CN107808551A - 一种基于北斗的通用航空运行监控系统及其监控方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于北斗的通用航空运行监控系统及其监控方法。系统包括地面监控系统和机载设备终端系统,地面监控系统通过北斗卫星与机载设备终端系统连接；地面监控系统为设置在地面控制中心的地面装置，用于监控通用航空机载设备终端系统的位置，收发位置报告、通信报告；机载设备终端系统为安装在通用航空飞机上的机载装置，用于对通用航空飞机定位、导航和收发位置报告、通信报告。本发明提供的基于北斗的通用航空运行监控系统及其监控方法利用北斗卫星不受地形、地域和环境限制，实现了对地面监控统的集中指挥、监控，减少和避免了飞行冲突，着力解决地面监控系统在作业过程中“看不着，叫不到”的问题，有效提升了通用航空业务的安全水平。
Description
技术领域
本发明属于通用航空监控技术领域，特别是涉及一种基于北斗的通用航空运行监控系统及其监控方法。
背景技术
随着我国低空空域的逐步开放，通用航空飞行需求急剧增长。然而，针对类型多样、飞行自主的通用航空，民航现行陆基空管系统难以提供可靠、灵活的飞行服务。通用航空飞行安全技术保障手段的匮乏，在一定程度上制约了我国通用航空产业的发展。
雷达技术是世界范围类使用最为广泛的空域监视技术，但是其成本高昂且低空监视效果不甚理想，较难以全面推广使用，在国际民航组织推行广播式自动相关监视ADS-B作为低成本监视的背景下，着力发展主要用于通用航空监视的ADS-B系统。但是面对通用航空作业区域的不确定性，尤其是在一些应急突发事件处理区域，指挥中心需要时刻监视管辖通用航空飞机，向通用航空飞机发布指挥任务，ADS-B地面站有建设工程成本高、偏远地区施工难度大等问题，因此满足不了通用航空作业的需求。
我国自主研制的北斗卫星系统具有GPS系统所没有的短报文功能，北斗短报文具有不受地形、地域和环境限制的优点，运用在通用航空监控领域中，可以稳定实现对通用航空器实时监视、管制指挥、飞行情报和气象情报的传输，能够解决其他管制系统设备作用距离受限、低空受限等问题，只要在北斗信号覆盖的范围内，均可实现应用。但目前还没有面向基于北斗的通用航空监控系统成熟可靠的系统。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于北斗的通用航空运行监控系统及其监控方法。
为了达到上述目的，本发明提供的基于北斗的通用航空运行监控系统包括：地面监控系统和机载设备终端系统,地面监控系统通过北斗卫星与机载设备终端系统连接；所述地面监控系统为设置在地面控制中心的地面装置，用于监控通用航空机载设备终端系统的位置，收发位置报告、通信报告；所述机载设备终端系统为安装在通用航空飞机上的机载装置，用于对通用航空飞机定位、导航和收发位置报告、通信报告。
所述的基于北斗的通用航空运行监控系统包含一至多个机载设备终端系统。
所述的地面监控系统包括：监控天线、北斗指挥机、监控显示模块和监控主机；其中监控天线与北斗指挥机通过信号线连接，北斗指挥机和监控显示模块同时与监控主机通过数据线连接；其中监控主机包括:监控中央控制器、监控数据编码解码模块、监控数据存储模块和监控通信报告生成模块；所述监控中央控制器分别与监控数据编码解码模块、监控数据存储模块和监控通信报告生成模块连接，监控数据编码解码模块与北斗指挥机连接，监控中央控制器与监控显示模块连接。
所述的机载设备终端系统包括：机载天线、北斗用户机、驾驶舱交通信息显示器和机载主机；其中机载天线与北斗用户机通过信号线连接，北斗用户机和驾驶舱交通信息显示器同时与机载主机通过数据线连接；所述机载主机包括:机载中央控制器、机载数据编码解码模块、机载数据存储模块、位置报告生成模块和机载通信报告生成模块；机载中央控制器分别与机载数据编码解码模块、机载数据存储模块、位置报告生成模块和机载通信报告生成模块连接，机载数据编码解码模块与北斗用户机连接，机载中央控制器与驾驶舱交通信息显示器连接。
本发明提供的基于北斗的通用航空运行监控系统的监控方法包括机载设备终端系统的位置报告收发方法和地面监控系统的通信报告收发方法，其中机载设备终端系统的位置报告收发方法包括按顺序执行的下列步骤：
1)北斗定位阶段：在此阶段中，机载设备终端系统中的北斗用户机通过机载天线接收北斗卫星发射的信号完成定位解算，得到包括经度和纬度在内的用户位置、高程、高程异常、速度和时间；
2)位置数据处理存储显示阶段：在此阶段中，机载数据编码解码模块和机载中央控制器协同工作，将北斗用户机定位得到的数据进行处理、坐标转换，得到机载设备监控系统以及通用航空飞机的包括经度和纬度在内的位置、高程、高程异常、空中速度、方位角、飞行状态和时间，并储存在机载数据存储模块中，同时在驾驶舱交通信息显示器中实时显示地图和通用航空飞机的位置；
3)位置报告生成和发送阶段：在此阶段中，位置报告生成模块按照设定的规则、格式生成位置报告报文，经过机载数据编码析模块转换成北斗短报文规定的十六进制数据由北斗用户机发送给地面监控系统；
4)位置报告接收储存显示阶段：在此阶段中，地面监控系统中的北斗指挥机通过监控天线接收位置报告，经过监控数据编码解码模块处理后得到机载设备终端系统以及通用航空飞机的包括经度和纬度在内的位置、高程、高程异常、空中速度、方位角、飞行状态和时间，并储存在监控数据存储模块中，同时在监控显示模块中显示地图与机载设备终端系统以及通用航空飞机的位置、高程、空中速度和方位角信息；
所述的地面监控系统的通信报告收发方法包括按顺序执行的下列步骤：
1)通信报告生成和发送阶段：在此阶段中，地面监控系统中的监控通信报告生成模块将下达给通用航空飞机的飞行任务、飞行计划、气象信息、动态监视信息按照设定的规则、格式生成通信报告报文，经过监控数据编码解码模块转换成北斗短报文规定的十六进制数据，并由北斗指挥机通过短报文的方式发送给机载设备终端系统；
2)通信报告接收储存显示阶段：在此阶段中，机载设备终端系统中的北斗用户机通过机载天线接收通信报告，经过机载数据编码解码模块处理后得到通信报告内容，并储存在机载数据存储模块中，同时在驾驶舱交通信息显示器中显示通信报告内容。
本发明提供的基于北斗的通用航空运行监控系统及其监控方法利用北斗卫星不受地形、地域和环境限制，实现了对地面监控系统的集中指挥、监控，减少和避免了飞行冲突，着力解决地面监控系统在作业过程中“看不着，叫不到”的问题，有效提升了通用航空业务的安全水平。
附图说明
图1为本发明提供的基于北斗的通用航空运行监控系统结构图。
图2为本发明提供的基于北斗的通用航空运行监控系统中地面监控系统结构图。
图3为本发明提供的基于北斗的通用航空运行监控系统中的机载设备终端系统结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的基于北斗的通用航空运行监控系统进行详细说明。
如图1所示，本发明提供的基于北斗的通用航空运行监控系统包括：地面监控系统01和机载设备终端系统02,地面监控系统01通过北斗卫星03与机载设备终端系统02连接；所述地面监控系统01为设置在地面控制中心的地面装置，用于监控通用航空机载设备终端系统02的位置，收发位置报告、通信报告；所述机载设备终端系统02为安装在通用航空飞机上的机载装置，用于对通用航空飞机定位、导航和收发位置报告、通信报告。
本系统包含一至多个机载设备终端系统02。
如图2所示，所述的地面监控系统01包括：监控天线04、北斗指挥机05、监控显示模块06和监控主机07；其中监控天线04与北斗指挥机05通过信号线连接，北斗指挥机05和监控显示模块06同时与监控主机07通过数据线连接；其中监控主机07包括:监控中央控制器08、监控数据编码解码模块09、监控数据存储模块10和监控通信报告生成模块11；所述监控中央控制器08分别与监控数据编码解码模块09、监控数据存储模块10和监控通信报告生成模块11连接，监控数据编码解码模块09与北斗指挥机05连接，监控中央控制器08与监控显示模块06连接。
北斗指挥机05为北斗卫星03的指挥应用终端设备，可实现基于北斗卫星03的连续实时导航、定位、测速、授时以及短报文通信和位置报告等功能；
监控显示模块06为地面监控系统01的显示模块，可对机载设备终端系统02进行图形化管理，可直观通过代表终端的图标看到终端的状态(位置、高程、空中速度等信息)；可通过直接点击的方式编辑通信报告；
监控数据编码解码模块09为一种数据编码解码装置，可以对接收的短报文进行解码得到位置报告报文和通信报告报文，对监控通信报告生成模块11生成的通信报文进行编码后由北斗指挥机05发送；
监控数据存储模块10为一种数据存储装置，可以存储北斗指挥机接收到的位置报告报文、通信报告报文、监控通信报告生成模块生成的通信报告和地图文件；
监控通信报告生成模块11为一种报文生成装置，可以根据管制员的输入按照一定的规则、格式生成通信报告报文。
如图3所示，所述的机载设备终端系统02包括：机载天线12、北斗用户机13、驾驶舱交通信息显示器(CDTI)14和机载主机15；其中机载天线12与北斗用户机13通过信号线连接，北斗用户机13和驾驶舱交通信息显示器14同时与机载主机15通过数据线连接；所述机载主机15包括:机载中央控制器16、机载数据编码解码模块17、机载数据存储模块18、位置报告生成模块19和机载通信报告生成模块20；机载中央控制器16分别与机载数据编码解码模块17、机载数据存储模块18、位置报告生成模块19和机载通信报告生成模块20连接，机载数据编码解码模块17与北斗用户机13连接，机载中央控制器16与驾驶舱交通信息显示器14连接。
北斗用户机13为北斗卫星03的应用终端设备，具备接收北斗卫星03的RDSS和RNSS信号以及GPS信号，可实现基于北斗卫星03的连续实时导航、定位、测速、授时以及短报文通信和位置报告等功能；
驾驶舱交通信息显示器14为一种显示设备，可以显示当前飞机的状态、位置和周围飞机的位置，帮助飞行员了解周围的交通情况，并且以地图作为显示背景；
机载数据编码解码模块17为一种数据编码解码装置，可以对接收的短报文进行解码得到通信报告报文，对机载通信报告生成模块11生成的通信报告报文和位置报告生成模块19生成的位置报告报文进行编码后由北斗用户机05发送；
机载数据存储模块18为一种数据存储装置，可以存储北斗用户机解算出的定位信息和接收到的通信报告报文以及机载通信报告生成模块生成的通信报告报文和地图文件；
位置报告生成模块19为一种报文生成装置，可以根据北斗用户机解算的定位信息按照一定的规则、格式生成位置报告报文；
机载通信报告生成模块20为一种报文生成装置，可以根据飞行员的输入按照一定的规则、格式生成通信报告报文。
现将本发明提供的基于北斗的通用航空运行监控系统工作原理阐述如下：
通用航空飞机起飞后，其上的北斗用户机13通过机载天线12接收北斗卫星03发射的信号完成定位解算，得到机载设备终端系统02以及通用航空飞机的位置(经度、纬度)、高程、高程异常、速度和时间等信息，然后传送给机载数据编码解码模块17；机载数据编码解码模块17和机载中央控制器16协同将北斗用户机13定位得到的数据进行数据解码、坐标转换等处理、操作，得到机载设备终端系统02的位置(经度、纬度)、高程、高程异常、空中速度、方位角、飞行状态和时间，并储存在机载数据存储模块18中，同时通过驾驶舱交通信息显示器14实时显示地图和机载设备终端系统02以及通用航空飞机的位置；
位置报告生成模块19按照一定的规则、格式生成位置报告报文，经机载中央控制器16传送给数据编码析模块17，由数据编码析模块17转换成北斗短报文规定的十六进制数据，再由北斗用户机13通过短报文的方式发送给地面监控系统01；地面监控系统01中的北斗指挥机05通过监控天线04接收上述位置报告的短报文，然后传送给监控数据编码解码模块09，再由监控数据编码解码模块09提取出位置报告后解码得到机载设备终端系统02以及通用航空飞机的位置(经度、纬度)、高程、高程异常、空中速度、方位角、飞行状态和时间，之后传送给监控中央控制器08，并储存在监控数据存储模块10中，同时在监控显示模块06中显示地图与机载设备终端系统02以及通用航空飞机的位置、高程、空中速度和方位角信息，直观地显示给地面管制员，由此实现对通用航空机载设备终端系统02的监视。
地面管制员得到通用航空飞机的飞行任务、飞行计划、气象资料、当前空域动态监视等信息后，选择文本输入到地面监控系统01中，由监控通信报告生成模块11将下达给通用航空飞机的飞行任务、飞行计划、气象信息、动态监视信息等按照设定的规则、格式生成通信报告报文，然后传送给监控中央控制器08，再经过监控数据编码解码模块09转换成北斗短报文规定的十六进制数据，之后由北斗指挥机05通过短报文的方式发送给机载设备终端系统02；机载设备终端系统2中的北斗用户机13通过机载天线12接收通信报告的短报文，经过机载数据编码解码模块17提取出通信报告后传送给机载中央控制器16，再将解码得到的通信报告的内容储存在机载数据存储模块18中，同时在驾驶舱交通信息显示器14中显示通信报告内容，以提供给飞行员观看。
本发明提供的基于北斗的通用航空运行监控系统的监控方法包括机载设备终端系统02的位置报告收发方法和地面监控系统01的通信报告收发方法，其中机载设备终端系统02的位置报告收发方法包括按顺序执行的下列步骤：
1)北斗定位阶段：在此阶段中，机载设备终端系统02中的北斗用户机13通过机载天线12接收北斗卫星03发射的信号完成定位解算，得到包括经度和纬度在内的用户位置、高程、高程异常、速度和时间；
2)位置数据处理存储显示阶段：在此阶段中，机载数据编码解码模块17和机载中央控制器16协同工作，将北斗用户机13定位得到的数据进行处理、坐标转换，得到机载设备监控系统02以及通用航空飞机的包括经度和纬度在内的位置、高程、高程异常、空中速度、方位角、飞行状态和时间，并储存在机载数据存储模块18中，同时在驾驶舱交通信息显示器14中实时显示地图和通用航空飞机的位置；
3)位置报告生成和发送阶段：在此阶段中，位置报告生成模块19按照设定的规则、格式生成位置报告报文，经过机载数据编码析模块17转换成北斗短报文规定的十六进制数据由北斗用户机13发送给地面监控系统01；
4)位置报告接收储存显示阶段：在此阶段中，地面监控系统01中的北斗指挥机05通过监控天线04接收位置报告，经过监控数据编码解码模块09处理后得到机载设备终端系统02以及通用航空飞机的包括经度和纬度在内的位置、高程、高程异常、空中速度、方位角、飞行状态和时间，并储存在监控数据存储模块10中，同时在监控显示模块06中显示地图与机载设备终端系统02以及通用航空飞机的位置、高程、空中速度和方位角信息；
所述的地面监控系统01的通信报告收发方法包括按顺序执行的下列步骤：
1)通信报告生成和发送阶段：在此阶段中，地面监控系统01中的监控通信报告生成模块11将下达给通用航空飞机的飞行任务、飞行计划、气象信息、动态监视信息按照设定的规则、格式生成通信报告报文，经过监控数据编码解码模块09转换成北斗短报文规定的十六进制数据，并由北斗指挥机05通过短报文的方式发送给机载设备终端系统02；
2)通信报告接收储存显示阶段：在此阶段中，机载设备终端系统02中的北斗用户机13通过机载天线12接收通信报告，经过机载数据编码解码模块17处理后得到通信报告内容，并储存在机载数据存储模块18中，同时在驾驶舱交通信息显示器14中显示通信报告内容。
Claims (5)
1.一种基于北斗的通用航空运行监控系统，其特征在于：所述的基于北斗的通用航空运行监控系统包括：地面监控系统(01)和机载设备终端系统(02),地面监控系统(01)通过北斗卫星(03)与机载设备终端系统(02)连接；所述地面监控系统(01)为设置在地面控制中心的地面装置，用于监控通用航空机载设备终端系统(02)的位置，收发位置报告、通信报告；所述机载设备终端系统(02)为安装在通用航空飞机上的机载装置，用于对通用航空飞机定位、导航和收发位置报告、通信报告。
2.根据权利要求1所述的基于北斗的通用航空运行监控系统，其特征在于：所述的基于北斗的通用航空运行监控系统包含一至多个机载设备终端系统(02)。
3.根据权利要求1所述的基于北斗的通用航空运行监控系统，其特征在于：所述的地面监控系统(01)包括：监控天线(04)、北斗指挥机(05)、监控显示模块(06)和监控主机(07)；其中监控天线(04)与北斗指挥机(05)通过信号线连接，北斗指挥机(05)和监控显示模块(06)同时与监控主机(07)通过数据线连接；其中监控主机(07)包括:监控中央控制器(08)、监控数据编码解码模块(09)、监控数据存储模块(10)和监控通信报告生成模块(11)；所述监控中央控制器(08)分别与监控数据编码解码模块(09)、监控数据存储模块(10)和监控通信报告生成模块(11)连接，监控数据编码解码模块(09)与北斗指挥机(05)连接，监控中央控制器(08)与监控显示模块(06)连接。
4.根据权利要求1所述的基于北斗的通用航空运行监控系统，其特征在于：所述的机载设备终端系统(02)包括：机载天线(12)、北斗用户机(13)、驾驶舱交通信息显示器(14)和机载主机(15)；其中机载天线(12)与北斗用户机(13)通过信号线连接，北斗用户机(13)和驾驶舱交通信息显示器(14)同时与机载主机(15)通过数据线连接；所述机载主机(15)包括:机载中央控制器(16)、机载数据编码解码模块(17)、机载数据存储模块(18)、位置报告生成模块(19)和机载通信报告生成模块(20)；机载中央控制器(16)分别与机载数据编码解码模块(17)、机载数据存储模块(18)、位置报告生成模块(19)和机载通信报告生成模块(20)连接，机载数据编码解码模块(17)与北斗用户机(13)连接，机载中央控制器(16)与驾驶舱交通信息显示器(14)连接。
5.一种如权利要求1所述的基于北斗的通用航空运行监控系统的监控方法，其特征在于：所述的监控方法包括机载设备终端系统(02)的位置报告收发方法和地面监控系统(01)的通信报告收发方法，其中机载设备终端系统(02)的位置报告收发方法包括按顺序执行的下列步骤：
1)北斗定位阶段：在此阶段中，机载设备终端系统(02)中的北斗用户机(13)通过机载天线(12)接收北斗卫星(03)发射的信号完成定位解算，得到包括经度和纬度在内的用户位置、高程、高程异常、速度和时间；
2)位置数据处理存储显示阶段：在此阶段中，机载数据编码解码模块(17)和机载中央控制器(16)协同工作，将北斗用户机(13)定位得到的数据进行处理、坐标转换，得到机载设备监控系统(02)以及通用航空飞机的包括经度和纬度在内的位置、高程、高程异常、空中速度、方位角、飞行状态和时间，并储存在机载数据存储模块(18)中，同时在驾驶舱交通信息显示器(14)中实时显示地图和通用航空飞机的位置；
3)位置报告生成和发送阶段：在此阶段中，位置报告生成模块(19)按照设定的规则、格式生成位置报告报文，经过机载数据编码析模块(17)转换成北斗短报文规定的十六进制数据由北斗用户机(13)发送给地面监控系统(01)；
4)位置报告接收储存显示阶段：在此阶段中，地面监控系统(01)中的北斗指挥机(05)通过监控天线(04)接收位置报告，经过监控数据编码解码模块(09)处理后得到机载设备终端系统(02)以及通用航空飞机的包括经度和纬度在内的位置、高程、高程异常、空中速度、方位角、飞行状态和时间，并储存在监控数据存储模块(10)中，同时在监控显示模块(06)中显示地图与机载设备终端系统(02)以及通用航空飞机的位置、高程、空中速度和方位角信息；
所述的地面监控系统(01)的通信报告收发方法包括按顺序执行的下列步骤：
1)通信报告生成和发送阶段：在此阶段中，地面监控系统(01)中的监控通信报告生成模块(11)将下达给通用航空飞机的飞行任务、飞行计划、气象信息、动态监视信息按照设定的规则、格式生成通信报告报文，经过监控数据编码解码模块(09)转换成北斗短报文规定的十六进制数据，并由北斗指挥机(05)通过短报文的方式发送给机载设备终端系统(02)；
2)通信报告接收储存显示阶段：在此阶段中，机载设备终端系统(02)中的北斗用户机(13)通过机载天线(12)接收通信报告，经过机载数据编码解码模块(17)处理后得到通信报告内容，并储存在机载数据存储模块(18)中，同时在驾驶舱交通信息显示器(14)中显示通信报告内容。
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