一种基于北斗短报文功能的空中交通管制系统的制作方法
【专利摘要】一种基于北斗短报文功能的空中交通管制系统属于空中交通管制及服务领域，尤其涉及一种基于北斗短报文功能的空中交通管制系统。本发明提供一种基于北斗短报文功能的空中交通管制系统，以解决目前其他空中交通管制系统作用距离受限，无法有效覆盖中低空空域，短报文通信更新频率较低，设备功能单一、通用性差、建设复杂、价格昂贵，对通用航空飞行进行服务和实施救援引导能力差等问题。本发明包括北斗雷达机载设备、北斗雷达地面设备、北斗管制指挥设备，其结构要点北斗雷达机载设备与北斗雷达地面设备通过北斗卫星短报文进行通信，北斗雷达地面设备的信号输入端口与北斗管制指挥设备的信号输出端口相连。
【专利说明】
一种基于北斗短报文功能的空中交通管制系统
技术领域
[0001]本发明属于空中交通管制及服务领域，尤其涉及一种基于北斗短报文功能的空中交通管制系统。
【背景技术】
[0002]目前空中交通管制领域，对飞行器的监视手段主要有一/ 二次监视雷达(PSR/SSR)、广播式自动相关监视(ADS-B)、航管自动化处理系统(ATC)等；对空的指挥手段主要依赖内话系统(VCS)和甚高频(VHF)话音通信；情报服务主要为自动终端情报服务(ATIS)。
[0003]空中交通管制中使用的一 / 二次雷达、广播式自动相关监视、甚高频通信系统设备，作用距离在几百公里范围内。由于建设进度、价格等因素影响，除民用航空领域主要航路航线、机场范围内已实现雷达和甚高频设备双重或单重覆盖，个别地区建设了一些广播式自动相关监视测试站点作为补盲使用外，我国大部分空域，尤其是通用航空的中低空领域，还基本属于监视和甚高频通话的覆盖盲区。
[0004]我国对通用航空中低空飞行的监视手段，拟采用1090ES数据链ADS-B技术，但是由于机载应答设备价格昂贵，很多通用航空飞机未安装应答设备，加上空中交通管制中心配置的部分老旧航管自动化处理系统还不具备ADS-B信号处理能力。因此，即便在二次雷达和ADS-B接收机有效覆盖区域，也无法实现对所有通用航空飞机的有效监视。
[0005]用于对空指挥的甚高频电台和甚高频遥控台设备，价格昂贵，建设中涉及台址设置、频率申请等等问题，一方面建设过程复杂，进度较慢，另一方面在高山、海洋等地区存在无法设台、遮挡严重等问题。因此在民用航空甚高频电台覆盖以外的地区，地面与民用航空和通用航空飞行器无法通信，不能进行有效管制。
[0006]我国建设的甚高频地空数据链网络，地空数据链传输速率只有2400bps，速率太低。民用航空领域目前在试点建设的ADS-B设备仅支持ADS-B 0UT，没有ADS-B IN能力。对飞机的情报服务，只在航站区提供ATIS或D-ATIS服务，在飞行过程中，并没有提供实时情报服务的能力。
[0007]综上，我国目前的空中交通管制系统还存在覆盖不足、设备昂贵、管制和服务能力受限等问题，尤其对于通用航空，由于“看不见、听不着、管不到”，通用航空的开放和使用进程受到严重影响。
[0008]我国自主建设的北斗卫星具有GPS系统所没有的短报文功能，本发明采用先进的技术手段，利用北斗短报文功能，通过北斗雷达机载设备、北斗雷达地面设备、北斗管制指挥设备、北斗航空服务设备、北斗航空救援引导设备，实现一种新的空中交通管制系统及方法，有效突破传统空中交通管制系统设施设备作用距离和地域限制，技术实现简便，在民用航空和通用航空中均可应用。
【发明内容】
[0009]本发明就是针对上述问题，提供一种基于北斗短报文功能的空中交通管制系统，以解决目前其他空中交通管制系统作用距离受限，无法有效覆盖中低空空域，短报文通信更新频率较低，设备功能单一、通用性差、建设复杂、价格昂贵，对通用航空飞行进行服务和实施救援引导能力差等问题。
[0010]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明包括北斗雷达机载设备、北斗雷达地面设备、北斗管制指挥设备，其结构要点北斗雷达机载设备与北斗雷达地面设备通过北斗卫星短报文进行通信，北斗雷达地面设备的信号输入端口与北斗管制指挥设备的信号输出端口相连，北斗雷达机载设备的信号输入端口分别与机载GNSS设备的信号输出端口、惯导系统的信号输出端口、气压高度表的信号输出端口相连，机载设备通过机载GNSS设备、惯导系统、气压高表等实时获取飞行器当前经玮度、速度、高度、时间信息。
[0011]作为一种优选方案，本发明所述北斗卫星短报文信息包括监视、机上导航定位、管制指挥、飞行情报和气象资料信息；所述北斗雷达地面设备与北斗管制指挥设备的组合为多组。
[0012]作为另一种优选方案，本发明所述北斗卫星短报文的形式为120个以内汉字、CPDLC 指令(管制员飞行员数据链通信 Controller Pilot data Link Communicat1ns)或压缩过的话音。
[0013]地面站设备将接收到的信息进行处理，形成符合中国民航标准的二次雷达数据格式输出，或直接转换成ADS-B数据格式输出，相关监视数据送到空中交通管制相关单位的自动化处理系统。
[0014]当相关单位需对飞行器及其他目标进行管制时，管制指令通过地面设备北斗芯片以短报文形式上传至机载设备。
[0015]作为另一种优选方案，本发明所述北斗卫星短报文采用北斗短报文综合传输协议进行北斗雷达机载设备和地面设备之间监视、CPDLC报文、直接报文、话音报文、飞行情报、气象资料信息的综合传输；每份北斗短报文支持120个汉字的传输，同时进行汉字和ASCII字符的传输，对240个字节长度报文划分不同字段，规定不同的用途，引入校验和重传机制，将各种空管信息综合到一份报文中进行传输。
[0016]作为另一种优选方案，本发明所述北斗雷达机载设备包括多个北斗芯片卡，利用收发管理组件，对发送报文进行分段/组编号，编号报文依次通过不同北斗芯片卡轮流发送，采用重传、校验控制机制；北斗雷达机载设备上的一个北斗芯片卡与一个北斗雷达地面设备上的北斗芯片卡对应。
[0017]作为另一种优选方案，本发明所述北斗雷达地面设备与航空公司/机场自动化系统通信，航空公司/机场自动化系统的信息输出端口与空管部门自动化系统的信息输入端口相连。
[0018]作为另一种优选方案，本发明所述航空公司/机场自动化系统的信息输出端口与空军单位自动化系统的信息输入端口相连。
[0019]作为另一种优选方案，本发明所述航空公司/机场自动化系统的信息输出端口与北斗航空服务设备的信息输入端口相连，航空公司/机场自动化处理系统处理后的信息发送给北斗航空服务设备；北斗航空服务设备输入信息包括其他监视信息、飞行计划信息、地理信息、气象信息、情报信息。
[0020]其次，本发明所述北斗航空服务设备的信息输出端口与北斗航空救援引导设备的信息输入端口相连；北斗航空救援引导设备基于北斗航空服务设备提供的各种空管和飞行信息，加入高精度电子地图，利用飞行模拟技术，模拟空中遇险飞机的实际场景，根据情景模拟，地面救援引导人员做出正确操作判断，利用系统的对空指挥功能，对遇险飞机进行实时救援引导，脱离迷航、故障遇险状况；同时与相关救援单位联系，实时交换数据。
[0021]另外，本发明所述航空公司/机场自动化系统输出信息包括融合后综合航迹数据、飞行信息服务、交通信息服务；北斗雷达机载设备由RNSS (卫星无线电导航系统)模块、数据接口模块、数据处理模块、短报文通信模块、⑶TI (机舱信息显示Cockpit Display ofTraffic Informat1n)模块、语音转换压缩模块组成。
[0022]RNSS模块用于接收北斗四颗以上卫星信号，计算出飞机自身定位信息。
[0023]数据接口模块用于引接RNSS模块、其他惯导信息、压力高度等监视信息，以及飞行员通过CDTI系统输入的实时情报、对地通话等信息，或者将地面传来经过解析处理的数据送到⑶TI系统进行显示。
[0024]数据处理模块用于将机上的相关信息进行整合处理，形成综合业务短报文信息，或将对地面上传来的综合业务短报文进行解析处理。
[0025]短报文通信模块将综合业务短报文通过卫星收发天线下传给北斗雷达地面设备，或者接收从地面传来的综合业务短报文。
[0026]语音转换压缩模块将飞行员话音转换成话音报文，或将直接报文、CPDLC报文和话音报文还原成语音播放。
[0027]所述北斗雷达地面设备由短报文通信模块、数据处理模块、数据接口模块组成。
[0028]北斗雷达地面设备的短报文通信模块，负责接收从北斗雷达机载设备发来的综合业务短报文，或将来自数据处理模块的综合业务短报文向北斗雷达机载设备发送。
[0029]数据处理模块对接收来的综合业务短报文进行解析处理，形成不同种类符合一定格式的输出信息，或对来自其他设备，需要上传的数据进行整合处理，形成准备上传的综合业务报文。
[0030]数据接口模块为数据输入输出提供丰富的接口类型支持，负责从其他系统进行数据交互。
[0031]所述北斗管制指挥设备由数据接口模块、数据处理模块、数据显示模块、话音转换压缩模块、内话通信模块组成。
[0032]数据接口模块负责从北斗雷达地面设备引接直接报文、CPDLC报文数据、话音报文数据、重要情报信息，或者将CPDLC报文、话音报文、上传情报信息送给北斗雷达地面设备。
[0033]数据处理模块负责对引入或送出的直接报文、CPDLC报文、话音报文、情报信息等数据进行格式转换。
[0034]数据显示模块用于显示相关的直接报文、CPDLC报文、话音报文、重要情报提示，或输入直接报文、CPDLC报文、其他情报信息。
[0035]话音转换模块用于将直接报文、CPDLC报文和话音报文还原成语音进行播放，或将语音输入转换压缩成话音报文。
[0036]内话通信模块具备小型内话系统功能，方便管制人员与飞机或其他管制单位进行联系。
[0037]所述北斗航空服务设备包括数据接口模块、监视数据处理模块、气象数据处理模块、情报数据处理模块、用户服务模块、飞行动态监控模块组成。
[0038]数据接口模块用于相关数据的引接与送出。
[0039]监视数据处理模块用于对收集来的各种监视信息进行融合分析处理，形成全部飞行动态监视数据。
[0040]气象数据处理模块对飞机实时传送来的气象信息和气象部门送来的气象信息进行比对分析处理，形成气象实时数据和预报数据。
[0041]情报数据处理模块对机上反馈的实时信息和实时航行通告等信息进行处理，对飞行情报资料进行综合维护分析。
[0042]用户服务模块根不同用户的需要，可将相关的航图等情报资料、气象资料、动态监视信息等等，制作成不同的服务信息格式，向机上及地面用户提供服务。
[0043]飞行动态监控模块用于将飞行动态和各飞行器遇到的特殊状况在大屏幕上进行显不O
[0044]所述北斗航空救援引导设备由数据接口模块，飞行动态监控模块，数据处理模块，模拟飞行显示模块，模拟飞行操纵模块、话音转换压缩模块组成。
[0045]数据接口模块用于从北斗航空服务设备引接数据，或将对空引导直接报文、话音报文、CPDLC报文送往北斗管制指挥设备上传给飞机。
[0046]数据处理模块将高精度电子地图和遇险飞机的监视数据、所处的气象信息进行融合处理，或对救援引导直接报文、话音报文和CPDLC报文进行格式转换。
[0047]飞行模拟显示模块用于将遇险飞机的三维情景动态图像、直接报文、话音报文/CPDLC报文进行显示。
[0048]飞行模拟操纵模块用于模拟飞行驾驶操纵过程。
[0049]话音转换压缩模块用于将救援引导人员的话音转换压缩成话音报文，或将话音报文和CPDLC报文还原成话音进行播放。
[0050]本发明有益效果。
[0051]1、通过卫星短报文，解决了距离限制问题。
[0052]本发明的北斗雷达机载设备和地面设备之间，通过我国自主建设的北斗卫星系统短报文功能进行通信。卫星通信的最大好处是突破了传统空管监视和甚高频通信设备作用距离限制，可有效解决海洋、偏远地区、中低空域等地域空中交通管制问题。北斗卫星系统目前已可覆盖我国全境，理论上只要是北斗卫星覆盖范围内的区域，均可进行应用。
[0053]2、通过提高短报文更新频率，解决了中高空和高密度地区应用问题。
[0054]本发明采用芯片卡集群技术，报文传输频率最高可达不到2秒钟一次，超过目前二次雷达2秒钟一次的更新频率，可以满足民用航空飞行的监视数据更新速率要求。而对于飞行速度较慢的通用航空飞机，只要使用4块芯片卡，报文传输频率达到8秒钟一次，即可满足使用要求。解决传统ADS-C技术监视数据更新率在5分钟左右一次，紧急情况下更新速率在一分钟一次，一般仅在偏远地区、飞机流量较低的情况下使用的问题。
[0055]3、利用语音识别技术，解决了管制语音通信问题。
[0056]本发明采用稀疏编码技术和标准管制指令语音识别和还原技术，支持管制员与飞行员之间可以通过管制语音指令或CPDLC报文两种方式进行沟通，解决了飞行人员个别时候手动输入报文不方便，使用市面常用的语音识别技术，不符合空管指令习惯，识别准确度不够，识别效率低的问题。
[0057]4、利用短报文综合传输协议和雷达格式转换功能，实现多种功能。
[0058]本发明的北斗空中交通管制系统，集合了雷达系统、数据链通信系统、甚高频通信电台、内话系统等多种设施设备功能。北斗雷达设备可完成监视、管制CPDLC报文、直接报文、管制话音、飞行情报和气象资料信息的实时交互处理，实现方式简单，功能集成度高，解决了传统空管设备复杂，价格昂贵的问题。
[0059]5、通过系列技术，解决了地面设备布点多，建设复杂的问题。
[0060]本发明除北斗雷达机载设备需要在每架飞行器上进行安装外，地面设备只需要在空管单位/航空公司/机场运行指挥部门/航空服务中心/救援引导中心建设1-2套即可，解决了以往空管系统作用距离有限，为了满足覆盖要求，建设站点多，建设程序复杂，不利于在通用航空领域应用的问题。
[0061 ] 6、通过机上状态感知和资料下传，解决了无法实时监控机上状态问题。
[0062]本发明通过机上状态感知技术和北斗雷达的综合业务传输能力，将机上颠簸等实时状态信息和飞行过程中的实时气象信息下传给地面相关部门。相关部门可以对航路航线情况进行总结分析，对气象趋势分析预报进行验证和校正，对机上状态进行实时监控。在提高资料准确性和实时监控能力的情况下，也可以将分析校正后的资料上传给飞行器，为飞行器提供更有价值的信息服务。
[0063]7、通过大数据挖掘分析技术，提高航空信息服务水平。
[0064]本发明引入大数据挖掘处理技术，引接空中和地面各种相关信息，进行综合分析处理，提供更全面更准确的信息服务。所有安装了北斗雷达机载设备的飞行器，地面都可以进行监视，同时利用北斗雷达提供的综合业务上传能力，可以为飞行器提供实时情报服务。针对通用航空等小型飞行器，其所需要的情报信息仅为局部信息，目前的航空信息服务还未能做到定制服务，利用专门的航空信息服务设备，可以解决目前通用航空情报服务不足的问题。
[0065]8、通过模拟飞行技术，解决实时救援引导困难问题。
[0066]本发明引入模拟飞机技术，配合本发明提供的监视、管制指挥能力，根据模拟3D实景飞行显示，由救援引导人员引导飞行员脱离险情，相当于为遇险飞机提供一套地面上的仪表飞行系统。解决了通用航空的小型飞机基本按照目视飞行规则飞行，经常在高山、森林、沙漠、雪山、海洋等地区进行作业，气象状况瞬息万变，经容易遇到不可预见的迷航、故障等险情，救援困难的问题。由于能够对遇险飞行器进行有效监视和指挥，更有利于后续救援的实施。
【附图说明】
[0067]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。
[0068]图1是本发明基于北斗短报文功能的空中交通管制系统的结构示意图。
[0069]图2是本发明北斗雷达机载设备结构示意图。
[0070]图3是本发明北斗雷达地面设备结构示意图。
[0071]图4是本发明北斗管制指挥设备结构示意图。
[0072]图5是本发明北斗航空服务设备结构示意图。
[0073]图6是本发明北斗航空救援引导设备结构示意图。
[0074]图7是本发明北斗短报文综合传输协议示意图。
[0075]图8是本发明北斗雷达格式转换示意图。
[0076]图9是本发明模拟飞行显示图。
【具体实施方式】
[0077]如图所示，本发明是一种空中交通管制系统，实现对民用航空和通用航空领域，空中和地面活动飞行器及相关目标的有效监视、管制指挥、情报服务和救援引导。
[0078]1、北斗卫星短报文技术。
[0079]本发明在飞行器上安装北斗雷达机载设备，在地面安装北斗雷达地面设备。北斗雷达机载设备和地面设备之间，利用北斗卫星系统的短报文功能进行监视、管制指挥、飞行情报和气象资料信息的传输，解决了其他空管系统作用距离受限的问题，只要在北斗卫星系统信号覆盖范围内，均可实现应用，尤其可解决通用航空中低空区域缺乏空中交通管制手段，影响开放进度的问题。
[0080]2、北斗芯片卡集群技术。
[0081]本发明提出一种北斗芯片卡集群技术，解决了北斗短报文更新频率低的问题。通过增加北斗芯片卡数量，建立北斗芯片卡集群，利用收发管理组件，对发送报文进行分段/组编号，编号报文依次通过不同北斗芯片卡轮流发送，提高发送频率，引入重传、校验等控制机制，提尚传输可靠性。
[0082](I)飞行过程中，机载设备通过机载GNSS设备、惯导系统、气压高表等实时获取飞行器当前经玮度、速度、高度、时间等信息。
[0083](2)信息通过机载设备北斗芯片，以北斗短报文形式下发至与主用芯片对应的地面站北斗芯片，该地面站设备所属单位一般为飞行器挂靠的航空公司。短报文形式可为汉字(120个以内)、CPDLC指令(管制员飞行员数据链通信Controller Pilot data LinkCommunicat1ns)或压缩过的话音。
[0084](3)地面站设备将接收到的信息进行处理，形成符合中国民航标准的二次雷达数据格式输出，或直接转换成ADS-B数据格式输出，相关监视数据送到航空公司/机场、空管、军航等单位的自动化处理系统。。
[0085](4)当相关单位需对飞行器及其他目标进行管制时，管制指令通过地面设备北斗芯片以短报文形式上传至机载设备，实现BD-ATC(北斗空中交通管制BeiDou-Air TrafficControl)与 BD-ATS (北斗空中交通服务 BeiDou-Air Traffic Service)运营体系。
[0086]3、北斗短报文综合传输协议。
[0087]本发明采用北斗短报文综合传输协议进行北斗雷达机载设备和地面设备之间监视、CPDLC报文、直接报文、话音报文、飞行情报、气象资料信息的综合传输。每份北斗短报文支持120个汉字的传输，即具有240字节的传输能力，可以同时进行汉字和ASCII字符的传输。本发明采用综合传输协议，对240个字节长度报文划分不同字段，规定不同的用途，引入校验和重传机制等机制，将各种空管信息综合到一份报文中进行传输，提高了传输效率，实现了信息的可靠传输。通过北斗管制指挥设备，发送带有地址码的短报文，可以实现组播和通播功能，实现对所有飞行器的监控与指挥。如图7所示。
[0088]4、北斗雷达格式处理技术。
[0089]本发明利用数据格式处理和北斗短报文通信，实现二次雷达功能(S卩北斗雷达，简称BDR:BeiDou Radar)。传统二次雷达利用脉冲波进行机载设备和地面设备之间的询问和应答。脉冲波识别和处理技术复杂，实现困难，因此传统雷达设备价格昂贵。北斗雷达利用北斗短报文功能传输询问和应答信息，机载设备将飞行器的识别号、位置、高度等信息，采用ASCII编码格式，回传到北斗地面设备，直接可读，不需要对脉冲波进行识别处理。通过简单的信息格式变换，将其转换成符合中国民航标准和国际民航组织标准的二次雷达信号格式，即可直接送往空管部门或航空公司/机场运营单位的航管自动化设备进行使用，实现对飞行器的监视。
[0090]本发明利用格式变换，也可以将监视信息转换成ADS-B等其他监视信息格式，实现其他监视系统作用。其他的如气象资料和飞行情报等信息，可以转换成气象电报、情报电报的格式，也可以根据需要转换IP协议等其他更方便的信息格式。信息处理更加灵活，实现功能更加丰富。如图8所示。
[0091]5、管制语音识别技术。
[0092]本发明根据空管管制指挥命令格式和特殊用语习惯，研制符合管制指令用语格式标准的语音识别技术，支持简字简语，识别效率和准确度更高，所生成的话音报文更短，有利于在北斗短报文中综合传输更多信息。本发明飞行员与管制员之间的通信可以是CPDLC报文、直接短报文，也可以利用管制语音识别技术，将管制话音转换成话音报文进行传送。在通信接收端，可以将直接报文、CPDLC报文或话音报文直接显示在屏幕上，也可以通过语音转换功能，还原成语音进行播放，方便管制员与飞行员使用。
[0093]上行CPDLC报文示例
(1)CROSS (posit1n) AT (time)
在(时间)穿越(位置)
(2)CLIMBE AT (vertical rate) MINIMUM最小以(垂直速率)爬升。
[0094]下行CPDLC报文示例
(1)WILCO照办
(2)ROGER 明白
(3)REQUEST CRUISE CLIMEB TO (level)
请求巡航爬升至(高度层)。
[0095]6、大数据挖掘技术。
[0096]本发明采用大数据处理技术，利用北斗航空服务设备，引接空中和地面的相关雷达信息、监视信息、气象资料、飞行情报信息等，进行大数据挖掘分析处理，并根据各相关用户不同的服务需要，提供个性化的信息服务。我国目前还没有针对通用航空的专门情报信息服务机构，本发明提供的航空服务功能，可有效解决困扰通用航空发展的服务问题。
[0097]7、模拟飞行技术。
[0098]本发明基于北斗航空服务设备提供的各种空管和飞行信息，加入高精度电子地图，利用先进的飞行模拟技术，模拟空中遇险飞机的实际场景。根据情景模拟，地面救援引导人员做出正确操作判断，利用系统的对空指挥功能，对遇险飞机进行实时救援引导，脱离迷航、故障等遇险状况。同时与相关救援单位联系，实时交换数据，有利于相关单位为遇险飞机提供及时有效的搜救和后续救援。如图9所示。
[0099]8、机上状态感知技术。
[0100]本发明在北斗雷达机载设备上内置传感设备，可以实时感知飞机的颠簸等状态信息，自动将飞行器在空中的状态信息传送回地面。地面通过对传送回的信息进行综合分析，可以对空中航路航线的情况有所了解，为后续飞行提供参考。同时也可以对遇险飞机在当时的状况，进行事后分析判断。同时，由于通信不便，飞行员在飞行过程中看到的实时气象情况无法下传给气象中心，气象预报结果没有反馈，无法对预报结果进行验证和事后分析，也无法对预报进行校正。本发明利用北斗雷达的综合业务传输能力，飞行人员可以将空中的实时气象情况进行手动下传，这对于气象预报分析极具价值。
[0101]本发明的基于北斗短报文功能的空中交通管制系统由北斗雷达机载设备、北斗雷达地面设备、北斗管制指挥设备、北斗航空服务设备、北斗航空救援引导设备组成。
[0102]北斗雷达机载设备和北斗雷达地面设备之间通过北斗短报文通信功能，利用综合业务传输协议和格式转换技术，进行飞机监视信息、管制指挥信息、飞行情报和气象资料信息的传输，在实现二次雷达功能的同时，配合北斗管制指挥设备，实现管制话音、CPDLC报文、直接报文和其他气象情报资料的通信功能。
[0103]9、北斗雷达机载设备。
[0104]北斗雷达机载设备由RNSS (卫星无线电导航系统)模块、数据接口模块、数据处理模块、短报文通信模块、⑶TI (机舱信息显示Cockpit Display of Traffic Informat1n)模块、语音转换压缩模块组成。
[0105]RNSS模块用于接收北斗四颗以上卫星信号，计算出飞机自身定位信息。
[0106]数据接口模块用于引接RNSS模块、其他惯导信息、压力高度等监视信息，以及飞行员通过CDTI系统输入的实时情报、对地通话等信息，或者将地面传来经过解析处理的数据送到⑶TI系统进行显示。
[0107]数据处理模块用于将机上的相关信息进行整合处理，形成综合业务短报文信息，或将对地面上传来的综合业务短报文进行解析处理。
[0108]短报文通信模块将综合业务短报文通过卫星收发天线下传给北斗雷达地面设备，或者接收从地面传来的综合业务短报文。
[0109]语音转换压缩模块将飞行员话音转换成话音报文，或将直接报文、CPDLC报文和话音报文还原成语音播放。
[0110]10、北斗雷达地面设备。
[0111]北斗雷达地面设备由短报文通信模块、数据处理模块、数据接口模块组成。
[0112]北斗雷达地面设备的短报文通信模块，负责接收从北斗雷达机载设备发来的综合业务短报文，或将来自数据处理模块的综合业务短报文向北斗雷达机载设备发送。
[0113]数据处理模块对接收来的综合业务短报文进行解析处理，形成不同种类符合一定格式的输出信息，或对来自其他设备，需要上传的数据进行整合处理，形成准备上传的综合业务报文。
[0114]数据接口模块为数据输入输出提供丰富的接口类型支持，负责从其他系统进行数据交互。
[0115]11、北斗管制指挥设备。
[0116]北斗管制指挥设备由数据接口模块、数据处理模块、数据显示模块、话音转换压缩模块、内话通信模块组成。
[0117]数据接口模块负责从北斗雷达地面设备引接直接报文、CPDLC报文数据、话音报文数据、重要情报信息，或者将CPDLC报文、话音报文、上传情报信息送给北斗雷达地面设备。
[0118]数据处理模块负责对引入或送出的直接报文、CPDLC报文、话音报文、情报信息等数据进行格式转换。
[0119]数据显示模块用于显示相关的直接报文、CPDLC报文、话音报文、重要情报提示，或输入直接报文、CPDLC报文、其他情报信息。
[0120]话音转换模块用于将直接报文、CPDLC报文和话音报文还原成语音进行播放，或将语音输入转换压缩成话音报文。
[0121]内话通信模块具备小型内话系统功能，方便管制人员与飞机或其他管制单位进行联系。
[0122]12、北斗航空服务设备。
[0123]北斗航空服务设备包括数据接口模块、监视数据处理模块、气象数据处理模块、情报数据处理模块、用户服务模块、飞行动态监控模块组成。
[0124]数据接口模块用于相关数据的引接与送出。
[0125]监视数据处理模块用于对收集来的各种监视信息进行融合分析处理，形成全部飞行动态监视数据。
[0126]气象数据处理模块对飞机实时传送来的气象信息和气象部门送来的气象信息进行比对分析处理，形成气象实时数据和预报数据。
[0127]情报数据处理模块对机上反馈的实时信息和实时航行通告等信息进行处理，对飞行情报资料进行综合维护分析。
[0128]用户服务模块根不同用户的需要，可将相关的航图等情报资料、气象资料、动态监视信息等等，制作成不同的服务信息格式，向机上及地面用户提供服务。
[0129]飞行动态监控模块用于将飞行动态和各飞行器遇到的特殊状况在大屏幕上进行显不O
[0130]13、北斗航空救援引导设备。
[0131]北斗航空救援引导设备由数据接口模块，飞行动态监控模块，数据处理模块，模拟飞行显示模块，模拟飞行操纵模块、话音转换压缩模块组成。
[0132]数据接口模块用于从北斗航空服务设备引接数据，或将对空引导直接报文、话音报文、CPDLC报文送往北斗管制指挥设备上传给飞机。
[0133]数据处理模块将高精度电子地图和遇险飞机的监视数据、所处的气象信息进行融合处理，或对救援引导直接报文、话音报文和CPDLC报文进行格式转换。
[0134]飞行模拟显示模块用于将遇险飞机的三维情景动态图像、直接报文、话音报文/CPDLC报文进行显示。
[0135]飞行模拟操纵模块用于模拟飞行驾驶操纵过程。
[0136]话音转换压缩模块用于将救援引导人员的话音转换压缩成话音报文，或将话音报文和CPDLC报文还原成话音进行播放。
[0137]本发明系统的具体工作过程为。
[0138]在民用航空和通用航空的飞行器上安装北斗雷达机载设备，在空中交通管制单位、航空公司/机场运营单位、空军单位、北斗航空服务中心、北斗航空救援引导中心的运行指挥部门，安装北斗雷达地面设备和北斗管制指挥设备，在通用航空服务中心安装北斗航空服务设备，在航空救援引导中心安装北斗航空救援引导设备。
[0139]飞机上的导航定位信息来自北斗雷达机载设备的RNSS模块，飞机标识、位置、气压高度等导航定位信息，连同飞机上的实时气象信息、实时交通信息、直接报文、CPDLC报文、话音报文进行整合处理，成为综合业务报文，通过短报文收发模块，下传给北斗雷达地面设备，解析处理后形成二次雷达等格式监视信息、管制指挥报文或语音、气象情报信息，送往地面的航管自动化设备。地面的航空公司或空管单位的管制人员，通过北斗管制指挥设备，利用北斗自动相关监视地面和机载设备，与飞行器上的人员进行通信，对飞行器进行管制指挥。
[0140]飞行器上的飞行人员通过北斗雷达机载设备上的⑶TI (输入和显示)模块，输入话音信号或CPDLC报文/直接报文，地面管制人员通过北斗管制指挥设备，输入话音信号或CPDLC报文/直接报文。双方输入的话音均通过话音转换压缩模块转换成话音报文传输，双方收到的CPDLC报文、直接报文和话音报文既可以直接在显示模块上显示，又可以通过话音转换压缩模块还原后播放。因此该系统支持话音和数据报文两种格式的管制员与飞行员之间的指挥通信。
[0141]北斗航空服务设备引接相关信息进行挖掘分析处理，根据各不同用户需要，向相关用户提供航空情报服务。北斗航空救援引导系统，利用模拟飞行技术和北斗空中交通管制系统提供的监视、管制指挥功能，对相关遇险飞机实施救援引导。
[0142]北斗空中交通管制系统融合北斗卫星短报文芯片卡集群技术、管制语音识别技术、综合业务传输协议技术、雷达数据格式转换技术、模拟飞行技术、大数据挖掘分析技术，将空管各独立功能系统进行整合，形成空中、地面一体化的空中交通管制系统，突破作用距离限制、国外技术壁皇限制、建设实施难度限制等等问题，为民用航空和通用航空领域的发展提供一种新的技术系统支撑，尤其对通用航空的开发和应用，将产生巨大的推动作用。
[0143]可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于北斗短报文功能的空中交通管制系统，包括北斗雷达机载设备、北斗雷达地面设备、北斗管制指挥设备，其特征在于北斗雷达机载设备与北斗雷达地面设备通过北斗卫星短报文进行通信，北斗雷达地面设备的信号输入端口与北斗管制指挥设备的信号输出端口相连，北斗雷达机载设备的信号输入端口分别与机载GNSS设备的信号输出端口、惯导系统的信号输出端口、气压高度表的信号输出端口相连，机载设备通过机载GNSS设备、惯导系统、气压高表等实时获取飞行器当前经玮度、速度、高度、时间信息。2.根据权利要求1所述一种基于北斗短报文功能的空中交通管制系统，其特征在于所述北斗卫星短报文信息包括监视、机上导航定位、管制指挥、飞行情报和气象资料信息；所述北斗雷达地面设备与北斗管制指挥设备的组合为多组。3.根据权利要求1所述一种基于北斗短报文功能的空中交通管制系统，其特征在于所述北斗卫星短报文的形式为120个以内汉字、CPDLC指令或压缩过的话音； 地面站设备将接收到的信息进行处理，形成符合中国民航标准的二次雷达数据格式输出，或直接转换成ADS-B数据格式输出，相关监视数据送到空中交通管制相关单位的自动化处理系统； 当相关单位需对飞行器及其他目标进行管制时，管制指令通过地面设备北斗芯片以短报文形式上传至机载设备。4.根据权利要求1所述一种基于北斗短报文功能的空中交通管制系统，其特征在于所述北斗卫星短报文采用北斗短报文综合传输协议进行北斗雷达机载设备和地面设备之间监视、CPDLC报文、直接报文、话音报文、飞行情报、气象资料信息的综合传输；每份北斗短报文支持120个汉字的传输，同时进行汉字和ASCII字符的传输，对240个字节长度报文划分不同字段，规定不同的用途，引入校验和重传机制，将各种空管信息综合到一份报文中进行传输。5.根据权利要求1所述一种基于北斗短报文功能的空中交通管制系统，其特征在于所述北斗雷达机载设备包括多个北斗芯片卡，利用收发管理组件，对发送报文进行分段/组编号，编号报文依次通过不同北斗芯片卡轮流发送，采用重传、校验控制机制；北斗雷达机载设备上的一个北斗芯片卡与一个北斗雷达地面设备上的北斗芯片卡对应。6.根据权利要求1所述一种基于北斗短报文功能的空中交通管制系统，其特征在于所述北斗雷达地面设备与航空公司/机场自动化系统通信，航空公司/机场自动化系统的信息输出端口与空管部门自动化系统的信息输入端口相连。7.根据权利要求6所述一种基于北斗短报文功能的空中交通管制系统，其特征在于所述航空公司/机场自动化系统的信息输出端口与空军单位自动化系统的信息输入端口相连。8.根据权利要求6所述一种基于北斗短报文功能的空中交通管制系统，其特征在于所述航空公司/机场自动化系统的信息输出端口与北斗航空服务设备的信息输入端口相连，航空公司/机场自动化处理系统处理后的信息发送给北斗航空服务设备；北斗航空服务设备输入信息包括其他监视信息、飞行计划信息、地理信息、气象信息、情报信息。9.根据权利要求8所述一种基于北斗短报文功能的空中交通管制系统，其特征在于所述北斗航空服务设备的信息输出端口与北斗航空救援引导设备的信息输入端口相连；北斗航空救援引导设备基于北斗航空服务设备提供的各种空管和飞行信息，加入高精度电子地图，利用飞行模拟技术，模拟空中遇险飞机的实际场景，根据情景模拟，地面救援引导人员做出正确操作判断，利用系统的对空指挥功能，对遇险飞机进行实时救援引导，脱离迷航、故障遇险状况；同时与相关救援单位联系，实时交换数据。10.根据权利要求6所述一种基于北斗短报文功能的空中交通管制系统，其特征在于所述航空公司/机场自动化系统输出信息包括融合后综合航迹数据、飞行信息服务、交通信息服务；北斗雷达机载设备由RNSS模块、数据接口模块、数据处理模块、短报文通信模块、CDTI模块、语音转换压缩模块组成； RNSS模块用于接收北斗四颗以上卫星信号，计算出飞机自身定位信息； 数据接口模块用于引接RNSS模块、其他惯导信息、压力高度等监视信息，以及飞行员通过CDTI系统输入的实时情报、对地通话等信息，或者将地面传来经过解析处理的数据送到CDTI系统进行显示； 数据处理模块用于将机上的相关信息进行整合处理，形成综合业务短报文信息，或将对地面上传来的综合业务短报文进行解析处理； 短报文通信模块将综合业务短报文通过卫星收发天线下传给北斗雷达地面设备，或者接收从地面传来的综合业务短报文； 语音转换压缩模块将飞行员话音转换成话音报文，或将直接报文、CPDLC报文和话音报文还原成语音播放； 所述北斗雷达地面设备由短报文通信模块、数据处理模块、数据接口模块组成； 北斗雷达地面设备的短报文通信模块，负责接收从北斗雷达机载设备发来的综合业务短报文，或将来自数据处理模块的综合业务短报文向北斗雷达机载设备发送； 数据处理模块对接收来的综合业务短报文进行解析处理，形成不同种类符合一定格式的输出信息，或对来自其他设备，需要上传的数据进行整合处理，形成准备上传的综合业务报文； 数据接口模块为数据输入输出提供丰富的接口类型支持，负责从其他系统进行数据交互； 所述北斗管制指挥设备由数据接口模块、数据处理模块、数据显示模块、话音转换压缩模块、内话通信模块组成； 数据接口模块负责从北斗雷达地面设备引接直接报文、CPDLC报文数据、话音报文数据、重要情报信息，或者将CPDLC报文、话音报文、上传情报信息送给北斗雷达地面设备；数据处理模块负责对引入或送出的直接报文、CPDLC报文、话音报文、情报信息等数据进行格式转换； 数据显示模块用于显示相关的直接报文、CPDLC报文、话音报文、重要情报提示，或输入直接报文、CPDLC报文、其他情报信息； 话音转换模块用于将直接报文、CPDLC报文和话音报文还原成语音进行播放，或将语音输入转换压缩成话音报文； 内话通信模块具备小型内话系统功能，方便管制人员与飞机或其他管制单位进行联系; 所述北斗航空服务设备包括数据接口模块、监视数据处理模块、气象数据处理模块、情报数据处理模块、用户服务模块、飞行动态监控模块组成； 数据接口模块用于相关数据的引接与送出； 监视数据处理模块用于对收集来的各种监视信息进行融合分析处理，形成全部飞行动态监视数据； 气象数据处理模块对飞机实时传送来的气象信息和气象部门送来的气象信息进行比对分析处理，形成气象实时数据和预报数据； 情报数据处理模块对机上反馈的实时信息和实时航行通告等信息进行处理，对飞行情报资料进行综合维护分析； 用户服务模块根不同用户的需要，可将相关的航图等情报资料、气象资料、动态监视信息等等，制作成不同的服务信息格式，向机上及地面用户提供服务； 飞行动态监控模块用于将飞行动态和各飞行器遇到的特殊状况在大屏幕上进行显示; 所述北斗航空救援引导设备由数据接口模块，飞行动态监控模块，数据处理模块，模拟飞行显示模块，模拟飞行操纵模块、话音转换压缩模块组成； 数据接口模块用于从北斗航空服务设备引接数据，或将对空引导直接报文、话音报文、CPDLC报文送往北斗管制指挥设备上传给飞机； 数据处理模块将高精度电子地图和遇险飞机的监视数据、所处的气象信息进行融合处理，或对救援引导直接报文、话音报文和CPDLC报文进行格式转换； 飞行模拟显示模块用于将遇险飞机的三维情景动态图像、直接报文、话音报文/CPDLC报文进行显示； 飞行模拟操纵模块用于模拟飞行驾驶操纵过程； 话音转换压缩模块用于将救援引导人员的话音转换压缩成话音报文，或将话音报文和CPDLC报文还原成话音进行播放。
【文档编号】G08G5/00GK106033646SQ201510105295
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2015年3月11日
【发明人】邱燕霖, 潘庆革, 杨术轩, 吴戈, 刘哲, 杨术森, 屈长鸣, 朱恩营, 林琳, 朱媛, 张磊, 李慧, 李作明
【申请人】沈阳空管技术开发有限公司