安装在“低慢小”飞行器上的便携式多模式监视设备的制作方法

本发明涉及一种基于ads-b、北斗rnss/rdss、4g通信的空管监视综合化技术；属于航空技术领域。

背景技术：

随着我国低空空域管理改革的深化推开，在消费娱乐、公共安保、航空测绘等领域，动力三角翼、轻型直升机、无人机等“低慢小”飞行器获得广泛应用。同时，由于此类飞行器成本低廉、操作方便、容易获取，易形成“黑飞”。某些无资质、未经审批的个人和单位利用此类飞行器进行地面测绘的行为也对军、民航空中秩序及国家安全造成不小的影响和损失。

对于常规的飞行器，可以采用ads-b数据链将位置信息发送给地面监控站进行监控。对于“低慢小”飞行器，当其在低空飞行时，由于遮挡或其他原因无法使用ads-b数据链，因此，需要研发一种设备，能将“低慢小”飞行器的位置信息发送给地面监控站进行监控，以满足国家相关部门对“低慢小”目标管控的迫切需求。

技术实现要素：

本发明的发明目的在于提供一种安装在“低慢小”飞行器上的便携式多模式监视设备，主要完成对“低慢小”飞行器的飞行状态监控功能，从gnss模块获取包含本机经度、纬度、速度、时间、高度等内容的导航信息，组装成多个适合于1090es数据链传输的不同类型的ads-b消息，一方面通过ads-b数据链进行广播；另一方面，在有移动通信基站覆盖的范围内，通过4g移动通信技术传输航空器的监视信息；同时，可以通过北斗短报文(rdss)发送飞行器的位置报告到地面管控中心，并可通过手机、pc、pda的蓝牙功能等实现设备的二次代码、飞机标识、s模式地址、飞机类型等参数配置。

本发明的发明目的通过以下技术方案实现：

一种安装在“低慢小”飞行器上的便携式多模式监视设备，包含中央处理模块、gnss天线和4g天线，中央处理模块上设有gnss接收电路、蓝牙控制电路、fpga芯片、处理器和3g/4g通信模块电路；

gnss接收电路用于通过gnss天线接收包含本机经度、纬度、速度、高度的导航信息并传输给fpga芯片；

蓝牙控制电路用于接收工作参数信息并传输给fpga芯片；

fpga芯片用于根据所述工作参数信息完成便携式多模式监视设备的参数配置，以及将导航信息先传输给处理器完成编码后再组成ads-b报文；

3g/4g通信模块电路用于通过4g天线检测是否有地面移动通信基站信号，若有则将ads-b报文通过4g天线对外发射。

优选地，工作参数信息包含设置飞机标识fid、s模式地址、飞机类型、工作模式。

进一步，便携式多模式监视设备还包含射频发射模块和全向天线，中央处理模块上还设有隔离缓冲电路；

fpga芯片还用于向隔离缓冲电路传输发射使能信号和ads-b报文；

隔离缓冲电路用于对发射使能信号和ads-b报文进行隔离和增强驱动后传输给射频发射模块；

射频发射模块用于对ads-b报文进行调制后，根据发射使能信号将ads-b报文通过全向天线对外发射。

优选地，射频发射模块包括本振电路、调制单元和功放单元电路组，调制单元利用本振电路对ads-b报文进行变频后，由功放单元电路组进行放大，最后通过全向天线对外发射。

优选地，射频发射模块和中央处理模块之间采用堆叠结构。

进一步，便携式多模式监视设备还包含北斗rdss天线，所述中央处理模块上还设有北斗rdss电路，所述北斗rdss电路用于将ads-b报文进行调制后通过北斗rdss天线对外发射。

进一步，蓝牙控制电路还用于接收自检测指令和自检测状态设置；所述fpga芯片还用于完成自检测，以及通过蓝牙控制电路反馈参数配置状态以及自检测测试结果。

本发明的有益效果在于：本发明采用综合化、集成化的设计方法，便携式多模式监视设备通过1090es数据链、4g移动通信网络和北斗短报文等方式，实现对“低慢小”飞行器的飞行状态监控功能，满足“高中低”空空域不间断、连续监视的需求，其体积小、重量轻、功耗低、接口通用，可广泛适用于各类作业无人机、轻型机、滑翔伞等通用航空机载环境，为飞行器的管制飞行提供有效、可靠的飞行态势监视，达到飞行器安全巡航和地面系统全天候监视的期望，满足通用航空发展需求。

附图说明

图1为实施例所示安装在“低慢小”飞行器上的便携式多模式监视设备的结构框图；

图2为实施例所示安装在“低慢小”飞行器上的便携式多模式监视设备的结构示意图；

图3为实施例中所述中央处理模块的结构框图；

图4为实施例中所述射频发射模块的结构示意图；

图5为软件结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1、图2所示，本实施例所示的一种安装在“低慢小”飞行器上的便携式多模式监视设备，包含2块电路板和4个天线，2块电路板分别为中央处理模块1和射频发射模块2，4个天线分别为全向天线3、gnss天线5、北斗rdss天线4和4g天线6。便携式多模式监视设备的机箱设计采用螺钉安装方式密封，以防止电磁泄漏，中央处理模块1和射频发射模块2采用堆叠结构，如图2所示，机箱的外形尺寸为161.7mm×78.5mm×32.7mm(不包括插座、按键等突出部分)。

中央处理模块(cpm)是便携式多模式监视设备的主要处理模块，如图3所示，主要包含gnss接收电路、蓝牙控制电路、北斗rdss电路、隔离缓冲电路、fpga芯片、处理器和3g/4g通信模块电路。

蓝牙控制电路负责接收手机、pda等电子设备发送的工作参数信息、启动自检测，和设置测试状态，发送工作参数的配置状态和自检测结果。

gnss接收电路用于通过gnss天线获得包含本机经度、纬度、速度、时间、高度等内容的导航信息。

在fpga芯片上运行初始化函数软件，主要完成主处理器时钟、中断、定时器以及串口控制器初始化工作，并完成设备上电自检工作。

在fpga芯片上运行蓝牙通信软件，对蓝牙控制电路传输过来的数据进行解析，从工作参数信息中解析出飞机标号fid、s模式地址、飞机类型等数据交由参数设置软件完成相关数据的配置。由自检测软件完成对本机工作状态进行周期性检测，检测结果可经rs232接口输出到维护检测设备。

fpga芯片将gnss接收电路接收到的导航信息传输到处理器，处理器上运行的数据接收软件完成导航信息的解码，对高度进行格雷码编码，对速度进行东西向速度和和南北向速度编码，对经纬度进行cpr编码。

在fpga芯片上运行1090es数据链软件，将编码后的经纬度、速度、高度按各种类型分成多个56位的数据，并插入df18格式的me字段，组装成多个适合于1090es数据链传输的不同类型的ads-b报文和发射使能信号。ads-b报文的类型有空中位置信息es、空中速度信息es、地面位置信息es和飞机标识信息es四种。空中位置es主要包含信息为监视状态、天线状态、格雷码高度信息、经纬度信息。空中速度es主要包含信息为东西速度信息、南北速度信息、垂直速率信息、航向信息以及真空速信息。地面位置es主要包含信息为地速信息、航向信息、经纬度信息。飞机标识es主要包含信息为当前飞行任务码。

在北斗rdss电路上运行北斗短报文通信软件，主要将ads-b报文每12秒一次通过北斗天线发给地面管控中心。

在3g/4g通信模块电路上运行4g通信软件，在低空飞行检测到有地面移动通信基站覆盖时，自动将ads-b报文通过4g天线发送给地面监控站。

隔离缓冲电路用于对发射使能信号和ads-b报文进行隔离和增强驱动后传输给射频发射模块。

射频发射模块(txm)主要包括本振电路、调制单元、功放单元电路组成。将中央处理模块(cpm)发送过来的ads-b报文码元信号，调制为1090mhz无线信号，并通过功放电路将无线信号功率放大到250瓦特，由全向天线广播发射。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。