本发明涉及航空领域飞行器的地空数据通信技术，尤其涉及适用于飞机的acars报文解析方法。
背景技术：
：：民用飞机使用数据链系统，可以完成飞机与地面之间的双向数据通信，为飞行机组、地面远程监控和地面维修提供支持和有效手段。acars(全称为aircraftcommunicationaddressingandreportingsystem，意为飞机通信寻址与报告系统)是基于国际民航组织icao规定的甚高频数据链模式a技术(vdl-a)，可以提供飞机与地面之间的双向数据通信，实现飞机与航空公司与管制中心的信息交换。通过acars报文，飞行机组可以及时的获取地面上传的气象信息、航行通告和签派放行指令，甚至可以代替部分与交通管制人员的语音通信；飞机也可以通过acars将运行状况、位置信息、发动机状态参数等自动下发给地面签派或维护部门，地面人员通过对报文参数和信息的判读，为飞行员的决策提供支持，大大提高运营效率，保证飞行安全，提高了航空公司和制造商对飞机的监控和指挥能力。目前，民机acars报文可以使用vhf(veryhighfrequency，甚高频)、hf(highfrequency，高频)和satcom(satellitecommunication，卫星通信)等媒介进行传输，而使用最广泛的媒介是vdl(vhfdatalink)。目前acars系统已经成为大型民机的必备系统之一。基于此，通过实时解析民用飞机的acars报文，获取飞机的注册号和机尾号等id信息、位置信息、机上燃油状况、起飞目的机场和预计到达时间等数据，通过进行数据二次开发，可以基于不同使用场景开发不同的应用系统，提高飞机的运营能力、机务维修能力和工程技术支持能力。现有技术在对于acars报文进行解析时，在对信号直接进行数字采集后，通过多种数字算法进行译码。但这种方法的弊端有两个，第一是对信号的高速采集的要求，即，由于acars报文的编码方式为最小频移键控(msk)，其msk信号频率分别是1.2khz和2.4khz，一般需要设计采集频率为5-10倍载波频率的采集器，这对采集器的设计和制造提出了较高的要求和难度，第二是对数字信号的处理(即，通过数字算法进行译码)也需要高速处理芯片，而一般高速处理芯片的整体设计复杂，本身成本也高。因此，亟需提供一种新的飞机用acars报文解析方法，以降低对于acars报文解析中信号高速采集及高速处理的要求，进而降低成本。技术实现要素：本发明要解决的技术问题是为了克服现有的飞机的acars报文解析方法需要满足数字信号的高速采集和高速处理的要求，因而所需的采集器和处理芯片整体设计复杂、难度大、成本高的缺陷，提出一种新的飞机的acars报文解析方法。本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：本发明提供了一种适用于飞机的acars报文解析方法，其特点在于，所述acars报文解析方法包括：接收vhf数据链下的acars报文信号；根据所述acars报文信号的同步字符确定初始码元信息，其中所述同步字符由prekey、位同步字符和字同步字符组成，所述初始码元信息包括初始相位；采用msk信号的数字化解调方法将所述acars报文信号解调为msk信号数字序列；以及根据译码转换算法将所述msk信号数字序列转换为acars信号编码序列，其中所述msk信号数字序列的首元素根据所述初始相位确定。根据本发明的一种实施方式，所述译码转换算法限定了所述msk信号数字序列的各个元素的值与所述acars信号编码序列中的对应元素及其前相邻元素的逻辑运算关系。根据本发明的一种实施方式，所述译码转换算法定义为公式(1)、(2)，ck＝0时，pk-1⊕pk＝1(1)ck＝1时，pk-1＝pk(2)，其中，所述msk信号数字序列为c序列，c序列包含的元素为ck且ck依次遍历k＝0至k＝m的所有整数，m为c序列包含的元素个数，所述acars信号编码序列为p序列，p序列包含的元素为pk且pk依次遍历k＝0至k＝m的所有整数，并且其中根据所述初始相位确定c0的值。根据本发明的一种实施方式，所述acars报文解析方法在获得所述acars信号编码序列后，根据arinc618协议解析所述acars信号编码序列包含的报文信息。根据本发明的一种实施方式，所述acars报文信号包括第一载波频率信号和第二载波频率信号，其中第一载波频率为第二载波频率的两倍。根据本发明的一种实施方式，所述采用msk信号的数字化解调方法将所述acars报文信号解调为msk信号数字序列，包括：利用信号放大器放大处理所述acars报文信号，然后利用带通滤波器滤除第一载波频率信号和第二载波频率信号的带外噪声；将第一载波频率信号与第一频率的载波相乘，并经一个码元的时间长度的积分后形成第一序列，将第二载波频率信号与第二频率的载波相乘，并经一个码元的时间长度的积分后形成第二序列；对所述第一序列和所述第二序列进行低通滤波，然后对经低通滤波后的所述第一序列和所述第二序列进行抽样判决，获取多个频率分量的信号，对所述多个频率分量的信号进行并串变换和差分译码，以得到所述msk信号数字序列。在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。本发明的积极进步效果在于：本发明的适用于飞机的acars报文解析方法，巧妙利用了技术上较为成熟的msk信号的解调方法以解析acars报文，实现简单，可无需使用设计复杂的高速处理芯片，显著降低了acars报文解析所需成本。附图说明图1为本发明一较佳实施例的适用于飞机的acars报文解析方法的流程示意图。图2为本发明一较佳实施例的适用于飞机的acars报文解析方法中涉及的acars报文的编码方式的示意图。具体实施方式下面结合说明书附图，进一步对本发明的优选实施例进行详细描述，以下的描述为示例性的，并非对本发明的限制，任何的其他类似情形也都落入本发明的保护范围之中。在以下的具体描述中，方向性的术语，例如“左”、“右”、“上”、“下”、“前”、“后”等，参考附图中描述的方向使用。本发明的实施例的部件可被置于多种不同的方向，方向性的术语是用于示例的目的而非限制性的。以下描述的根据本发明的实施方式的飞机的acars报文解析方法，可应用于诸如民用飞机vhf地空数据链的数据传输场景中。典型的民航vhf地空数据链主要包括机载设备、数据链服务提供商和地面应用系统。机载设备主要完成机载信息采集、报文生成、信号调制解调、通信模式转换、话音与数据信道切换、通信频率设定等功能。数据链服务提供商在飞机与地面应用系统(例如航空公司、空中交通管制部门)之间起到了桥梁的衔接作用，负责空地之间数据的处理和消息分发。地面应用系统可实现acars报文的监视、数据管理等，如航空公司运营控制aoc(airlinesoperationalcontrol)，航空公司行政管理通信(aac，airlineadministrativecommunication)，空中交通服务(ats，airlinetrafficservice)。图2示意性地描绘了飞机的vhf数据链的acars信号编码方式。vhf数据链下acars信号使用最小频移键控(msk)，包含高低两种载波频率(诸如1200hz和2400hz)，已调信号通过幅度调制(am)加载到vhf通信链路上进行数据传输。举例来说，数据传输的速率可以为2400bits/s，误差可以为+/-0.02％。根据arinc618协议，acars信号使用的调制方式与传统的msk调制方式有所不同。传统的msk调制方式是根据载波信号的频率来区分信号的码元，如第一载波频率f1的载波对应码元为“0”，第二载波频率f2的载波对应码元为“1”，而acars信号的编码除了与载波信号的频率有关，还随码元的初始相位的不同而变化。参考图2所示，acars信号的码元“0”有两种编码可能，即正半周期的第一载波频率(即图2上半部分“lowtone”部分所示，该频率可以为诸如1200hz)的信号和初始相位为π的第二载波频率(即图2下半部分“hightone”部分所示，该频率可以为第一载波频率的两倍，诸如2400hz)的信号；码元“1”也有两种编码可能，负半周期的第一载波频率(诸如1200hz)的信号和初始相位为0的第二载波频率(诸如2400hz)的信号。其编码方式也可以根据位波形在位周期结束时的斜率进行判别，当前码元为“1”时斜率为正，当前码元为“0”时斜率为负。参考图1所示，根据本发明的较佳实施方式的适用于飞机的acars报文解析方法包括：接收vhf数据链下的acars报文信号；根据所述acars报文信号的同步字符确定初始码元信息，其中所述同步字符由prekey、位同步字符和字同步字符组成，所述初始码元信息包括初始相位；采用msk信号的数字化解调方法将所述acars报文信号解调为msk信号数字序列；以及根据译码转换算法将所述msk信号数字序列转换为acars信号编码序列，其中所述msk信号数字序列的首元素根据所述初始相位确定。其中，该译码转换算法限定了所述msk信号数字序列的各个元素的值与所述acars信号编码序列中的对应元素及其前相邻元素的逻辑运算关系。更具体地，该译码转换算法可定义为如下公式(1)、(2)，ck＝0时，pk-1⊕pk＝1(1)ck＝1时，pk-1＝pk(2)，在公式(1)、(2)中，所述msk信号数字序列为c序列，c序列包含的元素为ck且ck依次遍历k＝0至k＝m的所有整数，m为c序列包含的元素个数，所述acars信号编码序列为p序列，p序列包含的元素为pk且pk依次遍历k＝0至k＝m的所有整数，并且其中根据所述初始相位确定c0的值。其中，⊕表示异或运算。在根据本发明的上述较佳实施方式的acars报文解析方法中，可首先通过专用vhf无线电设备接收民机领域内广播的vdlacars信号。目前，民航领域内vhf通信频率典型地可以为118.000mhz～136.975mhz，频道间隔可以为25khz和8.33khz，而对于数据模式通信，acars在全球范围内不同区域内使用的频率点不同。通过将vhf无线电接收机调谐到相应的指定频率点上即可完成acars报文信号的接收。上述方法中采用msk信号的数字化解调方法将所述acars报文信号解调为msk信号数字序列，可具体包括如下过程。举例来说，如图1所示，可采用信号采集器接收到vhf数据链下的acars信号，通过信号放大器对接收到的信号进行放大处理，放大后的信号可分为两路分别经过带通滤波器后滤除带外噪声。接着，经由乘法器，该两路信号中的上支路信号可与第一载波频率(诸如1200hz)的载波相乘，下支路信号可与第二载波频率(第二载波频率可选为第一载波频率的两倍，诸如2400hz)的载波相乘，然后使用积分器进行经过一个码元的时间长度的积分后分别输出第一序列和第二序列，并分别通过低通滤波器对第一序列和第二序列进行低通滤波，然后对经低通滤波后的第一序列和第二序列进行抽样判决，获取多个频率分量的信号，对所述多个频率分量的信号进行并串变换和差分译码，以得到该msk信号数字序列(即msk信号的译码数据)。应当理解的是，上述对经低通滤波后的第一序列和第二序列进行抽样判决的过程，也可被描述为采用判决器按照“择大判决”的准则进行判断，而后对判决结果的输出序列经并/串变换和差分译码后，获得该msk信号数字序列。基于接收到的vhf数据链下的acars报文信号，经上述方法获得的该msk信号数字序列，利用了技术上较为成熟的msk信号的解调方法，且由此可以不必使用在现有的acars报文信号的计算译码中需要采用的复杂度更高、成本更高的高速芯片。在获得了该msk信号数字序列后，经由可由诸如上述公式(1)、(2)所定义的该译码转换算法，可以经由较为简单地计算过程将所述msk信号数字序列转换为acars信号编码序列，进一步地，可根据arinc618协议容易地解析获得所述acars信号编码序列包含的报文信息。应当理解的是，因为acars信号并不是一直存在，在上述方法的实施中，需要先判断是否检测到vhf数据链路下的acars报文。根据arinc618-6-2006协议，初始码元值的确立是根据acars报文信号的同步字符来确立的，同步字符是由prekey和位同步、字同步字符组成。举例来说，根据其编码方式及特点，当检测到一组频率为2400hz的信号后，即可以确定当前信号为acars报文信号，进一步可以确定其初始码元信息。在判断接收到acars报文信号后，通过译码算法实现传统msk信号和acars信号的转换，转换方法和依据可参见前文所述及图1所示的编码格式。对于二进制的acars信号编码序列，可依据arinc618-6-2006中对acars报文的格式，判断<soh>字符。根据arinc618协议、soh、mode、address、tak、label和dbi/ubi为报文头，用于控制报文的传输，stx(startoftext)为报文开始，etx(endoftext)为正文的结束，之间为报文正文内容，bcs为报文的crc校验码，bcssuffix(即<del>字符)为整条报文的结束。报文头数据帧格式固定，包含报文种类，控制报文传输，而报文正文内容则包含具体的报文内容如飞机航班号等。其中，字符的译码根据arinc618-6-2006附录3中table3的iso字符集进行转换。最后，完成报文格式转换并从中读取的数据，可进一步通过串行总线送至pc机，进行二次开发，依据用户需求进行acars报文的存储、显示和工程分析，其进一步的具体应用包括但不限于在地面监控飞机运行状况、再现飞机运行轨迹、通过起飞降落时间提前判决机场运营指挥管理等。应当注意的是，完成报文译码后的数据，在地面传输时，可依据arinc620格式进行转换，以完成地面站至dsp至地面应用系统的传输。根据本发明的上述较佳实施方式的飞机的acars报文解析方法，巧妙利用了技术上较为成熟的msk信号的解调方法以解析acars报文，其方法实现简单，并可无需使用设计复杂的高速处理芯片，显著降低了acars报文解析所需成本，相比现有方法具有显著的技术优势。虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。当前第1页12当前第1页12