CN113938182B - 一种基于多网融合的通航平台机载模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于多网融合的通航平台机载模块，包括：串口通信接口子模块、主控子模块、公网通信接口子模块、卫星通信接口子模块和北斗短报文通信接口子模块；串口通信接口子模块，接收来自外围设备的输入模拟信号，将模拟信号通过模数转换后得到输入数字信号并传送至主控子模块；主控子模块实现其余子模块管理、链路选择和数据处理；包括：串口通信协议解析部分、链路选择管理部分、通信接口子模块接口部分与状态监测部分；本发明将公网通信、卫星通信与北斗短报文通信三种方式融合，充分结合三种通信方式的优点，实现全天候、全范围地域的无缝移动通信，为数据传输、语音通话、导航定位等通信提供高效的技术手段。

Description

一种基于多网融合的通航平台机载模块
技术领域
本发明涉及航空通信技术领域，针对目前多网融合通航平台，提出了一种基于多网融合的通航平台机载模块设计方案。
背景技术
随着航空工业的快速发展和低空空域逐步全面开放，我国通用航空(简称“通航”)产业进入迅速成长期。而通航飞行器数量的急剧增加对我国的空中交通管制(ATC，简称“空管”)提出了严峻的挑战。ATC是指利用通信、导航等技术和监控手段，对飞机飞行活动进行监视和控制，保证飞行安全和飞行秩序。其主要目的就是维持空中飞行秩序，提高飞行空间和时间的利用率，保证空中交通的整体安全性。ATC主要包括通信、导航、监视和空中交通管理四个子系统、最基本的任务就是对飞行器进行监视和控制，以保证飞行器能够按照批准的计划飞行。
面向目前低空飞行器的飞行监管技术手段相对滞后所带来了低空通用航空安全运营的挑战，由于当前通航运营公司普遍规模较小，管理不够规范，对运营成本敏感，通用航空作业存在作业区域点多面广、近地面任务多、部分业务作业路径具有随机性，有些特殊作业在边界和远海域执行等特点，使目前通用航空安全监控面临着飞行监控以塔台为主，超出塔台范围必须靠人工协助，现有空管手段无法满足通航全时域、全空域、全地域连续可靠且成本合理的监视通信等要求。
目前通用航空飞行器以卫星通信作为主要通信方式。然而以卫星通信作为主要通信方式存在以下不足：
(1)卫星通信成本非常高昂。
(2)卫星通信时延高，对于实时监控等业务无法完全满足。
(3)卫星通信存在速率受限的问题。
相比于卫星通信的大时延、高费用和受限速率，蜂窝移动通信网络(又称公网通信)具有广覆盖、低成本和小时延的优势。然而以公网通信作为主要通信方式存在以下不足：
(1)公网通信信号的覆盖范围比卫星通信信号的覆盖范围小。
(2)公网通信信号在高度一千米以上的空中信号微弱，易出现飞机失联失控等问题。
总之，目前国内通航技术存在着主要通信方式时延大、费用高和速率受限，多链路通信技术欠缺，缺少备用通信手段等不足，低空、远距离飞行作业易出现飞机失联失控等问题。
发明内容
本发明技术解决问题：克服目前国内通航技术存在着主要通信方式时延大、费用高和速率受限，多链路通信技术欠缺，缺少备用通信手段等不足，提供一种基于多网融合的通航平台机载模块，实现将公网通信、卫星通信与北斗短报文通信三种通信方式融合，充分结合三种通信方式的优点，构成以公网通信为第一级，卫星通信为第二级，北斗短报文通信为第三级的多级融合通信机制，实现在不同飞行区域和飞行高度下，模块可根据通信质量和通信成本选择最优的通信方式，从而实现全天候、全范围地域的无缝移动通信，为通航提供有力可靠的数据通信技术手段支撑。
本发明一种基于多网融合的通航平台机载模块，包括五个子模块：串口通信接口子模块、主控子模块、公网通信接口子模块、卫星通信接口子模块、北斗短报文通信接口子模块；
所述的串口通信接口子模块实现接收来自外围设备的输入模拟信号，将其通过模数转换后得到输入数字信号并传送至主控子模块。
所述的主控子模块包括四个部分：串口通信协议解析部分、链路选择管理部分、通信接口子模块接口部分与状态监测部分组成；
所述串口通信协议解析部分实现接收来自串口通信接口子模块的输入数字信号，对信号进行协议解析，得到来自外围设备的用户数据并传送至链路选择管理部分；链路选择管理部分根据公网通信链路、卫星通信链路与北斗短报文通信链路的链路状态，结合链路选择算法选择最佳通信链路，并将用户数据转发至通信接口子模块接口部分；通信接口子模块接口部分实现对用户数据的串口通信协议组帧，转换为串口通信协议信号并传送至最佳通信链路对应通信接口子模块，其中公网通信链路对应公网通信接口子模块、卫星通信链路对应卫星通信接口子模块，北斗短报文通信链路对应北斗短报文通信接口子模块；公网通信接口子模块，卫星通信接口子模块与北斗短报文通信接口子模块三个子模块在同一时刻只有一个子模块接收用户数据，其余两个通信接口子模块处于热预备状态，热预备状态定义为该接口子模块已经完成子模块初始化并等待链路选择管理部分调用；
所述链路选择算法包括以下步骤：
步骤(1)：确定链路状态评价判据，计算链路权重因子。
首先确定链路状态评价判据，本发明对丢包率、误码率、信噪比、应答时间等影响链路状态的因素做了分析比较，最终确定使用误比特率作为评价判据。本发明针对链路状态设计两种权重因子：链路优先级权重Wpi和链路状态权重Wsi。综合两种权重因子得到链路总权重Wi，对相应链路进行加权处理。得到的权重值将作为链路选择算法的判断依据。
步骤(2)：设置弹性机制。
在基于多网融合的通航平台机载模块工作过程中，只有当接收到的数据出错是才启用链路选择算法，否则将继续使用当前链路进行数据传输。
步骤(3)：设定误比特率阈值。
设定一个误比特率阈值。在此阈值之上的链路信息能够进入下一步的链路比较进程。统计符合标准的链路个数n。
步骤(4)：结合符合标准链路数与对应链路总权重进行链路选择。
如果n＝0，主控子模块将收到“NO SIGN WARNING，无可用链路信号”；如果n＝1，该条链路将作为唯一可通信链路进行数据传输；如果n>1，将根据加权步骤得到的链路权重进行比较，选择权重最大者进行数据传输。
所述状态监测部分实现在模块上电时对串口通信接口子模块、公网通信接口子模块、卫星通信接口子模块与北斗短报文通信接口子模块四个子模块的初始化，并在模块工作时发送监测信号至四个子模块，通过判断四个子模块的反馈是否异常实现对四个子模块的状态监测。当某一个子模块反馈出现异常时，状态监测部分将实现重新启动该子模块，并重新向该子模块发送监测信号，若反馈仍然异常，则继续重新启动该子模块，直至反馈恢复正常。
所述的公网通信接口子模块实现将用户数据转换为用于公网通信传输的射频信号，并将其传送至外围设备。公网通信接口子模块由四个部分组成：公网通信数据源输入接口部分、公网通信数字基带处理部分、公网频段射频处理部分与公网射频信号接口部分；
所述公网通信数据源输入接口部分接收来自主控子模块的输入数字信号并对其进行串口通信协议解析，得到用户数据并传送至公网通信数字基带处理部分。公网通信数字基带处理部分通过RS编/译码、组/解帧、加/解扰与OQPSK调制/解调实现用户数据与输出数字信号之间的相互转换，转换后的输出数字信号被传送至公网频段射频处理部分；公网频段射频处理部分通过数模/模数转换、公网频段上/下变频与公网频段功率/低噪声放大处理实现输出数字信号与输出射频信号之间的相互转换，转换后的输出射频信号被传送至公网射频信号接口部分；公网射频信号接口部分实现辐射/接收射频信号，与外围设备进行信息交互。
所述的卫星通信接口子模块实现将用户数据转换为用于卫星通信传输的射频信号，并将其传送至外围设备。卫星通信接口子模块由四个部分组成：卫星通信数据源输入接口部分、卫星通信数字基带处理部分、卫星频段射频处理部分与卫星射频信号接口部分；
所述卫星通信数据源输入接口部分接收来自主控子模块的输入数字信号并对其进行串口通信协议解析，得到用户数据并传送至卫星通信数字基带处理部分。卫星通信数字基带处理部分通过RS编/译码、组/解帧、加/解扰与OQPSK调制/解调实现用户数据与输出数字信号之间的相互转换，转换后的输出数字信号被传送至卫星频段射频处理部分；卫星频段射频处理部分通过数模/模数转换、卫星频段上/下变频与卫星频段功率/低噪声放大处理实现输出数字信号与输出射频信号之间的相互转换，转换后的输出射频信号被传送至卫星射频信号接口部分；卫星射频信号接口部分实现辐射/接收射频信号，与外围设备进行信息交互。
所述的北斗短报文通信接口子模块实现将用户数据转换为用于北斗短报文通信传输的射频信号，并将其传送至外围设备。北斗短报文通信接口子模块由四个部分组成：北斗短报文通信数据源输入接口部分、北斗短报文通信数字基带处理部分、北斗频段射频处理部分与北斗射频信号接口部分；
所述北斗短报文通信数据源输入接口部分接收来自主控子模块的输入数字信号并对其进行串口通信协议解析，得到用户数据并传送至北斗短报文通信数字基带处理部分。北斗短报文通信数字基带处理部分通过RS编/译码、组/解帧、加/解扰与BPSK调制/解调实现用户数据与输出数字信号之间的相互转换，转换后的输出数字信号被传送至北斗频段射频处理部分；北斗频段射频处理部分通过数模/模数转换、北斗频段上/下变频与北斗频段功率/低噪声放大处理实现输出数字信号与输出射频信号之间的相互转换，转换后的输出射频信号被传送至北斗射频信号接口部分；北斗射频信号接口部分实现辐射/接收射频信号，与外围设备进行信息交互。
本发明与现有技术相比的优点在于：本发明提供的一种基于多网融合的通航平台机载模块，通过主控子模块与公网通信接口子模块，卫星通信接口子模块与北斗短报文通信接口子模块相连，实现主控子模块对公网通信接口子模块，卫星通信接口子模块与北斗短报文通信接口子模块的控制，并结合主控子模块中链路选择管理部分的链路选择算法，确定公网通信，卫星通信与北斗短报文通信的链路状态对应评价判据，计算链路权重因子，根据链路权重因子与目前接入链路数实现对三种通信方式的管理，在不同的环境下可选择最佳的通信方式，从而在技术层面上实现对公网通信，卫星通信与北斗短报文三种通信方式的融合，形成以低成本和小时延的公网通信为主，广覆盖的卫星通信为辅，应急用的北斗短报文通信为备用通信手段的通信方式，以解决目前国内通航技术存在的主要通信方式时延大、费用高和速率受限，多链路通信技术欠缺，缺少备用通信手段等不足。
附图说明
图1为本发明一种基于多网融合的通航平台机载模块功能结构图；
图2为本发明主控子模块功能结构图；
图3为本发明链路选择算法流程图；
图4为本发明主控子模块物理结构图；
图5为本发明公网通信接口子模块功能结构图；
图6为本发明公网通信接口子模块物理结构图；
图7为本发明卫星通信接口子模块功能结构图；
图8为本发明卫星通信接口子模块物理结构图；
图9为本发明北斗短报文通信接口子模块功能结构图；
图10为本发明北斗短报文通信接口子模块物理结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明包括五个子模块：串口通信接口子模块1、主控子模块2、公网通信接口子模块3、卫星通信接口子模块4、北斗短报文通信接口子模块5。
串口通信接口子模块1实现接收来自外围设备的输入模拟信号，将其通过模数转换后得到输入数字信号并传送至主控子模块2。
主控子模块2的功能为：1)模块管理：实现在基于多网融合的通航平台机载模块上电时对串口通信接口子模块1、公网通信接口子模块3、卫星通信接口子模块4与北斗短报文通信接口子模块5的初始化，以及在基于多网融合的通航平台机载模块正常工作时对串口通信接口子模块1、公网通信接口子模块3、卫星通信接口子模块4与北斗短报文通信接口子模块5的状态监测，若某一个子模块出现异常，则将实现对子模块的自启动，直至子模块恢复正常。2)链路选择：根据公网通信链路，卫星通信链路与北斗短报文通信链路状态，结合链路选择算法得到最佳通信链路并作为通信方式。3)数据处理：实现对输入数字信号的协议解析，得到用户数据，并将数据传送至最佳通信链路对应通信接口子模块。其中公网通信链路对应公网通信接口子模块、卫星通信链路对应卫星通信接口子模块，北斗短报文通信链路对应北斗短报文通信接口子模块。
如图2所示，主控子模块2包括四个部分：串口通信协议解析部分6、链路选择管理部分7、通信接口子模块接口部分8与状态监测部分9。
串口通信协议解析部分6实现接收来自串口通信接口子模块1的输入数字信号，对信号进行协议解析，得到来自外围设备的用户数据并传送至链路选择管理部分7；链路选择管理部分7根据公网通信链路、卫星通信链路与北斗短报文通信链路的链路状态，结合链路选择算法选择最佳通信链路，并将用户数据转发至通信接口子模块接口部分8；通信接口子模块接口部分8实现对用户数据的串口通信协议组帧，转换为串口通信协议信号并传送至最佳通信链路对应通信接口子模块，其中公网通信链路对应公网通信接口子模块3、卫星通信链路对应卫星通信接口子模块4，北斗短报文通信链路对应北斗短报文通信接口子模块5；公网通信接口子模块3，卫星通信接口子模块4与北斗短报文通信接口子模块5三个子模块在同一时刻只有一个子模块接收用户数据，其余两个通信接口子模块处于热预备状态，热预备状态定义为该接口子模块已经完成子模块初始化并等待链路选择管理部分7调用；
如图3所示，链路选择算法包括以下步骤：
步骤(1)：确定链路状态评价判据，计算链路权重因子。
确定链路状态评价判据
本发明对丢包率、误码率、信噪比、应答时间等影响链路状态的因素做了分析比较，最终确定使用误比特率作为评价判据。
数字通信系统里的信噪比通常为终端机的数字解调器输出端的平均信号功率S与单位频带内的噪声功率n0的比值SNR＝S/n0。比特信噪比ENR的表达式为：
(1)式中，Eb是单位比特的平均信号能量，n0为噪声的单边功率谱密度。有SNR和ENR之间的关系式如下：
其中，Rb为信息传输速率，B为接收机带宽，Rb/B是单位频带的比特率，当应用在某一确定调制和解调方式中时，则表示链路的频带利用率。Rb与符号传输速率Rs的表达式为：
其中M为进制数。Rs＝1/Ts。
不同的调制方式和解调方式会使ENR与误码率Ps之间存在特定的数学联系。可以在知道某一条通信链路的调制解调方式并在接收端测量到相应信噪比的情况下，计算得到该链路的误比特率。
计算链路权重因子
本发明针对链路状态设计两种权重因子：链路优先级权重Wpi和链路状态权重Wsi。综合两种权重因子得到链路总权重Wi，对相应链路进行加权处理，得到的权重值将作为链路选择算法的判断依据。
链路优先级权重Wpi与多种因素有关联，包括数据传输速率和通信成本等。在具体的工程实例中可以综合考虑应用环境设置不同的影响因素。本发明中链路优先级权重考虑数据传输速率和通信成本两个影响因素。
本发明规定n条链路中，链路优先级权重单调递减且总和为1，即：
Wp1≥Wp2≥...≥Wpn (1)
Wp1+Wp2+...+Wpn＝1 (2)
其中Wp1，Wp2，......Wpn为各链路的链路优先级权重。
假设传输速率为Rbi，成本为Ci，其中i为链路序号，有1≤i≤n，现有如下计算公式：
dRbi＝lg(Rbi) (3)
Wpi＝a1WRi+a2WCi (6)
其中WRi为第i条链路的传输速率Rbi在对应链路优先级权重中的权重因子，WCi为第i条链路的成本Ci在对应链路优先级权重中的权重因子，Wpi为第i条链路的链路优先级权重，a1和a2分别为WRi和WCi在第i条链路链路的优先级权重Wpi中的比重，且a1+a2＝1。
在实际工程应用中，根据不同因素在特定应用中的重要程度设置比重参数，由上述算式可计算第i条链路优先级权重Wpi。
链路状态权重Wsi反映相应链路状态，是链路权重的重要组成部分。本发明中，链路状态的评价判据为误比特率BER。链路状态权重Wsi与误比特率BER成负相关，与误比特率的负对数形式dBER成正相关，初步确定公式如下：
dBERi＝-lg(BERi) (7)
其中Wsi为第i条链路的链路状态权重，BERi为第i条链路的误比特率，dBERi为第i条链路的误比特率的负对数形式(1≤i≤n)。
在误比特率的计算中，误比特率一般很小，采用科学记数法表示误比特率。当数值很小时，直接用原数值比例的方法计算权重，会造成误码率小幅提升而权重急剧增大的问题，这显然是不合理的。基于这一问题，本次发明将BER取负对数，计算结果稳定性显著提高。
根据计算所得链路优先级权重Wpi和链路状态权重Wsi，将两值综合求得链路总权重Wi：
Wi＝b1Wpi+b2Wsi (9)
其中，b1，b2与a1，a2类似，是两种权重因子的权系数，且b1+b2＝1。在实际工程应用中，可以根据两种权重在特定应用中的重要程度设置权系数。
步骤(2)：设置弹性机制。
本发明基于多网融合的通航平台机载模块工作过程中，只有当接收到的数据出错是才启用链路选择算法，否则将继续使用当前链路进行数据传输。
在实际工程应用中，当两条及以上链路的权重接近时，可能出现权重优势链路的频繁改变，这是链路调度中常遇到的临界问题。如果没有弹性机制，民航飞机飞行的过程中，在临界条件下，模块会频繁切换使用链路。这样会造成通信延迟升高，通信效率降低。而弹性机制的引入则能解决这一问题。
步骤(3)：设定误比特率阈值。
当接收到的数据出错时，根据设定的误比特率阈值，在此阈值之上的链路信息能够进入下一步的链路比较进程。统计符合标准的链路个数n。在工程中一般会采用BER＝10e-6。
步骤(4)：结合符合标准链路数与对应链路总权重进行链路选择
如果n＝0，主控子模块2将收到“NO SIGN WARNING，无可用链路信号”；如果n＝1，该条链路将作为唯一可通信链路进行数据传输；如果n＞1，将根据加权步骤得到的链路权重进行比较，选择权重最大者进行数据传输，其余链路进入热预备状态。
状态监测部分9实现在模块上电时对串口通信接口子模块1、公网通信接口子模块3、卫星通信接口子模块4与北斗短报文通信接口子模块5四个子模块的初始化，并在模块工作时发送监测信号至四个子模块，通过判断四个子模块的反馈是否异常实现对四个子模块的状态监测。当某一个子模块反馈出现异常时，状态监测部分9将实现重新启动该子模块，并重新向该子模块发送监测信号，若反馈仍然异常，则继续重新启动该子模块，直至该子模块的反馈恢复正常。
如图4所示，主控子模块2包括主计算机部分10与串口输出接口部分11。主计算机部分10用于实现串口通信协议解析部分6、链路选择管理部分7与状态监测部分9的功能；串口输出接口部分11用于实现通信接口子模块接口部分8的功能。
公网通信接口子模块3实现将用户数据转换为用于公网通信传输的射频信号，并将其传送至外围设备。
如图5所示，公网通信接口子模块3由四个部分组成：公网通信数据源输入接口部分12、公网通信数字基带处理部分13、公网频段射频处理部分14与公网射频信号接口部分15。
公网通信数据源输入接口部分12接收来自主控子模块2的输入数字信号并对其进行串口通信协议解析，得到用户数据并传送至公网通信数字基带处理部分13。公网通信数字基带处理部分13通过RS编/译码、组/解帧、加/解扰与OQPSK调制/解调实现用户数据与输出数字信号之间的相互转换，转换后的输出数字信号被传送至公网频段射频处理部分14；公网频段射频处理部分14通过数模/模数转换、公网频段上/下变频与公网频段功率/低噪声放大处理实现输出数字信号与输出射频信号之间的相互转换，转换后的输出射频信号被传送至公网射频信号接口部分15；公网射频信号接口部分15实现辐射/接收射频信号，与外围设备进行信息交互。
如图6所示，公网通信接口子模块3由以下部分组成：公网通信RS232协议接口部分16、公网通信数字基带处理芯片部分17、公网通信数模转换电路部分18、公网通信模数转换电路部分19、公网频段上变频电路部分20、公网频段下变频电路部分21、公网频段功率放大电路部分22、公网频段低噪声放大电路部分23、公网通信双工器部分24与公网天线部分25组成。所述的公网通信RS232协议接口部分16实现公网通信数据源输入接口部分12的功能；所述的公网通信数字基带处理芯片部分17实现公网通信数字基带处理部分13的功能；所述的公网通信数模转换电路部分18、公网通信模数转换电路部分19、公网频段上变频电路部分20、公网频段功率放大电路部分22。公网频段低噪声放大电路部分23、公网频段下变频电路部分21、公网通信双工器部分24经组合，实现公网频段射频处理部分14的功能；所述公网天线部分25实现公网射频信号接口部分15的功能。
卫星通信接口子模块4实现将用户数据转换为用于卫星通信传输的射频信号，并将其传送至外围设备。
如图7所示，卫星通信接口子模块4由四个部分组成：卫星通信数据源输入接口部分26、卫星通信数字基带处理部分27、卫星频段射频处理部分28与卫星射频信号接口部分29。
卫星通信数据源输入接口部分26接收来自主控子模块2的输入数字信号并对其进行串口通信协议解析，得到用户数据并传送至卫星通信数字基带处理部分27。卫星通信数字基带处理部分27通过RS编/译码、组/解帧、加/解扰与OQPSK调制/解调实现用户数据与输出数字信号之间的相互转换，转换后的输出数字信号被传送至卫星频段射频处理部分28；卫星频段射频处理部分28通过数模/模数转换、卫星频段上/下变频与卫星频段功率/低噪声放大处理实现输出数字信号与输出射频信号之间的相互转换，转换后的输出射频信号被传送至卫星射频信号接口部分29；卫星射频信号接口部分29实现辐射/接收射频信号，与外围设备进行信息交互。
如图8所示，卫星通信接口子模块4由以下部分组成：卫星通信RS232协议接口部分30、卫星通信数字基带处理芯片部分31、卫星通信数模转换电路部分32、卫星通信模数转换电路部分33、卫星频段上变频电路部分34、卫星频段下变频电路部分35、卫星频段功率放大电路部分36、卫星频段低噪声放大电路部分37、卫星通信双工器部分38与卫星天线部分39组成。卫星通信RS232协议接口部分30实现卫星通信数据源输入接口部分26的功能；卫星通信数字基带处理芯片部分31实现卫星通信数字基带处理部分27的功能；卫星通信数模转换电路部分32、卫星通信模数转换电路部分33、卫星频段上变频电路部分34、卫星频段功率放大电路部分36。卫星频段低噪声放大电路部分37、卫星频段下变频电路部分35、卫星通信双工器部分38经组合，实现卫星频段射频处理部分28的功能；所述卫星天线部分39实现卫星射频信号接口部分29的功能。
北斗短报文通信接口子模块5实现将用户数据转换为用于北斗短报文通信传输的射频信号，并将其传送至外围设备。
如图9所示，北斗短报文通信接口子模块5由四个部分组成：北斗短报文通信数据源输入接口部分40、北斗短报文通信数字基带处理部分41、北斗频段射频处理部分42与北斗射频信号接口部分43。
北斗短报文通信数据源输入接口部分40接收来自主控子模块2的输入数字信号并对其进行串口通信协议解析，得到用户数据并传送至北斗短报文通信数字基带处理部分41。北斗短报文通信数字基带处理部分41通过RS编/译码、组/解帧、加/解扰与BPSK调制/解调实现用户数据与输出数字信号之间的相互转换，转换后的输出数字信号被传送至北斗频段射频处理部分42；北斗频段射频处理部分42通过数模/模数转换、北斗频段上/下变频与北斗频段功率/低噪声放大处理实现输出数字信号与输出射频信号之间的相互转换，转换后的输出射频信号被传送至北斗射频信号接口部分43；北斗射频信号接口部分43实现辐射/接收射频信号，与外围设备进行信息交互。
如图10所示，北斗短报文通信接口子模块5由以下部分组成：北斗短报文通信RS232协议接口部分44、北斗短报文通信数字基带处理芯片部分45、北斗短报文通信数模转换电路部分46、北斗短报文通信模数转换电路部分47、北斗频段上变频电路部分48、北斗频段下变频电路部分49、北斗频段功率放大电路部分50、北斗频段低噪声放大电路部分51、北斗短报文通信双工器部分52与北斗天线部分53组成。北斗短报文通信RS232协议接口部分44实现北斗短报文通信数据源输入接口部分40的功能；北斗短报文通信数字基带处理芯片部分45实现北斗短报文通信数字基带处理部分41的功能；北斗短报文通信数模转换电路部分46、北斗短报文通信模数转换电路部分47、北斗频段上变频电路部分48、北斗频段功率放大电路部分50。北斗频段低噪声放大电路部分51、北斗频段下变频电路部分49、北斗短报文通信双工器部分52经组合，实现北斗频段射频处理部分42的功能；北斗天线部分53实现北斗射频信号接口部分43的功能。
实施例：
本发明提供的一种基于多网融合的通航平台机载模块，其中串口通信接口子模块1采用RS232协议接口芯片；主控子模块2采用单片机并配置SIM卡芯片；在公网通信接口子模块3、卫星通信接口子模块4与北斗短报文通信接口子模块5中，公网通信数据源输入接口部分12，卫星通信数据源输入接口部分26与北斗短报文通信数据源输入接口部分40均采用RS232协议接口芯片；公网通信数字基带处理部分13、卫星通信数字基带处理部分27与北斗短报文通信数字基带处理部分41均采用FPGA芯片，并烧录编码译码，调制解调等相关程序，其中公网通信数字基带处理部分13、卫星通信数字基带处理部分27烧录RS编/译码，OQPSK调制解调等相关程序，北斗短报文通信数字基带处理部分41烧录RS编/译码，BPSK调制解调等相关程序；公网频段射频处理部分14中的公网通信数模转换电路部分18、公网通信模数转换电路部分19、卫星频段射频处理部分28中的卫星通信数模转换电路部分32、卫星通信模数转换电路部分33与北斗频段射频处理部分42中的北斗短报文通信数模转换电路部分46、北斗短报文通信模数转换电路部分47均一致。公网频段上变频电路20、公网频段下变频电路21、卫星频段上变频电路34、卫星频段下变频电路35、北斗频段上变频电路48与北斗频段下变频电路49处采用可变增益放大器，低通滤波器，混频器与晶振。公网频段上变频电路20、卫星频段上变频电路34与北斗频段上变频电路48中，可变增益放大器，低通滤波器与混频器按顺序级联，混频器另一端接晶振；公网频段下变频电路21、卫星频段下变频电路35与北斗频段下变频电路49中，可变增益放大器，低通滤波器与混频器按顺序级联，混频器另一端接晶振，公网射频信号接口部分15，卫星射频信号接口部分29与北斗短报文射频信号接口部分43均采用天线，其中公网射频信号接口部分15处的天线参数如下：工作频率为2300-2320MHz或2555-2575MHz、增益大于等于5dBic、极化方向为左旋圆极化、轴比小于等于3dB；卫星射频信号接口部分29的天线参数如下：工作频率为1520MHz-1660MHz、增益大于等于3dBic、极化方向为左旋圆极化、波束为140°(3dB)、轴比小于等于3dB；北斗短报文射频信号接口部分43处的天线参数如下：工作频率为L波段(950MHz-2150MHz)、增益大于等于4dBi、极化方向为左旋圆极化、轴比小于等于3dB、输出驻波比小于等于1.5。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的实施方法，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于多网融合的通航平台机载模块，其特征在于，包括：串口通信接口子模块、主控子模块、公网通信接口子模块、卫星通信接口子模块和北斗短报文通信接口子模块；
所述串口通信接口子模块，接收来自外围设备的输入模拟信号，将模拟信号通过模数转换后得到输入数字信号并传送至主控子模块；
所述主控子模块的功能为：1)模块管理：实现对串口通信接口子模块、公网通信接口子模块、卫星通信接口子模块与北斗短报文通信接口子模块的初始化及正常工作时对串口通信接口子模块、公网通信接口子模块、卫星通信接口子模块与北斗短报文通信接口子模块的状态监测，若某一个子模块出现异常，则将实现对子模块的自启动，直至子模块恢复正常；2)链路选择：根据公网通信链路，卫星通信链路与北斗短报文通信链路状态，结合链路选择算法得到最佳通信链路并作为通信方式；3)数据处理：实现对输入数字信号的协议解析，得到用户数据，并将数据传送至最佳通信链路对应通信接口子模块，其中公网通信链路对应公网通信接口子模块、卫星通信链路对应卫星通信接口子模块，北斗短报文通信链路对应北斗短报文通信接口子模块；
所述主控子模块，包括：串口通信协议解析部分、链路选择管理部分、通信接口子模块接口部分与状态监测部分四个部分；
串口通信协议解析部分接收来自串口通信接口子模块的输入数字信号，对信号进行协议解析，得到来自外围设备的用户数据并传送至链路选择管理部分；
链路选择管理部分根据公网通信链路、卫星通信链路与北斗短报文通信链路的链路状态，结合链路选择算法选择最佳通信链路，并将用户数据转发至通信接口子模块接口部分；
通信接口子模块接口部分实现对用户数据的串口通信协议组帧，转换为串口通信协议信号并传送至最佳通信链路对应通信接口子模块；
状态监测部分实现在基于多网融合的通航平台机载模块上电时对串口通信接口子模块、公网通信接口子模块、卫星通信接口子模块与北斗短报文通信接口子模块四个子模块的初始化，并在在基于多网融合的通航平台机载模块工作时发送监测信号至四个子模块，通过判断四个子模块的反馈是否异常实现对四个子模块的状态监测；当某一个子模块反馈出现异常时，状态监测部分将实现重新启动该子模块，并重新向该子模块发送监测信号，若反馈仍然异常，则继续重新启动该子模块，直至反馈恢复正常；
所述卫星通信接口子模块，将用户数据转换为用于卫星通信传输的射频信号，并将其传送至外围设备；
所述北斗短报文通信接口子模块，将用户数据转换为用于北斗短报文通信传输的射频信号，并将其传送至外围设备；
所述公网通信接口子模块，将用户数据转换为用于公网通信传输的射频信号，并将其传送至外围设备。
2.根据权利要求1所述的基于多网融合的通航平台机载模块，其特征在于：所述主控子模块中，链路选择算法包括以下步骤：
步骤(1)：确定链路状态评价判据，计算链路权重因子，首先确定链路状态评价判据，对丢包率、误码率、信噪比、应答时间影响链路状态的因素做比较，最终确定使用误比特率作为评价判据；针对链路状态设计两种权重因子：链路优先级权重Wpi和链路状态权重Wsi，综合两种权重因子得到链路总权重Wi，对相应链路进行加权处理，得到的权重值将作为链路选择算法的判断依据；
步骤(2)：设置弹性机制，在基于多网融合的通航平台机载模块工作过程中，只有当接收到的数据出错时才启用链路选择算法，否则将继续使用当前链路进行数据传输；
步骤(3)：设定误比特率阈值，在此阈值之上的链路信息能够进入下一步的链路比较进程，统计符合标准的链路数n；
步骤(4)：结合符合标准链路数n与对应链路总权重进行链路选择，如果n＝0，主控子模块将收到无可用链路信号；如果n＝1，该条链路将作为唯一可通信链路进行数据传输；如果n>1，将根据步骤(1)得到的链路权重进行比较，选择权重最大者作为最佳通信链路进行数据传输。
3.根据权利要求1所述的基于多网融合的通航平台机载模块，其特征在于：所述公网通信接口子模块，卫星通信接口子模块与北斗短报文通信接口子模块三个子模块在同一时刻只有一个子模块接收用户数据，其余两个通信接口子模块处于热预备状态，热预备状态定义为该接口子模块已经完成子模块初始化并等待链路选择算法调用。
4.根据权利要求1所述的基于多网融合的通航平台机载模块，其特征在于：所述公网通信接口子模块由四个部分组成：公网通信数据源输入接口部分、公网通信数字基带处理部分、公网频段射频处理部分与公网射频信号接口部分；
公网通信数据源输入接口部分接收来自主控子模块的输入数字信号并对其进行串口通信协议解析，得到用户数据并传送至公网通信数字基带处理部分；
公网通信数字基带处理部分通过RS编/译码、组/解帧、加/解扰与OQPSK调制/解调实现用户数据与输出数字信号之间的相互转换，转换后的输出数字信号被传送至公网频段射频处理部分；
公网频段射频处理部分通过数模/模数转换、公网频段上/下变频与公网频段功率/低噪声放大处理实现输出数字信号与输出射频信号之间的相互转换，转换后的输出射频信号被传送至公网射频信号接口部分；
公网射频信号接口部分实现辐射/接收射频信号，与外围设备进行信息交互。
5.根据权利要求1所述的基于多网融合的通航平台机载模块，其特征在于：所述卫星通信接口子模块由四个部分组成：卫星通信数据源输入接口部分、卫星通信数字基带处理部分、卫星频段射频处理部分与卫星射频信号接口部分；
卫星通信数据源输入接口部分接收来自主控子模块的输入数字信号并对其进行串口通信协议解析，得到用户数据并传送至卫星通信数字基带处理部分；
卫星通信数字基带处理部分通过RS编/译码、组/解帧、加/解扰与OQPSK调制/解调实现用户数据与输出数字信号之间的相互转换，转换后的输出数字信号被传送至卫星频段射频处理部分；
卫星频段射频处理部分通过数模/模数转换、卫星频段上/下变频与卫星频段功率/低噪声放大处理实现输出数字信号与输出射频信号之间的相互转换，转换后的输出射频信号被传送至卫星射频信号接口部分；卫星射频信号接口部分实现辐射/接收射频信号，与外围设备进行信息交互。
6.根据权利要求1所述的基于多网融合的通航平台机载模块，其特征在于：所述北斗短报文通信接口子模块由四个部分组成：北斗短报文通信数据源输入接口部分、北斗短报文通信数字基带处理部分、北斗频段射频处理部分与北斗射频信号接口部分；
北斗短报文通信数据源输入接口部分接收来自主控子模块的输入数字信号并对其进行串口通信协议解析，得到用户数据并传送至北斗短报文通信数字基带处理部分；
北斗短报文通信数字基带处理部分通过RS编/译码、组/解帧、加/解扰与BPSK调制/解调实现用户数据与输出数字信号之间的相互转换，转换后的输出数字信号被传送至北斗频段射频处理部分；
北斗频段射频处理部分通过数模/模数转换、北斗频段上/下变频与北斗频段功率/低噪声放大处理实现输出数字信号与输出射频信号之间的相互转换，转换后的输出射频信号被传送至北斗射频信号接口部分；
北斗射频信号接口部分实现辐射/接收射频信号，与外围设备进行信息交互。
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