本发明涉及一种航空器监视系统及其控制方法，尤其涉及船舶与航空器同时在同一水域运行的复杂交通环境下的一种航空器水上运行监视系统。
背景技术：
ais系统：船舶自动识别系统(automaticidentificationsystem,简称ais系统)由岸基(基站)设施和船载设备共同组成，是一种新型的集网络技术、现代通讯技术、计算机技术、电子信息显示技术为一体的数字助航系统和设备。
ads-b：ads-b全称是automaticdependentsurveillance-broadcast，中文是广播式自动相关监视，顾名思义，即无需人工操作或者询问，可以自动地从相关机载设备获取参数向其他飞机或地面站广播飞机的位置、高度、速度、航向、识别号等信息，以供管制员对飞机状态进行监视。
acars：飞机通信寻址与报告系统(aircraftcommunicationsaddressingandreportingsystem，缩写：acars)，是一种在航空器和地面站之间通过无线电或卫星传输短消息(报文)的数字数据链系统。该协议于上世纪70年代提出，其格式当时称之为telex。在不远的将来，该协议将会被所谓的航空电信网(atn)协议所取代。
ads-c：ads-c监视一般由地面站发起。空中交通服务部门(ats)通过atn通信网络，一般是卫星通信(satcom)或vhf，向航空器发送监视报文。机载设备接收报文后，通过atn数据链按照ats和航空器约定的通信协议将航空器的位置信息发送给ats。ats接收航空器回复的信息，将其显示在监视设备上,从而达到对空中交通进行监视的目的。
二次雷达：主要用于航空管制，其工作模式是地面雷达向目标飞机发射雷达波，目标飞机以相应的方式应答。
北斗:中国北斗卫星导航系统(beidounavigationsatellitesystem，bds)是中国自行研制的全球卫星导航系统。是继美国全球定位系统(gps)、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统(glonass)之后第三个成熟的卫星导航系统。北斗卫星导航系统(bds)和美国gps、俄罗斯glonass、欧盟galileo，是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。
随着技术的发展，航空器及船舶的电子技术，尤其是监视技术日趋成熟，目前船舶和航空器的位置信息能够被很好的掌握。但是由于船舶和航空器的管理分属海事组织和民航组织，船舶与航空器之间的位置信息共享和互联互通还缺少相应的标准和技术手段。
水上飞机作为一种特殊的航空器，运行时既需要与其他航空器进行交互，又需要与船舶进行交互。但目前水上飞机的研制和管理仍按照飞机的标准进行，当水上飞机在涉及水上活动时(如水上航行、使用水上跑道起降)，无法及时获得周边船舶的信息，周边船舶也无法获得水上飞机的相关信息，这种信息的壁垒在使区域的交通效率降低，甚至引起重大交通事故。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种航空器水上运行监视系统及其控制方法，使航空器在水上运行(水上航行、水上起降、临水飞行等)时将水上飞机位置信息、周边船舶位置信息进行融合并分发给航空器驾驶员、船舶驾驶员和区域管理员、协调员，从而提高航空器与船舶的协同效率和运行的安全性，为航空器水上运行提供重要技术保障。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种航空器水上运行监视系统，其中，包括航空器位置报告及监视机载站：用于向空域监视地面站报告其位置信息；船舶位置报告及监视船载站：用于向水域监视地面站报告其位置信息；数据融合计算机：接收来自空域监视地面站的空域内所有航空器的位置信息和来自水域监视地面站的水域内所有船舶的位置信息，处理后发送给综合信息显示终端和综合位置广播地面站；所述综合位置广播地面站将来自数据融合计算机的船舶位置信息发送给航空器位置报告及监视机载站，将来自数据融合计算机的航空器位置信息发送给船舶位置报告及监视船载站；所述综合信息显示终端将来自数据融合计算机的航空器及船舶位置信息进行集中显示。
上述的航空器水上运行监视系统，其中，所述航空器位置报告及监视机载站通过如下通信方式向空域监视地面站报告其位置信息：ads-b、ads-c、acars、北斗、二次雷达、发动机状态监测系统、卫星娱乐系统、手机无线通信网络和/或城市宽带无线网络。
上述的航空器水上运行监视系统，其中，所述航空器位置报告及监视机载站还通过如下通信方式获取周边航空器的位置信息：ads-b、ads-c、acars、北斗、二次雷达、发动机状态监测系统、卫星娱乐系统、手机无线通信网络和/或城市宽带无线网络。
上述的航空器水上运行监视系统，其中，所述船舶位置报告及监视船载站通过如下通信方式向水域监视地面站报告其位置信息：ais、沿海cdma网络监视和/或卫星监视。
上述的航空器水上运行监视系统，其中，所述船舶位置报告及监视船载站还通过如下通信方式获取周边船舶的位置信息：ais、沿海cdma网络监视和/或卫星监视。
上述的航空器水上运行监视系统，其中，所述综合信息显示终端在地理信息系统上对于静态目标、区域采用不同颜色、图案、形状或大小进行分类标注。
本发明为解决上述技术问题还提供一种上述航空器水上运行监视系统的控制方法，包括如下步骤：步骤s1：采用数据融合计算机接收来自空域监视地面站的空域内所有航空器的位置信息；步骤s2:对每一航空器的位置信息，所述数据融合计算机根据速度和是否转向信息确定受影响的船舶活动区域；步骤s3:所述数据融合计算机根据船舶位置信息的更新频率，选择相应的航空器的位置信息报文，转换处理后发送给受影响的船舶活动区域内的船舶；步骤s4:采用数据融合计算机接收来自水域监视地面站的水域内所有船舶的位置信息；步骤s5:对每一船舶的位置信息，所述数据融合计算机根据速度和是否转向信息推算出下一更新周期时该船舶的位置信息，并将推算出的船舶的位置信息转换处理后发给位于该船舶活动区域内的航空器。
上述的航空器水上运行监视系统的控制方法，其中，所述步骤s3中航空器位置信息的更新频率和船舶位置信息的更新频率呈倍数关系，所述步骤s3中数据融合计算机按船舶位置信息的更新频率转发处理位置信息，并丢弃其余的位置信息。
上述的航空器水上运行监视系统的控制方法，其中，当某一航空器起飞或降落时，所述数据融合计算机通过船舶自动识别系统划设水上虚拟跑道和滑行道；如果航空器在未进入虚拟跑道前出现提速，则判定该航空器有起飞倾向且会偏离虚拟跑道，提前发出安全预警。
上述的航空器水上运行监视系统的控制方法，其中，所述数据融合计算机还根据该航空器的飞行计划提前划设水域航行禁区并通过船舶自动识别系统进行广播；在起飞和降落过程中，所述数据融合计算机根据船舶和航空器的历史位置信息进行船舶侵入预警，并按照船舶侵入的距离和速度设置不同级别的预警方式。
上述的航空器水上运行监视系统的控制方法，其中，当某一航空器在水上运行时，所述数据融合计算机通过船舶自动识别系统获取当前水域的管制信息，并通过与航空器的比对来检查航空器在水域运行的合规性，如果超出航空器规定运行的水域则触发告警。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的航空器水上运行监视系统及其控制方法，通过现有航空器监视手段和船舶监视手段对区域内的航空器位置信息及船舶位置信息进行融合和转发，从而在船舶和航空器同时水上运行的复杂情况下，提供了交通监管的技术途径，有效提高区域交通效率，避免区域交通事故。
附图说明
图1为本发明的航空器水上运行监视系统结构示意图。
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描述。
图1为本发明的航空器水上运行监视系统结构示意图。
请参见图1，本发明提供的航空器水上运行监视系统，包括空域监视地面站、航空器位置报告及监视机载站、水域监视地面站、船舶位置报告及监视船载站、综合信息显示终端、数据融合计算机和综合位置广播地面站。
本发明的航空器位置报告及监视机载站通过航空器监视链路与空域监视地面站相连，并通过该链路将自身的位置信息发送给空域监视地面站；所述船舶位置报告及监视船载站通过船舶监视链路与水域监视地面站，并通过该链路将自身的位置信息发送给水域监视地面站。所述空域监视地面站和水域监视地面站通过以太网与数据融合计算机，并将接收到的航空器及船舶位置信息发送给数据融合计算机。
本发明的数据融合计算机通过以太网与综合位置广播地面站及综合信息显示终端相连，通过协议解析数据融合计算机获得来自空域监视地面站和水域监视地面站的航空器及船舶位置信息，按照预设规则进行融合和筛选，并将加工后的数据分发给综合位置广播地面站及综合信息显示终端。
本发明的综合位置广播地面站通过航空器监视链路和船舶监视链路分别与需要获取信息航空器的航空器位置报告及监视机载站和船舶的船舶位置报告及监视船载站连接，并将由数据融合计算机加工后的船舶位置信息通过航空器监视链路发送给航空器，将由数据融合计算机加工后的航空器位置信息通过船舶监视链路发送给船舶。至此，航空器通过本系统收到了区域内船舶的运行情况，同时船舶也通过本系统收到了区域内航空器的运行情况。
由于船舶的航行速度与航空器的飞行速度存在的明显的差异，航空器监视技术要求的报文报告频率一般高于船舶监视技术要求的报文报告频率，所以在相互转发过程中需要进行相应的处理。船舶监视技术及ais技术为例，航空器监视技术以ads-b技术为例，ais报文报告频率按照船舶航行速度不同分为不同的报告频率，最高频率为2～12秒/次(锚泊船为3分钟/次)，而ads-b报文的报告频率一般为1～2秒/次。故当ais报文通过数据融合计算机转换为ads-b报文时，需要根据ais上船舶的航行速度和航向推算出运动趋势，并预测出每个航空器报告周期船舶的运动位置，并推送给航空器。如船舶的航行速度为10节并在转弯，ais报告频率为4秒/次，数据融合计算机会根据该船舶的当前位置报告数据和历史数据推算出2秒后的位置数据并报告给航空器。而当ads-b报文转换为ais报文时，可根据航空器的速度，是否转向等信息与ais报告频率比对，比如航空器的速度为10节并在改变航向，参照ais的报告频率为4秒/次，假设该航空器的ads-b报文以1秒/次的周期播报位置信息，数据融合计算机会提起每4秒的ads-b报文并转换成ais报文播发给船舶，其他ads-b数据将被舍弃以减轻船舶的数据处理负担。
由于并不是所有的船舶会影响航空器，故数据融合计算机在转发船舶位置信息时会根据影响区域(航空器的活动区域加上安全余量)筛选船舶，在影响区域以外的船舶将不转播给航空器以减轻航空器/飞行员的负担。
同样的并不是所有的航空器会影响船舶，故数据融合计算机在转发航空器位置信息时会根据影响区域(航空器的安全飞行高度)筛选航空器，在影响区域以外的航空器将不转播给船舶以减轻船舶/船长的负担。
航空器水上运行监视系统由于将航空器的位置信息、船舶的位置信息进行融合，该系统提供的六项冲突处理的功能。
第一项：冲突态势感知及告警，数据融合计算机可以根据航空器和船舶的位置信息推算出它们的运动趋势，并将可能发生的冲突提前告警，通知双方采取合理的规避措施。
第二项：水域偏离告警，航空器在水上运行时，自身无法获取水域的管制信息，但数据融合计算机可以通过船舶监视技术(如ais)获取水域的管制信息，并通过与航空器的比对来检查航空器在水域运行的合规性，如超出航空器规定运行的水域将触发告警并通知飞行员和管制人员及时处理。
第三项：临时划设禁区，航空器起飞和降落过程需要一片空旷的环境，数据融合计算机可以根据航空器的飞行计划提前划设水域航行禁区并通过船舶监视技术(如ais)进行广播，通知禁区内船舶撤离；提高了飞行效率和水域使用效率。
第四项：航空器起飞和降落过程中的船舶侵入预防，通过船舶监视技术(如ais)在航空器起飞和降落过程中设立禁区，在起飞和降落过程中数据融合计算机可以根据船舶和航空器的历史位置信息推算出最佳合理的船舶侵入应急处理手段，如当船舶刚进入禁区范围并且速度比较慢是可以通过船舶监视技术播发警报、广播喊话、海事vhf电台喊话等形式警告驱离，当危害进一步提升(如中度侵入禁区，较快侵入禁区)则可以采取通知巡逻艇驱离入侵船舶，当危害程度较高时(如深度侵入禁区，高速侵入禁区)则需要通知航空器、船舶、船舶管制人员和飞行管制人员采取必要的引起规避措施(如航空器放弃降落而复飞)。
第五项：划设水上虚拟跑道和滑行道，通过船舶监视技术(如ais)划设虚拟水上跑道和滑行道，以便引导航空器在陌生水域在起飞前快速进入跑道或降落后快速退出水域。当航空器未按照规定路线/速度行驶时，数据融合计算机将通知航空器和飞行管制人员采取必要补救措施。例如航空器在未进入跑道前突然提速，则数据融合计算机将判定为有起飞倾向，将立即向航空器和飞行管制人员告警，避免航空器未在跑道上起飞而引起进一步的危害。
本发明提供的航空器水上运行监视系统，能够通过现有航空器监视手段和船舶监视手段对区域内的航空器位置信息及船舶位置信息进行融合和转发，提供一种在船舶和航空器同时水上运行的复杂情况提供了交通监管的技术途径。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。