CN1831553A

CN1831553A - 基于vdl4的先进场面活动目标引导和控制系统

Info

Publication number: CN1831553A
Application number: CN 200510038084
Authority: CN
Inventors: 周黎明; 陈雄方
Original assignee: Yangzhou Baojun Electronic Co Ltd Zhongdian Science & Technology
Current assignee: Yangzhou Baojun Electronic Co Ltd Zhongdian Science & Technology
Priority date: 2005-03-11
Filing date: 2005-03-11
Publication date: 2006-09-13

Abstract

基于VDL4的先进场面活动目标引导和控制系统，涉及对机场场面(或区域内)活动物的目标定位、引导和控制技术。本发明采用VDL4协议在车载终端与监控中心之间设置ADS－B广播发送、接收信息传输系统，采用VDL4协议在车载终端与其它车载终端之间设置ADS－B广播发送、接收信息传输系统，监控中心和机场管理系统、其它系统之间设置网络信息的传输系统。通过使用自动相关监视(ADS－B)等技术，定期广播飞机、车辆的身份和位置等信息，使得各活动目标能在无主控站的情况下进行自相关监视，通过系统中心站对场面活动目标进行监视引导和控制；通过与其它场面系统的融合与互通达到提高和增强场面管理的冗余和互补。

Description

基于VDL4的先进场面活动目标引导和控制系统

技术领域

本发明涉及对机场场面(或区域内)活动物的目标定位、引导和控制技术。

背景技术

机场场面上配备有许多辅助车辆，如：机场扫雪车、机场消防车、机场维护车、机场登机梯车、机场跑道清扫车、机场吹雪车、机场食品车、机场加油车、机场摆度车等，目前机场场面运行作为CNS/ATM系统的有机组成部分，还必须提供必要的地面基础设施，主要包括灯光、滑行道、跑道、跑道出口以及精确的场面引导设备，以保障在全天候条件下增强安全性和最大限度提高机场容量。随着航空业务量的高速增长，机场内飞机起降次数猛增，如何在有限的空间、有限的时间、多变的天气条件、多变的机场运动条件下管理越来越多的飞机及相应增加的地面服务车辆和设施，已成为当今航空业特别是机场管理业突出需求解决的紧迫课题。

近十多年来，机场场面监视从基于“看见与被看见”的原则进行导航，发展到目前的机场基于场面活动雷达(Surface Movement Radar，SMR)的SMGCS系统。随着机场交通流量的增长、布局的日益复杂化以及越来越多的在低能见度条件下进行的运行，目前的SMGCS系统不能完全满足未来机场场面监视的需要。随着航空数据通信的迅速发展，提出了基于VDL4的先进场面活动目标引导和控制系统。

现有的场面监视系统主要是采用一次场面监视雷达、二次航管雷达、二次航管雷达S模式，而国内的一些机场场面监视方面基本采用的是一次场面监视雷达，多数机场还无场面监视系统。

机场场面活动目标引导和控制系统经历了三个过程。

1)简单视觉SMGCS：早期或小机场管理立足于“看得见和被看得见”，因而只能通过减小速度、遵从特殊运行规则来实现机场管理，从而机场容量较小。

2)复杂视觉SMGCS：是相对先进和复杂的引导系统，使用现代技术交换滑行道中心线和禁止行驶线信息，以提示飞机避免与地面车辆相撞，目前在中、高密度机场广泛应用。

3)先进场面活动目标引导和控制系统(Advanced Surface MovementGuidance and Control System，A-SMGCS)被国际民航组织描述为：“由不同功能单元组成的模块化系统，无论机场平面在何密度、能见度和复杂度条件下，支持安全、有序、迅速的飞机和车辆移动”。主要功能包括引导、监视、控制、路由。

发明内容

本发明目的在于发明一种各活动目标能相互地、实时地了解机场场面活动物的位置，保障场面活动目标在全天候条件下活动的安全，进而实现对活动目标引导和控制的基于VDL4的先进场面活动目标引导和控制系统。

本发明采用VDL4协议在车载终端与监控中心之间设置ADS-B广播发送、接收信息传输系统，采用VDL4协议在车载终端与其它车载终端之间设置ADS-B广播发送、接收信息传输系统，监控中心和机场管理系统、其它系统之间设置网络信息的传输系统。

ADS-B广播信息包括气象信息、活动目标位置信息、GPS差分信息、路由信息、自由电文信息、链路管理信息、同步时标等。

本发明采用基于VDL4协议实现机场场面活动物位置确认和控制，主要技术特点是：采用自组织时分多址(Self-organizing Time Division MultipleAccess，STDMA)技术的VDL4协议实现自动相关监视，通过使用自动相关监视(ADS-B)等技术，定期广播飞机、车辆的身份和位置等信息，使得各活动目标能在无主控站的情况下进行自相关监视，这是目前的场面监视系统如一次场面监视雷达、二次航管雷达、二次航管雷达S模式所不具有的，通过系统中心站对场面活动目标进行监视引导和控制；通过与其它场面系统的融合与互通达到提高和增强场面管理的冗余和互补。

VDL4是瑞典在20世纪80年代为未来航空交通管理(ATM)提出的一种新型数据链，它与VDL2，VDL3成为国际民航组织选定的新航行系统主用视距数据链标准。它既支持空-空应用，又支持空-地应用。

上述各发送、接收信息传输系统包括GNSS接收机、通信处理器和VHF收发信机，GNSS接收机具有向用户提供精确的位置信息和时间的信息程序，VHF收发信机具有在移动站和移动站之间进行数据通信传输的程序，VHF收发信机还具有在移动站和地面站之间进行数据通信的程序，通信处理器通过VDL4链路层协议连接着GNSS接收机和VHF收发信机之间，通信处理器具有接收GNSS的位置和时间信息的程序和控制站点传输的时隙分配程序，通信处理器具有使站点能不断更新自己的时隙表，并从空闲时隙中选择合适的时隙进行信息传输的程序。

本发明可以提供以下服务：

a)全球导航卫星系统增强系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)。空中以及地面的移动用户将得益于此项服务；

b)ADS-B报告。大量的机场地面车辆，包括救援车、机场维护车辆以及扫雪车都将安装ADS-B装置。有此装置的车辆和航空器都能接收ADS-B报告并显示。

c)飞行情报服务—广播。该服务将支持各种类型的气象数据和机场数据的传送；

d)信息广播。这是一项非标准化服务，将可以把ARLANDA机场一个信息数据库中的信息广播给各种不同的用户。此类信息包括航班号、航空器类型、预计实际离场和着陆时间、停机位、地面代理等。该服务的好处是可以使所有的用户都能够立即获得最新信息；

e)交通情报服务—广播。将为没有相关装置的机场车辆及航空器生成和广播TIS-B报告；

f)离场放行服务；

g)管制员—飞行员数据链通信。

本发明较现有技术具有的显著进步是：

1、保障在全天候条件下机场场面活动安全；

a)通过飞机和车辆显示器以及强大功能的机场地面显示系统，显示机场移动区域的交通形式(态势)图，并进行地面冲突检查并在可能出现冲突时发出报警。

b)通过实时更新有关飞机和机动车辆的位置等多种技术结合，加强对飞机和机动车辆的监控，防止侵入跑道，可避免或大减少恶劣气候造成的损失。

2、提高机场容量，A-SMGCS的应用将会导致对各种不同系统功能责任的重新分配。对飞行员或管制当局提供目视监视能力的依赖性将会减小，有些功能将通过自动化的手段来提供路线安排、引导和管制。通过实现机场自动化管理，增加了跑道、滑行道等方面的利用率，特别是低能见度条件下的利用率，来提高机场容量。

3、本发明可达到的主要技术指标

监控范围：＞10Km。

系统容量：＞200个终端。

定位精度

单点定位精度：＜5m CEP。

差分定位精度：＜1m CEP。

位置报告周期：静止时1次/分钟，动态时1次/2秒。受监控中心调控，调整幅度从1次/秒到1次/10秒。

GUI刷新率：1次/秒。

数据链协议：VDL Mode 4。

VDL4协议简介

VDL4采用自组织时分多址(STDMA)网络协议，完成网络的控制和管理功能。

1)超帧与时隙

STDMA协议将时间轴按超帧和时隙的方式进行划分：

a)超帧：每个超帧时间长度为1分钟，每个超帧包括4500个时隙，两个信道9000个时隙，每个时隙占用的时间为13.33ms。如下图1所示。超帧中时隙数目的1/60被看作一个时隙组，每个时隙组的起始时隙与系统UTC标准时间校准，即超帧秒信号与UTC秒时间同步。

b)超帧的同步是以GPS时间为基准的，根据GPS OEM板输出的NMEA导航信息和1pps秒脉冲中断信息，确定秒号，从而确定超帧的起始点。

c)时隙：时隙为数据发送的基本时间单元，每次预约或占用均是以时隙为单位。通信管理单元根据GPS OEM板输出的1pps秒脉冲中断信息和内部定时器，建立精确的时隙同步。

d)每种站型设备的通信管理器在开机正常工作以后，必须至少监听一个超帧时间，根据其他站型广播的时隙预约或占用信息，建立4×M1+128个时隙占用表(M1：每超帧时隙数)，并实时维护与刷新。

VDL4协议结构如图1所示。子网层，数据链路层，物理层。其中数据链层分为MAC(介质访问控制子层)，VSS(VDL4特殊服务子层)，DLS(数据链服务子层)和LME(链接管理实体子层)。子网层主要负责向数据链层传输相关参数。

上述车载终端包括VHF天线、GPS接收机及天线、车载通信管理器、车载显示器。

上述监控中心包括VHF天线、DGPS接收机及天线、通信管理器、本地服务器及相应的系统管理和场面管理程序、监控台。

附图说明

图1为本发明的信息传递原理图；

图2为车载终端组成框图；

图3为监控中心组成框图。

具体实施例

如图1所示，采用VDL4协议在车载终端与监控中心之间设置相互广播ADS-B发送、接收信息传输系统，采用VDL4协议在车载终端与其它车载终端之间设置相互广播ADS-B发送、接收信息传输系统，采用VDL4协议在监控中心和机场有线网络之间设置相互广播ADS-B发送、接收信息传输系统。

每组发送、接收信息传输系统包括GNSS接收机、通信处理器和VHF收发信机，GNSS接收机具有向用户提供精确的位置信息和时间的信息程序，VHF收发信机具有在移动站和移动站之间进行数据通信传输的程序，VHF收发信机还具有在移动站和地面站之间进行数据通信的程序，通信处理器通过VDL4链路层协议连接着GNSS接收机和VHF收发信机之间，通信处理器具有接收GNSS的位置和时间信息的程序和控制站点传输的时隙分配程序，通信处理器具有使站点能不断更新自己的时隙表，并从空闲时隙中选择合适的时隙进行信息传输的程序。

如图2所示，车载终端包括VHF天线、GPS接收机及天线、车载通信管理器、车载显示器。

如图3所示，监控中心包括VHF天线、DGPS接收机及天线、通信管理器、本地服务器及相应的系统管理和场面管理程序、监控台。

Claims

1、基于VDL4的先进场面活动目标引导和控制系统，其特征在于采用VDL4协议在车载终端与监控中心之间设置广播ADS-B发送、接收信息传输系统，采用VDL4协议在车载终端与其它车载终端之间设置广播ADS-B发送、接收信息传输系统，监控中心和机场管理系统、其它系统之间设置网络信息的传输系统。

2、根据权利要求1所述基于VDL4的先进场面活动目标引导和控制系统，其特征在于所述发送、接收信息传输系统包括GNSS接收机、通信处理器和VHF收发信机，GNSS接收机具有向用户提供精确的位置信息和时间的信息程序，VHF收发信机具有在移动站和移动站之间进行数据通信传输的程序，VHF收发信机还具有在移动站和地面站之间进行数据通信的程序，通信处理器通过VDL4链路层协议连接着GNSS接收机和VHF收发信机之间，通信处理器具有接收GNSS的位置和时间信息的程序和控制站点传输的时隙分配程序，通信处理器具有使站点能不断更新自己的时隙表，并从空闲时隙中选择合适的时隙进行信息传输的程序。

3、根据权利要求1所述基于VDL4的先进场面活动目标引导和控制系统，其特征在于车载终端包括VHF天线、GPS接收机及天线、车载通信管理器、车载显示器。

4、根据权利要求1所述机场场面活动目标引导和控制系统，其特征在于监控中心包括VHF天线、DGPS接收机及天线、通信管理器、本地服务器及相应的系统管理和场面管理程序、监控台。