一种将无人机运行数据转换为空管监视信息格式的方法与流程

本方法是一种将无人机运行数据(包括运营信息、位置、高度和速度等数据)转换为欧标asterix格式单雷达目标报告或ads-b目标报告等空管监视信息格式的数据处理与传输方法。属于无人机云系统或空管自动化系统中无人机运行数据接收、处理及传输的计算机技术应用领域。

背景技术：

无人机(uav)，也称无人驾驶航空器，是一种自主飞行或由控制站远程操纵管理的航空器。无人机运行数据主要包括运营信息、位置、高度和速度等数据，其中运营信息主要包括无人机id、无人机运营者信息(所属公司等)和操控者等有关运营的信息，而无人机一般通过gps或北斗等卫星定位系统装置来进行定位，以确定该无人机的位置、高度、速度等飞行参数，此类数据是大多基于大地坐标系(如，wgs-84坐标系)。无人机云系统，是指无人机的运行动态数据库系统，用于对无人机运行数据进行实时监测与管理。目前，无人机运行数据不能被当前我国国内atc系统直接接收处理，需要经过信息格式转换等处理。

空中交通管理自动化系统(atc系统)最主要的信息来源是管制中心接收的按照约定格式和传输协议的雷达和ads-b等空管监视信息。为提高atc系统数据处理效能，目前我国国内atc系统接入的大多数雷达使用了满足欧洲航行安全组织eurocontrol提出的一种asterix(allpurposestructuredeurocontrolradarinformationexchang，多用途结构化eurocontrol监视信息交换)格式规范。我国根据实际情况制定了符合欧标asterix协议要求的雷达传输规范“cua-asterix”和mh4008及其改进版，并得到了广泛应用。另外，作为雷达信息的补充，近10年来自动相关监视(ads)技术的发展和应用，特别是ads-b(广播式自动相关监视)得到广泛应用。由此，国内绝大多数atc系统均能直接接收处理满足asterix格式的单雷达目标报告以及ads-b报文格式信息数据。

然而，主要在低空、超低空飞行的无人机一般未配备二次监视雷达(ssr)应答机或ads-b机载设备，主要采用全球卫星导航(gps)或北斗(bd2)等卫星导航系统进行定位，无人机云系统获取的无人机运行数据不能被现有atc系统直接进行接收和处理，必须配备专门的独立的无人机监视系统。因此，此类“低空、小型、慢速”目标成为了国内现有atc系统的监控“盲区”，是当前空中安全的一大隐患，为加强监控，保证空中秩序，必须从技术上解决atc系统接入无人机运行数据的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种可以将无人机运行数据转换为现有atc系统能够直接接收处理的符合欧标asterix空管监视信息格式的单雷达目标报告或ads-b目标报告数据，现有atc系统无需改造和升级，可节约资源。此外，经数据格式转换后，可以采用高级数据链路控制协议(hdlc)进行同步串口传输，可彻底解决网络信号可能被攻击、携带病毒的可能性，满足atc系统的安全和保密性。

本发明的目的是这样实现的：一种将无人机运行数据转换为空管监视信息格式的方法，其特征在于：将无人机运行数据进行坐标系转换、格式整理等预处理，再根据欧标asterix中空管监视信息数据类型cat(主要是cat＝001或cat＝021或它们的修订改进版)格式的用户应用相关表(uap，userapplicationprofile)进行数据整理、数据项填充、封包等操作，转换为atc系统能够直接处理的空管监视信息格式数据，供atc系统使用。

当要求转换为满足asterix格式的单雷达目标报告格式时，系统根据目标的位置信息进行区域划分(选择参考雷达中心点)，将对应的此区域的预定义雷达位置信息作为参数传到格式转换接口，在格式转换接口中，系统将运行数据帧中的数据项按照欧洲雷达数据传输标准转换成新的数据帧，其中飞参数据是大地坐标系(国内常用的大地坐标系有wgs-84、北京54和西安80坐标系)表示的，需要将基于大地坐标系的数据转换为以雷达中心(选取该区域范围近中心某点为中心)为中心的直角坐标系的数据，将经过坐标系转换的各参数值按照cat001或cat048类的uap规范填入相应的数据项中。而无人机飞机id根据批复的飞行计划转成空管部门已分配的atc系统中的ssr码，作为无人机的标识。此方法的缺陷在于，由于ssr码可分配数量受限，很难满足未来无人机数量迅猛增长的需要，具有一定的局限性，另外，雷达标牌显示 的数据项有限，鉴于此，为给空中管制员提供更多的信息量，可以将获取的无人机运行数据转换为ads-b目标报告(cat021类)(或监视数据处理系统航迹报文cat062类)，由于cat021类是基于wgs-84坐标系，所以需要将非wgs-84坐标系(如北京54、西安80坐标系)的运行数据转换成以wgs-84坐标系的数据，再根据cat021类或cat062的uap进行数据项填充、封包等操作，输出ads-b报文数据，传输至atc系统，供atc系统使用。目前ads-b报文格式版本主要有edition0.26、edition1.8、edition2.1和edition2.4，各版本数据项若有不同，国内常用的主要是edition0.26和edition2.1。

gps采用的坐标系是世界大地坐标系(wgs-84坐标系)，而北斗定位系统是采用2000中国大地坐标系(cgcs-2000坐标系)。因此，对于采用北斗定位系统(或其它采用非wgs-84坐标系的系统)的无人机，首先需要将该无人机基于cgcs-2000坐标系的运行数据进行坐标系转换，转换为wgs-84坐标系下的数值。

所属方法的步骤：

(1)读取无人机运行数据，对数据进行预处理；

(2)对接收到的非wgs-84大地坐标系(如cgcs-2000坐标系)的无人机飞行参数数据进行坐标系变换，转换成基于wgs-84坐标系下的数据。

(3)当需要转换成欧标asterix单雷达目标报告数据时，按照以下步骤进行：

a.对数据的经度、纬度值进行飞行管制分区判断，以选择对应的雷达中心点(基于wgs-84坐标系的经纬度值)，进行坐标投影计算，得到相对于中心点的直角坐标系目标位置值和极坐标系目标位置值；

b.对wgs-84坐标系的速度和加速度值进行坐标转换为地速(或多普勒速度)以及以雷达中心点为中心的极坐标形式的航迹速度；

c.根据无人机id比对系统中的飞行计划数据库，根据所属分区及批复的飞行计划进行二次雷达ssr代码分配；

d.将无人机运营者、操控者等运营信息进行数据格式转换与变换(此步仅转换成cat048类型需要)；

e.对海拔高度、相对地面高度等数据进行进制变换；

f.其它数据变换与转换；

g.按照cat001或cat048类报文用户应用相关表(uap)进行长度计算len、crc校验和封包等处理。

(4)当需要转换成欧标asterix中ads-b目标报告或监视数据处理系统航迹报文格式时，按照以下步骤进行：

a.将已经转换成基于wgs-84大地坐标系的经纬度位置、海拔高度、相对地面高度、大地坐标系下的速度和加速度等数据进行进制转换等操作；

b.根据配置文件要求ads-b目标报告的uap进行数据项填充、封包等操作。

c.将无人机body坐标系的角速度等其它数据变换与转换；

d.将无人机的id、运营者、操控者等运营信息进行数据格式转换与变换；

d.按照cat021类或cat062类报文uap进行长度计算len、crc校验和封包等处理。

(5)输出满足欧标asterix的空管监视信息格式数据，供atc系统使用。

本发明的有益效果是：

能够将通过云服务器接收到的无人机运行数据通过格式转换，变换成符合eurocontrol规范的asterix格式的单雷达目标报告数据或ads-b目标报文或监视数据处理系统航迹报文数据。可根据现有atc系统的接入信息类型实际，选择需要转换的信息输出类型，现有atc系统无需改造或升级，就可直接接收处理，可作为atc系统的参与融合或单雷达信息参考，节约了资源，弥补了低空监视盲区问题，能够明显提高经济效益和社会效益。

如果不经过本方法进行格式转换，现有atc系统不能接收处理无人机运行数据，需要配备专门的独立的无人机监视系统，一者造成资源浪费，另一方由于无人机监视系统独立于现有atc系统，不能参与atc系统中雷达数据融合，降低了参考价值，实用性和便利性减弱，不便于管制员直接监控与指挥。只要采用 本方法，上述两个问题就能得到解决，能够将无人机监视信息融入到现有atc系统中，扩大了空中动态监视范围，满足未来通航和无人机发展的需求。

附图说明

图1无人机运行数据转换成空管监视信息格式数据的流程示意图

图2无人机运行数据转换成符合欧标asterix中cat001类或cat048类格式数据的处理流程示意图

图3无人机运行数据转换成符合欧标asterix中cat021类或cat062类格式数据的处理流程示意图

具体实施方式

参见附图。如图1、图2和图3所示，本发明公开了一种将无人机运行数据转换为空管监视信息格式的方法，该方法包括以下步骤：

步骤(1)，读取无人机运行数据；

步骤(2)，对数据进行编码、数据整理等预处理操作；

步骤(3)，将接收到的非wgs-84大地坐标系(如cgcs-2000坐标系、北京54、西安80坐标系)的无人机飞参数据(主要包括经纬度位置、海拔高度、相对地面高度、大地坐标系下的速度和加速度等)进行坐标变换，转换成基于wgs-84坐标系的数据。

步骤(4)，当需要转换成欧标asterix中cat001类单雷达目标报告数据时，如图2流程图所示，按照以下步骤进行：

a.对数据的经度、纬度值进行所属飞行管制分区判断，以选择对应的雷达中心点(基于wgs-84坐标系的经纬度值)，进行坐标投影计算，得到相对于中心点的直角坐标系目标位置值和极坐标系目标位置值，得到(i001/042、i001/040)等值；

b.对wgs-84坐标系的速度和加速度值进行坐标转换为地速(或多普勒速度)以及以雷达中心点为中心的极坐标形式的航迹速度，得到i001/120、i001/200等值；

c.对海拔高度、相对地面高度等数据进行进制变换，得到i001/090、i001/093等值；

d.根据无人机id比对飞行计划库，根据所属分区及批复的飞行计划进行二次雷达ssr代码分配，进行运营信息相关转换，得到i001/070、i001/050、i001/161等值；

e.其它数据变换与转换，如i001/141等值；

f.按照cat001报文用户应用相关表(uap)进行长度计算(len)、crc校验和封包等处理。

基于cat001的改进版的cat048类格式转换方法与步骤(4)类似。

步骤(5)，当需要转换成欧标asterix中cat021类ads-b目标报告报文数据时，如图3流程图所示，按照以下步骤进行：

a.根据cat021(ads-b目标报告)的报文的uap中要求，将已经转换成基于wgs-84大地坐标系的经纬度位置，得到i021/130、i021/131等值；

b.由大地坐标系下的速度、加速度、body坐标系的角速度转换成基于wgs-84坐标系的空速、真实空速、转向速率和磁航向等数据，得到i021/150、i021/151、i021/155、i021/157、i021/165、i021/152等值；

c.对海拔高度、相对地面高度、等数据进行进制转换等操作，得到i021/145、i021/140等值；

d.根据无人机id查找飞行计划，根据所属分区及批复的飞行计划进行二次雷达ssr代码分配(若有)，以及无人机运营者、操作者等数据，得到i021/070、i021/170等值；

e.根据选定的配置文件版本要求(ads-b的edition0.26、edition1.8、edition2.1或edition2.4)的uap进行数据项填充等操作。

f.按照cat021报文uap进行长度计算、crc校验和封包等处理。

对于cat062类监视数据处理系统航迹报文格式转换方法与步骤(5)类似。

步骤(6)，输出满足欧标asterix的cat001类/cat048类单雷达目标报告格式或cat021类ads-b目标报告报文或cat062类监视数据处理系统航迹报文格式数据，供atc系统使用。