通航低空监视系统及方法转让专利
申请号 : CN202110927260.3
文献号 : CN113380074B
文献日 : 2021-11-05
发明人 : 何东林 , 邓胜吉 , 郑磊 , 吉江涛 , 王伟 , 杨一帆 , 苏卓琳 , 左石城
申请人 : 中国民用航空总局第二研究所
摘要 :
权利要求 :
1.一种通航低空监视系统,其特征在于,包括:用于通航航空器机载端的多模式通航CNS设备、地面端的通航地面监视系统以及通航地面服务器;
所述多模式通航CNS设备,用于获取通用航空器的位置信息以及气压高度信息,并根据所述通用航空器的位置信息以及气压高度信息分别生成卫星导航监视信号、ADS‑B监视信号以及移动通信监视信息;
所述通航地面监视系统包括:卫星导航地面终端、ADS‑B地面站以及移动通信基站;所述卫星导航地面终端用于接收、解析并转发所述卫星导航监视信号,所述ADS‑B地面站用于接收、解析并转发ADS‑B监视信号,所述移动通信基站用于接收、解析并转发移动通信监视信息;
所述通航地面服务器用于接收并根据所述卫星导航监视信号、ADS‑B监视信号以及移动通信监视信息,生成通航航空器综合航迹信息,所述通航地面监视系统包括地面中心站以及多个ADS‑B地面站,所述地面中心站包括所述卫星导航地面终端、ADS‑B地面站以及移动通信基站;
所述多个ADS‑B地面站用于将多路ADS‑B监视信号发送至所述通航地面服务器;
所述地面中心站用于将所述卫星导航监视信号、ADS‑B监视信号以及移动通信监视信息
发送至所述通航地面服务器,
所述通航地面服务器包括:
第一判断模块,用于判断在定时器列表中是否存在与所述通航地面服务器接收的监视数据中航空器识别码相同的数据,所述监视数据包括:所述多个ADS‑B地面站发送的多路ADS‑B监视信号、所述地面中心站发送的所述卫星导航监视信号、ADS‑B监视信号以及移动通信监视信息;
第二判断模块,与所述第一判断模块连接,所述第二判断模块用于若存在与所述监视数据中航空器识别码相同的数据,则判断所述监视数据与相同的数据的经度以及纬度是否相同;
第一处理模块,与所述第二判断模块连接,所述第一处理模块用于在所述监视数据与相同的数据的经度以及维度相同时,则丢弃所述监视数据;
第三判断模块,与所述第一处理模块连接,所述第三判断模块用于在所述监视数据与具有相同航空器识别码的数据的经度以及维度不同时,判断所述监视数据的TOA时间是否小于所述具有相同航空器识别码的数据的TOA时间;
第二处理模块,与所述第三判断模块连接,所述第二处理模块用于若所述监视数据的TOA时间小于所述具有相同航空器识别码的数据的TOA时间,则丢弃所述监视数据;
第三处理模块,与所述第二处理模块连接,所述第三处理模块用于若所述监视数据的TOA时间不小于所述具有相同航空器识别码的数据的TOA时间,则删除所述具有相同航空器识别码的数据,并将所述监视数据插入所述定时器列表,以及对所述定时器列表的数据启动一个新的定时器,所述定时器用于在达到预定的时长时自动删除所述定时器列表的数据;
航迹生成及显示模块,与所述第三处理模块连接,所述航迹生成及显示模块用于根据所述定时器列表的数据生成通航航空器综合航迹信息,并在监视界面显示所述通航航空器综合航迹信息。
2.根据权利要求1所述的通航低空监视系统,其特征在于,还包括:第四处理模块,与所述第三处理模块连接,所述第四处理模块用于当不存在与所述监视数据中航空器识别码相同的数据时,并将所述监视数据插入所述定时器列表,以及对所述定时器列表的数据启动一个新的定时器。
3.根据权利要求2所述的通航低空监视系统,其特征在于,所述卫星导航地面终端为北斗地面终端。
4.根据权利要求3所述的通航低空监视系统,其特征在于,所述多模式通航CNS设备,用于基于ADS‑B IN的空空监视功能,为通用航空器提供空中交通态势感知信息与安全预警信息。
5.一种通航低空监视方法,其特征在于,应用于如权利要求1‑4中任一项所述的通航低空监视系统,所述通航低空监视方法包括:获取通用航空器的位置信息以及气压高度信息,并根据所述通用航空器的位置信息以及气压高度信息分别生成卫星导航监视信号、ADS‑B监视信号以及移动通信监视信息;
同时发送所述卫星导航监视信号、ADS‑B监视信号以及移动通信监视信息;
接收并根据所述卫星导航监视信号、ADS‑B监视信号以及移动通信监视信息,生成通航航空器综合航迹信息,所述同时发送所述卫星导航监视信号、ADS‑B监视信号以及移动通信监视信息的步骤包括:
多个ADS‑B地面站同时将多路ADS‑B监视信号发送至通航地面服务器;
地面中心站同时将所述卫星导航监视信号、ADS‑B监视信号以及移动通信监视信息发送
至所述通航地面服务器,
所述根据所述卫星导航监视信号、ADS‑B监视信号以及移动通信监视信息,生成通航航空器综合航迹信息的步骤包括:
判断在定时器列表中是否存在与所述通航地面服务器接收的监视数据中航空器识别码相同的数据,所述监视数据包括:所述多个ADS‑B地面站发送的多路ADS‑B监视信号、所述地面中心站发送的所述卫星导航监视信号、ADS‑B监视信号以及移动通信监视信息;
若存在与所述监视数据相同的数据,则判断所述监视数据与具有相同航空器识别码的数据的经度以及维度是否相同;
在所述监视数据与具有相同航空器识别码的数据的经度以及维度相同时,则丢弃所述监视数据;
在所述监视数据与具有相同航空器识别码的数据的经度以及维度不同时,判断所述监视数据的TOA时间是否小于所述具有相同航空器识别码的数据的TOA时间;
若所述监视数据的TOA时间小于所述具有相同航空器识别码的数据的TOA时间,则丢弃所述监视数据;
若所述监视数据的TOA时间不小于所述具有相同航空器识别码的数据的TOA时间,则删除所述具有相同航空器识别码的数据,并将所述监视数据插入所述定时器列表,以及对所述定时器列表的数据启动一个新的定时器,所述定时器用于在达到预定的时长时自动删除所述定时器列表的数据;
根据所述定时器列表的数据生成通航航空器综合航迹信息,并在监视界面显示所述通航航空器综合航迹信息。
6.根据权利要求5所述的通航低空监视方法,其特征在于,在所述判断在定时器列表中是否存在与所述通航地面服务器接收的监视数据中航空器识别码相同的数据的步骤之后还包括:
用于当不存在与所述监视数据具有相同航空器识别码的数据时,将所述监视数据插入所述定时器列表,以及对所述定时器列表的数据启动一个新的定时器。
说明书 :
通航低空监视系统及方法
技术领域
背景技术
业链体系,已经被定位为国家战略性新兴产业。低空飞行活动的快速增加,迫切需要增强低
空空域监视能力。
行活动的有效监视。究其原因,主要有以下方面:
信导航监视设备。随着我国运输飞机ADS‑B机载设备的强制加装,空管系统地面ADS‑B监视
网络、监视雷达的协同,已经实现了运输航空飞行全流程的地空监视。飞行员与管制员的协
同联动,以及运输飞机机载空中防撞设备(TCAS)的使用,又确保了空域中运输飞机之间的
安全间隔。
等环境的通航低空飞行活动。执行通航作业任务时,飞行高度一般在3000米以下。现有的监
视系统及监视网络,无法实现对通航飞行活动的有效监视。
贵的公务机,其机载设备性能先进,与运输飞行相比也功能性能相当,甚至更有优势;也有
执行农林作业、航空喷洒、空中巡查、人工降雨、电力巡线等作业任务无固定航路航线的通
航飞机,包含直升机、固定翼,航空器种类繁多、机载设备配置和性能差异大。从工程应用可
实现度、经济性等方面,无法将用于运输航空的现有的机载设备和地面系统在通用航空进
行扩展应用,进而满足通航低空飞行活动的监视需求。
察舱外,建立空中交通情景意识,操控飞机确保安全间隔,并对潜在的空中威胁进行主动避
让,地面没有空管管制人员协助。随着我国低空空域管理改革工作的拓展,低空空域通航飞
行活动将逐渐密集,通航飞行活动的综合监视需求,还需要考虑空空监视,协助通航飞行员
保持安全飞行间隔。
行,鼓励通用航空器采用“北斗+GPS”作为定位数据源。
对低空空域北斗定位与监视数据汇集、融合、整理与服务。
有数量庞大、航线多样、受地形和气象条件影响较多、空中碰撞概率大等问题。目前,由于国
内配套的通信、导航、监视和管制手段的落后或缺乏,以及低空飞行管理和服务能力还存在
不少薄弱环节,“看不见、连不上、管不住”的问题比较突出。
发明内容
视信号以及移动通信监视信息;
站用于接收、解析并转发ADS‑B监视信号,所述移动通信基站用于接收、解析并转发移动通
信监视信息;
路ADS‑B监视信号、所述地面中心站发送的所述卫星导航监视信号、ADS‑B监视信号以及移
动通信监视信息;
据的经度以及维度是否相同;
是否小于所述具有相同航空器识别码的数据的TOA时间;
据,并将所述监视数据插入所述定时器列表,以及对所述定时器列表的数据启动一个新的
定时器,所述定时器用于在达到预定的时长时自动删除所述定时器列表的数据;
空器综合航迹信息。
并将所述监视数据插入所述定时器列表,以及对所述定时器列表的数据启动一个新的定时
器。
所述地面中心站发送的所述卫星导航监视信号、ADS‑B监视信号以及移动通信监视信息;
的数据启动一个新的定时器,所述定时器用于在达到预定的时长时自动删除所述定时器列
表的数据;
多站点融合组网的技术,增加地面ADS‑B接收机站点架设,实现对低空空域ADS‑B监视信号
覆盖范围的扩容或多重信号覆盖,依托ADS‑B监视数据高更新率的优势,提高通航低空监视
效果。
附图说明
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它的附图。
具体实施方式
所有其他实施例,都属于本公开保护的范围。
及/或功能仅为说明性的。基于本公开,所属领域的技术人员应了解,本文中所描述的一个
方面可与任何其它方面独立地实施,且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。
举例来说,可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外,可使
用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或
实践此方法。
地面端的通航地面监视系统以及通航地面服务器。所述多模式通航CNS设备,用于获取通用
航空器的位置信息以及气压高度信息,并根据所述通用航空器的位置信息以及气压高度信
息分别生成卫星导航监视信号、ADS‑B监视信号以及移动通信监视信息。所述通航地面监视
系统包括:卫星导航地面终端、ADS‑B地面站以及移动通信基站;所述卫星导航地面终端用
于接收、解析并转发所述卫星导航监视信号,所述ADS‑B地面站用于接收、解析并转发ADS‑B
监视信号,所述移动通信基站用于接收、解析并转发移动通信监视信息。所述通航地面服务
器用于接收并根据所述卫星导航监视信号、ADS‑B监视信号以及移动通信监视信息,生成通
航航空器综合航迹信息。
的气压高度信息,并通过北斗短报文、ADS‑B、移动通信(4G/5G)多模式链路向地面发送航空
器监视信息,以实现各类通航飞行活动全空域监视覆盖。多模式通航CNS设备还提供基于
ADS‑B IN的空空监视功能,可为通航机组提供空中交通态势感知与安全预警,进一步提高
通航自主飞行安全。
号接收与发送,ADS‑B地面站(可支持组网)实现多模式通航CNS设备的ADS‑B监视信号的接
收,移动通信网地面设备实现多模式通航CNS设备的移动通信链路(4G/5G)信号的接收与发
送。北斗短报文/ADS‑B/移动通信链路分别对应地面不同的信号收发设备,地面三链路设备
再将各个信号链路获得的航空器监视信息送至通航地面服务器,地面监视服务器(或者通
航地面监视数据中心)实现三链路信号的实时融合处理,进而获得三链路融和效果的通航
飞机监视信息,借助三链路各自的优势,从而实现全空域通航飞机的有效地空监视。通航地
面服务器将融合后的通航飞机综合航迹再按需传输给各类用户,如通航机场、通航公司、应
急救援指挥中心、军方或政府管理部门等。
度、航向、升降)等,并可提供历史飞行轨迹查询功能。
站,所述地面中心站包括所述卫星导航地面终端、ADS‑B地面站以及移动通信基站;所述多
个ADS‑B地面站用于将多路ADS‑B监视信号发送至所述通航地面服务器;所述地面中心站用
于将所述卫星导航监视信号、ADS‑B监视信号以及移动通信监视信息发送至所述通航地面
服务器。
合,最终推送到终端作显示。
复的点,不过滤的话会存在两个问题:
之前位置的现象,这种严重的跳点问题是不能接受的。
路ADS‑B监视信号、所述地面中心站发送的所述卫星导航监视信号、ADS‑B监视信号以及移
动通信监视信息;
据的经度以及维度是否相同;
是否小于所述具有相同航空器识别码的数据的TOA时间;
空器识别码的数据,并将所述监视数据插入所述定时器列表,以及对所述定时器列表的数
据启动一个新的定时器,所述定时器用于在达到预定的时长时自动删除所述定时器列表的
数据,如列表中数据启动2秒定时器,定时时间到自动删除;
空器综合航迹信息;
及对所述定时器列表的数据启动一个新的定时器。
换,三条链路数据优先级相同。这样带来的好处一是节省链路切换的时间,二是数据一起发
送可以降低数据传输丢包的影响。数据传输丢包影响还是挺大的,以北斗报文为例,北斗频
次1分钟/次,即理论上1分钟收到1个报文,实际传输过程中丢包是不可避免的,丢1个包的
话就相当于2分钟才收到一个点,丢2个包的话就相当于3分钟才收到一个点,依次类推...
这种场景下尽管4G信号不好,如果能收到哪怕是一个点,都是对监视效果的极大补充。老的
架构下北斗链路工作时不会发送4G数据,丢包严重时监视效果就会大打折扣。新的架构三
个链路点同时存在、互为补充,监视效果会更加流畅。更好的监视效果和4G费用相比,4G费
用就可以忽略不计了。
盖的场景,多站点覆盖的场景下存在缺陷。多重覆盖的航空器会由多个地面站同时接收到
报文并上送到服务器,多个地面站网络延时是一个不可控的事情,极端场景下如果某个站
点网络延时非常大,这样一来本该到达的点很晚才到达服务器,老的架构下就会出现位置
回跳的现象,新的架构下通过比较报文内部的TOA时间,会丢弃掉TOA时戳更早的点,从而解
决这个问题。
合组网技术、三链路数据融合技术,实现通用航空低空飞行时,能够满足各种空域环境、地
域条件、地面设施情况的具有较好适应性和监视效果的系统级技术方案。
站点融合组网的技术,增加地面ADS‑B接收机站点架设,实现对低空空域ADS‑B监视信号覆
盖范围的扩容或多重信号覆盖,依托ADS‑B监视数据高更新率的优势,提高系统监视效果。
于地面向空中传输数据信息,比如管控指令、飞行服务信息(气象数据、飞行计划信息等),
也可以用于空中向地面发送信息,比如救援信息。或在此地空通信数据链技术方案基础上,
根据通航飞行任务或飞行服务需求,进行其他的相关信息传输。
得采用本发明各实施例的通航飞机,其监视信息也能够被现有的运输航空ADS‑B监视网络
探测。
某单个链路轨迹异常时,对融合后整体综合航迹与实际飞行轨迹的一致性影响不大,提高
了监视可靠性。
全。同时,地面系统也能监控低空空域通航飞机运行情况,设置危险间隔阈值,当地面系统
监测到同一空域内存在航空器间隔超过安全间隔,或有类似趋势时,地面系统可产生告警
信息,并通过北斗短报文+4G/5G的地空数据链将告警信息发送给飞行员,与机载端ADS‑B
IN功能监测的自主告警功能,实现冗余备份、双重监测,进一步提高飞行安全裕度。
效果。
监控,将可能的告警信息发送给采用本发明的多模式通航CNS设备,确保空中飞行安全。
机航迹,与ADS‑B、移动通信数据链监视信息进行比对、融合,应当视作相同的卫星数据链技
术方案,在本发明保护范围内。
息)、采集气压高度信息,航空器识别信息,等监视数据进行编码,通过ADS‑B、北斗短报文
(卫星通信链路)、移动通信(4G/5G)向外发送。多模式通航CNS设备在具体实施方式上,可以
从飞机端获取电源,从机载数据总线读取航空器定位信息、高度信息、航空器识别信息等监
视数据;也可以自带电池供电,自带卫星导航系统定位模块、气压高度采集模块,这些功能
模块的组成方式,并不超出本发明技术方案的实质保护范围。
监视信息;
增加地面ADS‑B接收机站点架设,实现对低空空域ADS‑B监视信号覆盖范围的扩容或多重信
号覆盖,依托ADS‑B监视数据高更新率的优势,提高通航低空监视效果。
时器列表的数据启动一个新的定时器,所述定时器用于在达到预定的时长时自动删除所述
定时器列表的数据;
涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。