一种基于多业务ADS-B复合地面站主机设备的多业务系统的制作方法

本发明涉及一种ADS-B地面站主机设备，特别是一种基于多业务ADS-B复合地面站主机设备的多业务系统，既ADS-B数据业务及地基增强系统(GBAS)数据业务。

背景技术：

RTK(Real-time kinematic)载波相位差分技术，是实时处理两个测量站载波相位观测量的一种差分方法，RTK技术的关键在于使用了GPS的载波相位观测量，并利用了基准站和移动站之间观测误差的空间相关性，通过差分的方式除去移动站观测数据中的大部分误差，从而实现高精度(分米甚至厘米级)的定位，是目前使用最为广泛的一种高精度定位技术。

ADS-B(Automatic Dependent Surveillance-Broadcast)广播式自动相关监视。

ADS-B是国际民航组织(ICAO)确定的未来主要的监视技术。ADS-B技术将卫星导航、通信技术、机载设备以及地面设备等先进技术相结合，利用空地、空空数据通信来完成空中交通监视和信息传递的一种航行监视新技术系统。提供了更加安全、高效的空中交通监视手段，能有效提高管制员和飞行员的运行态势感知能力，扩大监视覆盖范围，提高空中交通安全水平、空域容量与运行效率。

国际航空界正在积极推进该项技术的应用，一些航空发达国家已将其投入使用。依据《中国民用航空ADS-B实施规划》，立足民航监视技术现状与发展需求，依据民航总体发展战略与规划，中国正在加快推进ADS-B技术应用，从地面站建设到商用飞机加装ADS-B机载设备都在有计划的推进中。

另一方面随着中国低空空域的逐步开放，航行新监视技术ADS-B技术相对于传统的监视技术有明显的优势。将其应用于通用航空监视将具有极其广阔的前景。

2007年民航空管局制定的《中国民航ADS-B技术政策》中数据链选择：商用航空选择1090ES，通用航空选择UAT。

2010年中国民用航空局空管行业管理办公室制定的《中国民航监视技术应用政策》总体策略中提到商用航空选择使用S模式1090ES数据链。依据中国通用航空业现状通用航空可使用S模式1090ES数据链或使用UAT数据链。未来在运行试验与验证的基础上进行有计划地部署ADS-B地面站设施。

由于ADS-B数据链共有三种数据链路可供ADS-B选择使用，第一种S模式的基于异频雷达收发机的1090ES数据链，第二种通用访问收发机(UAT：Universal Access Transceiver)，第三种甚高频数据链(VDL-4)。因此不同的数据链就需要使用不同的地面站主机设备，一般航空器选择使用那种数据链就需要建设相应的ADS-B地面站，一个完整的地面站从选址开始是一个涉及通信、土地、电源保障、土建等多个领域的综合工程，尤其是在边远地区的地面站建设其建设周期长、建设成本都比较高。由于现阶段中国商用航空选择使用S模式1090ES数据链，因此其配套的ADS-B地面站也是S模式1090ES主机。随着中国通用航空的逐渐兴起，依据低空空域使用管理规定(试行)文件的规定中国将开放真高1000米空域。那么随着通用航空器的增加，如果未来通用航空全部使1090ES数据链，必然加剧该频率出现过度使用的危机。

由于1090ES支持TCAS防撞系统、MDL多点定位系统、SSR二次雷达等多项业务，因此1090ES链路自然比较拥挤，1090MHzS模式扩展电文数据链采用选择性询问、双向数据通信，已经出现频谱过度使用的危机。

另外通用航空飞行在全球相对商用航空来讲也是比较繁忙的，例如在美国通用航空占了全美总飞行流量的1/3，非常需要动态、实时的信息服务，而这些飞机一般安装的是A/C模式的应答机，无法使用1090ES系统。

UAT方式的ADS-B技术，机载设备加装简单，成本低、重量轻，工作频率在DME设备的边界频率978MHz，避免了1090ES方式下与二次雷达都使用1090MHz会造成链路的堵塞。因此从长远来看，随着中国通用航空的发展UAT数据链的需求必将成为必然，其主要原因是UAT数据链的机载设备相对1090ES更简单和便宜。特别是其更适合在低高度(18000ft以下)5400米。那么由此带来的结果是需要在现有S模式1090ES地面站的情况下，需要另外建设一套UAT地面站，这样一来导致了重复的土地占用、通信线路建设、机房建设等投资，造成建设周期较长，建设成本增加等问题。如果在原1090ES地面站场地建设也需要升级通信线路、改造供电、增加UAT地面站主机设备等工作，因此在一定程度上还是会导致了重复建设，成本增加的问题。

中国专利申请号：201510195027.5提到了一种地面监控设备、方法及系统，其中提到的多链路数据接收模块、多链路数据切换模块、多链路发送模块组合用于低空数据链，该方案从可行性上来讲，从移动通信的基站特点来讲，移动通信不可能用作地空通信数据链，因为其受基站位置、基站方向性等影响，在空中信号极为不稳定，完全不符合民航相关要求。方案中提到的北斗通信数据链，由于其数据格式与ADS-B数据链格式完全不同，因此无法直接切换使用。

中国专利申请号：201510093759.3提到了一种基于高度的ADS-B双数据链自动切换装置，该方案主要针对机载设备，根据飞机高度来选择使用1090ES数据链还是UAT数据链。其方案中没有提到相应ADS-B地面站的解决方案。

中国专利申请号：201020250327.1提到了一种BD/GPS/GLONASS三合一ADS-B基站，该方案中为ADS-B地面设备提供时基定位数据的是BD/GPS/GLONASS多模接收机。其方案仍然是一个单一的S模式1090ES地面站，只是使用了多模卫星接收模块接收时基数据。

面对两种ADS-B数据链的使用，那么如何避免两种ADS-B数据链在发展过程中的重复建设或减少建设成本的问题呢？因此急需要一套适合我国国情的ADS-B地面站解决方案。

地基增强系统，即ground-based augmentation systems(缩写：GBAS)是国际民航组织提出的用于航空飞行器进行精密进近的差分GPS的系统。其基于连续运行的永久基准站，解算出的修正数包括区域信号，通过提供差分修正信号，可达到提高卫星导航精度的目的，优化后的定位精度可以从毫米级至亚米级不等，使机场覆盖空域范围内配置相应机载设备的飞行器获得一类甚至更高精密为进近、着陆引导服务。传统的地基增强系统(GBAS)基准站与ADS-B地面站都是各自独立建设运行的系统。因此传统的地基增强系统(GBAS)的建设需要另行选址、另行配套供电、通信、维护等。

ADS-B地面站与地基增强系统基准站都是通过获取卫星时基数据进行工作的，因此基于上述特点，能否实现将ADS-B地面站与GBAS基准站有机的融合呢？如果实现融合必将为两个系统的建设降低成本，在选址、场地建设、通信、供电、维护等方面大大降低成本，实现两个系统的同步建设，集中统一维护，更进一步能否实现S模式1090ES、UAT数据链、GBAS基准站的一体化建设，一体化集中维护，从而能尽快实现为民用航空提供更精准、高效、稳定的飞行情报服务目标。

发明目的

本发明的目的是提供一种多业务ADS-B北斗/GPS双模(RTK)差分复合地面站主机设备及由此构建的多业务系统。

本发明采用的技术解决方案是：一种基于多业务ADS-B复合地面站主机设备的多业务系统，包括多业务ADS-B北斗/GPS双模RTK差分复合地面站主机设备、天线系统和数据处理中心，多业务ADS-B北斗/GPS双模RTK差分复合地面站主机设备是一个机框式通信设备，其由各种业务板块构成，包括接口板(5)、气象数据处理板(33)、ADS-B S模式1090ES接收板(7)、ADS-B S模式1090ES处理板(8)、ADS-B S模式1090ES发射板(9)、GNSS差分处理板(10)、GNSS接收板(11)、主控板(12)、通信板(13)、ADS-B UAT处理板(14)、ADS-B UAT接收板(15)、ADS-B UAT发射板(2)、及背板总线(4)、电源模块(3)、风扇(6)，其中接口板(5)负责外接天线的接入，包含UAT天线(18)、S模式1090ES天线(17)、北斗天线(19)、气象仪(21)，气象数据处理板(33)用于处理气象仪(21)采集的气象数据，ADS-B S模式1090ES接收板(7)、ADS-B S模式1090ES处理板(8)、ADS-B S模式1090ES发射板(9)协同工作形成S模式1090ES数据链，ADS-B UAT处理板(14)、ADS-B UAT接收板(15)、ADS-B UAT发射板(2)协同工作形成UAT数据链，GNSS处理板(10)、GNSS接收板(11)共同组成北斗数据接收机，其负责为S模式1090ES数据链、UAT数据链提供时基数据，同时成为一个地基增强系统既北斗/GPS双模RTK基准差分站；天线系统包含了天线支架(29)，及天线支架(29)上安装的UAT天线(18)、S模式1090ES天线(17)、北斗/GPS双模天线(19)、气象仪(21)、避雷针(34)、放大器(16)；由多业务ADS-B北斗/GPS双模RTK差分复合地面站主机设备和天线系统共同构成ADS-B/RTK复合站，包括一个双数据链ADS-B地面站，一个北斗/GPS双模RTK差分地面基准站，数据处理中心分为ADS-B数据处理中心(26)、地基增强系统数据处理中心(25)。

航空器(22)、通用航空器(31)、多业务ADS-B北斗/GPS双模差分复合地面站主机设备(1)、北斗/GPS双模融合天线(19)、S模式1090ES天线(17)、UAT天线(18)都工作在北斗卫星(20)、GPS卫星(30)的空间环境中，都可以接收来自北斗卫星(20)、GPS卫星(30)的位置数据，商用航空器(22)、通用航空器(31)与多业务ADS-B北斗/GPS双模差分复合地面站主机设备(1)、北斗/GPS双模融合天线(19)、S模式1090ES天线(17)、UAT天线(18)可形成两种类型的地空数据链，既S模式1090ES数据链、UAT数据链，N个ADS-B北斗/GPS双模RTK差分复合地面站(32)通过空管通信专网(27)将数据传送到ADS-B数据处理中心(26)、地基增强系统北斗/GPS双模RTK差分数据处理中心(25)，ADS-B数据处理中心(26)处理的数据可直接反向用于航空管制，为商用航空器(22)、通用航空器(31)提供导航飞行情报服务；地基增强系统北斗/GPS双模RTK差分数据处理中心(25)处理的数据可直接通过空管通信网(27)、多业务ADS-B北斗/GPS双模RTK差分复合地面站主机设备(1)、北斗/GPS双模融合天线(19)、S模式1090ES天线(17)、UAT天线(18)可形成的地空数据链，既S模式1090ES数据链、UAT数据链为商用航空器(22)、通用航空器(31)提供高精准的位置服务，地基增强系统北斗/GPS双模RTK差分数据处理中心(25)处理的数据也可通过互联网(28)、2G/3G/4G/5G移动网络(23)为北斗/GPS双模差分公共用户(24)提供北斗/GPS双模RTK差分位置数据服务。

GNSS处理板(10)负责为S模式1090ES数据链、UAT数据链提供时基信号，GNSS处理板(10)发送位置信号给ADS-B S模式1090ES处理板(8)、ADS-B UAT处理板(14)作为对接收的ADS-B信号进行时间同步并为ADS-B数据信息打上信号时间标志。

GNSS处理板(10)同时负责完成差分定位处理,并将对应各颗卫星的差分修正量发送给差分数据处理中心(25)，而其中的气象数据处理板(33)处理来自安装在天线支架(29)上气象仪(21)采集的数据，数据包括温度、气压、湿度，其处理结果提供给GNSS处理板(10)。

主控板(12)负责所有业务功能板的管理和数据流的分发控制及时钟，通信板(13)提供对外通信的接口，负责将ADS-B S模式1090ES处理板(8)、ADS-B UAT处理板(14)、GNSS处理板(10)的对外通信工作，该板卡提供155M光口、10/100M电口、E1接口多协议接口，方便以不同的网络方式组网。

本发明提供了一种具备UAT数据链、S模式1090ES数据链与GBAS基准站共存的地面站主机设备。另外该设备能够处理气象数据，其处理的数据为GBAS基准站服务。通过多业务ADS-B北斗/GPS双模RTK差分复合地面站主机设备的部署能够极大降低建设成本及因数据链之间选择做出的地面站ADS-B主机的重复建设问题，同时实现了GBAS基准站、ADS-B地面站快速部署与统一集中维护的问题，为尽快实现GBAS在飞机进近、着陆引导服务提供了可能。同时也实现了为社会其它部门提供高精准的北斗/GPS双模RTK差分数据服务。

附图说明

图1为多业务ADS-B北斗/GPS双模RTK差分复合地面站主机设备构建的多业务系统示意图。

图2为多业务ADS-B北斗/GPS双模RTK差分复合地面站主机设备组成机框图。

图3为天线系统构成示意图。

图4为天线支架A-A向俯视图。

图中：1-多业务ADS-B北斗/GPS双模RTK差分复合地面站主机设备，2-ADS-BUAT发射板，3-电源模块，4-背板总线，5-接口板，6-风扇，7-ADS-B S模式1090ES接收板，8-ADS-B S模式1090ES处理板，9-ADS-B S模式1090ES发射板，10-GNSS(北斗/GPS双模RTK差分)处理板，11-GNSS(北斗/GPS双模)接收板，12-主控板，13-通信板，14-ADS-B UAT处理板，15-ADS-B UAT接收板，16-放大器，17-S模式1090ES天线，18-UAT天线，19-北斗/GPS双模融合天线，20-北斗卫星，21-气象仪，22-商用航空器，23-2G/3G/4G/5G移动网络，24-地基增强系统(GBAS)公共用户，25-地基增强系统(GBAS)北斗/GPS双模RTK差分数据处理中心，26-ADS-B数据处理中心，27-空管通信专网，28-互联网，29-天线支架，30-GPS卫星，31-通用航空器，32-ADS-B北斗/GPS双模RTK差分复合地面站，33-气象数据处理板，34-避雷针。

具体实施方式

本发明由三个主要部分构成，一、多业务ADS-B北斗/GPS双模RTK差分复合地面站主机设备1，二、天线系统，三、数据处理中心。多业务ADS-B北斗/GPS双模RTK差分复合地面站主机设备1是本发明的核心设备，由天线系统配合工作。数据处理中心分为ADS-B数据处理中心26、GBAS数据处理中心既北斗/GPS双模RTK差分数据处理中心25。

多业务ADS-B北斗/GPS双模RTK差分复合地面站主机设备1是一个机框式通信设备，其由各种业务板块构成，其包括接口板5、气象数据处理板33、ADS-B S模式1090ES接收板7、ADS-B S模式1090ES处理板8、ADS-B S模式1090ES发射板9、GNSS(北斗/GPS双模RTK差分)处理板10、GNSS(北斗/GPS双模)接收板11、主控板12、通信板13、ADS-B UAT处理板14、ADS-B UAT接收板15、ADS-B UAT发射板2、及背板总线4、电源模块3、风扇6等部分组成。

其中接口板5负责外接天线的接入，包含UAT天线18、S模式1090ES天线17、北斗天线19、气象仪21等。气象数据处理板33处理气象仪21采集的气象数据。

ADS-B S模式1090ES接收板7、ADS-B S模式1090ES处理板8、ADS-B S模式1090ES发射板9协同工作形成S模式1090ES数据链，ADS-B UAT处理板14、ADS-B UAT接收板15、ADS-B UAT发射板2协同工作形成UAT数据链。其GNSS(北斗/GPS双模RTK差分)处理板10、GNSS(北斗/GPS双模)接收板11共同组成成北斗数据接收机，其负责为S模式1090ES数据链、UAT数据链提供时基数据。同时成为一个地基增强系统(GBAS)既北斗/GPS双模RTK基准差分站。

天线系统包含了天线支架29，及天线支架29上安装的UAT天线18、S模式1090ES天线17、北斗/GPS双模天线19、气象仪21、避雷针34、放大器16等组成。

数据处理中心分为ADS-B数据处理中心26、地基增强系统(GBAS)数据处理中心25。

ADS-B数据处理中心26为所辖地区的中低空管制中心、终端(进近)管制中心、塔台等空管部门提供ADS-B实时综合监视信息，同时实现对本区域内ADS-B地面站的监控。

各级数据处理中心处理的数据上传至国家空管ADS-B数据处理中心，经处理形成全国ADS-B动态信息，为空中交通流量管理、空域管理、国际间ADS-B数据交换、中外航空公司、机场、航空保障企业、运行监管和社会公众发布全国航空器态势信息。

地基增强系统(GBAS)数据处理中心25负责处理来自北斗/GPS双模RTK差分地面基准站的数据，而北斗/GPS双模RTK差分地面基准站负责完成差分定位,并将对应各颗卫星的差分修正量发送给GBAS北斗/GPS双模RTK差分数据处理中心25,数据处理中心25经过相关处理并通过ADS-B地面站或甚高频网络广播高精度的差分修正信息和完好性信息,从而为其作用区域内的航空用户提供全天候、满足I类精密进近要求的导航服务。

同时广域的地基增强系统(GBAS)数据也可提供给其它差分用户使用。

本发明首先提供了一种多业务ADS-B北斗/GPS双模RTK差分复合地面站主机设备1，及配套的天线系统。由多业务ADS-B北斗/GPS双模RTK差分复合地面站主机设备1和天线系统共同构成一个双数据链ADS-B地面站，一个北斗/GPS双模RTK差分地面基准站，因为本发明中提供的是一种多业务机框主机设备，其中有S模式1090ES、UAT、收发板卡，也有GNSS(北斗/GPS双模)接收板块及相应的处理板卡。以及气象数据处理板卡。这些业务板卡实现了三种不同的业务功能，那就是S模式1090ES数据链、UAT数据链、北斗/GPS双模RTK差分数站。

其中每台地面站主机设备1的GNSS(北斗/GPS双模RTK差分)处理板10负责为S模式1090ES数据链、UAT数据链提供时基信号，GNSS(北斗/GPS双模RTK差分)处理板10发送位置信号给ADS-B S模式1090ES处理板8、ADS-B UAT处理板14作为对接收的ADS-B信号进行时间同步并为ADS-B数据信息打上信号时间标志。

GNSS(北斗/GPS双模RTK差分)处理板10同时负责完成差分定位处理,并将对应各颗卫星的差分修正量发送给差分数据处理中心。而其中的气象数据处理板33处理来自安装在天线支架29上气象仪21采集的数据，数据包括温度、气压、湿度等，其处理结果提供给GNSS(北斗/GPS双模RTK差分)处理板10。

接口板5负责1090ES数据链、UAT数据链、GNSS(北斗/GPS双模天线、气象仪的统一接入工作。

主控板12负责所有业务功能板的管理和数据流的分发控制及时钟，通信板13提供对外通信的接口，负责将ADS-B S模式1090ES处理板8、ADS-B UAT处理板14、GNSS(北斗/GPS双模RTK差分)处理板8的对外通信工作，该板卡提供155M光口、10/100M电口、E1接口等多协议接口，方便以不同的网络方式组网。

本发明中提供的多业务ADS-B北斗/GPS双模RTK差分复合地面站主机设备1支持板卡热插拔操作，方便不停机维护。在建设过程中可根据当前航空器的地空数据链类型，如S模式1090ES数据链，可先行使用，后续可根据通航发展的需要再插入UAT数据链功能板卡，实现快速的UAT数据链建设，能极大降低ADS-B地面站建设的成本，是一种双模式数据链ADS-B地面站快速部署的解决方案，彻底解决ADS-B地面站重复建设的问题。同时方便的实现了ADS-B地面站、北斗/GPS双模RTK差分基准站统一集中维护管理的问题。

通过有计划的建设安装多个多业务ADS-B北斗/GPS双模差分复合地面站主机设备1，并通过空管通信专网将这些航路上及进近场区的多业务ADS-B北斗/GPS双模差分复合地面站主机组网，其数据送至区域ADS-B数据处理中心26和地基增强系统(GBAS)北斗/GPS双模差分数据处理中心25。

由于多业务ADS-B北斗/GPS双模差分复合地面站主机设备1支持双地空数据链模式，既S模式1090ES、UAT数据链，因此复合地面站能更好的为商用航空服务，也能为通用航空服务。

地基增强系统(GBAS)数据处理中心25既北斗/GPS双模RTK差分数据处理中心除了为航空器服务外也可以为其它行业差分用户提供北斗/GPS双模RTK差分数据服务。

参照附图1，航空器22，通用航空器31，多业务ADS-B北斗/GPS双模差分复合地面站主机设备1，北斗/GPS双模融合天线19，S模式1090ES天线17，UAT天线18，都工作在北斗卫星20，GPS卫星30的空间环境中，都可以接收来自北斗卫星20，GPS卫星30的位置数据。商用航空器22，通用航空器31与多业务ADS-B北斗/GPS双模差分复合地面站主机设备1，北斗/GPS双模融合天线19，S模式1090ES天线17，UAT天线18，可形成两种类型的地空数据链，既S模式1090ES数据链、UAT数据链。

其数据链的形式取决于机载ADS-B设备的类型，一般中国商用航空器使用S模式1090ES机载设备，通用航空器目前也可使用1090ES机载设备。同时也可使用UAT机载设备。

N个ADS-B北斗/GPS双模RTK差分复合地面站32通过空管通信专网27将数据传送到ADS-B数据处理中心26，地基增强系统(GBAS)北斗/GPS双模RTK差分数据处理中心25，，其ADS-B数据处理中心26处理的数据可直接反向用于航空管制，为商用航空器22，通用航空器31提供导航飞行情报服务。地基增强系统(GBAS)北斗/GPS双模RTK差分数据处理中心25处理的数据可直接通过空管通信网27，多业务ADS-B北斗/GPS双模RTK差分复合地面站主机设备1，北斗/GPS双模融合天线19，S模式1090ES天线17，UAT天线18，可形成的地空数据链，既S模式1090ES数据链、UAT数据链为商用航空器22，通用航空器31提供高精准的位置服务。

地基增强系统(GBAS)北斗/GPS双模RTK差分数据处理中心25处理的数据也可通过互联网28，2G/3G/4G/5G移动网络23为北斗/GPS双模差分公共用户提供北斗/GPS双模RTK差分位置数据服务。

参照附图1、附图2、附图3一个ADS-B北斗/GPS双模RTK差分复合地面站主要由多业务ADS-B北斗/GPS双模RTK差分复合地面站主机设备1，及天线系统构成。

参照图2，多业务ADS-B北斗/GPS双模RTK差分复合地面站主机设备1机框包含风扇6，背板总线4，电源模块3，其上业务板卡有ADS-B S模式1090ES接收板7，ADS-B S模式1090ES处理板8，ADS-B S模式1090ES发射板9，GNSS(北斗/GPS双模RTK差分)处理板10，GNSS(北斗/GPS双模)接收板11，主控板12，通信板13，ADS-B UAT处理板14，ADS-B UAT接收板15，ADS-B UAT发射板2，所有功能业务板按相应板位插入机框。其中S模式1090ES类板卡与UAT类板卡可分开分期或分阶段插入机框。并支持热插拔操作。从而实现分期或分阶段建设两种地空数据链的目的，其建设过程就是增加UAT类板卡，无需另行选址投资建设新的UAT数据链的ADS-B地面站，从而实现大大降低成本，减少建设周期，满足统一集中维护管理的问题。

参照图2、图3、图4，S模式1090ES天线17，UAT天线18，北斗/GPS双模融合天线19，气象仪21，接入多业务ADS-B北斗/GPS双模RTK差分复合地面站主机设备1上的接口板5上，接口板5通过背板总线4与气象数据处理板33，ADS-B S模式1090ES接收板7，ADS-B S模式1090ES发射板9，GNSS(北斗/GPS双模)接收板11，ADS-B UAT接收板15，ADS-B UAT发射板2进行通信。其板卡之间的通信都是通过背板总线4来完成的。

参照图3、图4，天线系统由天线支架29，放大器16，S模式1090ES天线17，UAT天线18，北斗/GPS双模融合天线19，避雷针34构成。天线系统各功能模块都有不同的方位角，并且位于不同的平面。