CN104950308A

CN104950308A - 一种地基增强性能长期监测设备

Info

Publication number: CN104950308A
Application number: CN201510188041.2A
Authority: CN
Inventors: 高虎; 郑金华; 杨明; 胡耀坤; 梁绍一; 程松
Original assignee: In Research Of Modern Navigation (xi'an) Technology Co Ltd; CETC 20 Research Institute
Current assignee: In Research Of Modern Navigation (xi'an) Technology Co Ltd; CETC 20 Research Institute
Priority date: 2015-04-20
Filing date: 2015-04-20
Publication date: 2015-09-30

Abstract

本发明公开了一种地基增强性能长期监测设备，属于卫星导航领域。所述设备包括：数据通信模块、***性能监测模块、***设备状态监视模块和VDB电台控制模块，实现了***性能及设备的监测、VDB电台的控制指令设置、相关数据的存储等功能，实现了设备维护的简便化。

Description

一种地基增强性能长期监测设备

技术领域

本发明涉及设备监测领域，特别涉及一种地基增强性能长期监测设备。

背景技术

地基增强***(Ground Based Augmentation System，GBAS)，是应用于航空器进行精密进近的一种类型。它可以满足民用航空用户在精密进场与着陆中的应用需求。使得需要一种地基增强性能长期监测设备，实现对地基增强***内各个设备的监测。

现有技术还没有应用于北斗导航***的地基增强性能长期监测设备，使得在北斗导航***中，无法实现对***内多个电子设备的监测，从而提高本地维护的复杂性。

发明内容

为了实现设备维护的简便化，本发明实施例提供了一种地基增强性能长期监测设备。所述技术方案如下：

第一方面，提供了一种地基增强性能长期监测设备，所述设备包括：

数据通信模块，用于设置通信所必需的IP地址、端口号等信息，接收并解析来自地面数据库的局域增强数据和第一设备状态数据以及来自甚高频数据广播VDB电台的第二设备状态数据，打包并发送VDB电台控制指令；

***性能监测模块，用于根据所述局域增强数据、所述第一设备状态数据以及所述第二设备状态数据，监测跑道的局域增强性能，当判定所述跑道的局域增强性能不满足预设条件时，生成第一报警信息；

***设备状态监视模块，用于根据所述第一设备状态数据以及所述第二设备状态数据，监测地面发布处理设备的状态、所述VDB电台的状态和本机的状态，当所述地面发布处理设备、所述VDB电台和所述本机中的任意一个发生故障时，生成第二报警信息；

VDB电台控制模块，用于设置所述VDB电台控制指令，并通过地面发布处理设备发送至所述VDB电台。

本发明实施例提供了一种地基增强性能长期监测设备，包括：数据通信模块、***性能监测模块、***设备状态监视模块以及VDB电台控制模块，实现了***性能及设备的监测、VDB电台的控制指令设置、相关数据的存储等功能，实现了设备维护的简便化。另外，由于地面站本地监控软件运行于航管楼的硬件平台上，管制人员和***维护人员可以通过此该电子设备的界面清晰地了解***当前的性能、设备运行状态，还通过该电子设备完成向VDB设备和地面处理设施下达指令的操作，进一步实现设备维护的简便化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种电子设备结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种应用场景示意图；

图3是本发明实施例提供的一种应用场景示意图；

图4是本发明实施例提供的一种应用场景示意图；

图5是本发明实施例提供的一种应用场景示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一为本发明实施例提供的一种地基增强性能长期监测设备1，参照图1所示，该地基增强性能长期监测设备1包括：

数据通信模块11，用于设置通信所必需的IP地址、端口号等信息，接收并解析来自地面数据库的局域增强数据和第一设备状态数据以及来自甚高频数据广播VDB电台的第二设备状态数据，打包并发送VDB电台控制指令；

***性能监测模块12，用于根据所述局域增强数据、所述第一设备状态数据以及所述第二设备状态数据，监测跑道的局域增强性能，当判定所述跑道的局域增强性能不满足预设条件时，生成第一报警信息；

***设备状态监视模块13，用于根据所述第一设备状态数据以及所述第二设备状态数据，监测地面发布处理设备的状态、所述VDB电台的状态和本机的状态，当所述地面发布处理设备、所述VDB电台和所述本机中的任意一个发生故障时，生成第二报警信息；

VDB电台控制模块14，用于设置所述VDB电台控制指令，并通过地面发布处理设备发送至所述VDB电台。

可选的，所述设备还包括显示模块15，所述显示模块15用于：

显示所述跑道的局域增强性能、所述第一报警信息、所述地面发布处理设备的状态、所述VDB电台的状态、所述本机的状态和所述第二报警信息中的至少一个。

可选的，所述显示模块15还用于显示属性页表和控件元素，

所述设备还包括：

***参数设置模块16，用于通过所述属性页表和所述控件元素，进行设备工作方式的选择、运行参数的设定以及预设条件的设定；

VDB控制参数设置模块17，用于通过所述属性页表和所述控件元素，进行VDB接收电台和VDB发射电台的控制指令参数的设置；

所述显示模块15具体用于：

通过所述属性页表和所述控件元素，显示所述跑道的局域增强性能、所述第一报警信息、所述地面发布处理设备的状态、所述VDB电台的状态、所述本机的状态和所述第二报警信息中的至少一个。

可选的，所述设备还包括控制模块18，所述控制模块18用于：

根据所述VDB电台的工况数据和所述VDB电台控制指令，对所述VDB电台进行控制；

其中，所述工况数据和所述VDB电台控制指令都是通过地面数据处理***进行中继的。

可选的，所述数据通信模块11包括：

数据解析与打包子模块1101，用于进行所述局域增强数据、所述第一设备状态数据、所述第二设备状态数据的数据格式转换以及进行所述VDB电台控制指令的打包；

数据收发子模块1102，用于接收并解析来自地面数据库的局域增强数据和第一设备状态数据以及来自甚高频数据广播VDB电台的第二设备状态数据，并将打包后的所述VDB电台控制指令经由所述地面发布处理设备发送至所述VDB电台。

其中，根据发送频率的大小，数据收发子模块所接收的数据分为了3类，组成了3类电文，分别是：

电文类型1：差分修正；

电文类型2：地基增强***(GBAS)相关数据；

电文类型3：最后进近航段(FAS)构建数据。

根据各数据发送频率的要求，电文的广播速率规定如表1所示：

表1

各类电文的内容具体如表2所示：

表2

其中，电文块报头包含了与每个LAAS发送有关的信息。表3是电文块报头的一览表格。它由电文块标识符(MBI)和标识GBAS基准站的24位GBAS ID组成。其后是一个8比特的电文类型字段和一个8比特的电文长度字段。

表3

电文报头	比特数	字节数
			电文块标识符	8	1
地基增强***(GBAS)标识(ID)	24	3
			电文类型	8	1
电文长度	8	1

电文块标识符：8比特电文块标识符(MBI)表示一个电文块的开始，并指出GBAS电文块的工作模式：

"10101010"＝普通GBAS电文，

"11111111"＝测试GBAS电文，

所有其它编码表示不被该ICD支持的非GBAS电文格式。

地基增强***(GBAS)标识(ID)：标识地面站广播电文的4字符(24比特)字母数字型字段。每个字符由国际5号电码表达的b1到b6位表示，其中b1位首先发送，只允许大写字母、数字和空格被允许。最右边的字符首先发送。对于一个3字符的ID，最右边的(首先发送的)字符是空格。

电文类型：标识电文内容的8比特数标记。

"0"＝电文类型1；

"1"＝电文类型2；

"2"＝电文类型3；

电文长度：按字节计算包含电文块报头,电文和电文块CRC的电文块的长度。

其中，数据格式包括：

电文类型1—差分修正，电文类型1为个别GNSS测距源提供差分修正数据。该电文包括三部分：电文信息(有效时间，附加电文标记，测量个数和测量类型)，低频修正信息(星历去相关参数，测距源星历CRC和测距源可用性持续时间信息)和测距源。电文格式如表4所示：

表4

值得注意的是，在本发明实施例中，每个类型1的电文都包括针对一个测距源的低频数据，由星历去相关，星历CRC和测距源可用性持续时间参数组成。低频数据与电文中的第一个测距源相对应。除了当星历变化期间，地面基准站对第一测距源进行排序，使每个二代卫星测距源的低频数据至少每隔10秒发送一次。在星历变化期间，每个GPS测距源的低频数据至少每隔27秒发送一次。

每一时隙广播的类型1电文最多只包括4个测量块，最多支持3个时隙共同播发完所有的测量块，即12颗可见卫星的相关差分修改数据。通过附加电文标记标识该时隙播发的是测量块的那个部分。

地面基准站将连续接收来自每颗GPS卫星的星历数据，但是只有已经连续接收到新的星历数据至少2分钟，才会使用该数据。新的星历数据在经过2到3分钟之间才成为修正的依据。基于新的星历数据的伪距修正将在类型1电文中首先发送，在同一条电文的“星历CRC”和IOD信息中示明新的数据组。每次“星历CRC”变化时，地面基准站都要排列发送的顺序，以便在所有类型1电文中发送的“星历CRC”里面包含该卫星的测量块，如图2所示的三个连续帧的示例。

其中，在图2所示的低频修正发射(星历CSC)中，修正数据仅适用于距离测量，因为测距源的IOD广播与差分修正电文中相应的IOD相同，同时在差分修正电文中，根据测距源计算的CRC与测距源最新的星历CRC相同。

此时，电文类型1的参数包括：

附加电文标记：对于特定测量类型，该标记确定在单独一帧中修正数据组(测量块)是否包括在单独的类型1电文中或在电文链接对中。链接对中的两个电文将有相同的修正的Z-计数，并且两个电文都将至少包括一个测量块。

0＝对于特定测量类型的所有测量块都包含在单个类型1电文中。

1＝这是类型1电文的链接对中第一个发送的电文，在此电文链接串中，包含了该特定测量类型的全部测量块组。

2＝这是类型1电文的链接对中第二个发送的电文，在此电文链接串中，包含了该特定测量类型的全部测量块组。

3＝这是类型1电文的链接对中第三个被发送电文，在此电文链接串中，包含了该特定测量类型的全部测量块组。

星历CRC：根据卫星星历数据组计算出的16比特循环冗余检验(CRC)，以确保测距源位置的完好性。

B1到B4：B1到B4是广播伪距修正与特定基准接收机测量计算的修正之间的偏差。编码"1000 0000"表示基准接收机没有出现，或者表明其测量值未被用于计算伪距修正。对于每个伪距修正至少将提供两个有效的B值。如图3所示。

在图3所示的误差估计(B)参考中，星历去相关参数(P)：表示由于去相关剩余星历误差的影响。

数据龄期：和星历数据相关的数据龄期(IOD)就是与用以向用户指明数据的置信度，是最后测量时间和基础时间之差。

测量类型：确定计算修正值所依据的测距信号的类型：

修改的Z-计数：指出在电文中所有电文参数的基准时间。修改的Z-计数与GPS时间相关除了在整点(xx：00)，整点过20分钟(xx：20)和整点过40分钟(xx：40)被复位以外。对于给定的测量类型，在给定帧中发送的所有类型1电文都有相同的修改的Z-计数。每种测量类型的修改的Z-计数超前于每个帧。

测量个数：指出在电文中测距源测量值的数目。

伪距修正：被定义为对测距源空间信号(SIS)伪距的修正。差分伪距修正是基于多个地面基准接收机的测量修正值的平均值。伪距修正是基于载波平滑的码伪距测量。修正顺序如图4所示。

在图4所示的伪距修正计算中，距离速率修正：伪距修正值的变化率。用距离速率修正(RRC)乘以修正龄期[根据当前时间(t)减去由修正的Z-计数(tzcount)确定的PRC应用时间]确定，加上PRC和测量的伪距(Pn)。然后包括相对修正的卫星时钟修正(c*(Δtsv)L1)，将加入计算出修正的伪距测量值(Pcorrected)。

Pcorrected＝Pn+PRC+RRC*(t-tzcount)+TC+c*(Δtsv)L1，

注：TC是在用户的位置上由机载接收机利用折射率指数和比例高度参数计算的对流层修正。TC为：

T C = N_{R} h_{0} \frac{10^{- 6}}{\sqrt{0.002 + \sin^{2} (θ)}} (1 - e^{\frac{- Δ h}{h_{0}}}),

其中：

NR＝类型2电文的折射率指数；

Δh＝航空器在GBAS基准点以上的高度；

θ＝卫星的仰角；

h0＝类型2电文中对流层的比例高度；

测距源标识(ID)：用于标记修正和/或可用数据作用的那个测距源；

σpr_gnd：指正态分布的标准偏差，指空间信号(SIS)在GBAS基准点上形成的修正伪距的误差约束。

信号源可用性持续时间：期望测距源修正维持可用的预计持续时间相对于第一个测量块Z-计数来说的。

除此之外，数据格式还包括：电文类型2—GBAS相关数据。

电文类型2确定了地面增强***(GBAS)提供的差分修正所参照的准确位置。电文也包括计算对流层修正的数据。电文格式如表5所示。附加的数据块可能附加到类型2电文的结尾处。附加数据块包括用于定位服务的参考站数据选择。它同样指定了用于精密进近I和定位服务的星历误差‘K’值而且指定了可用于差分校正的最大距离。

表5

其中，电文类型2的参数包括：

附加数据块数目:定义附加数据块的数目；

附加数据块长度:各个附加数据块包括的比特数，从2-198；

地面站精度标志符：字母数字型标志符指出了在RTCA/DO-245()确定的地面站提供的空间信号的最低精度性能。

0＝地面子***精度指定为A；

1＝地面子***精度指定为B；

2＝地面子***精度指定为C；

3＝备用；

地面站连续性/完好性标志符(GCID)：数字标志符指出GBAS的工作状态。

0＝预留；

1＝GCID1；

2＝GCID2；

3＝GCID3；

4＝GCID4；

5＝预留；

6＝预留；

7＝不健全；

地面站基准接收机：指安装在该***中的基准接收机的数量。

0＝地面站安装有两台基准接收机；

1＝地面站安装有三台基准接收机；

2＝地面站安装有四台基准接收机；

3＝预留；

Kmd_e_CAT1：指具有星历误差情况下，根据给定的检测失误概率获得对Ⅰ类精密进近的星历误差位置约束计算的乘子。

Kmd_e_POS：指存在星历误差情况下，根据给定的漏检概率获得限GBAS定位服务的星历误差信号的计算等级。

Lmax:是一个最大垂直灵敏因数的限定用于几何约束以在导航终端很好的减少电离层异常，11111111指明没有额外的几何约束用于在导航终端以很好的减少电离层异常。

本地磁差：指公布的差分基准点本地磁差。

纬度：指地面站基准点用WGS-84坐标确定的并且用弧秒发送的纬度，。正值表示北半球；负值表示南半球。

经度：指地面站基准点用WGS-84坐标确定并且用弧秒发送的精度。正值表示东经；负值表示西经。

最大作用距离：指相对GBAS基准点可以确保完好性的最大距离

基准点高度：指地面站基准点高于WGS-84椭球的高度。

基准站数据选择(RSDS)：用来选择地面站以获得差分定位服务的数字标识符，在该标识符地面站的广播区域内，其广播频率是惟一的。

折射率指数(NR)：指在基准点上估计的对流层折射率指数。

折射率不定性(σN)：确定了与残留对流层不定性有关的正态分布的标准偏差。这样，在差分对流层延迟修正中的不定性为：

σ_{t r o p o} = σ_{N} h_{0} \frac{10^{- 6}}{\sqrt{0.002 + \sin^{2} (θ)}} (1 - e^{- Δ h / h_{0}}),

比例高度(h0)：指将对流层折射率换算作为不同高度函数而标定的参数。

SigmaLIS(σLIS):表示电离层随空间变化的垂直参数的SIGMA.；

SigmaLIT(σLIT):表示电离层随时间变化的垂直参数的SIGMA；

σvert_into_gradient：指由于空间去相关产生的与残留电离层不定性有关的正态分布的标准偏差。这样，在差分电离层延迟修正中的不定性为：

σ_iono＝F_pp×σ_{vert_iono_gradient}×(x_air+2×π×v_air)，

其中：

FPP＝对指定卫星的倾斜因子，并且

F_{P P} = {[1 - {(\frac{R_{e} c o s θ}{R_{e} + h_{!}})}^{2}]}^{\frac{1}{2}},

Re＝地球半径＝6378.1363km；

hI＝电离层高度＝350km；

θ＝卫星仰角；

xair＝当前航空器位置与基准点之间的距离(斜距)，单位：米；

τ＝100秒，平滑滤波器的时间常数；

Vair＝航空器的水平速度，单位：米/秒。

除此之外，数据格式还包括电文类型3——最后进近航段(FAS)构建数据。

其电文结构如表6所示。

表6

正如表7所确定的，最后进近航段数据块包括了确定单一精密进近的参数。

表7

每个FAS数据块包括确定单一精密进近的参数。FAS航径是由着陆跑道入口点/虚拟跑道入口点(LTP/FTP)、飞行航迹校准点(FPAP)、穿越跑道入口高度(TCH)下滑角(GPA)所确定的空中航线。

最后进近航段参数包括：

数据组长度：表明FAS数据块的比特数；

FAS数据块：包含用于最后进近航段的结构数据。

FAS水平告警门限/进近状态：水平告警门限的广播值。

FAS垂直告警门限/进近状态：垂直告警门限的广播值。

最后进近航段(FAS)数据块；

图5描述了最后进近航段并且图示说明了定义进近航径的参数。

表7所确定的，最后进近航段数据块包括了确定单一精密进近的参数。

最后进近航段参数；

机场标识：用来标明机场的设备。

进近性能标志符：表示有关进近结构的一般信息。编码的习惯如下：

0＝备用；

1＝Ⅰ类；

2＝预留给Ⅱ类；

3＝预留给Ⅲ类；

4-7＝备用；

进近TCH单位选择：确定用来描述进近穿越跑道入口高度的单位。编码是：

0＝英尺，1＝米；

进近穿越跑道入口高度(TCH)：FAS航径在LTP/FTP入口的高度，其单位是进近TCH单位选择器确定的英尺或米。

CRC编码：指附加到每个FAS数据块结尾的32位循环冗余校验(CRC)，以确保进近数据的完好性。

跑道入口的航线宽度：沿FAS在LTP/FTP入口点处相对于航径的水平位移所确定，相当于在LTP/FTP点偏航指示器达到满刻度偏转时的值。如果跑道编码为0(直升机起降坪)，可以忽略航线宽度字段。取而代之，接收机在LTP/FTP点上使用38m(125英尺)的航线宽度。

ΔFPAP纬度：表示从LTP/FTP点到跑道飞行航径对准点(FPAP)之间的纬度差,用WGS-84坐标确定；

ΔFPAP经度：表示从LTP/FTP点到跑道飞行航径对准点(FPAP)之间的经度差；

Δ长度偏置：从跑道端到FPAP点之间的距离。编码11111111表示不提供该值。

下滑角(GPA)：表示FAS航径(下滑航径)在LTP/FTP点处与正切于WGS-84 椭球的水平面形成的角度。

LTP/FTP高度：表示LTP/FTP点在WGS-84椭球之上方的高度。

LTP/FTP纬度：以弧秒表示LTP/FTP点的纬度。正值表示北纬而负值表示南纬。

LTP/FTP经度：以弧秒表示LTP/FTP点的经度。正值表示东经而负值表示西经。

运行类型：指按直线进近程序还是按今后定义的类型运行。常规编码如下：

0＝直线进近程序；

1-15＝备用；

基准航径标识：用三或四个字母数字型字符表示，用来标识基准航径；

航线指示器：用来区分向相同跑道端可有多重进近路线时；

跑道字母：用字母区分平行跑道。常规编码约定为：

0＝无字母；

2＝C(中央)；

1＝R(右侧)；

3＝L(左侧)；

跑道编号：表示进近跑道编号。

0指示符表示直升机起降坪。

本发明实施例提供了一种地基增强性能长期监测设备，通过所包含的数据通信模块、***性能监测模块、***设备状态监视模块以及VDB电台控制模块，实现了***性能及设备的监测、VDB电台的控制指令设置、相关数据的存储等功能，实现了设备维护的简便化。另外，由于地面站本地监控软件运行于航管楼的硬件平台上，管制人员和***维护人员可以通过此该电子设备的界面清晰地了解***当前的性能、设备运行状态，还通过该电子设备完成向VDB设备和地面处理设施下达指令的操作，进一步实现设备维护的简便化。

上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本发明的可选实施例，在此不再一一赘述。

需要说明的是：上述实施例提供的地基增强性能长期监测设备在进行设备监测时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将设备的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种地基增强性能长期监测设备，其特征在于，所述设备包括：

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括显示模块，所述显示模块用于：

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在，所述显示模块还用于显示属性页表和控件元素，

所述设备还包括：

***参数设置模块，用于通过所述属性页表和所述控件元素，进行设备工作方式的选择、运行参数的设定以及预设条件的设定；

VDB控制参数设置模块，用于通过所述属性页表和所述控件元素，进行VDB接收电台和VDB发射电台的控制指令参数的设置；

所述显示模块具体用于：

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备还包括控制模块，所述控制模块用于：

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述数据通信模块包括：

数据解析与打包子模块，用于进行所述局域增强数据、所述第一设备状态数据、所述第二设备状态数据的数据格式转换以及进行所述VDB电台控制指令的打包；

数据收发子模块，用于接收并解析来自地面数据库的局域增强数据和第一设备状态数据以及来自甚高频数据广播VDB电台的第二设备状态数据，并将打包后的所述VDB电台控制指令经由所述地面发布处理设备发送至所述VDB电台。