CN105607102A - 一种基于多源定位数据融合处理的飞行再现***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于多源定位数据融合处理的飞行再现***及方法，包括机载设备和地面接收与展现设备，机载设备安装在飞机上，用于实时采集、发送飞机的位置信息和姿态信息；地面接收与展现设备用于接收机载设备发送来的飞机位置信息和姿态信息，并对上述信息进行实时处理后以飞机航迹和三维姿态进行飞行再现。本发明同时采集机上导航卫星信号和飞机航电***1553B总线上的飞机位置和姿态数据，通过对机载多源定位数据的融合处理，使飞行数据展现终端可以实时、连续的接收到飞机的位置和姿态信息，保证了在大机动条件下卫星信号无法连续定位时飞行再现的连续性。

Description

一种基于多源定位数据融合处理的飞行再现***及方法

技术领域

本发明涉及飞行数据采集技术及飞行再现技术，特别涉及一种多源飞机定位数据的实时采集、融合处理与再现的***及方法。

背景技术

为了实现飞机飞行轨迹的实时再现，需要用到描述飞机位置随时间不断变化的飞行轨迹数据，以及随时间不断变化的飞机姿态数据。通常，都是通过安装在飞机上的卫星接收天线及接收机获得飞机的位置数据。得到飞机的位置信息后，就可以利用飞机位置信息加上飞机的航向、姿态信息驱动飞机模型在计算机屏幕上实时再现飞机的飞行过程了。

但是，在飞机大机动条件下，单纯依靠导航卫星将无法连续给出飞机位置信息，导致在飞机再现过程中，无法确定飞机位置，飞行再现的航迹不连续，使地面人员无法实时掌握飞机所处位置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于多源定位数据融合处理的飞行再现***及方法，保证飞机在大机动条件下飞行轨迹实时再现的连续性。多源定位数据来源于卫星定位数据和机上航电***中的惯性导航***。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于多源定位数据融合处理的飞行再现***，包括机载设备、地面超短波天线和地面接收与展现设备，所述机载设备，安装在飞机上，用于实时采集、发送飞机的位置信息和姿态信息；所述地面超短波天线和地面接收与展现设备，用于接收机载设备发送来的飞机定位信息和姿态信息，并对上述信息进行实时处理后以飞机航迹和三维姿态的方式进行飞行再现。

优选的，所述机载设备包括卫星接收天线、主机和机载超短波天线；所述卫星接收天线，用于接收导航卫星信号；所述主机，用于接收卫星接收天线送来的卫星信号；采集并选择性过滤接收飞机航电***1553B总线数据；对多源定位数据融合处理后连同飞机姿态数据进行编码、调制、放大，以射频信号形式送给机载超短波天线；所述机载超短波天线，用于发射主机送来的射频信号。

优选的，所述主机包括卫星信号接收处理模块、1553B总线数据接收处理模块、基带处理模块、功放模块、电源模块；所述卫星信号接收处理模块，用于处理卫星接收天线送来的卫星信号，并向基带处理模块发送飞机位置信息、可用卫星数信息；所述1553B总线数据接收处理模块，通过1553B总线连接器与飞机上1553B总线***交联，工作在总线监视器模式，根据飞机航电***1553B总线接口控制文件定义的总线号、远程终端地址、子地址和逻辑块实时从1553B总线上选择性的采集飞机惯性导航***送出的飞机位置信息和姿态信息；所述基带处理模块，用于实时接收卫星信号接收处理模块和1553B总线数据接收处理模块送来的数据信息，并根据当前使用卫星数对多源定位数据进行融合处理，将处理后得到的飞机位置信息和飞机姿态信息组合为一帧飞行数据，编码、调制后发送给功放模块；所述功放模块，完成射频信号的功率放大，并发送给机载超短波天线；所述电源模块，用来将机上的28V直流供电转换为主机内部各模块工作所需要的直流电。

优选的，所述卫星信号接收处理模块给出的信息包括：UTC时间、使用卫星数、经度、纬度、高度；所述飞机惯性导航***给出的信息包括：飞机纬度、经度、横滚角、俯仰角、真航向、高度。

一种基于多源定位数据融合处理的飞行再现***的飞行再现方法，包括以下步骤：

步骤1：利用安装在飞机上的机载设备实时采集飞机的位置信息和姿态信息，采集、处理完毕后，以数据包的形式发送给地面接收与展现设备；

步骤2：地面超短波天线和地面接收与展现设备接收空中飞机发送来的位置信息和姿态信息，对所述信息进行处理后，以飞机航迹和三维姿态的方式进行展现。

优选的，所述步骤1包括以下步骤：

步骤1.1：利用卫星信号接收处理模块接收、处理导航卫星信号，得到UTC时间、使用卫星数、经度、纬度、高度信息，并发送给基带处理模块；

步骤1.2：利用1553B总线数据接收处理模块选择性采集、接收飞机航电***1553B总线数据，根据飞机航电***1553B总线接口控制文件，得到飞机惯性导航***送出的飞机位置信息和姿态信息，并发送给基带处理模块；

步骤1.3：基带处理模块根据当前使用卫星数，对来自卫星信号接收处理模块和1553B总线数据接收处理模块的两路飞机位置信息进行融合处理，并和飞机姿态信息组成一帧飞行数据；

步骤1.4：基带处理模块对形成的飞行数据帧进行编码、调制，发送给功放模块；

步骤1.5：功放模块对基带处理模块送来的信号进行功率放大，送给机载超短波天线对外辐射；

优选的，所述步骤1.3进一步包括：当飞机高度小于某一预定高度时，基带处理模块不对来自卫星信号接收处理模块和1553B总线数据接收处理模块的两路飞机位置信息进行融合处理，而是直接将来自卫星信号接收处理模块的位置信息和来自1553B总线数据接收处理模块的飞机姿态信息组成一帧飞行数据。

优选的，所述步骤2进一步包括以下步骤：

步骤2.1：地面超短波天线将收到的信号送至地面接收与展现设备，地面接收与展现设备对收到的飞行数据进行译码；

步骤2.2：对飞行数据进行平滑、插值；

步骤2.3：实时更新的飞行数据驱动飞机三维模型，并与场景中的数字地图叠加进行显示。

与现有技术相比，本发明的技术效果在于：本发明通过对机载多源定位数据的融合处理，解决了飞机大机动条件下，卫星信号无法进行连续定位而导致的飞行再现轨迹不连续的问题以及利用递推运算求解飞机位置信息实时性差、精度低的问题；实现了飞行再现的连续性、实时性、准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的结构示意图；

图中：1-卫星接收天线，2-卫星信号接收处理模块，3-1553B总线数据接收处理模块，4-基带处理模块，5-功放模块，6-电源模块，7-机载超短波天线，8-地面超短波天线，9-地面接收与展现设备。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、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作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。

如图1所示，一种基于多源定位数据融合处理的飞行再现***，包括机载设备、地面超短波天线8和地面接收与展现设备9，机载设备安装在飞机上，用于实时采集、发送飞机的位置信息和姿态信息；地面超短波天线8用于接收机载设备发送来的射频信号并送至地面接收与展现设备9；地面接收与展现设备9接收地面超短波天线8送来的射频信号，并对射频信号进行处理得到飞机的定位信息和姿态信息后，以飞机航迹和三维姿态的方式进行飞行再现。优选的，机载设备包括卫星接收天线1、主机和机载超短波天线7；卫星接收天线1，用于接收导航卫星信号；主机，用于接收卫星接收天线1送来的卫星信号，采集并选择性过滤接收飞机航电***1553B总线数据，对多源定位数据融合处理后连同飞机姿态数据进行编码、调制、放大，以射频信号形式送给机载超短波天线7；机载超短波天线7，用于发射主机送来的射频信号。

优选的，主机包括卫星信号接收处理模块2、1553B总线数据接收处理模块3、基带处理模块4、功放模块5、电源模块6。卫星信号接收处理模块2，用于处理卫星接收天线1送来的卫星信号，并向基带处理模块4发送飞机位置信息、可用卫星数信息；1553B总线数据接收处理模块3，通过1553B总线连接器与飞机上1553B总线***交联，工作在总线监视器模式，根据飞机航电***1553B总线接口控制文件定义的总线号、远程终端地址、子地址和逻辑块实时从1553B总线上选择性的采集飞机惯性导航***送出的飞机位置信息和姿态信息；基带处理模块4，用于实时接收卫星信号接收处理模块2和1553B总线数据接收处理模块3送来的数据信息，并根据当前使用卫星数对多源定位数据进行融合处理，将处理后得到的飞机位置信息和飞机姿态信息组合为一帧飞行数据，编码、调制后发送给功放模块5；功放模块5，完成射频信号的功率放大，并发送给超短波天线；电源模块6，用来将机上的28V直流供电转换为主机内部各模块工作所需要的直流电。

优选的，卫星信号接收处理模块2给出的信息包括：UTC时间、使用卫星数、经度、纬度、高度；飞机惯性导航***给出的信息包括：飞机纬度、经度、横滚角、俯仰角、真航向、高度。

与现有技术相比，本发明的技术效果在于：本发明通过对机载多源定位数据的融合处理，解决了飞机大机动条件下，卫星信号无法进行连续定位而导致的飞行再现轨迹不连续的问题以及利用递推运算求解飞机位置信息实时性差、精度低的问题；实现了飞行再现的连续性、实时性、准确性。

一种基于机载多源定位数据融合处理的飞行再现方法，包括以下步骤：步骤1：利用安装在飞机上的机载设备实时采集飞机的位置信息和姿态信息，采集、处理完毕后，以数据包的形式发送给地面超短波天线8；步骤2：地面接收与展现设备9对地面超短波天线8送来的射频信号进行处理后得到飞机的位置信息和姿态信息，对所述信息进行处理后，以飞机航迹和三维姿态的方式进行展现。

优选的，步骤1包括以下步骤：步骤1.1：利用卫星信号接收处理模块2接收、处理导航卫星信号，得到UTC时间、使用卫星数、经度、纬度、高度信息，并发送给基带处理模块4；步骤1.2：利用1553B总线数据接收处理模块3选择性采集、接收飞机航电***1553B总线数据，根据飞机航电***1553B总线接口控制文件，得到飞机惯性导航***送出的飞机位置信息和姿态信息，并发送给基带处理模块4；步骤1.3：基带处理模块4根据当前使用卫星数，对来自卫星信号接收处理模块2和1553B总线数据接收处理模块3的两路飞机位置信息进行融合处理，并和飞机姿态信息组成一帧飞行数据；步骤1.4：基带处理模块4对形成的飞行数据帧进行编码、调制，发送给功放模块5；步骤1.5：功放模块5对基带处理模块4送来的信号进行功率放大，送给机载超短波天线7对外辐射；

优选的，步骤1.3进一步包括：当飞机高度小于某一预定高度时，基带处理模块4不对来自卫星信号接收处理模块2和1553B总线数据接收处理模块3的两路飞机位置信息进行融合处理，而是直接将来自卫星信号接收处理模块2的位置信息和来自1553B总线数据接收处理模块3的飞机姿态信息组成一帧飞行数据。

优选的，步骤2进一步包括以下步骤：步骤2.1：地面接收与展现设备9对收到的飞行数据进行译码；步骤2.2：对飞行数据进行平滑、插值；步骤2.3：实时更新的飞行数据驱动飞机三维模型，并与场景中的数字地图叠加进行显示。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种基于多源定位数据融合处理的飞行再现***，包括机载设备、地面超短波天线和地面接收与展现设备，其特征在于：

所述机载设备，安装在飞机上，用于实时采集、发送飞机的位置信息和姿态信息；

所述地面超短波天线和地面接收与展现设备，用于接收机载设备发送来的飞机定位信息和姿态信息，并对上述信息进行实时处理后以飞机航迹和三维姿态的方式进行飞行再现。

2.根据权利要求1所述的一种基于多源定位数据融合处理的飞行再现***，其特征在于：其中所述机载设备包括卫星接收天线、主机和机载超短波天线；

所述卫星接收天线，用于接收导航卫星信号；

所述主机，用于接收卫星接收天线送来的卫星信号；采集并选择性过滤接收飞机航电***1553B总线数据；对多源定位数据融合处理后连同飞机姿态数据进行编码、调制、放大，以射频信号形式送给机载超短波天线；

所述机载超短波天线，用于发射主机送来的射频信号。

3.根据权利要求2所述的一种基于多源定位数据融合处理的飞行再现***，其特征在于：

其中所述主机包括卫星信号接收处理模块、1553B总线数据接收处理模块、基带处理模块、功放模块、电源模块；

所述卫星信号接收模块，用于处理卫星接收天线送来的卫星信号，并向基带处理模块发送飞机位置信息、可用卫星数信息；

所述1553B总线数据接收处理模块，通过1553B总线连接器与飞机上1553B总线***交联，工作在总线监视器模式，根据飞机航电***1553B总线接口控制文件定义的总线号、远程终端地址、子地址和逻辑块实时从1553B总线上选择性的采集飞机惯性导航***送出的飞机位置信息和姿态信息；

所述基带处理模块，用于实时接收卫星信号接收处理模块和1553B总线数据接收处理模块送来的数据信息，并根据当前使用卫星数对来自卫星信号接收处理模块和1553B总线数据接收处理模块的定位数据进行融合处理，将融合处理后得到的飞机位置信息和姿态信息组合为一帧飞行数据，编码、调制后发送给功放模块；

所述功放模块，完成射频信号的功率放大，并发送给机载超短波天线；

所述电源模块，用来将机上的28V直流供电转换为主机内部各模块工作所需要的直流电。

4.根据权利要求3所述的一种基于多源定位数据融合处理的飞行再现***，其特征在于：

其中所述卫星信号接收处理模块给出的信息包括：UTC时间、使用卫星数、经度、纬度、高度；所述飞机惯性导航***给出的信息包括：飞机纬度、经度、横滚角、俯仰角、真航向、高度。

5.一种如权利要求1所述的一种基于多源定位数据融合处理的飞行再现***的飞行再现方法，包括以下步骤：

步骤1：利用安装在飞机上的机载设备实时采集飞机的位置信息和姿态信息，采集、处理完毕后，以数据包的形式发送给地面接收与展现设备；

步骤2：地面超短波天线和地面接收与展现设备接收空中飞机发送来的位置信息和姿态信息，对所述信息进行处理后，以飞机航迹和三维姿态的方式进行展现。

6.根据权利要求5所述的一种飞行再现方法，其特征在于：其中所述步骤1包括以下步骤：

步骤1.1：利用卫星信号接收处理模块接收、处理导航卫星信号，得到UTC时间、使用卫星数、经度、纬度、高度信息，并发送给基带处理模块；

步骤1.2：利用1553B总线数据接收处理模块选择性采集、接收飞机航电***1553B总线数据，根据飞机航电***1553B总线接口控制文件，得到飞机惯性导航***送出的飞机位置信息和姿态信息，并发送给基带处理模块；

步骤1.3：基带处理模块根据当前使用卫星数，对来自卫星信号接收处理模块和1553B总线数据接收处理模块的两路飞机位置信息进行融合处理，并和飞机姿态信息组成一帧飞行数据；

步骤1.4：基带处理模块对形成的飞行数据帧进行编码、调制，发送给功放模块；

步骤1.5：功放模块对基带处理模块送来的信号进行功率放大，送给机载超短波天线对外辐射。

7.根据权利要求6所述的一种飞行再现方法，其特征在于：其中所述步骤1.3进一步包括：当飞机高度小于某一预定高度时，基带处理模块不对来自卫星信号接收处理模块和1553B总线数据接收处理模块的两路飞机位置信息进行融合处理，而是直接将来自卫星信号接收处理模块的位置信息和来自1553B总线数据接收处理模块的飞机姿态信息组成一帧飞行数据。

8.根据权利要求5或6或7任一所述的一种飞行再现方法，其特征在于：其中所述步骤2进一步包括以下步骤：

步骤2.1：地面接收与展现设备对收到的飞行数据进行译码；

步骤2.2：对飞行数据进行平滑、插值；

步骤2.3：实时更新的飞行数据驱动飞机三维模型，并与场景中的数字地图叠加进行显示。