通信设备、地面光纤网络、网络交换机、网络防火墙后将飞机舱内的音频数据、视频数据存储到数据服务器中；

所述地面分析应用子系统中的地空多方视频电话会议模块通过应用开发服务器从数据服务器中调取飞机舱内的音频数据、视频数据，对音频数据、视频数据进行实时播放；

同时，将多个不同区域的地面音频采集设备、地面视频采集设备采集到的地面人员的音频数据、视频数据通过应用开发服务器发送到数据服务器，然后将地面人员的音频数据、视频数据依次通过网络防火墙、网络交换机、地面光纤网络、地面ATG基站通信设备后，由地面ATG通信天线发送给机载子系统；

所述机载子系统中的机载ATG通信天线接收到地面人员的音频数据、视频数据后，依次通过调制解调器、机载网络安全设备、ATG机载服务器、WIFI路由器后，在与机载子系统中的WIFI无线路由器连接的终端上播放地面人员的音频数据、视频数据。