CN204595221U - 一种通用航空飞行器机载通信导航系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种通用航空飞行器机载通信导航系统，属于航空通信技术领域。该系统包括：天线子系统，包括北斗一代收发天线，全球定位系统GPS/北斗二代导航天线，ADS-B发射天线，3G/2G移动通信收发天线，用于接收和发射导航信息；信息综合处理模块，通过馈线与所述天线子系统相连，用于接收所述导航信息，对所述导航信息进行处理后发送；显控终端，与所述信息综合处理模块相连，用于与所述信息综合处理模块通信，显示所述导航信息。本实用新型实施例提供的通用航空飞行器机载通信导航系统，通过采用双模定位方式，提高了定位精度，通过采用多种空地数据链路下发方式，保障了飞行器在跨越不同地域时的通信可靠性。

Description

一种通用航空飞行器机载通信导航系统

技术领域

本实用新型涉及航空通信技术领域，特别涉及一种通用航空飞行器机载通信导航系统。

背景技术

随着低空领域的不断开放，通用航空正逐渐成为民用航空的支柱产业之一。截止2014年底，通用航空企业两百多家，注册通用航空器接近两千架。但是，由于通航作业存在范围广、飞行环境复杂多变以及机载设备配置低等因素，甚至在某些特殊情况下的飞行任务是在无正规机场或无机场条件下完成的。同时，目前我国大范围的低空空域监视服务匮乏，并且通航飞机的通信手段还主要依靠甚高频(VHF，Very High Frequency)话音方式，与传统运输航空相比，缺乏成熟有效的空地通信手段，地面指挥控制困难。

目前，常用的机载通信导航设备大都为单模定位方式，只提供GPS定位或者北斗定位功能，如中国专利申请号为CN201010111430.2，题为“航空遥感控制装置及方法”的专利中，提出一种装置包括雷达图像接收模块、GPS定位数据接收模块、并通过数据复合模块将雷达图像及对应的GPS定位数据进行复合，在飞机上显示复合的雷达图像和GPS定位数据；又如，在中国专利申请号为201410443509.3，题为“一种基于北斗的飞行安全实时监控系统及方法”的专利申请中，提出一种系统包括多个机载设备和一个地面接收设备；每个所述机载设备，分别对应设置于一架飞机上，用于感测每架安装机载设备的飞机的基本状态参数，并将多架飞机的基本状态参数分别通过北斗卫星传送给地面接收设备；所述地面接收设备，用于接收北斗卫星传输来的多架飞机的基本状态参数，并对多架飞机的基本状态参数进行分析和显示。

在现有的通用航空飞行器通信导航的系统中，多采用单一的通信手段，在通航飞机跨越不同地形实施飞行作业时，存在通信可靠性低的问题。如中国专利申请号为201110280584.9，题为“一种通用航空通信系统及方法”的专利申请中，提到一种通用航空通信系统包括：地面移动通信网络，所述地面移动通信网络包括：基站、移动交换中心和移动通信骨干网，其中所述基站上安装有水平天线和 垂直天线；机载终端，所述机载终端设置在通用航空飞机上，用于通过所述基站接入所述地面移动通信网络；以及通用航空移动信息服务中心，所述通用航空移动信息服务中心与所述地面移动通信网络相连，且通过所述基站与所述机载终端通信，以向所述通用航空飞机提供服务。

在实现本实用新型的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

上述专利申请提及的现有技术中，采用的定位模式均为单模定位方式，单模定位方式定位精度低，可靠性差；现有技术多采用单一的移动通信手段，无法应对通信环境多变带来的影响。

实用新型内容

为了解决现有技术的问题，本实用新型实施例提供了一种通用航空飞行器机载通信导航系统。所述技术方案如下：

第一方面，本实用新型实施例提供的一种通用航空飞行器机载通信导航系统，包括：

天线子系统，包括北斗一代(BD1)收发天线，全球定位系统GPS/北斗二代(BD2)导航天线，广播式自动相关监视ADS-B发射天线，2G/3G移动通信收发天线，用于接收和发射导航信息；

信息综合处理模块，通过馈线与所述天线子系统相连，用于接收所述导航信息，对所述导航信息进行处理后发送；

显控终端，与所述信息综合处理模块相连，用于与所述信息综合处理模块通信，显示所述导航信息。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述信息综合处理模块包括：ADS-B模块，北斗一代/北斗二代/全球定位系统三合一模块，2G/3G通信模块，ARM主控板，电源模块；

所述ADS-B模块，北斗一代/北斗二代/全球定位系统三合一模块，2G/3G通信模块均与所述ARM主控板电连接，所述电源模块与所述ARM主控板电连接，为所述ARM主控板供电。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述ARM主控板包括：多核处理器， 与所述多核处理器电连接的双倍速率同步动态随机存储器，与所述多核处理器电连接的闪存盘。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述ARM主控板还包括：

TTL-RS232模块，用于连接所述ADS-B模块与所述多核处理器的通用异步收发传输器UART；还用于连接所述北斗一代/北斗二代/全球定位系统三合一模块与所述多核处理器的UART。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述ARM主控板还包括：TTL-RS422模块，与所述多核处理器的UART连接。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述ARM主控板还包括：WIFI模块，与所述多核处理器的安全数字输入输出卡SDIO连接。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述ARM主控板还包括：以太网PHY模块，与所述多核处理器的介质独立接口MII相连。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述2G/3G通信模块与所述多核处理器的PCIe总线接口相连。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述电源模块包括电源管理模块和电池充电管理模块；所述电源管理模块为所述ARM主控板提供工作电压；所述电池充电管理模块包括锂电池充电电路和电量采集显示电路。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述天线子系统架设在所述通用航空飞行器表面；所述信息综合处理模块和所述显控终端安装在所述通用航空飞行器的驾驶舱内。

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本实用新型实施例提供的通用航空飞行器机载通信导航系统，通过采用双模定位方式，提高了定位精度，通过采用多种空地数据链路下发方式，保障了飞行器在跨越不同地域时的通信可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用 新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例一提供的通用航空飞行器机载通信导航系统结构图；

图2是本实用新型实施例二提供的通用航空飞行器机载通信导航系统结构图；

图3是本实用新型实施例三提供的基于通用航空飞行器机载通信导航系统的信息处理结构示意图；

图4是本实用新型实施例三提供的发送下行报文过程流程图；

图5是本实用新型实施例三提供的接收上行报文过程流程图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

本实用新型实施例提供一种通用航空飞行器机载通信导航系统，参见图1，该系统包括：

天线子系统11，包括北斗一代(BD1)收发天线，全球定位系统(GPS，Global Positioning System)/北斗二代(BD2)导航天线，广播式自动相关监视(ADS-B，Automatic Dependent Surveillance-Broadcast)发射天线，3G/2G移动通信收发天线，用于接收和发射导航信息；

信息综合处理模块12，通过馈线与天线子系统相连，用于接收导航信息，对导航信息进行处理后发送；

显控终端13，与信息综合处理模块相连，用于与信息综合处理模块通信，显示导航信息。

本实用新型实施例提供的通用航空飞行器机载通信导航系统具备双模定位以及多种空地数据链路下发功能。其中，双模定位指的是系统能够支持GPS/北 斗定位方式，包括GPS定位、北斗定位以及二者混合定位。在本实用新型实施例提供的通用航空飞行器机载通信导航系统中，采用ADS-B、北斗以及3G/2G移动通信多种方式建立空地通信，实现了多种空地数据链路下发功能。

本实用新型实施例提供的通用航空飞行器机载通信导航系统，通过采用双模定位方式，提高了定位精度，通过采用多种空地数据链路下发方式，保障了飞行器在跨越不同地域时的通信可靠性。

实施例二

本实用新型实施例提供一种通用航空飞行器机载通信导航系统，参见图2，该系统包括：

天线子系统21，包括1根BD1收发天线，1根GPS/BD2导航天线，1根ADS-B发射天线，1根3G/2G移动通信收发天线，用于接收和发射导航信息；

信息综合处理模块22包括：ADS-B模块221，BD1/BD2/GPS三合一模块222，2G/3G通信模块223，ARM主控板224，电源模块225；

ADS-B模块221，BD1/BD2/GPS三合一模块222，2G/3G通信模块223均与ARM主控板224电连接，电源模块225与ARM主控板224电连接，为ARM主控板224供电；

显控终端23，与信息综合处理模块22相连，用于与信息综合处理模块通信，显示导航信息。

其中，信息综合处理模块22是本系统的核心处理模块，负责飞行器通信导航数据的收发、处理。该模块为独立功能模块，即具有脱离显控终端23情况下也能独立工作的能力。信息综合处理模块22能够自动接收GPS/BD2定位信息，通过ADS-B、北斗短报文、2G/3G移动通信三种方式向地面发送飞行器的相关状态信息，以及接收来自地面的命令信息。

具体地，ADS-B模块221用于Cat021格式报文数据的发送和接收。BD1/BD2/GPS三合一模块222用于GPS/BD导航定位，以及北斗短报文的收发。2G/3G通信模块223用于移动通信数据收发。这三个模块将各自从天线端收到的数据全部送入ARM主控板224进行处理，并将ARM主控板224发送来的数据通过 天线向地面传输。

显控终端23可以采用7寸电容触摸平面转换(IPS，In-Plane Switching)显示屏，负责信息显示、人机交互以及与信息综合处理模块22通讯。显控终端23与信息综合处理模块22可通过WiFi、RS422、100M以太网三种通信方式实现数据交互。显控终端23与地面的数据交互，通过信息综合处理模块22实现。飞行员在显控终端23上手动输入的信息，由信息综合处理模块22通过ADS-B、北斗短报文、2G/3G移动通信三种方式，下发到地面。地面上传的相关命令信息，由信息综合处理模块22接收并处理，需要显示的信息再发送至显控终端23。

进一步地，ARM主控板224包括：多核处理器，以及与该多核处理器电连接的双倍速率同步动态随机存储器(DDR SDRAM，Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory)。在本实用新型实施例中，该多核处理器可以采用飞思卡尔(Freescale)的ARM Cortex-A9Process I.MX6Q四核处理器，外挂DDR SDRAM可以采用1GB DDR3SDRAM，其型号可以选择为AS4C128M16，外挂闪存盘可以采用8GB Flash Disk，其型号可以选择为SDIN5C2。

进一步地，ARM主控板224还包括：

TTL-RS232模块，用于连接ADS-B模块221与多核处理器的通用异步收发传输器(UART，Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)；还用于连接BD1/BD2/GPS三合一模块222与多核处理器的UART。在具体的应用场景中，TTL-RS232模块可以连接ADS-B模块221、BD1/BD2/GPS三合一模块222至多核处理器的UART0～UART3。

进一步地，ARM主控板224还包括：TTL-RS422模块，与多核处理器的UART4连接。

进一步地，ARM主控板224还包括：WIFI模块，与多核处理器的安全数字输入输出卡(SDIO，Secure Digital Input and Output Card)连接。

进一步地，ARM主控板224还包括：以太网PHY模块，与多核处理器的介质独立接口(MII，Medium Independent Interface)相连。

进一步地，2G/3G通信模块223与多核处理器的PCIe总线接口相连。

进一步地，电源模块225包括电源管理(PM，Power Management)模块和电池充电管理模块；电源管理模块为ARM主控板提供工作电压，具体地，将12V～28V输入变换成ARM主控板224各电路模块所需的工作电压；电池充电管理模块包括12V锂电池充电电路和充电管理电路。

具体地，电源模块225用于信息综合处理模块22能够在机载28V电源供电是否正常的情况下都可以工作。当通用航空飞行器机载28V电源正常可用时，PM电源管理模块将28V电源变换成ARM主控板224各电路模块所需的工作电压；电池模块225的电池充电管理模块利用机载28V对12V锂电池进行充电，充电管理电路还具备电量采集显示功能，可以实时显示锂电池的电量。当机载28V电源不可用时，由电池充电管理模块向ARM主控224板供电，ARM主控板224的PM电源管理模块将锂电池提供的12V变换成ARM主控板各电路模块所需的工作电压。

需要说明的是，本实用新型实施例提供的信息综合处理模块22的核心CPU也可以采用其他芯片厂家的高性能ARM处理器实现，不会影响和限制本系统的基本功能。

本实用新型实施例提供的天线子系统可以架设在通用航空飞行器表面；信息综合处理模块和显控终端可以安装在通用航空飞行器的驾驶舱内。

本实用新型实施例提供的通用航空飞行器机载通信导航系统的工作原理如下：

在系统运行过程中，系统将接收到的自身GPS/北斗定位信息与其他飞行相关信息进行处理后，根据不同通信链路的协议要求进行下发。对于ADS-B链路，按照DO-260标准将数据打包并下发给地面站；对于北斗短报文以及移动通信而言，本系统根据自定义协议将导航信息、飞行员手动输入信息以及其他飞行相关信息进行处理后通过上述两种通信方式下发给地面站。基于上述三种链路下发的信息，通过地面站的接收处理后可实现对通航飞机的全方位、实施的监视与通信引导。

在显控终端23处，在返航、近地告警、冲突告警、气象告警等情况下，飞行员可在显控终端23的触摸屏上手动输入命令信息，其中，手动输入命令信息 包括两种方式：既可以自定义输入也可以选择固定的状态选项，信息综合处理模块22将命令信息与飞机AA码打包成特定格式报文，通过北斗短报文和移动通信下发到地面站，实现与管制部门或通航公司的信息交互。同时，地面为了对通航飞机进行引导，地面站还可将相关命令报文通过三种通信方式上行发送至本系统。

本实用新型实施例提供的通用航空飞行器机载通信导航系统，采用ADS-B技术利用飞行器下发数据进行目标监视及识别，基于视线传播，受地形影响，地形开阔的地方，数据通信可靠性高；北斗卫星通信技术，基于星基系统，通信时延相对较大，还会有持续的较高数据通讯费用；移动通信技术，受限于地面移动通讯基站的布局，移动通讯基站密集的区域通信效果好；本系统同时采用三种通信方式，保障了飞行器跨越不同地域时的通信可靠性。

本实用新型实施例提供的通用航空飞行器机载通信导航系统，同时具备GPS和北斗双模定位手段，相比于其他类似系统大都为单模定位方式只提供GPS定位或者北斗定位功能而言，定位精度高，两种卫星定位手段互为冗余，定位可靠性高；相比于其他类似系统大都只选用某一种通信手段，单一通信手段的机载通信导航设备在通航飞机跨越不同地形实施飞行作业时，存在通信可靠性低的问题，本系统同时采用ADS-B、北斗短报文、2G/3G移动通信三种手段，避免了单一通信方式对于通信环境多变带来的影响，能够保证在复杂的飞行环境下飞行器与地面管制中心或通航公司的通信与导航可靠性，有效保障飞行安全；本系统具备触屏显示功能，为飞行员提供实时的、可视化的飞行数据显示，还允许飞行员手动输入飞行相关命令，提高了运行效率；本系统采用模块化设计，核心的信息综合处理模块分为了ADS-B模块、BD1/BD2/GPS三合一模块、2G/3G通信模块、ARM主控板、电源管理模块，各模块在物理上由独立的印制板构成，方便了设备的零部件更换，降低维护成本。

实施例三

参见图3，为本实用新型实施例提供的基于通用航空飞行器机载通信导航系统的信息处理结构示意图，该通用航空飞行器机载通信导航系统的信息处理过程 包括两个方面：

第一方面，参见图4，发送下行报文过程包括：

401：信息综合处理模块接收来自GPS卫星和北斗卫星的定位信息；

402：信息综合处理模块中的ARM主控板对接收的定位信息进行处理后，将包含目标标识码、位置解算时标TOA、经纬度、高度、位置完好性、飞行器类型、飞行器状态、告警信息等在内的飞行相关数据打包成特定格式报文，分别发送至ADS-B模块、北斗通信模块、移动通信模块；

具体地，信息综合处理模块中的ARM主控板对接收的定位信息进行的处理包括两个方面：第一方面是将GPS定位信息报文或北斗定位信息报文进行解包处理，提取关键信息，比如经纬度、高度、位置解算时标TOA等；另一方面是将这些关键信息与起飞前配置的飞行计划相关的信息，比如目标标识码、飞行器类型、飞行器状态等，或者是飞行员手动输入的信息，一起打包成特定格式报文。

403：通过ADS-B模块、北斗通信模块、移动通信模块将特定格式报文下发至地面站；

将报文发送至地面站后，以便管制部门或通航公司实现对飞机的实时监视。

其中，由于ADS-B链路的数据格式必须满足DO-260标准，无法添加自定义信息，对于飞行员手动输入的命令信息，将只通过北斗通信模块和移动通信模块下发至地面站。

若显控终端工作正常，还可以包括：

404：信息综合处理模块中的ARM主控板把报文信息发送至显控终端，以便飞行员查阅。

第二方面，参见图5，接收上行报文过程包括：

501：地面飞行服务器将报文通过ADS-B模块、北斗通信模块、移动通信模块三条链路发送至ARM主控板；

当管制部门或通航公司需要向飞机发送上行命令报文时，比如需要命令飞行员改变飞行计划或立即返航，地面站也将通过ADS-B、北斗通信模块、移动通信模块三条链路，将报文发送至ARM主控板进行处理。

502：ARM主控板依据报文内容，做出相应回复；

503：ARM主控板将需要飞行员查阅的报文信息送至显控终端。

本实用新型实施例提供的系统运行过程中，若显控终端出现故障，并不影响设备与地面的通信功能，信息综合处理模块仍然能将相关飞行数据下发至地面站，并接收和处理地面上传的命令报文。

信息综合处理模块还具备操作日志存储功能，能将一定时间范围内的机载通信导航系统的下发报文和地面的上传报文，以及飞行员手动输入的命令进行存储，方便管制部门或通航公司对飞行过程进行更进一步的分析和管理。信息综合处理模块提供SD卡接口，可将一段时间内的报文信息、操作信息，存储在大容量SD卡内。

信息综合处理模块还可以自动读取SD卡内预先存储的飞行计划，依据此功能，飞行员无须在显控终端上手动录入飞行计划，简化了系统操作。

本实用新型实施例提供的通用航空飞行器机载通信导航系统，通过采用GPS和北斗双模定位手段，两种卫星定位手段互为冗余，可以提高定位精度与可靠性；同时采用ADS-B、北斗短报文、2G/3G移动通信三种手段，能够保证在复杂的飞行环境下飞行器与地面管制中心或通航公司的通信与导航可靠性，有效保障飞行安全。

最后需要说明的是，上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种通用航空飞行器机载通信导航系统，其特征在于，包括：

天线子系统，包括北斗一代收发天线，全球定位系统GPS/北斗二代导航天线，广播式自动相关监视ADS-B发射天线，3G/2G移动通信收发天线，用于接收和发射导航信息；

信息综合处理模块，通过馈线与所述天线子系统相连，用于接收所述导航信息，对所述导航信息进行处理后发送；

显控终端，与所述信息综合处理模块相连，用于与所述信息综合处理模块通信，显示所述导航信息。

2.根据权利要求1所述的通用航空飞行器机载通信导航系统，其特征在于，所述信息综合处理模块包括：ADS-B模块，北斗一代/北斗二代/全球定位系统三合一模块，2G/3G通信模块，ARM主控板，电源模块；

所述ADS-B模块，北斗一代/北斗二代/全球定位系统三合一模块，2G/3G通信模块均与所述ARM主控板电连接，所述电源模块与所述ARM主控板电连接，为所述ARM主控板供电。

3.根据权利要求2所述的通用航空飞行器机载通信导航系统，其特征在于，所述ARM主控板包括：多核处理器，与所述多核处理器电连接的双倍速率同步动态随机存储器，与所述多核处理器电连接的闪存盘。

4.根据权利要求3所述的通用航空飞行器机载通信导航系统，其特征在于，所述ARM主控板还包括：

TTL-RS232模块，用于连接所述ADS-B模块与所述多核处理器的通用异步收发传输器UART；还用于连接所述北斗一代/北斗二代/全球定位系统三合一模块与所述多核处理器的UART。

5.根据权利要求3所述的通用航空飞行器机载通信导航系统，其特征在于，所述ARM主控板还包括：TTL-RS422模块，与所述多核处理器的UART连接。

6.根据权利要求3所述的通用航空飞行器机载通信导航系统，其特征在于，所述ARM主控板还包括：WIFI模块，与所述多核处理器的安全数字输入输出卡SDIO连接。

7.根据权利要求3所述的通用航空飞行器机载通信导航系统，其特征在于， 所述ARM主控板还包括：以太网PHY模块，与所述多核处理器的介质独立接口MII相连。

8.根据权利要求3所述的通用航空飞行器机载通信导航系统，其特征在于，所述2G/3G通信模块与所述多核处理器的PCIe总线接口相连。

9.根据权利要求2所述的通用航空飞行器机载通信导航系统，其特征在于，所述电源模块包括电源管理模块和电池充电管理模块；所述电源管理模块为所述ARM主控板提供工作电压；所述电池充电管理模块包括锂电池充电电路和电量采集显示电路。

10.根据权利要求1-9任一所述的通用航空飞行器机载通信导航系统，其特征在于，所述天线子系统架设在所述通用航空飞行器表面；所述信息综合处理模块和所述显控终端安装在所述通用航空飞行器的驾驶舱内。