CN105957405B - 通用航空器飞行状态自动广播监视***及监视方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了通用航空器飞行状态自动广播监视***及监视方法，包括GPS/北斗导航卫星，通用航空器和移动通信网络运营商；通用航空器上搭载有与GPS/北斗导航卫星相连的通用航空器飞行状态自动广播监视器，获取通用航空器的飞行状态数据；通用航空器飞行状态自动广播监视器通过移动通信网络运营商与空中交通管制服务器相连，将通用航空器的数据发送到空中交通管制服务器中；空中交通管制服务器分别与民航ATC数据库、报备数据库相连，绘制空域交通情势图，并将交通情势图发送到通用航空器飞行状态自动广播监视器中。本发明以成熟发展的移动通信网络作为地面接收***，不需要重新建设地面站和雷达***，费用低廉。

Description

通用航空器飞行状态自动广播监视***及监视方法

技术领域

本发明涉及通用航空器技术领域，尤其涉及通用航空器飞行状态自动广播监视***及监视方法。

背景技术

通用航空器是指从事公共航空运输以外的航空活动的民用航空器，具有机动灵活、快速高效等特点，其作业项目覆盖了农、林、牧、渔、工业、建筑、科研、交通、娱乐等多个行业。通用航空器可以执行航空摄影、医疗救护、气象探测、空中巡查、人工降水、海洋监测、陆地及海上石油服务、飞机播种、空中施肥等任务，在国民经济中起着非常重要的作用。根据通用航空器的定义，公务机、私人飞机以及民用无人机都属于通用航空器范畴。

近些年来，我国通用航空器的数量较以往有大幅度的增长。预计未来5年-10年，通用航空飞机数量的年均增长率将达到30％。随着科技的进步，民用无人机的发展迅猛，并不断走向实用化。由于民用无人机实用费用低廉且对地面设施的依赖较小，因此航空摄影、空中巡查、空中施肥等通用航空项目已经越来越多的由民用无人机来执行。业内人士指出，随着中国经济的发展，公务飞行、商用飞行、空中游览、私人驾照培训、无人机航空摄影、空中巡查、空中施肥等通用航空项目，正受到越来越多人的青睐，具有巨大的市场需求。这必然导致为之提供服务的领域呈现快速发展的局面。

然而在空中管制方面存在的问题亟待解决。目前，我国的民航管制手段主要以雷达管制为主。使用的雷达种类为一次监视雷达和二次监视雷达。一次监视雷达发射的一小部分无线电脉冲被目标反射回来并由该雷达收回加以处理和显示，在显示器上只显示一个亮点而无其他数据。二次监视雷达是一种把已测到的目标与一种以应答机形式相配合设备协调起来的雷达***，能在显示器上显示出标牌、符号、编号、航班号、高度和运行轨迹等及特殊编号。雷达管制的覆盖区域有限而且设备费用较高，主要布置在重要地区、繁忙的机场和航班沿线地区，无法完全覆盖所有区域，尚存在大量的监控盲区。

ADS-B(自动相关信息监视播报***)技术用于空中交通管制，可以在无法部署航管雷达的大陆地区为通用航空器提供优于雷达间隔标准的虚拟雷达管制服务；在雷达覆盖地区，即使不增加雷达设备也能以较低代价增强雷达***监视能力，提高航路乃至终端区的飞行容量。ADS-B技术引进我国并不晚，然而ADS-B通信频率在我国是使用受限的频率，使其发展缓慢。地面接收***无法构成有效的管控覆盖。

近年来，我国通用航空飞行数量“井喷”式的增长，特别是在城市附近活动的低速低空轻型飞机和民用无人机的飞行活动对公众安全造成了威胁。急需一种可以针对通用航空器，特别是低速低空轻型飞机和民用无人机进行飞行状态监视的***出现。

发明内容

针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供通用航空器飞行状态自动广播监视***及监视方法。

为实现上述目的，本发明提供一种通用航空器飞行状态自动广播监视***，包括GPS/北斗导航卫星，至少一个通用航空器，移动通信网络运营商，空中交通管制服务器，民航ATC数据库和报备数据库；

每个所述通用航空器上搭载有通用航空器飞行状态自动广播监视器，所述通用航空器飞行状态自动广播监视器与所述GPS/北斗导航卫星相连，用于确定通用航空器的飞行状态数据；

所述通用航空器飞行状态自动广播监视器通过所述移动通信网络运营商与所述空中交通管制服务器相连，用于将通用航空器的数据发送到空中交通管制服务器中；所述数据包括所述飞行状态数据和飞行任务批准密匙；

所述空中交通管制服务器分别与所述民航ATC数据库、报备数据库相连，用于根据接收到的通用航空器的数据和民航ATC数据库、报备数据库中存储的数据绘制空域交通情势图，并将交通情势图通过移动通信网络运营商发送到通用航空器飞行状态自动广播监视器中，供通用航空器飞行状态自动广播监视。

作为本发明的进一步改进，所述通用航空器上设有飞行员位和移动终端，所述移动终端通过所述移动通信网络运营商与所述空中交通管制服务器相连，用于接收空域交通情势图。

作为本发明的进一步改进，所述飞行状态数据包括定位、高度、航向、航速和/或时间校准。

作为本发明的进一步改进，所述通用航空器飞行状态自动广播监视器包括GPS/北斗导航卫星接收机、气压高度表、MEMS惯导设备、微控制器、移动通信收发器、存储器和外部通信接口；

所述GPS/北斗导航卫星接收机、气压高度表、MEMS惯导设备、移动通信收发器、存储器和外部通信接口分别与所述微控制器相连，所述存储器内存储有飞行任务批准密匙；其中，

所述GPS/北斗导航卫星接收机与所述GPS/北斗导航卫星相连，用于接收GPS/北斗导航卫星的导航数据和授时数据，确定通用航空器的飞行状态数据；

所述移动通信收发器与所述移动通信网络运营商相连；

所述外部通信接口与外部机载设备相连。

作为本发明的进一步改进，所述通用航空器飞行状态自动广播监视器还包括电源管理模块及备用电池，电源管理模块及备用电池用于提供通用航空器飞行状态自动广播监视器所需的电能。

作为本发明的进一步改进，所述移动通信网络运营商包括运营商服务器和基站/无线路由器，所述基站/无线路由器分别与所述移动终端、移动通信收发器相连；

所述运营商服务器分别与所述基站/无线路由器、空中交通管制服务器相连。

本发明还提供一种通用航空器飞行状态自动广播监视方法，包括：

步骤1、通过通用航空器上搭载的通用航空器飞行状态自动广播监视器获取通用航空器的飞行状态数据和飞行任务批准密匙；

步骤2、空中交通管制服务器通过移动通信网络接收所述飞行状态数据和飞行任务批准密匙；

步骤3、空中交通管制服务器从民航ATC数据库中获取附近通用航空器的飞行任务；

步骤4、空中交通管制服务器通过飞行任务批准密匙从报备数据库中获取所述通用航空器的飞行任务；

步骤5、空中交通管制服务器根据通用航空器的飞行状态数据、附近通用航空器的飞行任务、通用航空器的飞行任务,绘制空域交通情势图；

步骤6、空中交通管制服务器将空域交通情势图发给通用航空器飞行状态自动广播监视器和移动终端，供通用航空器飞行状态自动广播监视。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明公开的通用航空器飞行状态自动广播监视***及监视方法，以成熟发展的移动通信网络作为地面接收***，不需要重新建设地面站和雷达***，费用低廉；空中交通管制服务器与民航ATC数据库数据资源共享，便于统一进行航空交通管制；空域交通情势图等信息通过广播发布，信息公开透明，方便各领域使用；通用航空器飞行状态自动广播监视器结构简单，集成度高，适于大面积推广。

附图说明

图1为本发明一种实施例公开的通用航空器飞行状态自动广播监视***的框架图；

图2为本发明一种实施例公开的通用航空器飞行状态自动广播监视器的框架图。

图中：

1、GPS/北斗导航卫星；2、通用航空器；20、通用航空器飞行状态自动广播监视器；200、GPS/北斗导航卫星接收机；201、气压高度表；202、MEMS惯导设备；203、微控制器；204、移动通信收发器；205、存储器；206、外部通信接口；207、电源管理模块及备用电池；21、飞行员；22、移动终端；3、移动通信网络运营商；30、基站/无线路由器；31、运营商服务器；4、空中交通管制服务器；5、民航ATC数据库；6、报备数据库。

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的一部分实施例，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的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。

本发明以移动通信网络为基础，提出通用航空器飞行状态自动广播监视***及监视方法，以解决针对通用航空器，特别是低速低空轻型飞机和民用无人机飞行状态监视空缺的问题。

相较于ADS-B地面***，我国的移动通信网络的覆盖率非常高，而且其基站设置密集度的分布特点是以城市为中心扩散分别的。同时，低空低速轻型飞机及民用无人机的飞行活动活跃区域也是以城市为中心分别的；两者的密集度分布特征是对应的。因此，以移动通信网络发展通用航空器飞行状态自动广播监视***是具有可行性的。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

实施例1：如图1-2所示，本发明提供一种通用航空器飞行状态自动广播监视***，包括GPS/北斗导航卫星1，多个通用航空器2，移动通信网络运营商3，空中交通管制服务器4，民航ATC数据库5和报备数据库6；

每个通用航空器2上均搭载有通用航空器飞行状态自动广播监视器20、供飞行员21使用的飞行员位，及飞行员21使用的移动终端22；如果通用航空器2是民用无人机，那么，其地面操控员(飞手)与飞行员21具有相同地位，虽然地面操作员(飞手)不随通用航空器一起飞行，但是地面操作员(飞手)在地面依然可以全权控制民用无人机作业。所有通用航空器飞行状态自动广播监视器20与GPS/北斗导航卫星1相通信，接收来自GPS/北斗导航卫星1的导航数据和授时数据，用来确定各自通用航空器2此时刻的定位、高度、航向、航速、时间校准等飞行状态数据。

通用航空器飞行状态自动广播监视器20包括GPS/北斗导航卫星接收机200、气压高度表201、MEMS惯导设备202、微控制器203、移动通信收发器204、存储器205、外部通信接口206和电源管理模块及备用电池207；GPS/北斗导航卫星接收机200、气压高度表201、MEMS惯导设备202、移动通信收发器204、存储器205和外部通信接口206分别与微控制器203相连；电源管理模块及备用电池207为通用航空器飞行状态自动广播监视器20提供稳定而持续的电源供应，即使在没有外部供电的情况下也可以保证长时间的持续工作，如果通用航空器飞行状态自动广播监视器20装载在民用无人机上，当民用无人机遥控通信发生故障或者机载电源失效时，在电源管理模块及备用电池207的支持下通用航空器飞行状态自动广播监视器20可以继续工作，为该民用无人机某些设备供电，并广播其定位信息便于对该民用无人机的搜索和回收。

通用航空器飞行状态自动广播监视器20的工作原理为：GPS/北斗导航卫星接收机200接收来自GPS/北斗导航卫星1的导航数据和授时数据，用来确定各自通用航空器2此时刻的定位、高度、航向、航速、时间校准等飞行状态数据，并将飞行状态数据发送到微控制器203中。为了提高对通用航空器2飞行状态数据的测量精度或在接收不到GPS/北斗导航卫星1的导航数据和授时数据时依然可以测量飞行状态数据，通用航空器飞行状态自动广播监视器20还配置了气压高度表201、MEMS惯导设备202；在微控制器203的控制下，GPS/北斗导航卫星接收机200、气压高度表201和MEMS惯导设备202协调工作，为通用航空器飞行状态自动广播监视器20提供持续的通用航空器2高精度的飞行状态数据。存储器205内存储有代表本次飞行获得许可的飞行任务批准密匙，并将飞行任务批准密匙发送到微控制器203中；其中飞行任务批准密匙是事先使用基于移动通信网络的通用航空器飞行任务申报审批***向主管部门进行申报并获得批准后下发的。微控制器203通过外部通信接口206可以与其他外部机载设备或其它通用航空器相连，实现相互通讯；外部通信接口206可以与通用航空器的导航设备相连接，为导航设备提供备份飞行状态数据，提高飞行安全性；还可以为导航设备提供由移动通信收发器204接收到的空域交通情势信息，以便导航***在显示器上显示空域交通情势图。微控制器203通过移动通信收发器204发送来自微控制器203的飞行状态数据和飞行任务批准密匙，同时接收来自移动通信网络运营商3发来的数据。

移动通信网络运营商3包括运营商服务器31和多个基站/无线路由器30，基站/无线路由器30分别与移动终端22、移动通信收发器204相连；运营商服务器31分别与附近的基站/无线路由器30、空中交通管制服务器4相连。其中：移动通信收发器204通过基站/无线路由器30、运营商服务器31将飞行状态数据和飞行任务批准密匙发送到空中交通管制服务器4中。

空中交通管制服务器4与民航ATC数据库5及报备数据库6相联通，空中交通管制服务器4将使用通用航空器飞行状态自动广播监视器20的通用航空器的飞行状态数据与民航ATC数据库5实现信息共享。空中交通管制服务器4根据多个通用航空器2上搭载的通用航空器飞行状态自动广播监视器20等发来的数据(飞行状态数据和飞行任务批准密匙)、来自民航ATC数据库5中附近通用航空器的飞行任务及相关信息、来自报备数据库6中该通用航空器飞行任务的合法性及具体内容，通过计算分析，实时绘制出空域交通情势图。空中交通管制服务器4将实时绘制出的空域交通情势图通过移动通信网络运营商广播发布，飞行员21等可以使用各自的移动终端22或者使用通用航空器飞行状态自动广播监视器20接收空域交通情势图并获得附近通用航空器飞行任务的具体内容，实现通用航空器飞行状态自动广播监视。其中：从报备数据库6中获取该通用航空器飞行任务的合法性及具体内容的方法为：报备数据库6中存储有所有通用航空器的飞行任务批准密匙、飞行任务以及飞行相关信息；空中交通管制服务器4通过接收到的飞行任务批准密匙在报备数据库6中存储的所有飞行任务批准密匙中进行查询，从而获取该飞行任务批准密匙下的飞行任务以及飞行相关信息，从而获得该通用航空器飞行任务的合法性及具体内容。

空域交通情势图显示出该空域中活动的所有搭载通用航空器飞行状态自动广播监视器20的通用航空器以及民航ATC数据库5提供的该空域中活动的航班状态信息。飞行员21等可以根据空域交通情势图分析判断，以规避危险事件发生，公众和相关部门可以通过接收广播的方式获得当时当地的空域交通情势图，以满足各自的信息需求。

实施例2：本发明还提供一种通用航空器飞行状态自动广播监视方法，包括：

步骤1、通过通用航空器上搭载的通用航空器飞行状态自动广播监视器获取通用航空器的飞行状态数据和飞行任务批准密匙；

步骤2、空中交通管制服务器通过移动通信网络接收飞行状态数据和飞行任务批准密匙；

步骤3、空中交通管制服务器从民航ATC数据库中获取附近通用航空器的飞行任务；

步骤4、空中交通管制服务器通过飞行任务批准密匙从报备数据库中获取通用航空器的飞行任务；

步骤5、空中交通管制服务器根据通用航空器的飞行状态数据、附近通用航空器的飞行任务、通用航空器的飞行任务,绘制空域交通情势图；

步骤6、空中交通管制服务器将空域交通情势图发给通用航空器飞行状态自动广播监视器和移动终端，实现通用航空器飞行状态自动广播监视。

本发明公开的通用航空器飞行状态自动广播监视***及监视方法，以成熟发展的移动通信网络作为地面接收***，不需要重新建设地面站和雷达***，费用低廉；空中交通管制服务器与民航ATC数据库数据资源共享，便于统一进行航空交通管制；空域交通情势图等信息通过广播发布，信息公开透明，方便各领域使用；通用航空器飞行状态自动广播监视器结构简单，集成度高，适于大面积推广。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (6)

1.一种通用航空器飞行状态自动广播监视***，其特征在于，包括GPS/北斗导航卫星，至少一个通用航空器，移动通信网络运营商，空中交通管制服务器，民航ATC数据库和报备数据库；

每个所述通用航空器上搭载有通用航空器飞行状态自动广播监视器，所述通用航空器飞行状态自动广播监视器与所述GPS/北斗导航卫星相连，用于确定通用航空器的飞行状态数据；

所述通用航空器飞行状态自动广播监视器通过所述移动通信网络运营商与所述空中交通管制服务器相连，用于将通用航空器的数据发送到空中交通管制服务器中；所述数据包括所述飞行状态数据和飞行任务批准密匙；

所述空中交通管制服务器分别与所述民航ATC数据库、报备数据库相连，用于通过接收到的飞行任务批准密匙在报备数据库中存储的所有飞行任务批准密匙中进行查询，从而获取该飞行任务批准密匙下的飞行任务以及飞行相关信息，从而获得该通用航空器飞行任务的合法性及具体内容；用于根据接收到的通用航空器的数据、民航ATC数据库中附近通用航空器的飞行任务及相关信息和报备数据库中该通用航空器飞行任务的合法性及具体内容绘制空域交通情势图，并将交通情势图通过移动通信网络运营商发送到通用航空器飞行状态自动广播监视器中，供通用航空器飞行状态自动广播监视；

所述通用航空器飞行状态自动广播监视器包括GPS/北斗导航卫星接收机、气压高度表、MEMS惯导设备、微控制器、移动通信收发器、存储器和外部通信接口；其中，

所述GPS/北斗导航卫星接收机、气压高度表、MEMS惯导设备、移动通信收发器、存储器和外部通信接口分别与所述微控制器相连，所述存储器内存储有飞行任务批准密匙；

所述GPS/北斗导航卫星接收机与所述GPS/北斗导航卫星相连，用于接收GPS/北斗导航卫星的导航数据和授时数据，确定通用航空器的飞行状态数据；

所述移动通信收发器与所述移动通信网络运营商相连；

所述外部通信接口与外部机载设备相连。

2.如权利要求1所述的通用航空器飞行状态自动广播监视***，其特征在于，所述通用航空器上设有飞行员位和移动终端，所述移动终端通过所述移动通信网络运营商与所述空中交通管制服务器相连，用于接收空域交通情势图。

3.如权利要求1所述的通用航空器飞行状态自动广播监视***，其特征在于，所述飞行状态数据包括定位、高度、航向、航速和/或时间校准。

4.如权利要求1所述的通用航空器飞行状态自动广播监视***，其特征在于，所述通用航空器飞行状态自动广播监视器还包括电源管理模块及备用电池，电源管理模块及备用电池用于提供通用航空器飞行状态自动广播监视器所需的电能。

5.如权利要求2所述的通用航空器飞行状态自动广播监视***，其特征在于，所述移动通信网络运营商包括运营商服务器和基站/无线路由器，所述基站/无线路由器分别与所述移动终端、移动通信收发器相连；

所述运营商服务器分别与所述基站/无线路由器、空中交通管制服务器相连。

6.一种如权利要求1-4任一项所述的通用航空器飞行状态自动广播监视***的监视方法，其特征在于，包括：

步骤1、通过通用航空器上搭载的通用航空器飞行状态自动广播监视器获取通用航空器的飞行状态数据和飞行任务批准密匙；

步骤2、空中交通管制服务器通过移动通信网络接收所述飞行状态数据和飞行任务批准密匙；

步骤3、空中交通管制服务器从民航ATC数据库中获取附近通用航空器的飞行任务；

步骤4、空中交通管制服务器通过飞行任务批准密匙从报备数据库中获取所述通用航空器的飞行任务；

步骤5、空中交通管制服务器根据通用航空器的飞行状态数据、附近通用航空器的飞行任务、通用航空器的飞行任务,绘制空域交通情势图；

步骤6、空中交通管制服务器将空域交通情势图发给通用航空器飞行状态自动广播监视器和移动终端，供通用航空器飞行状态自动广播监视。