CN117295038B - 一种uat2数据链设备、数据编码方法和数据编码装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种UAT2数据链设备、数据编码方法和数据编码装置。UAT2数据链设备包括定位传感器、传感器阵列、控制芯片和收发组件，定位传感器和传感器阵列分别与控制芯片电连接，控制芯片与收发组件电连接，通过定位传感器能够采集UAM飞行器的状态矢量信息，通过传感器阵列能够采集UAM飞行器的部件信息，通过控制芯片能够将状态矢量信息和部件信息编码为UAT2格式的下行报文，通过收发组件能够将UAT2格式的下行报文转换为第一射频信号，并进行发射，如此，可以监测UAM飞行器的运行状况；此外，还可以提升抗干扰能力、通信效率和可靠性，从而保障航空安全；最后，还具有较低的成本。
Description
技术领域
本发明涉及飞行器监测技术领域，尤其涉及一种UAT2数据链设备、数据编码方法和数据编码装置。
背景技术
近年来，随着科技的进步，我国无人机行业也在迅速地发展，无人机以及一些低空飞行器的数量也逐年增加。低空空域飞行一般指航空器在1000米以下的高度所进行的飞行，各种低空飞行器数量的增加使得低空空域情况也更加的复杂多变，增加了低空空域的监管难度，因此国际民航组织（International Civil Aviation Organization，ICAO）建议采取的广播式自动相关监视（Automatic Dependent Surveillance-Broadcast，ADS-B）技术是中国民航重点推进的空管技术之一，也是新一代空中管理系统的重要组成部分。ADS-B技术将接收到的来自卫星导航设备和飞行管控等系统的信息，如飞机的位置信息、飞行高度、飞行速度、航迹信息以及飞机身份识别码等相关的信息，通过多种的数据链路通信模式周期性、自动地向外广播。安装了相关接收设备的地面站或飞机能够收到相关的报文，对其解码后可得到实时的态势信息。若将此技术运用于低空空域的飞行器，则可能更好的对低空空域中的航空器进行监视，实现对无人机、通航飞机等低空飞行器进行有效地监控，从而减少低空飞行安全事故的发生，构建安全高效的低空空域管理系统。
目前ADS-B所采用的数据链路包括三种：1090ES数据链、VDL-4数据链和UAT数据链，其中，前两者更多运用在大型运输航空器。1090ES数据链存在和二次雷达监视信号干扰的问题，航空器的增多使得信道更加拥挤，不便于在低空飞行的无人机上大规模使用；另外，1090ES数据链不支持上行信息传送，因此无法实现气象、空域限制等交通信息的广播和上传，无法实现广播式飞行情报服务（Flight Information Service-Broadcast，FIS-B）。UAT模式相比于其他的数据链模式，更加适用通用航空的飞行以及低空空域的监视，其拥有专属的978MHz信道，不存在共同使用信道的问题；同时UAT数据链采用分时复用技术，可以通过上行数据达到实时了解空域的交通态势信息、气象信息、地图信息、咨询信息和其他必要的信息的目的。相较于1090ES数据链，UAT数据链能更好的为通航飞行器自动相关监视和飞行情报服务。然而，由于ADS⁃B UAT数据链工作在978MHz公共服务频段上，面临着来自军机联合战术信息分配系统（Joint Tactical Information Distribution System，JTIDS）/多功能信息分发系统（Multifunction Information Distribution System，MIDS） Link16数据链和测距机（Distance Measuring Equipment，DME）地面发射设备的干扰，同时也面临数字电视信号的干扰，而这些干扰的存在会降低ADS⁃B UAT系统的性能。
目前，城市空中交通（Urban Air Mobility，UAM）作为一种新兴的交通出行方式，其专注于城市区域内或城际中短途运输，在低空或超低空空域飞行。在UAM发展的过程中，亟需提出一种有效监测UAM飞行器的UAT2数据链设备。
发明内容
本申请实施例提供了一种UAT2数据链设备、数据编码方法和数据编码装置，能够实现对UAM飞行器的有效监测，从而保障航空安全。
第一方面，本申请实施例提供了一种UAT2数据链设备，包括定位传感器、传感器阵列、控制芯片和收发组件，定位传感器和传感器阵列分别与控制芯片的第一端和第二端电连接，控制芯片的第三端与收发组件电连接。
定位传感器用于采集UAM飞行器的状态矢量信息，传感器阵列用于采集UAM飞行器的部件信息，控制芯片用于将状态矢量信息和部件信息编码为UAT2格式的下行报文，收发组件用于将UAT2格式的下行报文转换为第一射频信号，并发射第一射频信号。
在一些实施例中，控制芯片包括：数据采集模块和消息编码模块，数据采集模块的输入端与定位传感器和传感器阵列电连接，数据采集模块的输出端与消息编码模块的输入端电连接。
数据采集模块用于获取状态矢量信息和部件信息，消息编码模块用于将状态矢量信息和部件信息编码为UAT2格式的第一帧。
收发组件包括：发射天线、功率放大器和调制模块，调制模块的输入端与消息编码模块的输出端电连接，调制模块的输出端通过功率放大器与发射天线电连接。
调制模块用于将UAT2格式的第一帧调制为第二射频信号，功率放大器用于对第二射频信号进行放大，得到第一射频信号。
在一些实施例中，收发组件还用于将接收到的运行控制指令信息转换为UAT2格式的上行报文。
在一些实施例中，收发组件包括：接收天线、低噪声信号放大器和解调模块，接收天线通过低噪声信号放大器与解调模块的输入端电连接。
接收天线用于接收第三射频信号，第三射频信号用于表征所述运行控制指令信息。低噪声信号放大器用于将第三射频信号进行放大，得到第四射频信号。解调模块用于将第四射频信号解调为UAT2格式的第二帧。
控制芯片还包括：消息解码模块和消息发送模块，消息解码模块的输入端与解调模块的输出端电连接，消息解码模块的输出端与消息发送模块的输入端电连接。
消息解码模块用于将UAT2格式的第二帧进行解码，得到UAT2格式的目标数据。消息发送模块，用于将UAT2格式的目标数据发送至预设目的地。
第二方面，本申请实施例提供了一种数据编码方法，应用于第一方面提供的任一UAT2数据链设备中，方法包括：
将下行报文信息头进行UAT2格式的编码，下行报文信息头包括下行报文类型、下行报文地址类型和下行报文地址信息。将状态矢量信息进行UAT2格式的编码，状态矢量信息包括当前位置点经纬度、当前空地状态、当前高度和当前速度。将部件信息进行UAT2格式的编码，部件信息包括UAM飞行器的电机转速、电机温度、电池温度和电池电量。将UAM飞行器的辅助状态矢量信息进行UAT2格式的编码，辅助状态矢量信息包括UAM飞行器所处高度的风矢量信息。生成UAT2格式的下行报文。
在一些实施例中，数据编码方法还包括：
获取地面飞行管制对UAM飞行器的运行控制指令信息，运行控制指令信息包括运行控制指令、指定信息和自由文本信息；将运行控制指令进行UAT2格式的编码；将指定信息进行UAT2格式的编码，指定信息包括：指定位置点经纬度、指定高度、指定时间、指定转弯方向和指定转弯角度0；将自由文本信息进行UAT2格式的编码；生成UAT2格式的上行报文。
在一些实施例中，将指定信息进行UAT2格式的编码包括：
若指定信息包括一个指定位置点，在第一区域对指定位置点经纬度进行UAT2格式的编码；若指定信息包括指定起始位置点和指定终止位置点，在第一区域对指定起始位置点经纬度进行UAT2格式的编码，在第二区域对指定终止位置点经纬度进行UAT2格式的编码；指定位置点经纬度包括指定起始位置点经纬度和指定终止位置点经纬度；若指定信息不包括指定位置点，将第一区域和第二区域的编码位设置为0。
在一些实施例中，将自由文本信息进行UAT2格式的编码包括：
将自由文本信息的每个字符转换为ASCII码对应的数字编号，其中，每个数字编号对应一字节的二进制数；从第19字节的第4位开始，依次填充自由文本信息对应的二进制数。
在一些实施例中，编码后的运行控制指令、指定信息和自由文本信息位于地面上行信息中应用数据的消息帧数据字段。
生成UAT2格式的上行报文包括：将消息帧数据字段中未使用的部分填充为0，生成到UAT2格式的上行报文。
第三方面，本申请实施例提供了一种数据编码装置，应用于第一方面提供的任一UAT2数据链设备中，装置包括：
编码模块，用于将下行报文信息头进行UAT2格式的编码，下行报文信息头包括下行报文类型、下行报文地址类型和下行报文地址信息；用于将状态矢量信息进行UAT2格式的编码，状态矢量信息包括当前位置点经纬度、当前空地状态、当前高度和当前速度；用于将部件信息进行UAT2格式的编码，部件信息包括UAM飞行器的电机转速、电机温度、电池温度和电池电量；用于将UAM飞行器的辅助状态矢量信息进行UAT2格式的编码，辅助状态矢量信息包括UAM飞行器所处高度的风矢量信息。
报文生成模块，用于生成UAT2格式的下行报文。
本申请实施例的技术方案中，UAT2数据链设备包括定位传感器、传感器阵列、控制芯片和收发组件，定位传感器和传感器阵列分别与控制芯片的第一端和第二端电连接，控制芯片的第三端与收发组件电连接，通过定位传感器能够采集UAM飞行器的状态矢量信息，通过传感器阵列能够采集UAM飞行器的部件信息，通过控制芯片能够将状态矢量信息和部件信息编码为UAT2格式的下行报文，通过收发组件能够将UAT2格式的下行报文转换为第一射频信号，并发射第一射频信号，如此，可以监测飞行器的运行状态。第一方面，由于UAT2数据链工作在1104MHz频段上，可以降低其他信号对UAT2数据链传输的干扰，因此，可以提高UAT2数据链设备的抗干扰能力。第二方面，UAT2数据链可以提供可靠的数据传输能力，能够确保相关信息及时传递给其他飞行器和地面站基础设施，UAT2数据链还可以提供多对多通信使得一条信息可以发送给多个接受者，能够提升通信效率和可靠性，由于多点通信的能力和实时信息的共享和传输影响飞行器之间的运行、交通规划和动态路径选择，因此UAT2数据链设备可以保障航空安全。第三方面，由于该设备硬件模块具有较低的成本和部署要求，因此，UAT2数据链设备具有较低的成本。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种UAT2数据链设备的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种UAT2数据链设备的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种数据编码方法的流程示意图；
图4为本发明实施例提供的另一种数据编码方法的流程示意图；
图5为本发明实施例提供的一种数据编码装置的结构示意图。
具体实施方式
图1为本发明实施例提供的一种UAT2数据链设备的结构示意图，如图1所示，UAT2数据链设备100包括：定位传感器110、传感器阵列120、控制芯片130和收发组件140，其中，定位传感器110和传感器阵列120分别与控制芯片130的第一端和第二端电连接，控制芯片130的第三端与收发组件140电连接。
定位传感器110用于采集UAM飞行器的状态矢量信息，传感器阵列120用于采集UAM飞行器的部件信息，控制芯片130用于将状态矢量信息和部件信息编码为UAT2格式的下行报文，收发组件140用于将UAT2格式的下行报文转换为第一射频信号，并发射第一射频信号。
示例性的，定位传感器110可以是全球导航卫星系统（Global NavigationSatellite System，GNSS）传感器。UAM飞行器的状态矢量信息可以包括UAM飞行器的定位数据和/或高度数据，其中，定位数据可以为经纬度。在其他实施例中，UAM飞行器的状态矢量信息可以包括定位数据、高度数据、空地状态和速度中的至少一个，其中速度包括水平速度和垂直速度。定位传感器110可以采集基于NEMA-0183协议的定位信息，并将定位信息发送至控制芯片130。
传感器阵列120可以包括三个传感器，分别为电机转速传感器、电机温度传感器和电池温度传感器，其中，电机转速传感器可以采集UAM飞行器的电机转速信息，电机温度传感器可以采集UAM飞行器的电机温度信息，电池温度传感器可以采集UAM飞行器的电池温度信息。相应的，UAM飞行器的部件信息包括电机转速信息、电机温度信息和电池温度信息。
在其他实施例中，传感器阵列120可以包括四个传感器，分别为电机转速传感器、电机温度传感器、电池温度传感器和电池电量传感器，其中，电池电量传感器可以采集UAM飞行器的电池电量信息。相应的，UAM飞行器的部件信息包括电机转速信息、电机温度信息、电池温度信息和电池电量信息。
在另一些实施例中，传感器阵列120可以还可包括四个以上的传感器，包括电机转速传感器、电机温度传感器、电池温度传感器、电池电量传感器和其他传感器。相应的，UAM飞行器的部件信息包括电机转速信息、电机温度信息、电池温度信息、电池电量信息和其他信息。
图2为本发明实施例提供的另一种UAT2数据链设备的结构示意图，图2为图1所示实施例的基础上，控制芯片130包括：数据采集模块131和消息编码模块132，其中，数据采集模块131的输入端与定位传感器110和传感器阵列120电连接，数据采集模块131的输出端与消息编码模块132的输入端电连接。
示例性的，控制芯片130可以是STM32主控芯片。数据采集模块131可以利用C语言编程获取定位传感器110采集到的状态矢量信息，如果用于机载发射，还可以利用C语言编程获取传感器阵列120采集到的部件信息。如此，数据采集模块131，用于获取状态矢量信息和部件信息。
消息编码模块132可以将定位信息和部件信息编码为UAT2格式的第一帧，其中，UAT2数据下行链路分为长码和短码，短码格式为RS(30, 18)，表示18个字节的规范编码内容与12个字节的RS冗余校验编码，长码格式为RS(48, 34)，表示34个字节的规范编码内容与14个字节的RS冗余校验编码。消息编码模块132还可以将UAT2格式的第一帧发送至收发组件140。
示例性的，如图2所示，收发组件140包括：发射天线141、功率放大器142和调制模块143，其中，调制模块143的输入端与消息编码模块132的输出端电连接，调制模块143的输出端通过功率放大器142与发射天线141电连接。
调制模块143可以接收UAT2格式的第一帧，并将接收到的UAT2格式的第一帧根据设置的调制参数，通过直接数字频率合成得到指定频率的中频CPFSK调制信号，再经过混频器将频率搬移到1104Mhz得到第二射频信号。其中，设置的调制参数包括中心频率、频偏和调制速率，根据RTCA DO-282B，频偏设置为312.5khz，调制速率为1.041667Mbits/s。混频器的两端输入分别是中频信号和本振信号，输出为1104MHz第二射频信号。如此，调制模块143能够将UAT2格式的第一帧调制为第二射频信号。
调制模块143将1104MHz第二射频信号通过射频带通滤波器滤波以后，发送至功率放大器142。功率放大器142将接收到的1104MHz第二射频信号进行功率放大，得到第一射频信号，并将第一射频信号发送至发射天线141，发射天线141可以发射第一射频信号。
综上所述，UAT2数据链设备可以将UAM飞行器的相关信息通过UAT2下行链路进行发送，如此，可以监测飞行器的运行状态。由于UAT2数据链工作在1104MHz频段上，可以降低其他信号对UAT2数据链传输的干扰，能够提高UAT2数据链设备的抗干扰能力。
此外，UAT2数据链可以提供可靠的数据传输能力。在UAM系统中，飞行器需要实时共享其位置、状态信息、飞行计划和操作参数等关键数据。UAT2数据链通过提供高度可靠的通信链路，确保这些重要数据能够及时传递给其他飞行器和地面基础设施。而这种实时信息的共享和传输对于协调航空器之间的安全、高效运行以及实现空中交通管制至关重要。另外，UAT2数据链采用了广播式通信的模式，能够方便地实现多对多的通信。在复杂的UAM系统中，可能存在同时飞行的多个飞行器和多个地面站基础设施，它们之间需要进行高效的通信。UAT2的广播特性使得一条消息可以同时发送给多个接收者，从而提高了通信效率和可靠性，这种多点通信的能力对于实现飞行器之间的协调、交通规划和动态路径选择至关重要。故而，由于多点通信的能力和实时信息的共享和传输影响飞行器之间的运行、交通规划和动态路径选择，因此本申请的UAT2数据链设备可以保障航空安全。
最后，UAT2数据链设备在UAM系统中具有相对较低的成本和部署要求。相较于其他通信技术，UAT2的硬件设备和数据链路协议成本效益高，这使得它更加适合在大规模UAM系统中广泛部署。UAT2的部署相对简单，对现有的通信基础设施要求较低。这样的特点意味着UAM系统可以更快地建立起可靠的通信架构，从而推动城市空中交通的创新与发展。
本申请实施例的技术方案中，UAT2数据链设备包括定位传感器110、传感器阵列120、控制芯片130和收发组件140，定位传感器110和传感器阵列120分别与控制芯片130的第一端和第二端电连接，控制芯片130的第三端与收发组件140电连接，通过定位传感器110能够采集UAM飞行器的状态矢量信息，通过传感器阵列120能够采集UAM飞行器的部件信息，通过控制芯片130能够将状态矢量信息和部件信息编码为UAT2格式的下行报文，通过收发组件140能够将UAT2格式的下行报文转换为第一射频信号，并发射第一射频信号，UAT2数据链设备可以将飞行器的相关信息通过UAT2下行链路进行发送，如此，可以监测飞行器的运行状态。第一方面，由于UAT2数据链工作在1104MHz频段上，可以降低其他信号对UAT2数据链传输的干扰，因此，可以提高UAT2数据链设备的抗干扰能力。第二方面，UAT2数据链可以提供可靠的数据传输能力，能够确保相关信息及时传递给其他飞行器和地面站基础设施，UAT2数据链还可以提供多对多通信使得一条信息可以发送给多个接受者，能够提升通信效率和可靠性，由于多点通信的能力和实时信息的共享和传输影响飞行器之间的运行、交通规划和动态路径选择，因此UAT2数据链设备可以保障航空安全。第三方面，由于该设备硬件模块具有较低的成本和部署要求，因此，UAT2数据链设备具有较低的成本。
在一些实施例中，继续参见图2，收发组件140包括：接收天线144、低噪声信号放大器145和解调模块146，其中，接收天线144通过低噪声信号放大器145与解调模块146的输入端电连接。
接收天线144用于接收第三射频信号，第三射频信号用于表征运行控制指令信息；低噪声信号放大器145用于将第三射频信号进行放大，得到第四射频信号；解调模块146，用于将第四射频信号解调为UAT2格式的第二帧。
示例性的，接收天线144可以接收频率为1104MHz的第三射频信号，这里的第三射频信号可以理解为地面飞行管制对UAM飞行器的运行控制指令信息，并将1104MHz的第三射频信号发送至低噪声信号放大器145。低噪声信号放大器145可以对1104MHz的第三射频信号进行放大得到1104MHz的第四射频信号，并将1104MHz的第四射频信号发送至解调模块146。
解调模块146将1104MHz的第四射频信号进行下变频以及CPFSK解调为UAT2格式的第二帧，并将有效的UAT2格式的第二帧传输至控制芯片130。其中，下变频将1104MHz的第四射频信号信号的频率搬移到中频信号进行下一步CPFSK解调，CPFSK相位相干解调首先将接收中频信号经过功分器分为两路信号，两路信号分别和中心频率相干载波信号进行混频，然后经低通滤波器进行滤波得到的两路信号传送至控制芯片130经过抽样判决，再经过并串转换、差分译码解调出原始的基带信息。
如此，收发组件140还可以将接收到的运行控制指令信息转换为UAT2格式的上行报文。
控制芯片130利用解调得到的高低电平信号，并利用模数转换模块和直接存储器访问，将解调数据送到存储器，以进行下一步消息解码。UAT2上行链路与下行链路的编码方式有所不同，上行链路共有432字节的编码内容，包括6个RS(92, 72)编码块及交织编码构成。
示例性的，控制芯片130还包括：消息解码模块133和消息发送模块134，其中，消息解码模块133的输入端与解调模块146的输出端电连接，消息解码模块133的输出端与消息发送模块134的输入端电连接。
消息解码模块133可以采用C语言编写UAT2数据链报文监听程序，一旦监听到有效的消息即运行解码程序，基于解码程序将接收到的UAT2格式的第二帧依据UAT2格式进行规范解码，并在规范解码后得到UAT2格式的目标数据。例如，对于短码RS(30, 18)的下行报文信息，前4个字节为报头HDR，5-17字节为得到目标数据飞行器的状态矢量信息SV，最后是12个字节的RS冗余校验。
消息发送模块134可以通过一步串口通信、TCP网络通信或UDP网络通信，将UAT2格式的目标数据发送至预设目的地。
综上所述，UAT2数据链设备既可以实现UAT2数据链报文的接收，又可以实现UAT2数据链报文的发送，即实现UAT2数据链报文收发一体。如此，UAT2数据链设备既能够将状态矢量信息和部件信息编码为UAT2格式的下行报文，又能够将获取的地面飞行管制对UAM飞行器的运行控制指令信息编码为UAT2格式的上行报文，可以测UAM飞行器的运行状况的同时完成管制监控，实现对UAM飞行器的有效监控，从而保证航空安全。
本申请实施例还提供了一种数据编码方法，应用于如图1和图2所示的UAT2数据链设备中。图3为本发明实施例提供的一种数据编码方法的流程示意图，如图3所示，具体步骤包括：
S101，将下行报文信息头进行UAT2格式的编码。
下行报文信息头包括下行报文类型、下行报文地址类型和下行报文地址信息。
示例性的，下行链路数据编码部分位于ADS-B载荷消息字段，对应的载荷消息类型编码为11，包含信息有：下行报文信息头编码、状态矢量编码、UAM飞行器的部件信息编码和辅助状态矢量编码。
对下行报文信息头进行UAT2格式的编码后得到下行报文信息头编码，该字段共有4个字节，下行报文信息头编码部分包括下传报文类型编码、下行报文地址类型编码和下行报文地址信息编码。
S102，将状态矢量信息进行UAT2格式的编码。
状态矢量信息包括当前位置点经纬度、当前空地状态、当前高度和当前速度。
示例性的，对状态矢量信息进行UAT2格式的编码后得到状态矢量信息编码，该字段用于下传UAM飞行器航行的状态矢量信息。状态矢量信息编码包含UAM飞行器的当前位置点经纬度编码、当前空地状态编码、当前高度编码和当前速度矢量编码等，如表1所示。
表1 状态矢量信息编码构成表
UAM飞行器的当前位置点经纬度编码中，纬度编码字段是一个23位字段，用于对当前位置点的WGS-84坐标系下的纬度进行编码，经度编码字段是一个24位字段，用于对当前位置点的WGS-84坐标系下的经度进行编码。在纬度编码字段和经度编码字段中，所有零的编码表示纬度信息和/或经度信息不可用，当前位置点经纬度编码规则见表2所示。
表2 二进制编码的纬度和经度表
UAM飞行器的当前高度编码字段共有9位，对应分辨率为10m，范围为10m至5100m，其中，若当前高度编码为000000000，则表示当前高度信息无效，当前高度编码规则如表3所示。
表3 当前高度编码规则表
UAM飞行器的当前空地状态编码字段共有2位，当前空地状态编码规则如表4所示。
表4 当前空地状态及速度分辨率编码表
UAM飞行器的当前速度矢量编码包括当前水平速度编码和当前垂直速度编码，当前水平速度编码字段共10位，分辨率根据空地状态进行改变，例如，分辨率为1kt/s或4kt/s。当前水平速度编码规则如表5所示。
表5 当前水平速度编码表
当前垂直速度编码字段共11位，其中，第1位表示当前垂直速度数据来源，其具体编码规则如表6所示。第2位表示当前垂直速度方向，其具体编码规则如表7所示，第3-11位表示当前垂直速度数值，其具体编码规则如表8所示。
表6 当前垂直速度来源规则表
表7 当前垂直速度方向规则表
表8 当前垂直速度编码表
S103，将部件信息进行UAT2格式的编码。
部件信息包括UAM飞行器的电机转速、电机温度、电池温度和电池电量。
UAM飞行器的部件信息编码字段用于下传UAM飞行器的零部件状态信息，例如，UAM飞行器的电机转速、电机温度、电池温度和电池电量。UAM飞行器的部件信息编码字段共6个字节，包括电机转速编码、电机温度编码、电池温度编码和电池电量编码，具体编码规则如表9所示。
表9部件信息编码规则表
其中，第1字节-第3字节为电机信息编码，即电机转速编码和电机温度编码，电机信息编码规则如表10所示。第4字节-第6字节为电池信息编码，即电池温度编码和电池电量编码，电池信息编码规则如表11所示。
表10 电机信息编码规则
表11 电池信息编码规则
S104，将UAM飞行器的辅助状态矢量信息进行UAT2格式的编码。
辅助状态矢量信息包括UAM飞行器所处高度的风矢量信息。
UAM飞行器的辅助状态矢量编码包括UAM飞行器所处高度风矢量信息编码，其中，风矢量信息编码字段共2字节，即16位。风矢量信息编码包括风向编码和风速编码，其中，南北风向编码占据第1位，其具体编码规则如表12所示，东西风向编码占据第9位，其具体编码规则如表13所示。
表12 南北风向编码规则表
表13 东西风向编码规则表
南北风速度编码占据第2位-第8位，东西风速度编码占据第10位-第16位，风矢量分速度编码规则如表14所示。
表14 风矢量分速度编码规则表
S105，生成UAT2格式的下行报文。
编码字段始终包括整数个字节，字段中剩余未使用的部分将被填充为全零，生成UAT2格式的下行报文，UAT2格式的下行报文编码内容组成，如表15所示。
表15 UAT2格式的下行报文编码内容组成
本发明实施例中，通过将下行报文信息头、状态矢量信息、部件信息和辅助状态矢量信息进行UAT2格式的编码，生成UAT2格式的下行报文，能够基于UAT2下行链路对UAM飞行器的相关信息编码传输，而这些相关信息对于UAM飞行器的健康状况的监测与跟踪相关，如此，可以监测与跟踪UAM飞行器的健康状况。
基于如图3所示的实施例，数据编码方法还包括基于UAT2上行链路对获取到的地面飞行管制对UAM飞行器的运行控制指令进行编码传输，具体步骤如图4所示，包括：
S201，获取地面飞行管制对UAM飞行器的运行控制指令信息。
运行控制指令信息包括运行控制指令、指定信息和自由文本信息。
示例性的，地面飞行管制对UAM飞行器的运行控制指令信息可以包括运行控制指令，例如，运行控制指令信息为离场许可。地面飞行管制对UAM飞行器的运行控制指令信息可以包括运行控制指令和指定信息，例如，运行控制指令信息为直接前往某位置。地面飞行管制对UAM飞行器的运行控制指令信息还可以包括运行控制指令、指定信息和自由文本信息，例如，运行控制指令信息为按照指定方向进入指定航迹的指示。
S202，将运行控制指令进行UAT2格式的编码。
运行控制指令编码字段共6位，最多可以提供64条运行控制指令，换算为十进制数后表示使用的具体运行控制指令编号，每条运行控制指令编号对应的各自运行控制指令内容与运行控制指令格式如表16所示。
表16 指令编号与对应内容及格式表
S203，将指定信息进行UAT2格式的编码。
指定信息包括：指定位置点经纬度、指定高度、指定时间、指定转弯方向和指定转弯角度。
示例性的，若指定信息中的指定位置点为一个，即position1，则在第一区域对指定位置点position1进行UAT2格式的编码，即使用第一区域的经纬度编码位。若指定信息中的指定位置点为指定起始位置点position1和指定终止位置点position2，指定位置点经纬度包括指定起始位置点position1经纬度和指定终止位置点position2经纬度，在第一区域对指定起始位置点position1经纬度进行UAT2格式的编码，在第二区域对指定终止位置点position2经纬度进行UAT2格式的编码，即指定起始位置点position1使用第一区域经纬度编码位，指定终止位置点域position2使用第二区域经纬度编码位。若指定信息中不包括指定位置点，即指定位置点为0个，将第一区域编码位和第二区域编码位均设置为0。
指定位置点经纬度编码的规则参见下行链路中当前位置点经纬度编码的规则，指定高度编码的规则参见下行链路中当前高度编码的规则。
示例性的，若指定信息包括指定时间，则需对指定时间进行编码，若指定信息不包括指定时间，指定时间编码字段所有位均置0，时间默认为UTC世界协调时。指定时间编码共分为两部分，前5位为小时编码，后6位为分钟编码。
使用0至23共24个十进制数表示0时到23时，分辨率为1小时，小时编码的具体编码规则如表17所示。使用0-59表示0分至59分，分辨率为1分钟，分钟编码。的具体编码规则如表18所示。
表17 小时编码规则表
表18 分钟编码规则表
示例性的，若指定信息包括指定转弯方向，则需对指定转弯方向进行编码，若指定信息不包括指定转弯方向，指定转弯方向编码字段所有位均置0。指定转弯方向编码字段共2位，可表示左转或右转航向，指定转弯方向的具体编码规则如表19所示。
表19 指定转弯方向编码表
示例性的，若指定信息包括指定转弯角度，则需对指定转弯角度进行编码，若指定信息不包括指定转弯角度，指定转弯角度编码字段所有位均置0。指定转弯角度编码字段共有9位，范围为1-360度，分辨率为1度，若指定转弯角度编码字段所有位均置0，则表示无效信息。指定转弯角度的具体编码规则如表20所示。
表20 指定转弯角度编码表
S204，将自由文本信息进行UAT2格式的编码。
示例性的，若运行控制指令信息包括自由文本信息，例如，自由文本信息可以为关于许可、路径和其他需要特别警示的内容中的至少一个。将自由文本信息的每个字符转换为ASCII码对应的数字编号，其中，每个数字编码对应一字节的二进制数。再从第19字节的第4位开始，依次填充自由文本信息对应的二进制数。
S205，生成UAT2格式的上行报文。
示例性的，编码后的运行控制指令、指定信息和自由文本信息位于地面上行信息中应用数据的消息帧数据字段，即上行链路数据编码部分位于地面上行信息中应用数据的消息帧数据字段，对应的帧类型字段编码为0010。编码的消息帧数据字段始终包括整数个字节，将消息帧数据字段中未使用的部分填充为0，生成UAT2格式的上行报文，UAT2格式的上行报文格式如表21所示。
表21 UAT2格式的上行报文格式
本发明实施例中，通过获取地面飞行管制对UAM飞行器的运行控制指令信息，运行控制指令信息包括运行控制指令、指定信息和自由文本信息将运行控制指令进行UAT2格式的编码，将指定信息进行UAT2格式的编码，将自由文本信息进行UAT2格式的编码，生成UAT2格式的上行报文，能够基于UAT2上行链路重新构建当前的UAT2地面上行段，以数据链的格式将指令发送给UAM飞行器，实现了UAT2数据链重新组织上行段，能够提供可寻址的上行消息能力。
本发明实施例还提供了一种数据编码装置，应用于如图1或2所示的UAT2数据链设备中，图5为本发明实施例提供的一种数据编码装置的结构示意图，如图5所示，数据编码装置包括：
编码模块210，用于将下行报文信息头进行UAT2格式的编码，下行报文信息头包括下行报文类型、下行报文地址类型和下行报文地址信息；用于将状态矢量信息进行UAT2格式的编码，状态矢量信息包括当前位置点经纬度、当前空地状态、当前高度和当前速度；用于将部件信息进行UAT2格式的编码，部件信息包括UAM飞行器的电机转速、电机温度、电池温度和电池电量；用于将UAM飞行器的辅助状态矢量信息进行UAT2格式的编码，辅助状态矢量信息包括UAM飞行器所处高度的风矢量信息；
报文生成模块220，用于生成UAT2格式的下行报文。
在一些实施例中，编码模块210还用于获取地面飞行管制对UAM飞行器的运行控制指令信息，运行控制指令信息包括运行控制指令、指定信息和自由文本信息；还用于将运行控制指令进行UAT2格式的编码；还用于将指定信息进行UAT2格式的编码，指定信息包括：指定位置点经纬度、指定高度、指定时间、指定转弯方向和指定转弯角度；还用于将自由文本信息进行UAT2格式的编码。
报文生成模块220，还用于生成UAT2格式的上行报文。
在一些实施例中，编码模块210，进一步用于若指定信息包括一个指定位置点，在第一区域对指定位置点经纬度进行UAT2格式的编码；若指定信息包括指定起始位置点和指定终止位置点，在第一区域对指定起始位置点经纬度进行UAT2格式的编码，在第二区域对指定终止位置点经纬度进行UAT2格式的编码；指定位置点经纬度包括指定起始位置点经纬度和指定终止位置点经纬度；若指定信息不包括指定位置点，将第一区域和第二区域的编码位设置为0。
在一些实施例中，编码模块210，进一步用于将自由文本信息的每个字符转换为ASCII码对应的数字编号，其中，每个数字编号对应一字节的二进制数；从第19字节的第4位开始，依次填充自由文本信息对应的二进制数。
在一些实施例中，编码后的运行控制指令、指定信息和自由文本信息位于地面上行信息中应用数据的消息帧数据字段。
报文生成模块220，进一步用于将消息帧数据字段中未使用的部分填充为0，生成UAT2格式的上行报文。
本申请实施例提供的数据编码装置可以执行上述任一方法实施例的步骤，具备方法实施例具有的有益效果和功能模块，这里不再赘述。
本申请实施例还提供了一种计算机存储介质，计算机存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述任一方法实施例的步骤。
可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网（LAN）或广域网（WAN）域连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本申请的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种UAT2数据链设备，其特征在于，包括：定位传感器、传感器阵列、控制芯片和收发组件；
所述定位传感器和所述传感器阵列分别与所述控制芯片的第一端和第二端电连接，所述控制芯片的第三端与所述收发组件电连接；
所述定位传感器，用于采集UAM飞行器的状态矢量信息；
所述传感器阵列，用于采集所述UAM飞行器的部件信息；
所述控制芯片，用于将所述状态矢量信息和所述部件信息编码为UAT2格式的下行报文；
所述收发组件，用于将所述UAT2格式的下行报文转换为第一射频信号，并发射所述第一射频信号；
所述控制芯片包括：数据采集模块和消息编码模块，所述数据采集模块的输入端与所述定位传感器和所述传感器阵列电连接，所述数据采集模块的输出端与所述消息编码模块的输入端电连接；
所述数据采集模块，用于获取所述状态矢量信息和所述部件信息；
所述消息编码模块，用于将所述状态矢量信息和所述部件信息编码为UAT2格式的第一帧；其中，UAT2数据下行链路分为长码和短码，短码格式为RS(30 , 18)，表示18个字节的规范编码内容与12个字节的RS冗余校验编码，长码格式为RS(48 , 34)，表示34个字节的规范编码内容与14个字节的RS冗余校验编码；
所述收发组件包括：发射天线、功率放大器和调制模块，所述调制模块的输入端与所述消息编码模块的输出端电连接，所述调制模块的输出端通过所述功率放大器与所述发射天线电连接；
所述调制模块，用于将所述UAT2格式的第一帧调制为第二射频信号；所述调制模块接收UAT2格式的第一帧，并将接收到的UAT2格式的第一帧根据设置的调制参数，通过直接数字频率合成得到指定频率的中频CPFSK调制信号，再经过混频器将频率搬移到1104Mhz得到第二射频信号；其中，设置的调制参数包括中心频率、频偏和调制速率，根据RTCA DO-282B，频偏设置为312.5khz，调制速率为1.041667Mbits/s；
所述功率放大器，用于对所述第二射频信号进行放大，得到所述第一射频信号；
所述发射天线，用于发射所述第一射频信号；
所述收发组件，还用于将接收到的运行控制指令信息转换为UAT2格式的上行报文；
所述收发组件包括：接收天线、低噪声信号放大器和解调模块，所述接收天线通过所述低噪声信号放大器与所述解调模块的输入端电连接；
所述接收天线，用于接收第三射频信号，所述第三射频信号用于表征所述运行控制指令信息；
所述低噪声信号放大器，用于将所述第三射频信号进行放大，得到第四射频信号；
所述解调模块，用于将所述第四射频信号解调为UAT2格式的第二帧；所述解调模块将1104MHz的第四射频信号进行下变频以及CPFSK解调为UAT2格式的第二帧，并将有效的UAT2格式的第二帧传输至控制芯片；其中，下变频将1104MHz的第四射频信号信号的频率搬移到中频信号进行下一步CPFSK解调，CPFSK相位相干解调首先将接收中频信号经过功分器分为两路信号，两路信号分别和中心频率相干载波信号进行混频，然后经低通滤波器进行滤波得到的两路信号传送至控制芯片130经过抽样判决，再经过并串转换、差分译码解调出原始的基带信息；
所述控制芯片还包括：消息解码模块和消息发送模块，所述消息解码模块的输入端与所述解调模块的输出端电连接，所述消息解码模块的输出端与所述消息发送模块的输入端电连接；
所述消息解码模块，用于将所述UAT2格式的第二帧解码，得到UAT2格式的目标数据；UAT2上行链路共有432字节的编码内容，包括6个RS(92 , 72)编码块及交织编码构成；
所述消息发送模块，用于将所述UAT2格式的目标数据发送至预设目的地。
2.一种数据编码方法，其特征在于，应用于权利要求1所述的UAT2数据链设备中，所述方法包括：
将下行报文信息头进行UAT2格式的编码，所述下行报文信息头包括下行报文类型、下行报文地址类型和下行报文地址信息；
将所述状态矢量信息进行所述UAT2格式的编码，所述状态矢量信息包括当前位置点经纬度、当前空地状态、当前高度和当前速度；
将所述部件信息进行所述UAT2格式的编码，所述部件信息包括所述UAM飞行器的电机转速、电机温度、电池温度和电池电量；
将所述UAM飞行器的辅助状态矢量信息进行所述UAT2格式的编码，所述辅助状态矢量信息包括所述UAM飞行器所处高度的风矢量信息；
生成所述UAT2格式的下行报文。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：
获取地面飞行管制对所述UAM飞行器的运行控制指令信息，所述运行控制指令信息包括运行控制指令、指定信息和自由文本信息；
将所述运行控制指令进行所述UAT2格式的编码；
将所述指定信息进行所述UAT2格式的编码，所述指定信息包括：指定位置点经纬度、指定高度、指定时间、指定转弯方向和指定转弯角度；
将所述自由文本信息进行所述UAT2格式的编码；
生成UAT2格式的上行报文。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将所述指定信息进行所述UAT2格式的编码包括：
若所述指定信息包括一个指定位置点，在第一区域对所述指定位置点经纬度进行所述UAT2格式的编码；
若所述指定信息包括指定起始位置点和指定终止位置点，在第一区域对指定起始位置点经纬度进行所述UAT2格式的编码，在第二区域对指定终止位置点经纬度进行所述UAT2格式的编码；所述指定位置点经纬度包括所述指定起始位置点经纬度和所述指定终止位置点经纬度；
若所述指定信息不包括指定位置点，将第一区域和第二区域的编码位设置为0。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述将所述自由文本信息进行所述UAT2格式的编码包括：
将所述自由文本信息的每个字符转换为ASCII码对应的数字编号，其中，每个所述数字编号对应一字节的二进制数；
从第19字节的第4位开始，依次填充所述自由文本信息对应的二进制数。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，编码后的所述运行控制指令、所述指定信息和所述自由文本信息位于地面上行信息中应用数据的消息帧数据字段；
所述生成UAT2格式的上行报文包括：
将所述消息帧数据字段中未使用的部分填充为0，生成所述UAT2格式的上行报文。
7.一种数据编码装置，应用于权利要求1所述的UAT2数据链设备中，所述装置包括：
编码模块，用于将下行报文信息头进行UAT2格式的编码，所述下行报文信息头包括下行报文类型、下行报文地址类型和下行报文地址信息；用于将所述状态矢量信息进行所述UAT2格式的编码，所述状态矢量信息包括当前位置点经纬度、当前空地状态、当前高度和当前速度；用于将所述部件信息进行所述UAT2格式的编码，所述部件信息包括所述UAM飞行器的电机转速、电机温度、电池温度和电池电量；用于将所述UAM飞行器的辅助状态矢量信息进行所述UAT2格式的编码，所述辅助状态矢量信息包括所述UAM飞行器所处高度的风矢量信息；
报文生成模块，用于生成所述UAT2格式的下行报文。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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