CN115862389A - 一种机载防撞系统的架构 - Google Patents

Abstract

本发明属于航空电子技术领域，尤其涉及一种机载防撞系统的架构。包括：所述前端处理模块用于对不同数据源进行数据处理，所述不同数据源包括：A/C设备的应答信号、S模式应答信号、ADS‑B信号；所述监视处理模块用于对不同数据源的目标进行监视跟踪，并将跟踪结果发送给防撞处理模块；所述防撞处理模块用于根据跟踪结果进行防撞处理，生成告警建议；所述监控处理模块用于对飞机本身的数据源进行监控，可以支持航空器多场景的运行，能够支持机载多数据源的选择与融合以及算法与设备的解耦，支持算法可以适用不同的飞机或者设备平台。

Description

一种机载防撞系统的架构

技术领域

本发明属于航空电子技术领域，尤其涉及一种机载防撞系统的架构。

背景技术

机载防撞系统是飞机航电系统的重要组成部分，是保障飞行安全避免空中碰撞的最后一道防线。系统架构是描述系统组成元素及元素与元素关系。一个良好产品的设计首先需要对其进行架构定义。

在CNS\ATM环境下，需要航空器具备更灵活的防撞能力，而目前的已装机的设备升级非常困难；同样，在新的环境下，需要机载防撞系统能够兼容不同的数据源、能够灵活的部署在不同的机型或设备上，这些在现行的机载防撞系统中均不具备。因此需要一种新型的防撞系统的架构支持以上的需求。

发明内容

本发明提供了一种机载防撞系统的架构，通过此种架构设计生产的机载防撞系统可以支持航空器多场景的运行，能够支持机载多数据源的选择与融合以及算法与设备的解耦，支持算法可以适用不同的飞机或者设备平台。

一种机载防撞系统的架构，所述架构包括：前端处理模块、监视处理模块、防撞处理模块、监控处理模块；

所述前端处理模块、所述监视处理模块、所述防撞处理模块依次双向连接；所述监视处理模块分别与所述前端处理模块、所述监视处理模块、所述防撞处理模块双向连接；

所述前端处理模块用于对不同数据源进行数据处理，所述不同数据源包括：A/C设备的应答信号、S模式应答信号、ADS-B信号；

所述监视处理模块用于对不同数据源的目标进行监视跟踪，并将跟踪结果发送给防撞处理模块；

所述防撞处理模块用于根据跟踪结果进行防撞处理，生成告警建议；

所述监控处理模块用于对飞机本身的数据源进行监控。

进一步的，所述前端处理模块包含：射频信号处理子模块、S模型数字信号处理子模块、ADS-B数字信号处理子模块、A/C应答数字信号处理子模块、前端与监视接口处理子模块；

所述射频信号处理子模块分别与S模型数字信号处理子模块、ADS-B数字信号处理子模块、A/C应答数字信号处理子模块双向连接；S模式数字信号处理子模块、ADS-B数字信号处理子模块、A/C应答数字信号处理子模块分别与前端与监视接口处理子模块双向连接。

进一步的，所述射频信号处理子模块，用于对A/C模式询问/应答信号、ADS-B信号、S模式询问/应答信号进行模数转换把空间电磁信号转换为相应的数字信号；

所述A/C应答数字信号处理子模块，用于对A/C模式询问/应答的数字信号进行处理得到目标的时间戳、高度、方位信息；

所述ADS-B数字信号处理子模块，用于对ADS-B数字信号进行处理得到目标的经纬度、高度、S模式地址信息；

所述S模式数字信号处理子模块，用于对S模式询问/应答信号进行处理得到时间戳、高度、方位、S模式地址信息。

所述前端与监视接口处理子模块，用于将S模型数字信号处理子模块、ADS-B数字信号处理子模块、A/C应答数字信号处理子模块得到的信息进行分类打包发送给监视处理模块。

进一步的，所述前端与监视接口处理子模块，还用于对监视处理模块发送的跟踪或协同的目标数据进行解包与重分类，分别发送给S模式数字信号处理子模块、ADS-B数字处理子模块以及A/C应答数字信号处理子模块进行编码，然后通过射频信号处理子模块进行数模转换，变成电磁信号发射出去。

进一步的，所述监视处理模块包括：源选择子模块、主动监视子模块、被动监视子模块、协同处理子模块、本机信息跟踪子模块、跟踪管理子模块；

所述源选择子模块分别与主动监视子模块、被动监视子模块、协同处理子模块双向连接，所述主动监视子模块、被动监视子模块、协同处理子模块分别与跟踪管理子模块双向连接，所述本机信息跟踪子模块分别与主动监视子模块、被动监视子模块连接。

进一步的，所述源选择子模块，用于根据前端模块与雷达/光电模块的输入数据进行源判断，如果是雷达/光电模块或者ADS-B的数据则发送给被动监视子模块；如果是A/C或者S模式数据则发送到主动监视子模块；

所述主动监视子模块，用于对A/C或者S模式的飞机进行跟踪处理，建立主动跟踪列表，对目标的跟踪状态进行判断，对稳定目标数据发送给跟踪管理子模块；如果跟踪目标不稳定，则向前端模块发送重新跟踪信息；

所述被动监视子模块，用于对ADS-B或雷达/光电模块跟踪的目标飞机进行跟踪处理，建立被动跟踪列表，对目标的跟踪状态进行判断，对稳定目标数据发送给跟踪管理子模块；如果跟踪目标不稳定，则继续监控飞机信息直到稳定；

协同处理子模块，用于处理防撞处理模块发送的告警目标信息，针对S模式或ADS-B模式飞机，发送协同信息；针对所有目标的告警飞机，发送告警广播信息；

本机信息跟踪子模块，用于处理本机的位置、气压高度、无线电高度、航向姿态数据，并发送给主动监视子模块与被动监视子模块。

进一步的，所述监控处理模块，用于对机载防撞系统进行自检测，包括输入输出的状态、内部资源状态、语音与显示状态的检测；

所述监控处理模块，还用于对本机的输入数据进行周期性检测，本机的输入数据包括无线电高度、气压高度、航向姿态、位置信息；

所述监控处理模块，还用于对S模式应答机的数据进行周期性检测；对前端处理模块、监视处理模块、防撞处理模块、监控处理模块之间的接口进行周期性检测；

所述监控处理模块，还用于对高优先级告警系统进行周期性检测，如果有高优先级告警则机载防撞系统的告警将被抑制；

所述监控处理模块如果检测到故障则机载防撞系统进入故障状态。

本发明所阐述的方法与现有技术相比，具有如下的有益效果：机载监视源与设备解绑，可以针对机上任意数据源进行安装，不需要额外设计防撞系统的数据源；算法升级仅需要对软件进行升级，不需要更换硬件设备，节省成本。

附图说明

图1是一种机载防撞系统的架构的总体架构图；

图2是前端处理模块架构图；

图3是监视处理模块架构图；

图4是防撞处理模块架构图；

图5是监控处理模块架构图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

本发明实施例提供一种机载防撞系统的架构，包括：

前端处理模块：主要针对A/C、S、ADS-B信号源的数据处理；

监视处理模块：针对不同数据源的目标进行监视跟踪，并将跟踪结果发送给防撞处理模块；

防撞处理模块：根据跟踪的结果进行防撞处理，生成告警建议。

监控处理模块：针对飞机本身的数据源进行监控。

进一步阐述前端处理模块：针对A/C设备的应答信号、S模式应答信号、ADS-B信号进行射频收发、信号处理以及接口处理。

进一步阐述监视处理模块：针对雷达光电信号及前端处理模块的输入信息进行数据源的选择处理，然后根据不同的源采与本机的跟踪信息进行主动与被动监视处理，然后根据信号的规则进行协同处理，最后对所有目标的输入输出进行跟踪管理。

进一步阐述防撞处理模块：防撞处理模块使用监视处理模块提供的跟踪进行状态估计来确定目标是否构成威胁。然后进行活动选择、协同选择威胁估计，最后将确定应提供给飞行机组的TA和RA信息、应提供给入侵飞机上的其他防撞系统的RA协调数据以及传输到地面或其他飞机的RA显示逻辑的处理与输出管理进行协调。

进一步阐述监控处理模块：针对系统的自检测以及本机输入监控、应答机状态监控、模块输入输出监控、高优先级告警监控来进行整个系统的故障监控处理。

具体的，图1是一种机载防撞系统的架构总体结构图，该结构主要分为输入输出接口及四个部分：目标信息通过前端处理、监视处理以及防撞处理后最终输出监视与告警信息，同时监控处理监控所有内外部接口的状态，保证系统可靠运行。

图2为前端处理模块架构图。前端处理模块的工作过程分为两个部分：

第一部分针对A/C模式询问/应答信号、ADS-B信号、S模式询问/应答信号通过射频信号处理功能模块的模数转换功能把空间电磁信号转换为相应的数字信号。A/C模式询问/应答的数字信号通过A/C应答数字信号处理功能得到目标的时间戳、高度(可能)、方位(可能)信息。ADS-B数字信号通过ADS-B数字信号处理得到目标的经纬度(可能)、高度(可能)、S模式地址信息。S模式询问/应答信号通过S模式数字信号处理得到时间戳、高度(可能)、方位(可能)、S模式地址信息。得到的信息经过前端与接口处理模块进行分类打包发送给监视处理模块。

第二部分针对监视处理模块需要进行跟踪或协同的目标数据进行解包与重分类，分别发送给S模式数字信号处理模块、ADS-B数字处理模块以及A/C应答数字信号处理模块进行编码，然后通过射频信号处理模块进行数模转换，变成电磁信号发射出去。

图3为监视处理模块架构图，首先根据前端模块与雷达/光电模块的输入数据进行源判断，如果是雷达/光电模块或者ADS-B的数据则发送给被动监视模块；如果是A/C或者S模式数据则发送到主动监视模块。主动监视模块主要是针对A/C或者S模式的飞机进行跟踪处理，建立主动跟踪列表，对目标的跟踪状态进行判断，对稳定目标数据发送给跟踪管理模块；如果跟踪目标不稳定，则向前端模块发送重新跟踪信息。被动监视模块主要是针对ADS-B或雷达/光电模块跟踪的目标飞机进行跟踪处理，建立被动跟踪列表，对目标的跟踪状态进行判断，对稳定目标数据发送给跟踪管理模块；如果跟踪目标不稳定，则继续监控飞机信息直到稳定。协同处理模块则主要处理防撞处理模块发送的告警目标信息，针对S模式或ADS-B模式飞机，发送协同信息；针对所有目标的告警飞机，发送告警广播信息。本机信息跟踪则是处理本机的位置、气压高度、无线电高度、航向姿态数据，并发送给主动监视与被动监视模块。

图4为防撞处理模块结构图。

状态估计功能是对监视处理模块发送的监视信息与本机的相对位置(合作目标：大气数据；非合作目标：计算高速)数据跟踪信息进行结合，产生两架飞机未来相遇位置的时间估计。

活动选择模块根据时间估计生成来自每个入侵者的一组动作成本。根据本机的全局操作与独立考虑的每个入侵者的单独操作一起确定。全局动作被转换为本机最终爬升或下降速率以及系统发出的告警建议。针对单个威胁入侵者和多个威胁遭遇分别执行相应的动作选择。

协同选择模块则根据动作的选择生成要发送给能够协同的入侵者的协同着的协同消息。协同消息包括用于告知对方我方机动选择以及是否需要改变之前的机动选择。

威胁估计模块为每个入侵者分配标识，指示其为无威胁目标飞机、临近(PA)目标飞机、交通建议(TA)目标飞机或决断建议(RA)目标飞机。每个目标均会生成一个跟踪分数，根据分数大小对显示入侵者进行排序。

显示逻辑模块将当前建议的动作和垂直速率转换为驱动决断显示的参数，这些参数支持飞行员可见的视觉显示器和飞机语音告警系统。

输出管理模块根据机载防撞系统的操作模式(仅全局TA或全局TA/RA)处理单个入侵飞机。它还处理被算法丢弃的跟踪和无效的入侵飞机。同时生成对外广播和协同他机的下行链路(空-地和空-空传输)的信息。

图5为监控处理模块架构图，首先针对机载防撞系统进行自检测，包括输入输出的状态、内部资源状态、语音与显示状态的检测。然后针对本机的输入数据：无线电高度、气压高度、航向姿态、位置信息进行周期性检测；针对S模式应答机的数据进行周期性检测；针对前端处理模块、监视处理模块、防撞处理模块架构图、监控处理模块之间的接口进行周期性检测；如果故障则进入故障状态。最后针对高优先级告警系统如近地告警系统进行周期性检测，如果有高优先级告警则机载防撞系统的告警将被抑制。

本发明提供一种机载防撞系统的架构，通过此种架构设计生产的机载防撞系统可以支持航空器多场景的运行，能够支持机载多数据源的选择与融合以及算法与设备的解耦，支持算法可以适用不同的飞机或者设备平台。本发明所阐述的方法与现有技术相比，具有如下的有益效果：机载监视源与设备解绑，可以针对机上任意数据源进行安装，不需要额外设计防撞系统的数据源；算法升级仅需要对软件进行升级，不需要更换硬件设备，节省成本。

Claims (7)

1.一种机载防撞系统的架构，其特征在于，所述架构包括：前端处理模块、监视处理模块、防撞处理模块、监控处理模块；

所述前端处理模块、所述监视处理模块、所述防撞处理模块依次双向连接；所述监视处理模块分别与所述前端处理模块、所述监视处理模块、所述防撞处理模块双向连接；

所述前端处理模块用于对不同数据源进行数据处理，所述不同数据源包括：A/C设备的应答信号、S模式应答信号、ADS-B信号；

所述监视处理模块用于对不同数据源的目标进行监视跟踪，并将跟踪结果发送给防撞处理模块；

所述防撞处理模块用于根据跟踪结果进行防撞处理，生成告警建议；

所述监控处理模块用于对飞机本身的数据源进行监控。

2.根据权利要求1所述的一种机载防撞系统的架构，其特征在于，所述前端处理模块包含：射频信号处理子模块、S模型数字信号处理子模块、ADS-B数字信号处理子模块、A/C应答数字信号处理子模块、前端与监视接口处理子模块；

所述射频信号处理子模块分别与S模型数字信号处理子模块、ADS-B数字信号处理子模块、A/C应答数字信号处理子模块双向连接；S模式数字信号处理子模块、ADS-B数字信号处理子模块、A/C应答数字信号处理子模块分别与前端与监视接口处理子模块双向连接。

3.根据权利要求2所述的一种机载防撞系统的架构，其特征在于，

所述射频信号处理子模块，用于对A/C模式询问/应答信号、ADS-B信号、S模式询问/应答信号进行模数转换把空间电磁信号转换为相应的数字信号；

所述A/C应答数字信号处理子模块，用于对A/C模式询问/应答的数字信号进行处理得到目标的时间戳、高度、方位信息；

所述ADS-B数字信号处理子模块，用于对ADS-B数字信号进行处理得到目标的经纬度、高度、S模式地址信息；

所述S模式数字信号处理子模块，用于对S模式询问/应答信号进行处理得到时间戳、高度、方位、S模式地址信息。

所述前端与监视接口处理子模块，用于将S模型数字信号处理子模块、ADS-B数字信号处理子模块、A/C应答数字信号处理子模块得到的信息进行分类打包发送给监视处理模块。

4.根据权利要求2所述的一种机载防撞系统的架构，其特征在于，

所述前端与监视接口处理子模块，还用于对监视处理模块发送的跟踪或协同的目标数据进行解包与重分类，分别发送给S模式数字信号处理子模块、ADS-B数字处理子模块以及A/C应答数字信号处理子模块进行编码，然后通过射频信号处理子模块进行数模转换，变成电磁信号发射出去。

5.根据权利要求1所述的一种机载防撞系统的架构，其特征在于，所述监视处理模块包括：源选择子模块、主动监视子模块、被动监视子模块、协同处理子模块、本机信息跟踪子模块、跟踪管理子模块；

所述源选择子模块分别与主动监视子模块、被动监视子模块、协同处理子模块双向连接，所述主动监视子模块、被动监视子模块、协同处理子模块分别与跟踪管理子模块双向连接，所述本机信息跟踪子模块分别与主动监视子模块、被动监视子模块连接。

6.根据权利要求5所述的一种机载防撞系统的架构，其特征在于，

所述源选择子模块，用于根据前端模块与雷达/光电模块的输入数据进行源判断，如果是雷达/光电模块或者ADS-B的数据则发送给被动监视子模块；如果是A/C或者S模式数据则发送到主动监视子模块；

所述主动监视子模块，用于对A/C或者S模式的飞机进行跟踪处理，建立主动跟踪列表，对目标的跟踪状态进行判断，对稳定目标数据发送给跟踪管理子模块；如果跟踪目标不稳定，则向前端模块发送重新跟踪信息；

所述被动监视子模块，用于对ADS-B或雷达/光电模块跟踪的目标飞机进行跟踪处理，建立被动跟踪列表，对目标的跟踪状态进行判断，对稳定目标数据发送给跟踪管理子模块；如果跟踪目标不稳定，则继续监控飞机信息直到稳定；

协同处理子模块，用于处理防撞处理模块发送的告警目标信息，针对S模式或ADS-B模式飞机，发送协同信息；针对所有目标的告警飞机，发送告警广播信息；

本机信息跟踪子模块，用于处理本机的位置、气压高度、无线电高度、航向姿态数据，并发送给主动监视子模块与被动监视子模块。

7.根据权利要求1所述的一种机载防撞系统的架构，其特征在于，

所述监控处理模块，用于对机载防撞系统进行自检测，包括输入输出的状态、内部资源状态、语音与显示状态的检测；

所述监控处理模块，还用于对本机的输入数据进行周期性检测，本机的输入数据包括无线电高度、气压高度、航向姿态、位置信息；

所述监控处理模块，还用于对S模式应答机的数据进行周期性检测；对前端处理模块、监视处理模块、防撞处理模块、监控处理模块之间的接口进行周期性检测；

所述监控处理模块，还用于对高优先级告警系统进行周期性检测，如果有高优先级告警则机载防撞系统的告警将被抑制；

所述监控处理模块如果检测到故障则机载防撞系统进入故障状态。

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