一种基于北斗的飞行安全实时监控系统及方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于北斗的飞行安全实时监控系统及方法，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。本发明利用机载部分测量飞机的主要参数；不和飞机的电子部分铰链；在一个北斗短报文里，设计若干个飞行数据段，克服了由于北斗系统传输速率低而产生的连续性差的问题；实时显示画面与指挥员非常友好。
【专利说明】-种基于北斗的飞行安全实时监控系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种飞行安全实时监控系统，特别涉及一种基于北斗的飞行安全实时 监控系统及方法。
【背景技术】
[0002] 飞机飞行训练指挥员的实时监控能力直接关系到飞行训练的安全、飞行训练的质 量和飞行训练的效率。飞机指挥员为了保障掌握空中态势和确定放飞梯次，通常需要借助 一、二次雷达提供的空中飞机的位置；需要领航、训练参谋推算退出空域的时间和提示放飞 的时机；当飞机出现故障或者调整放飞梯次时，将打乱指挥员的指挥计划，尤其是当空中出 现险情，指挥员需要通过反复对话才能基本判明空中发生的情况，经常发生的等级事故，都 是因为错过下达正确引导指令的时机而发生的。
[0003] 该专利可以让指挥员实时观察到训练飞机的飞行状态，训练飞机一旦出现非正常 特情，指挥员能及时告知飞行员摆脱险情。飞行后还可以重放记录卡上记录的飞行数据，重 现飞行的情景，评估飞行训练的质量。该系统能显著増强飞行训练的安全、提高飞行训练的 质量和效率。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种提高飞行训练安全度、提高训练质量、提 高训练效率的基于北斗的飞行安全实时监控系统及方法。
[0005] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于北斗的飞行安全实时监控系 统，包括多个分别安装在每架训练飞机上的机载设备和一个地面接收设备；
[0006] 每个所述机载设备，分别设置于被训练的飞机上，用于感测飞机的基本状态参数， 接收地面接收设备通过北斗卫星发送的北斗定位信息，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；
[0007] 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，通过 北斗卫星分别向每个机载设备发送北斗定位信息，并对多架飞机的基本状态参数进行分析 和显示。
[0008] 进一步，所述机载设备包括收发天线和智能收发机；
[0009] 所述收发天线，用于接收北斗卫星发送的北斗定位信息，还用于将以短报文形式 的飞机的基本状态参数发送给北斗卫星，通过北斗卫星将飞机的基本状态参数发送给地面 接收设备；
[0010] 所述智能收发机，用于在飞机处于飞行状态时感测飞机的基本状态参数，将飞机 的基本状态参数以短报文形式发送给收发天线。
[0011] 进一步，所述智能收发机包括多通道传感器和北斗收发机；
[0012] 多通道传感器，用于采集飞机的基本状态参数，将基本状态参数进行存储并发送 给北斗收发机；
[0013] 北斗收发机，用于接收飞机的基本状态参数，将飞机的基本状态参数以短报文方 式发送给收发天线。
[0014] 进一步，所述多通道传感器包括多个微机械传感器，微处理器和存储卡；
[0015] 每个所述微机械传感器，用于采集飞机的基本状态参数并将基本状态参数发送给 微处理器；
[0016] 所述微处理器，用于融合飞机的基本状态参数和北斗的定位信息，得到融合信息， 并将融合信息发送给北斗收发机和存储卡；
[0017] 所述存储卡，用于存储飞机的基本状态参数。
[0018] 进一步，所述北斗收发机包括基带处理单元和射频单元；
[0019] 所述基带处理单元，用于接收飞机的基本状态参数，将飞机的基本状态参数进行 基带处理，并将经过基带处理后的基本状态参数发送给射频单元；
[0020] 所述射频单元，用于将经过基带处理单元处理后的基本状态参数进行降低噪声和 功率放大处理后发送给收发天线。
[0021] 进一步，所述基本状态参数包括三向加速度，三向角速度，两个方向的姿态，飞机 航向和飞机位置信息。
[0022] 进一步，一种基于北斗的飞行安全实时监控方法，包括以下步骤：
[0023] 步骤1 :利用设置于每架飞机上的机载设备感测每架飞机的基本状态参数，感测 完毕后，每架飞机上的机载设备分别将基本状态参数通过北斗卫星传送给地面接收设备， 所述基本状态参数包括三向加速度，三向角速度，两个方向的姿态，飞机航向和飞机位置信 息；
[0024] 步骤2 :地面接收设备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。
[0025] 进一步，所述步骤1进一步包括以下步骤：
[0026] 步骤1. 1 :利用多通道传感器采集飞机的基本状态参数，将基本状态参数发送给 微处理器，微处理器将飞机基本参数和北斗位置参数进行融合处理后，再输送给存储卡和 北斗收发机；
[0027] 步骤1. 2 :北斗收发机接收飞机的基本状态参数，将飞机的基本状态参数以短报 文方式发送给收发天线；
[0028] 步骤1. 3 :收发天线将以短报文形式的飞机的基本状态参数发送给北斗卫星，通 过北斗卫星将飞机的基本状态参数发送给地面接收设备。
[0029] 进一步，所述步骤1. 1进一步包括：
[0030] 步骤1. 11 :利用多个微机械传感器采集飞机的基本状态参数并将基本状态参数 发送给微处理器；
[0031] 步骤1. 12 :微处理器将飞机的基本状态参数和北斗定位信息进行融合处理后，将 融合后的飞机的基本状态参数和北斗定位信息分别发送给北斗收发机和存储卡；
[0032] 步骤1. 13 :利用存储卡存储飞机的基本状态参数。
[0033] 进一步，所述步骤1. 2进一步包括：
[0034] 步骤1. 21 :利用基带处理单元接收飞机的基本状态参数，将飞机的基本状态参数 进行基带处理，并将经过基带处理后的基本状态参数发送给射频单元；
[0035] 步骤1. 22 :利用射频单元将经过基带处理单元处理后的基本状态参数进行降低 噪声和功率放大处理后发送给收发天线；
[0036] 步骤1. 23 :收发天线将经过射频单元处理后的基本状态参数以无线方式发送给 北斗卫星。
[0037] 本发明的有益效果是：本发明是一种能够增强飞机和直升机飞行训练的安全系 数、提高飞行训练质量和效率的监控系统；用MEMS多通道传感器感测飞机和直升机的飞行 参数，独特的软件把传感器和北斗收发机有机的关联起来；传感器、存储卡和北斗收发机组 成一体，形成了小巧玲珑的智能收发机；它是该系统装在飞机内的唯一部件；系统的地面 部分由地面接收机组成，一部接收机可以同时接收若干架飞机的信息。
[0038] 本发明的创新之处是：
[0039] ?该系统将MEMS传感器与DB收发机在硬件和软件上有机的结合在一起，形成了 独特的智能收发机，体积小，改装方便；
[0040] ?为了克服北斗系统传输更新率低而产生的传输飞行数据连续性差的问题，该系 统设计了"多数据段短报文"，每当地面站接收当前时间的一个短报文时，其中包含了当前 时段之前若干个不同时间的飞行数据，这样就显著提高了飞行数据的连续性；
[0041] ?该系统的智能化软件将飞机参数和导航定位的数据融合在一起，为飞行训练提 供完整的安全监控信息；
[0042] ?该系统的机载部分可以测量飞机的主要参数，，系统不用和飞机的电子部分铰 链；
[0043] ?该系统不昂贵的、不复杂、不用笨重的数据传输设施就可以将飞机的主要参数 传输到地面站；
[0044] ?实时显示画面与飞行指挥员非常友好。
[0045] 本发明的特点是：
[0046] ?实时性：能够实时显示飞行过程中多架飞机的空中姿态、位置和飞机状态；
[0047] ?完整性：系统软件满足各种实时监控和事后处理的需求；
[0048] ?扩展性：采用模块化设计，容易改变测量范围和内容；
[0049] ?适用性：体积小，重量轻，很容易在飞机上改装；
[0050] ?可靠性：机载系统已经达到航标的要求；
[0051] ?保密性：运用了具有保密功能的信道和特定的数据协议；
[0052] ?覆盖能力广：目前该系统具备覆盖亚太地区的能力，2020年左右将覆盖全球；
[0053] ?该专利充分利用C0TS技术，性价比高。
[0054] 本发明的作用是：
[0055] a、提前告示完成科目拟将退出空域的飞机，以便及时放飞，提高出动强度和训练 密度；
[0056] b、可实时显示和回放拦截科目、作战演习等多机、多批次演练的过程，评估指挥和 飞行的协同能力；
[0057] c、在飞升限、夜航、复杂气象、海上空域等容易迷航的科目时能及时提供修正航向 的指令；
[0058] d、为能见度、复杂气象条件下穿云时编队的间隔、盲降下滑的速度、航向等提供引 导提示；
[0059] e、及时警示与危险地形地物相撞、不当穿越空中走廊；
[0060] f、及时发现飞机故障，及时提供排除或脱险的指令；
[0061] g、通过重放固态盘记录的飞行数据，可重现飞行全过程，进一步评估飞行训练质 量。
[0062] 本发明可为训练飞行的飞机实时提供以上信息，可以显著提高飞行训练的效率和 质量，增强飞行训练的安全。
【专利附图】
【附图说明】
[0063] 图1为本发明的系统框图；
[0064] 图2为本发明机载设备内部结构图；
[0065] 图3为本发明方法步骤流程图。
[0066] 附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0067] 1、机载设备，2、地面接收设备，3、收发天线，4、智能收发机，5、多通道传感器，6、北 斗收发机，7、微机械传感器，8、微处理器，9、存储卡，10、基带处理单元，11、射频单元。
【具体实施方式】
[0068] 以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并 非用于限定本发明的范围。
[0069] 图1为本发明系统框图；图2为本发明机载设备内部结构图；图3为本发明方法步 骤流程图。
[0070] 图1示出了一种基于北斗的飞行安全实时监控系统，包括多个分别安装在每架训 练飞机上的机载设备1和一个地面接收设备2 ;
[0071] 每个所述机载设备1，分别设置于被训练的飞机上，用于感测飞机的基本状态参 数，接收地面接收设备2通过北斗卫星发送的北斗定位信息，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2 ;
[0072] 所述地面接收设备2,用于接收北斗卫星传输来的多架飞机的基本状态参数，通过 北斗卫星分别向每个机载设备1发送北斗定位信息，并对多架飞机的基本状态参数进行分 析和显示。
[0073] 所述机载设备1包括收发天线3和智能收发机4 ;
[0074] 所述收发天线3,用于接收北斗卫星发送的北斗定位信息，还用于将以短报文形式 的飞机的基本状态参数发送给北斗卫星，通过北斗卫星将飞机的基本状态参数发送给地面 接收设备；
[0075] 所述智能收发机4,用于在飞机处于飞行状态时感测飞机的基本状态参数，将飞机 的基本状态参数以短报文形式发送给收发天线3。
[0076] 所述智能收发机4包括多通道传感器5和北斗收发机6 ;
[0077] 多通道传感器5,用于采集飞机的基本状态参数，将基本状态参数进行存储并发送 给北斗收发机6;
[0078] 北斗收发机6,用于接收飞机的基本状态参数，将飞机的基本状态参数以短报文方 式发送给收发天线3。
[0079] 所述多通道传感器5包括多个微机械传感器7,微处理器8和存储卡9 ;
[0080] 每个所述微机械传感器7,用于采集飞机的基本状态参数并将基本状态参数发送 给微处理器8 ;
[0081] 所述微处理器8,用于融合飞机的基本状态参数和北斗的定位信息，得到融合信 息，并将融合信息发送给北斗收发机6和存储卡9 ;
[0082] 所述存储卡9,用于存储飞机的基本状态参数。
[0083] 所述北斗收发机6包括基带处理单元10和射频单元11 ;
[0084] 所述基带处理单元10,用于接收飞机的基本状态参数，将飞机的基本状态参数进 行基带处理，并将经过基带处理后的基本状态参数发送给射频单元11 ;
[0085] 所述射频单元11，用于将经过基带处理单元处理后的基本状态参数进行降低噪声 和功率放大处理后发送给收发天线3。
[0086] 所述基本状态参数包括三向加速度，三向角速度，两个方向的姿态，飞机航向和飞 机位置信息。
[0087] 一种基于北斗的飞行安全实时监控方法，包括以下步骤：
[0088] 步骤1 :利用设置于每架飞机上的机载设备感测每架飞机的基本状态参数，感测 完毕后，每架飞机上的机载设备分别将基本状态参数通过北斗卫星传送给地面接收设备， 所述基本状态参数包括三向加速度，三向角速度，两个方向的姿态，飞机航向和飞机位置信 息；
[0089] 步骤2 :地面接收设备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。
[0090] 所述步骤1进一步包括以下步骤：
[0091] 步骤1. 1 :利用多通道传感器5采集飞机的基本状态参数，将基本状态参数发送给 微处理器8,微处理器将飞机基本参数和北斗位置参数进行融合处理后，再输送给存储卡9 和北斗收发机6 ;
[0092] 步骤1. 2 :北斗收发机接收飞机的基本状态参数，将飞机的基本状态参数以短报 文方式发送给收发天线3 ;
[0093] 步骤1. 3 :收发天线3将以短报文形式的飞机的基本状态参数发送给北斗卫星，通 过北斗卫星将飞机的基本状态参数发送给地面接收设备。
[0094] 所述步骤1. 1进一步包括：
[0095] 步骤1. 11 :利用多个微机械传感器采集飞机的基本状态参数并将基本状态参数 发送给微处理器8 ;
[0096] 步骤1. 12 :微处理器将飞机的基本状态参数和北斗定位信息进行融合处理后，将 融合后的飞机的基本状态参数和北斗定位信息分别发送给北斗收发机6和存储卡9 ;
[0097] 步骤1. 13 :利用存储卡9存储飞机的基本状态参数。
[0098] 所述步骤1. 2进一步包括：
[0099] 步骤1. 21 :利用基带处理单元10接收飞机的基本状态参数，将飞机的基本状态参 数进行基带处理，并将经过基带处理后的基本状态参数发送给射频单元11 ;
[0100] 步骤1. 22 :利用射频单元11将经过基带处理单元10处理后的基本状态参数进行 降低噪声和功率放大处理后发送给收发天线3 ;
[0101] 步骤1. 23 :收发天线3将经过射频单元11处理后的基本状态参数以无线方式发 送给北斗卫星。
[0102] 本发明的主要技术指标：
[0103] a、测量特性
[0104] ?姿态角 角度测量范围（° ) 横滚角±180 俯仰角± 90 角度精度（。） 静态精度 <0.8 动态精度 <2. 5 (RMS) ?角速率 量程（/s ) 横滚角速率± 300 俯仰角速率± 300 带宽（Hz) 5U ?加速度 量程（g ) ±5 带宽（Hz) 40
[0105] b、一般特性
[0106] ?输入电压（VDC) 8-30
[0107] ?输入电流（mA) <50
[0108] ?工作温度（°C) -40 ?+70
[0109] c、通信协议
[0110] ?通讯接口类型 RS-422
[0111] ?数据传送波特率（kbps) 115.2
[0112] ?数据更新速率（Hz) 200
[0113] ?数据传输方式：串行异步通讯（1位起始位、8位数据位、1位停止位、无校验位）
[0114] d、数据帧格式
[0115] 每一帧数据由21个字节构成，各输出量分别采用两字节十六进制补码表示。
[0116] e、RDSS性能指标
[0117]
【权利要求】
1. 一种基于北斗的飞行安全实时监控系统，其特征在于：包括多个分别安装在每架训 练飞机上的机载设备（1)和一个地面接收设备（2); 每个所述机载设备（1)，分别设置于被训练的飞机上，用于感测飞机的基本状态参数， 接收地面接收设备（2)通过北斗卫星发送的北斗定位信息，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（2); 所述地面接收设备（2)，用于接收北斗卫星传输来的多架飞机的基本状态参数，通过北 斗卫星分别向每个机载设备（1)发送北斗定位信息，并对多架飞机的基本状态参数进行分 析和显示。
2. 根据权利要求1所述的飞行安全实时监控系统，其特征在于：所述机载设备（1)包 括收发天线（3)和智能收发机（4); 所述收发天线（3)，用于接收北斗卫星发送的北斗定位信息，还用于将以短报文形式的 飞机的基本状态参数发送给北斗卫星，通过北斗卫星将飞机的基本状态参数发送给地面接 收设备； 所述智能收发机（4)，用于在飞机处于飞行状态时感测飞机的基本状态参数，将飞机的 基本状态参数以短报文形式发送给收发天线（3)。
3. 根据权利要求1所述的飞行安全实时监控系统，其特征在于：所述智能收发机（4) 包括多通道传感器（5)和北斗收发机（6); 多通道传感器（5)，用于采集飞机的基本状态参数，将基本状态参数进行存储并发送给 北斗收发机（6); 北斗收发机￠)，用于接收飞机的基本状态参数，将飞机的基本状态参数以短报文方式 发送给收发天线（3)。
4. 根据权利要求2所述的飞行安全实时监控系统，其特征在于：所述多通道传感器（5) 包括多个微机械传感器（7)，微处理器（8)和存储卡（9); 每个所述微机械传感器（7)，用于采集飞机的基本状态参数并将基本状态参数发送给 微处理器（8); 所述微处理器（8)，用于融合飞机的基本状态参数和北斗的定位信息，得到融合信息， 并将融合信息发送给北斗收发机（6)和存储卡（9); 所述存储卡（9)，用于存储飞机的基本状态参数。
5. 根据权利要求2所述的飞行安全实时监控系统，其特征在于：所述北斗收发机（6) 包括基带处理单元（10)和射频单元（11); 所述基带处理单元（10)，用于接收飞机的基本状态参数，将飞机的基本状态参数进行 基带处理，并将经过基带处理后的基本状态参数发送给射频单元（11); 所述射频单元（11)，用于将经过基带处理单元处理后的基本状态参数进行降低噪声和 功率放大处理后发送给收发天线（3)。
6. 根据权利要求1至5任一所述的飞行安全实时监控系统，其特征在于：所述基本状 态参数包括三向加速度，三向角速度，两个方向的姿态，飞机航向和飞机位置信息。
7. -种基于北斗的飞行安全实时监控方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1 :利用设置于每架飞机上的机载设备感测每架飞机的基本状态参数，感测完毕 后，每架飞机上的机载设备分别将基本状态参数通过北斗卫星传送给地面接收设备，所述 基本状态参数包括三向加速度，三向角速度，两个方向的姿态，飞机航向和飞机位置信息； 步骤2 :地面接收设备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。
8. 根据权利要求6所述的飞行安全实时监控方法，其特征在于：所述步骤1进一步包 括以下步骤： 步骤1. 1 :利用多通道传感器（5)采集飞机的基本状态参数，将基本状态参数发送给 微处理器（8)，微处理器将飞机基本参数和北斗位置参数进行融合处理后，再输送给存储卡 (9)和北斗收发机（6); 步骤1. 2 :北斗收发机接收飞机的基本状态参数，将飞机的基本状态参数以短报文方 式发送给收发天线（3); 步骤1. 3 :收发天线（3)将以短报文形式的飞机的基本状态参数发送给北斗卫星，通过 北斗卫星将飞机的基本状态参数发送给地面接收设备。
9. 根据权利要求7所述的飞行安全实时监控方法，其特征在于：所述步骤1. 1进一步 包括： 步骤1. 11 :利用多个微机械传感器采集飞机的基本状态参数并将基本状态参数发送 给微处理器（8); 步骤1. 12 :微处理器将飞机的基本状态参数和北斗定位信息进行融合处理后，将融合 后的飞机的基本状态参数和北斗定位信息分别发送给北斗收发机（6)和存储卡（9); 步骤1. 13 :利用存储卡（9)存储飞机的基本状态参数。
10. 根据权利要求7所述的飞行安全实时监控方法，其特征在于：所述步骤1. 2进一 步包括： 步骤1. 21 :利用基带处理单元（10)接收飞机的基本状态参数，将飞机的基本状态参数 进行基带处理，并将经过基带处理后的基本状态参数发送给射频单元（11); 步骤1. 22 :利用射频单元（11)将经过基带处理单元（10)处理后的基本状态参数进行 降低噪声和功率放大处理后发送给收发天线（3); 步骤1. 23 :收发天线（3)将经过射频单元（11)处理后的基本状态参数以无线方式发 送给北斗卫星。
【文档编号】H04W84/18GK104267417SQ201410443509
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月2日 优先权日:2014年7月29日
【发明者】齐连普 申请人:西安科远测控技术有限公司