本实用新型涉及通用航空技术领域，具体地说涉及一种通用航空雷达数传ip电台组网导航系统。
背景技术：
通用航空（GA, General Aviation），是指使用民用飞行器从事公共航空运输以外的民用航空活动，包括从事工业、农业、林业、渔业和建筑业的作业飞行以及医疗卫生、抢险救灾、气象探测、海洋监测、科学实验、教育训练、文化体育等方面的飞行活动。
通用航空业是以通用航空飞行活动为核心，涵盖通用飞行器研发制造、市场运营、综合保障以及延伸服务等全产业链的战略性新兴产业体系。
近年来，我国通用航空业发展迅速，截至2015年底，通用机场超过300个，通用航空企业281家，在册通用飞行器1874架，2015年飞行量达73.2万小时。但总体上看，我国通用航空业规模仍然较小，基础设施建设相对滞后，低空空域管理改革进展缓慢，飞行器自主研发制造能力不足，通用航空运营服务薄弱，与经济社会发展和新兴航空消费需求仍有较大差距。
2016年5月17日，国务院办公厅印发《关于促进通用航空业发展的指导意见》(以下简称《意见》)，对进一步促进通用航空业发展作出部署。《意见》提出，到2020年，建成500个以上通用机场，基本实现地级以上城市拥有通用机场或兼顾通用航空服务的运输机场，覆盖农产品主产区、主要林区、50%以上的5A级旅游景区。通用飞行器达到5000架以上，年飞行量200万小时以上，培育一批具有市场竞争力的通用航空企业。通用飞行器研发制造水平和自主化率有较大提升，国产通用飞行器在通用航空机队中的比例明显提高。通用航空业经济规模超过1万亿元，初步形成安全、有序、协调的发展格局。
随着技术的发展，通用航空的应用也越来越广泛，而发展通用航空，空域开放是关键。空域不开放，通用飞行器就无法顺利升空飞行，通用航空的各项工作也就无法推进。目前低空空域管理改革面临的主要困难是：空防安全与低空开放的矛盾、空域资源规划对低空空域开放的影响、法律责任界定存在缺失、运行管理体系不健全、飞行服务保障条件不完善。与国外通用航空运行监视模式不同，我国是高度设防的国家，周边环境复杂，部分地区又有众多的重要限制区域，空防安全的压力很大，通用航空的低、慢、小飞行目标的监控对航空安全至关重要。总体而言，目前对“低小慢”的低空空域飞行器合作与非合作目标存在“看不见、联不上、管不住”的问题，这严重制约着低空空域的开放和相关产业发展，更严重影响了国土防空和飞行安全，因此，迫切需要建立一套有效且符合我国国情的低空空域飞行器全时域、全空域无缝的导航监控系统。
另外，在发生空难事故后，飞行器往往解体，甚至被烈火烧毁,人们到现场救援的时候，通常都会寻找被誉为空难“见证人”的黑匣子，它可以给调查人员提供证据，帮助他们了解事故的真相。但由于发生空难事故的地点不确定，有可能在交通不便或环境恶劣的地方，不仅导致黑匣子的寻找较为困难，还大幅延长了了解事故真相的时间。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于解决现有技术中存在的上述问题，提供一种通用航空雷达数传ip电台组网导航系统，本实用新型能够为飞行器提供阶梯分层的动态空中导航图，使飞行人员掌握自己在空中飞行的路径与周围飞行的空中态势，一目了然，使在不同空域中飞行的飞行人员都能实时了解自己飞行的安全轨迹，从而真正实现通用航空在实际中飞得起来、管得住和看得见的安全飞行。另外，本实用新型还能使飞行器的黑匣子数据落地，以便于在发生空难或异常事故时快速了解到事故真相。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种通用航空雷达数传ip电台组网导航系统，其特征在于：包括三坐标相控阵雷达监控系统、机载ip数传语音应答电台系统和地面导航系统，其中：
所述三坐标相控阵雷达监控系统用于对飞行器进行实时监控，获取飞行参数，并将飞行参数发送至地面导航系统；
所述机载ip数传语音应答电台系统用于向地面导航系统发送语音信号及飞行的数据信号；
所述地面导航系统包括地面数传语音应答电台系统和地面处理系统，地面数传语音应答电台系统用于接收语音信号和数据信号，对接收到的语音信号进行监听与应答，并将接收到的语音信号和数据信号发送给地面处理系统；地面处理系统用于接收并存储飞行参数、语音信号和数据信号，地面处理系统中预设有3000m以下的阶梯式分层标准导航图，地面处理系统将飞行参数和数据信号处理后叠加至阶梯式分层标准导航图中形成实时动态空中导航图，并通过地面数传语音应答电台系统将实时动态空中导航图发送至机载显示屏。
所述机载ip数传语音应答电台系统包括语音拾音器、数据采集器、一号信号放大器、二号信号放大器、三号信号放大器、四号信号放大器、芯片处理器、一号反相滤波放大器、二号反相滤波放大器、IP信号编码调制解调器、天馈功分器A和信号接收器，语音拾音器通过一号信号放大器与芯片处理器连接，数据采集器通过二号信号放大器与芯片处理器连接，芯片处理器的语音输出端依次通过一号反相滤波放大器和三号信号放大器与IP信号编码调制解调器连接，芯片处理器的数据输出端依次通过二号反相滤波放大器和四号信号放大器与IP信号编码调制解调器连接，IP信号编码调制解调器通过功率放大器与天馈功分器A连接，信号接收器与天馈功分器A连接。
所述机载ip数传语音应答电台系统还包括与IP信号编码调制解调器连接的时控触发器。
所述信号接收器的输入端与天馈功分器A连接，输出端分别与机载耳机和显示屏连接。
所述地面数传语音应答电台系统包括一对多数传矩阵IC-WCPU处理电台、IP信号编码组合发射器、语音应答器、天馈功分器B、监听器和应答器，天馈功分器B与一对多数传矩阵IC-WCPU处理电台连接，一对多数传矩阵IC-WCPU处理电台分别与地面处理系统和IP信号编码组合发射器连接，IP信号编码组合发射器与语音应答器连接，语音应答器分别与地面处理系统、监听器和应答器连接。
所述语音应答器分别通过五号信号放大器和六号信号放大器与监听器和应答器连接。
所述地面处理系统包括地面数据网关服务器、地面航管数据融合运算中心服务器、存储器、显示大屏和航迹动态轨迹图形成器，所述阶梯式分层标准导航图预设在地面航管数据融合运算中心服务器中，所述地面数据网关服务器分别与一对多数传矩阵IC-WCPU处理电台、地面航管数据融合运算中心服务器、显示大屏、航迹动态轨迹图形成器、三坐标相控阵雷达监控系统和语音应答器连接，所述地面航管数据融合运算中心服务器与航迹动态轨迹图形成器连接，所述航迹动态轨迹图形成器与显示大屏连接。
所述地面航管数据融合运算中心服务器与地面操作控制平台连接。
所述阶梯式分层标准导航图是指将50—3000m的飞行空域，以50m作为步距逐渐递增的方式设置成阶梯式分层的导航图。
采用本实用新型的优点在于：
1、本实用新型能够为飞行器提供阶梯分层的实时动态空中导航图，使飞行人员掌握自己在空中飞行的路径与周围飞行的空中态势，一目了然，使在不同空域中飞行的飞行人员都能实时了解自己飞行的安全轨迹，从而真正实现通用航空在实际中飞得起来、管得住和看得见的安全飞行。另外，本实用新型通过接收并存储来自飞行器的数据信号，还能使飞行器的黑匣子数据落地，以便于在发生空难或异常事故时快速了解到事故真相。
2、本实用新型通过三坐标相控阵雷达监控系统采集的各飞行器的飞行参数，能够与各飞行器本身的飞行数据进行比对，从而对飞行器进行实时监控，防止飞行器慢飞或乱飞等，避免出现安全事故。可以说，本实用新型采用地面导航系统与三坐标相控阵雷达监控系统配合，除了为飞行器提供实时动态空中导航图外，还相当于能够在通用航空领域作为电子警察对飞行器进行监控，实时监控各飞行器在飞行过程中是否违规，从而为处理违规或后续出台通用航空政策提供依据。
3、本实用新型中机载ip数传语音应答电台系统与地面导航系统构成语音应答通讯，实现“空地”互传互通，并同时与地面航空部门监控中心人员构成应答信息通报，也实现地面航管部门对管辖范围内的空中飞行器进行实时调度、指挥、预告等相关通讯。
4、本实用新型主要实现了通用航空在3000m以下的低空飞行中可安全地飞行， 同时为实现相应的通航交通法规条例与制度建设提供了可靠真实的数据，可真正实现了通用航空在实际中飞得起来、管得住、看得见的安全飞行。
5、本实用新型通过机载ip数传语音应答电台系统和地面导航系统的配合，还能够实现地对空和一对多的群发指令，使在不同空域中飞行的飞行员能实时了解自己飞行的安全实时的空中飞行导航图。
附图说明
图1为本实用新型的逻辑图。
图2为本实用新型的原理框图。
图3为本实用新型中的阶梯式分层标准导航图。
图4为本实用新型中机载ip数传语音应答电台系统的电路原理图。
图5为本实用新型中地面导航系统的电路原理图。
具体实施方式
如附图1、2所示，本实用新型提供了一种通用航空雷达数传ip电台组网导航系统，包括三坐标相控阵雷达监控系统、机载ip数传语音应答电台系统和地面导航系统，所述机载ip数传语音应答电台系统和地面导航系统构成半双工的IP数据传输与语音应答功能，其中：
所述三坐标相控阵雷达监控系统用于对飞行器进行实时监控，获取飞行参数，并将飞行参数发送至地面导航系统；飞行器的飞行参数包括飞行过程中的飞行高度、经纬度及距离等相关参数。
所述机载ip数传语音应答电台系统用于向地面导航系统发送语音信号及飞行的数据信号；语音信号为飞行器上的飞行人员向地面导航系统发出的信号，飞行的数据信号为飞行器所载黑匣子中的数据信号。
所述地面导航系统包括地面数传语音应答电台系统和地面处理系统，地面数传语音应答电台系统用于接收语音信号和数据信号，对接收到的语音信号进行监听与应答，并将接收到的语音信号和数据信号发送给地面处理系统；地面处理系统用于接收并存储飞行参数、语音信号和数据信号，地面处理系统中预设有3000m以下的阶梯式分层标准导航图，地面处理系统将飞行参数和数据信号处理后叠加至阶梯式分层标准导航图中形成实时动态空中导航图，并通过地面数传语音应答电台系统将实时动态空中导航图发送至机载显示屏。
本实用新型中，所述机载ip数传语音应答电台系统包括语音拾音器、数据采集器、一号信号放大器、二号信号放大器、三号信号放大器、四号信号放大器、芯片处理器、一号反相滤波放大器、二号反相滤波放大器、IP信号编码调制解调器、天馈功分器A和信号接收器，语音拾音器通过一号信号放大器与芯片处理器连接，数据采集器通过二号信号放大器与芯片处理器连接，芯片处理器的语音输出端依次通过一号反相滤波放大器和三号信号放大器与IP信号编码调制解调器连接，芯片处理器的数据输出端依次通过二号反相滤波放大器和四号信号放大器与IP信号编码调制解调器连接，IP信号编码调制解调器通过功率放大器与天馈功分器A连接，信号接收器的输入端与天馈功分器A连接，输出端分别与机载耳机和显示屏连接。其中，机载ip数传语音应答电台系统还包括与IP信号编码调制解调器连接的时控触发器。
所述机载ip数传语音应答电台系统中各部件的作用功能如下：
所述语音拾音器用于将飞行人员发出的语音信号通过一号信号放大器送入芯片处理器。
所述数据采集器用于将黑匣子中的数据信号通过二号信号放大器送入芯片处理器。
所述芯片处理器为数传模块ICP芯片处理器，用于对语音信号和数据信号进行A/D变换处理，并分别输出语音信号和数据信号至IP信号编码调制解调器；其中，芯片处理器输出的语音信号依次经一号反相滤波放大器和三号信号放大器后进入IP信号编码调制解调器，芯片处理器输出的数据信号依次经二号反相滤波放大器和四号信号放大器后进入IP信号编码调制解调器。
所述IP信号编码调制解调器用于分别对语音信号和数据信号进行叠加编码，并通过天馈功分器A的发射振子将叠加编码后的语音信号和数据信号发送至地面导航系统；其中，IP信号编码调制解调器输出的语音信号和数据信号先由功率放大器放大，放大后再由天馈功分器A发出。
所述信号接收器用于通过天馈功分器A的接收振子接收地面导航系统发出的语音应答信号和实时动态空中导航图，并将语音应答信号和实时动态空中导航图分别发送至机载耳机和显示屏。所述的语音应答信号是针对飞行器所发出的语音信号作出的应答。
所述时控触发器用于在语音收/发静默状态时控制数据信号发出。
本实用新型中，所述地面数传语音应答电台系统包括一对多数传矩阵IC-WCPU处理电台、IP信号编码组合发射器、语音应答器、五号信号放大器、六号信号放大器、天馈功分器B、监听器和应答器，天馈功分器B与一对多数传矩阵IC-WCPU处理电台连接，一对多数传矩阵IC-WCPU处理电台分别与地面处理系统和IP信号编码组合发射器连接，IP信号编码组合发射器与语音应答器连接，语音应答器分别与地面处理系统、监听器和应答器连接，且语音应答器分别通过五号信号放大器和六号信号放大器与监听器和应答器连接。
所述地面数传语音应答电台系统中各部件的作用功能如下：
所述天馈功分器B用于通过接收振子接收经天馈功分器A的发射振子发出的语音信号和数据信号。
所述一对多数传矩阵IC-WCPU处理电台用于识别经天馈功分器B接收到的语音信号和数据信号，并将识别出的语音信号送入IP信号编码组合发射器，将识别出的数据信号送入地面处理系统。
所述IP信号编码组合发射器用于对语音信号进行二次编排对比确认，判断出飞行器的身份认证，并经语音应答器进行确认选择放大。
所述语音应答器用于输出三路语音信号，第一路通过五号信号放大器发送至监听器进行监听，第二路通过六号放大器发送至应答器进行应答，第三路发送至地面处理系统进行存储。
本实用新型中，所述地面处理系统包括地面数据网关服务器、地面航管数据融合运算中心服务器、存储器、显示大屏和航迹动态轨迹图形成器，所述阶梯式分层标准导航图预设在地面航管数据融合运算中心服务器中，所述地面数据网关服务器分别与一对多数传矩阵IC-WCPU处理电台、地面航管数据融合运算中心服务器、显示大屏、航迹动态轨迹图形成器、三坐标相控阵雷达监控系统和语音应答器连接，所述地面航管数据融合运算中心服务器与航迹动态轨迹图形成器连接，所述航迹动态轨迹图形成器与显示大屏连接。进一步的，所述地面航管数据融合运算中心服务器与地面操作控制平台连接。
所述地面处理系统中各部件的作用功能如下：
所述地面数据网关服务器用于接收并存储飞行参数、语音信号和数据信号，并对接收到的飞行参数和数据信号进行融合处理，并将处理后的融合信息发送至地面航管数据融合运算中心服务器。其中，融合处理包括数据信号和飞行参数的管理，数据信号和飞行参数的比对、监督、调度管理等，以及信息的分发和存储。
所述地面航管数据融合运算中心服务器用于将融合信息与预设在地面航管数据融合运算中心服务器中的阶梯式分层标准导航图相叠加，并通过航迹动态轨迹图形成器形成实时动态空中导航图。
所述航迹动态轨迹图形成器用于将形成的实时动态空中导航图通过地面数据网关服务器和地面数传语音应答电台系统发送至机载显示屏。
所述显示大屏用于显示航迹动态轨迹图形成器形成的实时动态空中导航图。
所述存储器用于存储地面数据网关服务器接收到的各飞行器的语音信号、数据信号和飞行参数等，实现各种信号的存储与回放。
本实用新型中，所述阶梯式分层标准导航图是指将50—3000m的飞行空域，以50m作为步距逐渐递增的方式设置成阶梯式分层的导航图，如附图3所示：将50m-3000m飞行空域，以50m作为步距逐渐递增的方式设置成立体状的阶梯式分层的导航图，将该阶梯式分层的导航图预设计在航空“导航图”中作为底层数据库“存储图标”，当飞行器在空中飞行时，依据飞行器本身的定位坐标与三坐标相控阵雷达监控系统侦测到的坐标数据与“存储图标”进行比对叠加，立即呈现出飞行器当前处于50-3000m中的某一层“空中交通走廊实时导航图”。
如：①当AR-1型飞行器从150m飞到500m时，在地面处理系统中的显示大屏上与空中飞行的AR-1型飞行器的显示屏上将同步呈现在500m高空中这一层的交通飞行“导航图”与这一层的周边态势图；②当AR-1型飞行器从500m升到2000m的空中飞行时，在地面处理系统中的显示大屏上与空中飞行的AR-1型飞行器的显示屏上将同步呈现在2000m高空中这一层的交通飞行“导航图”与这一层的周边态势图。其中，飞行器飞行的数据信号由机载ip数传语音应答电台系统向地面数传语音应答电台系统与三坐标相控阵雷达监控系统侦测的飞行参数，经数据组网融合完成，与导航图预设置的底层阶梯式分层的导航图叠加完成，实现了实时动态的3000m以下的空中交通飞行走廊图的安全可靠的实时动态空中导航图。
本发明中，三坐标相控阵雷达监控系统与地面导航系统组成成套设备配合使用，两者均安装在地面；而机载ip数传语音应答电台系统则安装在飞行器上。实际使用时：在通用航空飞行器的飞行区域内的地面上，遍布由三坐标相控阵雷达监控系统与地面导航系统组成的成套系统，这些成套系统均通过无线网络连接，这样，当任何一艘飞行器从这些成套系统组网区域上空飞过时，在三坐标相控阵雷达监控系统的配合下，均能够根据飞行器的数据信号为飞行器提供实时动态空中导航图，该实时动态空中导航图按阶梯分层的方式显示在机载显示屏上，使飞行人员掌握自己在空中飞行的路径与周围飞行的空中态势，一目了然，使在不同空域中飞行的飞行人员都能实时了解自己飞行的安全轨迹，从而真正实现通用航空在实际中飞得起来、管得住和看得见的安全飞行。
下面结合附图4对机载ip数传语音应答电台系统的工作原理进行说明：
语音拾音器MIC-1与数据采集器S-1两类传感器分别经C1、R1将语音信号和数据信号耦合至一号信号放大器IC1与二号信号放大器IC2中，将语音信号和数据信号放大整形，并分别经C2、C3耦合至数传模块IC-P芯片处理器中进行信号识别，且与这两种信号进行A/D变换处理。此后将处理后的信号进行两路输出，其中：一路为语音信号，经C4、R7耦合至一号反相滤波放大器IC3中进行反相滤波放大整形，并将此反相放大整形后的信号经由IC5及外围电路R10、RP1等构成的三号信号放大器中进行第二次放大，第二次放大后再经C6输出至IP信号编码调制解调器中进行编码，叠加出具有IP地址码的语音数字信号，完成了语音IP1编码数据流的特征信号，该特征IP1编码的语音数字信号中嵌入了该飞行器的身份认证，即通用航空低空飞行器的飞行员与机主的相关身份认证码，该信号数据数字码信息经数字线性功率放大器IC7放大后，再经C9耦合至天馈功分器A后经发射振子TX3发射出去。同理，另一路为机载采集的数据信号经C5、R8耦合至二号反相滤波放大器IC4中进行反相滤波放大整形，并将此反相放大整形的信号经由IC6及外围电路R9、RP2等构成的四号信号放大器中进行第二次放大，第二次放大后再经C7输出至IP信号编码调制解调器中进行编码叠加出具有IP2地址码的数据流数字脉冲信号，完成了机载数据的采集IP2编码数据流的特征信号，该特征IP2编码的机载数据信号中包含并嵌入了该飞行器的机载“黑匣子”的身份认证，即通用航空低空飞行器的黑匣子关键数据与身份认证码，该特征IP2数据流信号在时控触发器的控制下，按软件嵌入程序指令实现“时分”控制，并经数字线性功率放大器IC7放大后，再经C9耦合至天馈功分器A后经发射振子TX3发射出去，此时发射状态为语音收/发静默状态，即时控触发器的另一功能完成了：在语音应答状态时嵌入了飞行关键数据“打包”编排发出。这样便实现了机载黑匣子落地的功能，确保在特殊状态下飞行器失事时，黑匣子的数据在地面监控中心也能找回，并进行相关飞行数据的与状态分析。
而由地面导航系统向机载ip数传语音应答电台系统传输信息的原理为：天馈功分器A中的接收振子RX3接收地面数传语音应答电台系统的信号，与地面三坐标相控阵雷达监控系统中的特征码信号经由C10耦合至信号接收器进行信号分类处理：1）语音信号传至耳机SPK-1中并放大给机载飞行人员，实现耳机监听功能。2）另一类信号与IP信号编码调制解调器经R-485-1相通讯构成IP码元控制的航实时飞行导航地图信息，为飞行驾驶员提供实时动态的航迹与飞行安全导航图。
下面结合附图5对地面导航系统的工作原理进行说明：
1，由天馈功分器B的接收振子RX3接收到空中飞行各型机载电台传输的语音应答IP数字信号与机载黑匣子的时控数据包信号后，经地面一对多数传矩阵IC-WCPU处理电台进行识别处理并分出IP地址不同的语音信号和数据信号，其中，语音应答的IP码信号经RJ-485-2通讯至IP信号编码组合发射器中进行二次编排对比确认，判断出空中飞行器的身份认证，并经RJ-485-3通讯至语音应答器进行确认选择放大，将此信号经C11、C12、R13分别耦合至五号信号放大器IC8和六号信号放大器IC9中进行放大，并经C12、C13耦合输出至监听器SPK-2监听和应答器MIC-n进行语音应答；实现了地面空管人员有选择地与空中飞行器进行通话应答，使其地面工作人员可进行：勾选IP进行选呼、群呼、一对一呼叫、一对多呼叫。而数据的IP码信号则经RJ-485-1通讯至地面数据网关服务器。
2，语音应答器经RJ-485-4通讯协议连接至地面数据网关服务器中进行判别后，并经RJ-45-2通讯至存储器中实现地对空或空对地的语音应答存储与回放。
3，应答数据信号的传输与录入和空中导航图的形成描述：
当空中的语音信号MIC-1~MIC-n与机载黑匣子的时控数据包信号S-1~S-n，以及地面监控雷达信号经三坐标雷达解码信号处理器鉴别后的TR雷达侦测数据转换器形成的具有IP地址码的数据包信号，分别经RJ-45-1与RJ-45-9通信组网至地面数据网关服务器进行数据融合、综合处理。该综合处理的融合信息，一方面通过RJ-45-2进入存储器中进行存储；另一方面首先经RJ-45-6通讯至地面航管数据融合运算中心服务器，使融合信息叠加至预设在地面航管数据融合运算中心服务器中的阶梯式分层标准导航图上，再经RJ-45-5通讯至航迹动态轨迹图形成器形成实时动态空中导航图，该实时动态空中导航图一方面在显示大屏中进行显示，另一方面经RJ-45-4通讯至地面数据网关服务器，由地面数据网关服务器通过RJ-45-1通讯至地面一对多数传矩阵IC-WCPU处理电台，再由天馈功分器B的发射振子TX3发射至机载显示屏上，以使空中飞行的飞行器上能得到实时的动态空中“导航图”。
从上述1、2、3点可知，本实用新型主要实现了通用航空在3000M以下的低空飞行中可安全地飞行，同时实现了相应的通航交通法规条例与制度建设提供了可靠真实的数据，可真正实现通用航空在实际中飞得起来、管得住、看得见的安全飞行。