高可靠性地基增强系统地面站设备及在线切换方法
【专利摘要】本发明涉及一种高可靠性地基增强系统地面站设备，包括4个参考接收机模块RR1、RR2、RR3、RR4，两个模块DCP1、DCP2，两个模块VDB?S1、VDB?S2，以及两个模块VDB?R1、VDB?R2，将传统系统中的RR、DCP、VDB?S、VDB?R设备模块化并整合为一个设备G?CTE，正常运行过程中有4个RR模块、1个DCP模块、1个VDB?S模块、2个VDB?R模块同时工作，另外1个DCP模块、1个VDB?S模块处于待机状态，能够随时切换，有益效果是当其中任何一个模块出现故障时，设备能够实时监测出现故障的模块，并在不中断原有业务操作的情况下进行在线切换，维持整个设备连续正常工作的状态，提高了设备的可靠性，将出现故障的模块使用正常模块替换后，又还原为初始的主备冗余状态，后续发生故障可以再行切换，增加了整个设备的可维护性。
【专利说明】
高可靠性地基増强系统地面站设备及在线切换方法
技术领域
[0001]本发明涉及卫星导航领域中的地基增强系统(GBAS)，特别涉及一种高可靠性地基增强系统地面站设备及在线切换方法。
技术背景
[0002]GBAS通过差分定位提高了卫星导航系统的精度(能够达到米级)，并通过一系列完好性监视算法来提高系统的完好性、连续性、可用性等性能指标，使机场覆盖空域范围内配置相应机载设备的飞机获得I类甚至更高标准的精密进近着陆引导服务。
[0003]GBAS由地面站和机载设备组成，地面站包括四对参考接收机(RR)和天线、地面数据处理设备(DCP)、甚高频数据收发设备(VDB)及天线等。DCP通过结合来自四个RR的测量值产生可见卫星的差分校正值；同时，通过监测导航信号的异常形成完好性信息;然后把校正值、完好性信息和下滑道数据等信息(组合为差分增强报文)通过VDB设备播发给机载用户。机载设备为多模式接收机，通过接收卫星导航信号以及地面站播发的差分增强报文，进行差分定位解算以及完好性告警判断处理等。
[0004]上述工作流程中，地面站各组成设备必须能够持续无故障工作是保证整个系统正常运行并达到系统所需性能指标为前提，若DCP或者VDB出现故障，将导致整个系统的瘫痪。
【发明内容】
[0005]鉴于现有技术存在的问题，本发明提供了一种GBAS系统中地面站核心组件的整合方案，将传统系统的RR、DCP以及VDB设备模块化并进行合一设计，合一后的设备称之为GBAS地面站综合处理设备(G-CTE)，并对该合一设备的组成模块实现冗余备份及在线切换设计。在运行过程中，设备自行对各个组成模块的运行状态进行监控，若某个模块出现异常，将启用备用模块，保证业务不被中断。设备同时给出告警信息，维护人员可将出现故障的模块进行更换，恢复设备的主备切换能力，具体技术方案是，一种高可靠性的地基增强系统地面站设备，包括4个参考接收机模块RRl、1^2、1^3、1^4，两个模块00?1、DCP2，两个模块VDB-Sl、VDB-S2，以及两个模块VDB-Rl、VDB-R2，其特征在于:将传统系统中的RR、DCP、VDB-S、VDB-R设备模块化并整合为一个设备G-CTE，其内部模块连接关系为1^1、1^2、1^3、1^4模块分别通过串口双向连接至DCPl模块、DCP2模块，VDB-Sl模块、VDB-S2模块和VDB-Rl模块、VDB-R2模块分别通过串口双向连接至DCPl模块、DCP2模块，DCPI模块、DCP2模块之间通过串口双向连接，该合一设备的RRl、RR2、RR3、RR4模块、VDB-Sl模块、VDB-S2模块、VDB-Rl模块、VDB-R2模块分别通过射频电缆及天线Ant连接地面站其他组成设备;正常运行过程中有4个RR模块、I个DCP模块、I个VDB-S模块、2个VDB-R模块同时工作，另外I个DCP模块、I个VDB-S模块处于待机状态，能够随时切换。
[0006]在线切换方法的具体工作步骤为，(一)准备工作，I)、将G-CTE设备与GBAS地面站其他设备连接，包括参考接收机天线、VDB收发天线；2 )、设置其中I个DCP模块为主状态，另夕卜I个DCP模块为备状态，状态信息通过模块自身的存储部件存储，模块重启后状态仍保存；3)、设置其中一个VDB-S模块为主状态，另外一个VDB-S模块为备状态，状态信息通过模块自身的存储部件存储，模块重启后状态仍保存;4)、RR、VDB-R模块无需设置模块状态；(二)设备运行，I )、设备上电工作，4个RR模块、配置为主状态的DCP模块、VDB-S模块以及两个VDB-R模块开始工作，配置为备状态的DCP模块、VDB-S模块处于待机状态，随时准备切换;2)、RR模块在线切换，DCP监控RR模块发送的状态信息，若检测到某个RR模块出现异常，即将其设置为故障状态并给出相应告警信息，提示更换相应的模块，若正常工作的RR模块数量大约等于3，设备正常运行，否则设备失效;3)、DCP模块在线切换，处于待机状态的备DCP模块监听主DCP模块的心跳信息，若在根据系统性能要求设置的一段时间内没有收到主DCP模块的心跳，则认为主DCP模块出现故障，备DCP模块自行切换为主状态，并将状态信息写入存储部件，接管原主DCP模块的工作。同时DCP给出告警信息，指示原主DCP模块需更换。更换后的DCP模块应配置为备状态;4)、VDB-S模块的在线切换，DCP将要发送的数据交给主VDB-S模块进行广播，2个VDB-R分别接收广播信号并反馈给DCP JCP对比发送数据与两个接收数据，如果全部相同，则无需切换；如果两个接收数据相同，但与发射数据不同，则认为VDB-S故障，通过DCP启用备用VDB-S完成后续广播功能，并设置后者为主状态并存储。同时DCP给出告警信息，提示更换原主VDB-S，更换后的VDB-S模块应配置为备状态；5)、VDB-R模块的在线切换，DCP对比发送数据与两个接收数据，如果发送数据与其中一个接收数据相同，与另一个接收数据不同，则认为VDB-S无故障，接收到不同数据对应的VDB-R故障。同时DCP给出告警信息，提示更换对应的VDB-R。
[0007]本发明有益效果是当其中任何一个模块出现故障时，设备能够实时监测出现故障的模块，并在不中断原有业务操作的情况下进行在线切换，维持整个设备连续正常工作的状态，提高了设备的可靠性，将出现故障的模块使用正常模块替换后，又还原为初始的主备冗余状态，后续发生故障可以再行切换，增加了整个设备的可维护性。
【附图说明】
[0008]图1是本发明内部模块连接图；
图2其他是本发明与系统设备连接图；
图3是本发明的RR模块在线切换流程图；
图4是本发明的DCP模块在线切换流程图；
图5是本发明的VDB模块在线切换流程图；
图6传统地基增强系统组成设备关系图。
【具体实施方式】
[0009]如图1、2所示，一种高可靠性的地基增强系统地面站设备，包括4个参考接收机模块RRl、RR2、RR3、RR4，两个地面数据处理模块DCPl、DCP2，两个甚高频数据发射模块VDB-Sl、VDB-S2，以及两个甚高频数据接收模块VDB-RUVDB-R2，将传统系统中的RR、DCP、VDB-S、VDB-R设备模块化并整合为一个设备G-CTE，其内部模块连接为RRl、RR2、RR3、RR4分别通过串口双向连接至DCPl模块、DCP2模块，VDB-Sl模块、VDB-S2模块和VDB-Rl模块、VDB-R2模块分别通过串口双向连接DCPI模块、DCP2模块，DCPI模块、DCP2模块之间通过串口双向连接，该合一设备的RRl、RR2、RR3、RR4模块、VDB-Sl模块、VDB-S2模块、VDB-Rl模块、VDB-R2模块分别通过射频电缆及天线Ant连接地面站其他组成设备；正常运行过程中有4个RR模块、I个DCP模块、I个VDB-S模块、2个VDB-R模块同时工作，另外I个DCP、I个VDB-S处于待机状态，能够随时切换。
[0010]RR模块到DCP模块为业务数据(观测量等信息)、RR模块的状态信息，DCP模块到RR模块为控制数据;两个DCP模块之间为心跳数据;DCP模块到VDB-S模块为业务数据(发送的差分增强报文)、控制数据(切换、配置等指令)，VDB-S模块到DCP模块为VDB-S模块的状态信息等;VDB-R模块到DCP模块为接收业务数据(接收的差分增强报文)、VDB-R模块的状态信息，DCP到VDB-R为控制数据ο
[0011]DCP接收4个RR的观测数据进行处理后生成差分增强报文，通过VDB-S进行广播，同时通过VDB-R接收广播的信息并回传给DCP，DCP将接收的信息与广播的信息进行对比判断广播信息的正确性。
[0012]热备切换方法的具体工作步骤:
(一)准备工作
I )、将G-CTE设备与GBAS地面站其他设备连接，包括参考接收机天线、VDB收发天线等；
2)、设置其中I个DCP模块为主状态，另外I个DCP模块为备状态，状态信息通过模块自身的存储部件存储，t吴块重启后状态仍保存；
3)、设置其中一个VDB-S模块为主状态，另外一个VDB-S模块为备状态，状态信息通过模块自身的存储部件存储，模块重启后状态仍保存；
4)、RR、VDB-R模块无需设置模块状态；
(二)设备运行
I )、设备上电工作，4个RR模块、配置为主状态的DCP模块、VDB-S模块以及两个VDB-R模块开始工作，配置为备状态的DCP模块、VDB-S模块处于待机状态，随时准备切换；
2)、RR模块在线切换过程如图3所示，DCP监控RR模块发送的状态信息，若检测到某个RR模块出现异常，即将其设置为故障状态并给出相应告警信息，提示更换相应的模块。若正常工作的RR模块数量大约等于3，设备正常运行，否则设备失效；
3)、DCP模块在线切换过程如图4所示，处于待机状态的备DCP模块监听主DCP模块的心跳信息，若在一段时间内(根据系统性能要求设置)没有收到主DCP模块的心跳，则认为主DCP模块出现故障，备DCP模块自行切换为主状态，并将状态信息写入存储部件，接管原主DCP模块的工作。同时DCP给出告警信息，指示原主DCP模块需更换。更换后的DCP模块应配置为备状态；
4)、VDB-S模块的在线切换过程如图5所示，DCP将要发送的数据交给主VDB-S模块进行广播，2个VDB-R分别接收广播信号并反馈给DCP ACP对比发送数据与两个接收数据，如果全部相同，则无需切换;如果两个接收数据相同，但与发射数据不同，则认为VDB-S故障，通过DCP启用备用VDB-S完成后续广播功能，并设置后者为主状态并存储。同时DCP给出告警信息，提示更换原主VDB-S，更换后的VDB-S模块应配置为备状态；
5)、VDB-R模块的在线切换过程如图5所示，DCP对比发送数据与两个接收数据，如果发送数据与其中一个接收数据相同，与另一个接收数据不同，则认为VDB-S无故障，接收到不同数据对应的VDB-R故障。同时DCP给出告警信息，提示更换对应的VDB-R。
[0013]其特点是:1、将地面站核心组件模块化并进行合一设计，实现综合运行状态控制。
[0014]2、将合一设备的组成模块进行冗余备份以及在线切换。
[0015]3、设备组成模块的热备切换通过DCP统一控制。
[0016]4、更换故障模块后，设备还原热备状态。
【主权项】
1.一种高可靠性地基增强系统地面站设备，包括4个参考接收机模块RRl、RR2、RR3、RR4，两个模块DCP1、DCP2，两个模块VDB-S1、VDB-S2，以及两个模块VDB-Rl、VDB-R2，其特征在于:将传统系统中的RR、DCP、VDB-S、VDB-R设备模块化并整合为一个设备G-CTE，其内部模块连接关系为RRl、RR2、RR3、RR4模块分别通过串口双向连接至DCPl模块、DCP2模块，VDB-Sl模块、VDB-S2模块和VDB-Rl模块、VDB-R2模块分别通过串口双向连接至DCPI模块、DCP2模块，DCPl模块、DCP2模块之间通过串口双向连接，该合一设备的RRl、RR2、RR3、RR4模块、VDB-Sl模块、VDB-S2模块、VDB-Rl模块、VDB-R2模块分别通过射频电缆及天线Ant连接地面站其他组成设备;正常运行过程中有4个RR模块、I个DCP模块、I个VDB-S模块、2个VDB-R模块同时工作，另外I个DCP模块、I个VDB-S模块处于待机状态，能够随时切换。2.—种基于高可靠性地基增强系统地面站设备的在线切换方法，其特征在于:热备切换方法的具体工作步骤为， (一)准备工作 1)、将G-CTE设备与GBAS地面站其他设备连接，包括参考接收机天线、VDB收发天线； 2)、设置其中I个DCP模块为主状态，另外I个DCP模块为备状态，状态信息通过模块自身的存储部件存储，t吴块重启后状态仍保存； 3)、设置其中一个VDB-S模块为主状态，另外一个VDB-S模块为备状态，状态信息通过模块自身的存储部件存储，模块重启后状态仍保存； 4)、RR、VDB-R模块无需设置模块状态； (二)设备运行 I )、设备上电工作，4个RR模块、配置为主状态的DCP模块、VDB-S模块以及两个VDB-R模块开始工作，配置为备状态的DCP模块、VDB-S模块处于待机状态，随时准备切换； 2)、RR模块在线切换 DCP监控RR模块发送的状态信息，若检测到某个RR模块出现异常，即将其设置为故障状态并给出相应告警信息，提示更换相应的模块，若正常工作的RR模块数量大约等于3，设备正常运行，否则设备失效； 3)、DCP模块在线切换 处于待机状态的备DCP模块监听主DCP模块的心跳信息，若在根据系统性能要求设置的一段时间内没有收到主DCP模块的心跳，则认为主DCP模块出现故障，备DCP模块自行切换为主状态，并将状态信息写入存储部件，接管原主DCP模块的工作； 同时DCP给出告警信息，指示原主DCP模块需更换； 更换后的DCP模块应配置为备状态； 4)、VDB-S模块的在线切换 DCP将要发送的数据交给主VDB-S模块进行广播，2个VDB-R分别接收广播信号并反馈给DCP ； DCP对比发送数据与两个接收数据，如果全部相同，则无需切换；如果两个接收数据相同，但与发射数据不同，则认为VDB-S故障，通过DCP启用备用VDB-S完成后续广播功能，并设置后者为主状态并存储； 同时DCP给出告警信息，提示更换原主VDB-S，更换后的VDB-S模块应配置为备状态； 5)、VDB-R模块的在线切换 DCP对比发送数据与两个接收数据，如果发送数据与其中一个接收数据相同，与另一个接收数据不同，则认为VDB-S无故障，接收到不同数据对应的VDB-R故障； 同时DCP给出告警信息，提示更换对应的VDB-R。
【文档编号】G01S19/07GK105891846SQ201610372436
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月31日
【发明人】刘金栋, 李延波, 刘胜杰, 夏连杰, 高丽哲, 俞光日, 马凤乾, 沈亚峰
【申请人】天津七二通信广播有限公司, 天津七一二通信广播有限公司