CN111583726A - 基于ads-b的机场场面引导方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于航空技术领域，具体涉及基于ADS‑B的机场场面引导方法及装置。本发明通过移动通信链路收发飞机场面滑行路径，通过ADS‑B/TIS‑B链路完成对附近飞机及其他车辆的监视，触控显示模块以触摸式图形化显示机场场面地图、车辆当前位置、临近飞机位置、跑道入侵警告等信息，提供冲突预警和告警，及时提醒驾驶员潜在事故的发生，实现了机场场面服务车辆的驾驶员对机场场面运行态势的全面掌握，提升了服务保障车辆运行效能，提高了机场场面运行的效率和安全性。
Description
技术领域
本发明属于航空技术领域，具体涉及基于ADS-B(广播式自动相关监视)的机场场面引导方法及装置。
背景技术
传统场面服务车辆的驾驶员通过对机场场面交通的观察来规划行驶路径，这种方式严重依赖于驾驶员对机场地面标记、机场地图等熟悉程度，存在明显的缺陷。低能见度条件下，驾驶员无法准确感知自身的准确位置及确认服务车辆与场面滑行飞机的安全距离。随着航空业务量的持续高速增长，机场拥堵日益严重，场面服务车辆运行方式安全隐患变得尤为突出。
发明内容
发明目的：提供一种基于ADS-B的机场场面引导方法及装置,以提供冲突预警和告警，及时提醒驾驶员潜在事故的发生，提高机场场面运行的效率和安全性。
本发明的技术方案：
第一方面，提供了一种基于ADS-B的机场场面引导方法，包括：
接收飞机广播的ADS-B链路信息和空管部门输出的TIS-B链路信息；
根据所述ADS-B链路信息和所述TIS-B链路信息生成场面上飞机、车辆以及机场周边空域内飞机的航迹信息；
接收来自空管部门分发的飞机滑行路径信息；
根据接收的飞机滑行路径信息，生成飞机在场面由停机位至跑道的四维滑行路径信息；
接收保障车辆的授时定位信息；
根据保障车辆的授时定位信息获得保障车辆实时位置；
综合保障车辆的位置与场面上飞机、车辆以及机场周边空域内飞机的航迹信息、飞机的四维滑行路径信息，以机场地图数据库提供的机场地图数据为基础生成综合的场面交通态势信息；
从机场地图数据库获取相应滑行道数据；
根据所述相应滑行道数据，所述场面上飞机、车辆以及机场周边空域内飞机的航迹信息以及所述飞机的四维滑行路径信息，确定无冲突的滑行路径以及滑行方向指引，同时生成车辆在场面运行的冲突告警、跑道侵入告警、偏离告警、速度告警；
输出场面交通态势信息和场面引导及告警信息。
进一步地，根据所述ADS-B链路信息和所述TIS-B链路信息生成场面上飞机、车辆以及机场周边空域内飞机的航迹信息，具体包括：
对所述ADS-B链路信息和所述TIS-B链路信息的原始报文进行协议解析得到解析的ADS-B链路信息和解析的TIS-B链路信息；
对解析的ADS-B链路信息和解析的TIS-B链路信息进行融合得到融合的原始航迹信息；
基于所述融合的原始航迹信息，进行航迹预测和航迹外推，生成场面上飞机、车辆以及机场周边空域内飞机的航迹信息。
进一步地，所述方法还包括：
对保障车辆的授时定位信息进行编码生成保障车辆的ADS-B原始数据信息，并通过全向天线向周围空域广播本车辆的定位信息。
进一步地，根据所述相应滑行道数据，所述场面上飞机、车辆以及机场周边空域内飞机的航迹信息以及所述飞机的四维滑行路径信息，确定无冲突的滑行路径以及滑行方向指引，同时生成车辆在场面运行的冲突告警、跑道侵入告警、偏离告警、速度告警，具体包括：
计算相应滑行道的距离和转弯情况并计算保障车辆的滑行速度；
根据所述场面上飞机、车辆以及机场周边空域内飞机的航迹信息，所述飞机的四维滑行路径信息，所述相应滑行道的距离和转弯情况以及保障车辆的滑行速度，确定无冲突的滑行路径以及滑行方向指引，同时生成车辆在场面运行的冲突告警、跑道侵入告警、偏离告警、速度告警。
进一步地，所述方法还包括：
接收触控显示单元的配置管理操作。
第二方面，提供了一种基于ADS-B的机场场面引导装置，包括：
交通信息解码模块，用于接收飞机广播的ADS-B链路信息和空管部门输出的TIS-B链路信息；以及根据所述ADS-B链路信息和所述TIS-B链路信息生成场面上飞机、车辆以及机场周边空域内飞机的航迹信息；
滑行路径信息处理模块，用于接收来自空管部门分发的飞机滑行路径信息；以及根据接收的飞机滑行路径信息，生成飞机在场面由停机位至跑道的四维滑行路径信息；
场面交通态势生成模块，用于接收保障车辆的授时定位信息；根据保障车辆的授时定位信息获得保障车辆实时位置；以及综合保障车辆的位置与场面上飞机、车辆以及机场周边空域内飞机的航迹信息、飞机的四维滑行路径信息，以机场地图数据库提供的机场地图数据为基础生成综合的场面交通态势信息；
场面引导及告警模块，用于从机场地图数据库获取相应滑行道数据；以及根据所述相应滑行道数据，所述场面上飞机、车辆以及机场周边空域内飞机的航迹信息以及所述飞机的四维滑行路径信息，确定无冲突的滑行路径以及滑行方向指引，同时生成车辆在场面运行的冲突告警、跑道侵入告警、偏离告警、速度告警。
进一步地，交通信息解码模块，具体用于：
对所述ADS-B链路信息和所述TIS-B链路信息的原始报文进行协议解析得到解析的ADS-B链路信息和解析的TIS-B链路信息；
对解析的ADS-B链路信息和解析的TIS-B链路信息进行融合得到融合的原始航迹信息；
基于所述融合的原始航迹信息，进行航迹预测和航迹外推，生成场面上飞机、车辆以及机场周边空域内飞机的航迹信息。
进一步地，所述装置还包括：ADS-B信息编码模块，用于对保障车辆的授时定位信息进行编码生成保障车辆的ADS-B原始数据信息，并通过全向天线向周围空域广播本车辆的定位信息。
进一步地，场面引导及告警模块，具体用于：
计算相应滑行道的距离和转弯情况并计算保障车辆的滑行速度；
根据所述场面上飞机、车辆以及机场周边空域内飞机的航迹信息，所述飞机的四维滑行路径信息，所述相应滑行道的距离和转弯情况以及保障车辆的滑行速度，确定无冲突的滑行路径以及滑行方向指引，同时生成车辆在场面运行的冲突告警、跑道侵入告警、偏离告警、速度告警。
进一步地，所述装置还包括：场面交通态势生成模块，还用于接收触控显示单元的配置管理操作。
有益效果：
本发明实现了机场场面服务车辆的驾驶员对机场场面运行态势的全面掌握，提升了服务保障车辆运行效能；本发明提供场面滑行冲突的预警与告警，提高了机场场面运行的安全性。
附图说明
图1为一种具备ADS-B IN/OUT功能的车载场面引导终端交联图。
图2为综合处理单元的功能框图。
图3为射频处理模块的功能框图。
图4为数据处理模块的功能框图。
图5为软件的功能框图。
具体实施方式
随着航空业务量的持续高速增长，机场拥堵日益严重，场面服务车辆运行方式安全隐患变得尤为突出。未来，地面空管部门将为场面运行飞机规划其滑行路径，场面服务车辆的驾驶员能在车载终端上看到相应的滑行路径，其车载终端具备ADS-B IN/OUT功能，可以完成与航空器等的相互监视，提高机场场面运行的安全性。因此，本发明提供了一种具备ADS-B IN/OUT功能的车载场面引导终端。利用该终端实现机场场面引导。
一种具备ADS-B IN/OUT功能的车载场面引导终端主要由触控显示单元、综合处理单元、移动通信单元、全向天线及GNSS天线等构成。
所述触控显示单元用于显示机场场面交通及告警状况，接收驾驶员输入等操作；所述综合处理单元用于处理ADS-B/TIS-B数据并输出ADS-B数据广播本车辆的信息，完成空情态势生成及滑行冲突的数据处理与计算；所述移动通信单元接收机场场面飞机的滑行路径等信息；所述的全向天线用于接收及发送L波段的射频信号；所述GNSS天线接收北斗及其他GNSS卫星航定位信息。
下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
如图1所示，一种具备ADS-B IN/OUT功能的车载场面引导终端由1个触控显示单元、1个综合处理单元、1个移动通信单元、1个全向天线及1个GNSS天线等构成。
综合处理单元、移动通信单元、触控显示单元共同组成了终端主机，安装于服务保障车辆的驾驶员前方的前风窗玻璃处，并通过车载+12V直流电供电。GNSS天线通过射频线缆直接连接终端主机，全向天线也通过射频线缆直接连接到终端主机。触控显示单元完成对各类空情信息的显示和接收驾驶员的操作控制。
GNSS天线采用商用货架产品，可接收北斗、GPS导航数据源的定位及授时信息。
触控显示单元采用商用货架产品，实现触摸式图形化显示机场场面地图、当前位置、临近飞机位置、引导路径、跑道入侵警告等信息。
全向天线采用商用货架产品的刀型天线，实现1090MHz射频信号的收发。
综合处理单元是车载场面引导终端的核心部件，其功能框图如图2所示，主要完成ADS-B/TIS-B信息接收、解调、解算、存储、处理，接收移动通信单元发来的飞机滑行路径等信息，形成综合空情态势，根据本车辆的运行信息生成场面交通、引导及告警等数据，并发送至触控显示单元显示，接收触控显示单元的各配置管理操作。
综合处理单元由射频处理模块、数据处理模块、电源转换模块组成。
所述射频处理模块用于对全向天线输出的1090MHz的ADS-B/TIS-B信号进行滤波、变频、放大，向数据处理模块输出ADS-B/TIS-B信号的解调信号；对数据处理模块输出的本车辆自身的ADS-B信号的原始报文进行调制并输出给全向天线。
所述数据处理模块用于先对ADS-B信号的解调信号进行采样、解码、译码，形成ADS-B信号的原始报文，再通过对GNSS天线的采集获取供ADS-B原始报文解析所需的本地解码的参考位置和信息输出时间基准；最后对ADS-B原始报文解析，提取飞机位置信息，形成飞行器位置、速度、高度、航班号等数据元素；所述数据处理模块还接收移动通信单元传输的飞机场面滑行路径等数据；数据处理模块结合机场场面各数据形成综合态势数据及引导信息，输出至触控显示单元显示。
所述电源模块将车载直流+12V电转换为车载场面引导终端所需的+5V、+3.3V、+1.8V等不同幅值的电压。
射频处理模块功能框图如图3所示，模块主要由第一级滤波电路、开关电路、数控衰减电路、低噪声放大电路、下变频电路、第二级滤波电路、中频放大电路、第三级滤波电路、检波整形电路和比较电路等组成。收发处理模块接收来自射频收发组件的下行1090MHz信号，经滤波电路、开关电路、数控衰减电路、低噪声放大电路、下变频电路、滤波电路、中频放大电路、再滤波电路、检波整形电路和比较电路后，将解调信号送往数据处理模块；接收来自数据处理模块脉冲信号控制开关产生ADS-B的PPM信号，生成上行1090MHz信号，送往全向天线。射频处理模块根据数据处理模块的收发控制电路发来的收发开关信号，选择收发模式。当处于接收模式时，接收来自全向天线的1090MHz信号；当处于发射模式时，接收数据处理模块发来的1090MHz上行信号，经功率放大电路(PA)及收发开关，送往全向天线，完成上行发射功能。
数据处理模块如图4所示由PowerPC主处理器电路、FPGA逻辑控制电路、A/D采集电路、外部通信接口电路、存储器、状态管理电路和外部授时电路等组成，FPGA逻辑控制电路与PowerPc通过本地总线连接。A/D采集电路采集射频处理模块的ADS-B/TIS-B信号的解调信号，将采集的ADS-B/TIS-B信号的数字信号经过隔离电路发送到FPGA逻辑控制电路；FPGA逻辑控制电路对接收的ADS-B/TIS-B信号的解调信号进行解码和纠错处理，获得ADS-B/TIS-B信号的原始报文并发送到PowerPc主处理器电路。
PowerPc主处理器是核心处理器，主要运行Vxworks操作系统，在操作系统上运行的软件完成了各类数据处理、逻辑算法等运算，其软件功能框图如图5所示。核心处理软件共分为交通信息解码处理、滑行路径信息处理、ADS-B信息编码、场面交通态势生成、场面引导及告警、机场地图数据库等6个软件模块。交通信息解码软件模块的信息来源于飞机广播的ADS-B(1090MHz)链路以及空管部门输出TIS-B(交通信息服务广播)(1090MHz)链路的信息，交通信息解码软件模块对上述2个链路的原始报文进行协议解析，而后对上述2个数据源的解析的经纬度、速度等数据进行融合得到融合的原始航迹信息，以此融合的航迹信息为基础，实现航迹预测和航迹外推功能，最终生成场面上航空器、车辆以及机场周边空域内航空器的航迹。滑行路径信息处理软件模块通过移动通信单元接收来自空管部门分发的飞机滑行路径信息，生成飞机在场面由停机位至跑道的四维滑行路径(位置和时间)，为本车辆驾驶员提供飞机在机场场面运行滑行路径信息。场面交通态势生成软件模块还接收GNSS(全球导航卫星系统)的授时定位信息，获得本车辆实时位置信息，本软件模块综合本车辆的位置与场面上航空器、车辆以及空域内的航迹信息，飞机的滑行路径，以机场地图数据库提供的机场地图数据为基础生成综合的场面交通态势。场面引导及告警软件模块还对上述综合信息进行处理，通过机场地图数据库的相应滑行道数据，计算滑行道的距离和转弯情况，计算保障车辆的滑行速度，提供无冲突的滑行路径以及滑行方向指引，同时生成车辆在场面运行的冲突告警、跑道侵入告警、偏离告警、速度告警等，保障车辆的安全运行。ADS-B信息编码软件模块接收本车辆的GNSS的授时定位信息，通过编码生成ADS-B原始数据信息，并通过全向天线向周围空域广播本车辆的定位信息。机场地图数据库存储了基础的机场数据信息。触摸显示屏接收并以图形化方式显示机场场面运行的各类空情信息，主要接收并图形化显示场面交通态势生成软件模块产生的交通态势信息，接收并显示机场地图数据库产生的机场地图信息，接收并显示场面滑行路径引导以及冲突信息。同时，触摸显示屏还接收驾驶员输入的目的地相关数据。
本发明通过移动通信链路收发飞机场面滑行路径，通过ADS-B/TIS-B链路完成对附近飞机及其他车辆的监视，触控显示模块以触摸式图形化显示机场场面地图、车辆当前位置、临近飞机位置、跑道入侵警告等信息，提供冲突预警和告警，及时提醒驾驶员潜在事故的发生，提高了机场场面运行的效率和安全性。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于ADS-B的机场场面引导方法，其特征在于，包括：
接收飞机广播的ADS-B链路信息和空管部门输出的TIS-B链路信息；
根据所述ADS-B链路信息和所述TIS-B链路信息生成场面上飞机、车辆以及机场周边空域内飞机的航迹信息；
接收来自空管部门分发的飞机滑行路径信息；
根据接收的飞机滑行路径信息，生成飞机在场面由停机位至跑道的四维滑行路径信息；
接收保障车辆的授时定位信息；
根据保障车辆的授时定位信息获得保障车辆实时位置；
综合保障车辆的位置与场面上飞机、车辆以及机场周边空域内飞机的航迹信息、飞机的四维滑行路径信息，以机场地图数据库提供的机场地图数据为基础生成综合的场面交通态势信息；
从机场地图数据库获取相应滑行道数据；
根据所述相应滑行道数据、所述场面上飞机、车辆以及机场周边空域内飞机的航迹信息以及所述飞机的四维滑行路径信息，确定无冲突的滑行路径以及滑行方向指引，同时生成车辆在场面运行的冲突告警、跑道侵入告警、偏离告警、速度告警；
输出场面交通态势信息和场面引导及告警信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述ADS-B链路信息和所述TIS-B链路信息生成场面上飞机、车辆以及机场周边空域内飞机的航迹信息，具体包括：
对所述ADS-B链路信息和所述TIS-B链路信息的原始报文进行协议解析得到解析的ADS-B链路信息和解析的TIS-B链路信息；
对解析的ADS-B链路信息和解析的TIS-B链路信息进行融合得到融合的原始航迹信息；
基于所述融合的原始航迹信息，进行航迹预测和航迹外推，生成场面上飞机、车辆以及机场周边空域内飞机的航迹信息。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
对保障车辆的授时定位信息进行编码生成保障车辆的ADS-B原始数据信息，并通过全向天线向周围空域广播本车辆的定位信息。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述相应滑行道数据，所述场面上飞机、车辆以及机场周边空域内飞机的航迹信息以及所述飞机的四维滑行路径信息，确定无冲突的滑行路径以及滑行方向指引，同时生成车辆在场面运行的冲突告警、跑道侵入告警、偏离告警、速度告警，具体包括：
计算相应滑行道的距离和转弯情况并计算保障车辆的滑行速度；
根据所述场面上飞机、车辆以及机场周边空域内飞机的航迹信息，所述飞机的四维滑行路径信息，所述相应滑行道的距离和转弯情况以及保障车辆的滑行速度，确定无冲突的滑行路径以及滑行方向指引，同时生成车辆在场面运行的冲突告警、跑道侵入告警、偏离告警、速度告警。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
接收触控显示单元的配置管理操作。
6.一种基于ADS-B的机场场面引导装置，其特征在于，包括：
交通信息解码模块，用于接收飞机广播的ADS-B链路信息和空管部门输出的TIS-B链路信息；以及根据所述ADS-B链路信息和所述TIS-B链路信息生成场面上飞机、车辆以及机场周边空域内飞机的航迹信息；
滑行路径信息处理模块，用于接收来自空管部门分发的飞机滑行路径信息；以及根据接收的飞机滑行路径信息，生成飞机在场面由停机位至跑道的四维滑行路径信息；
场面交通态势生成模块，用于接收保障车辆的授时定位信息；根据保障车辆的授时定位信息获得保障车辆实时位置；以及综合保障车辆的位置与场面上飞机、车辆以及机场周边空域内飞机的航迹信息、飞机的四维滑行路径信息，以机场地图数据库提供的机场地图数据为基础生成综合的场面交通态势信息；
场面引导及告警模块，用于从机场地图数据库获取相应滑行道数据；以及根据所述相应滑行道数据，所述场面上飞机、车辆以及机场周边空域内飞机的航迹信息以及所述飞机的四维滑行路径信息，确定无冲突的滑行路径以及滑行方向指引，同时生成车辆在场面运行的冲突告警、跑道侵入告警、偏离告警、速度告警。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，交通信息解码模块，具体用于：
对所述ADS-B链路信息和所述TIS-B链路信息的原始报文进行协议解析得到解析的ADS-B链路信息和解析的TIS-B链路信息；
对解析的ADS-B链路信息和解析的TIS-B链路信息进行融合得到融合的原始航迹信息；
基于所述融合的原始航迹信息，进行航迹预测和航迹外推，生成场面上飞机、车辆以及机场周边空域内飞机的航迹信息。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：ADS-B信息编码模块，用于对保障车辆的授时定位信息进行编码生成保障车辆的ADS-B原始数据信息，并通过全向天线向周围空域广播本车辆的定位信息。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，场面引导及告警模块，具体用于：
计算相应滑行道的距离和转弯情况并计算保障车辆的滑行速度；
根据所述场面上飞机、车辆以及机场周边空域内飞机的航迹信息，所述飞机的四维滑行路径信息，所述相应滑行道的距离和转弯情况以及保障车辆的滑行速度，确定无冲突的滑行路径以及滑行方向指引，同时生成车辆在场面运行的冲突告警、跑道侵入告警、偏离告警、速度告警。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：场面交通态势生成模块，还用于接收触控显示单元的配置管理操作。
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| CN111583726B (zh) | 2022-11-15 |
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Legal Events
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| GR01 | Patent grant | ||
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