CN109523836A - 一种无人机航管接入通用化平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无人机***的航管接入通用化平台，由航管接入设备和航管信息处理机组成，无人机***可以将无人机信息通过航管接入通用化平台转换成航管中心所认可的航管标准格式传输至航管中心。同理，航管中心通过航管接入通用化平台将当前无人机所在空域的航管空情监视信息转换成无人机***所认可的无人机信息格式传输至无人机地面控制***内。基于该专利提出的航管接入通用化平台，无人机***能够快速上报本机航管信息，接引航管中心综合空情监视信息，实现无人机与航管中心的互联互通，保障无人机在空域中安全有序地飞行。

Description

一种无人机航管接入通用化平台

技术领域

本发明属于无人机指挥控制专业体系下无人机空域管理技术领域，具体涉及一种无人机航管接入通用化平台。

背景技术

随着无人机***技术的发展，无人机的类型、数量和飞行时间快速增长，其应用领域不断拓展。由于无人机独特的操作特性和运行特点，对目前以有人飞机为主的空域运行和管理机制提出了新的要求。当前我国对无人机空域管理主要采用划定隔离空域的方法来保证安全，通过防止或严格控制其他航空器进入该空域来降低碰撞风险，随着低空空域开放政策的逐步落实，以及大量高空长航时无人机的出现，继续单独为无人机划定飞行空域将很难做到，无人机***空域管理问题迫切需要得到有效的解决。

目前，无人机飞行已逐渐形成规模，已具备全空域飞行能力的无人机必然要和有人飞机共同使用空域资源，这首先要求无人机的飞行信息被航管中心接收并显示，加强无人机在空域管理运行机制、飞行动态掌握、安全间隔服务、飞行应急处理等方面的管理。然而目前没有专门、统一的无人机航管接入方法和无人机航管信息格式。无人机信息若需要被航管中心接收并显示，应建立无人机***和航管中心之间的有效连接，并在兼容现有航管体制的前提下，构建无人机航管标准协议格式。由于无人机平台受到各种装机条件的限制，并非所有无人机都能够装备A/C模式应答机、S模式应答机、ADS-B等航管设备，无人机地面***作为无人机平台的操控中心，掌握了无人机的飞行信息和位置信息，可通过基于无人机地面控制***下的航管接入通用化平台，实现无人机与航管中心的互联互通。

发明内容

发明目的

为解决目前由于没有专门、统一的航管无人机信息格式，导致无人机无法与航管中心进行有效地互联互通的问题，本发明提出的提供了一种基于无人机地面控制***的航管接入通用化平台，通过融合现有多种有人机的航管标准格式，提出通用化的航管标准转换格式，实现了无人机与航管中心的互联互通，在无人机***上报自身航管信息的同时，能够接引附近空域的综合空情信息，提升无人机的空管态势感知能力。

发明技术解决方案

为了实现上述发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种无人机航管接入通用化平台，由航管接入设备和航管信息处理机组成；所述航管接入设备内置***主板，采用CPU+Flash架构，运行实时嵌入式操作***，还包括数据处理软件和参数配置软件；所述数据处理软件用于接收来自航管中心的信息并转换为无人机***通用化航管标准协议格式，及接收来自航管信息处理机的信息并转换输出为航管中心所认可的格式；参数配置软件用于通过网口或串口进行航管接入设备参数配置；航管信息处理机包括数据解析软件和综合空情软件；数据解析软件用于对来自无人机***的数据进行解析和提取无人机飞行信息；综合空情软件用于对来自航管中心的雷达监视信息与无人机飞行信息进行综合处理生成综合空情画面。

优选的，综合空情监视信息包括多种航管二次雷达、S模式雷达格式信息、类雷达格式信息、警戒一次雷达格式信息。

优选的，航管信息处理机的信息包括无人机经度信息、纬度信息、高度信息、速度信息、航向信息。

优选的，参数配置软件设置的参数包括串口参数，网络参数，输入/输出转换参数，自适应转换模式和手动转换模式。

优选的，综合空情软件包括环境显示模块、信息接收和转换模块、综合态势显示模块、辅助决策信息显示模块、空域和计划管理模块、数据回放控制模块；

环境显示模块用于显示全国区域内的二维地理信息数据，具有地图场景显示、地图场景操作和图层管理功能，并能够以动态库的方式向二次开发人员提供对多种二维地图的显示、浏览与操作控制的函数接口；

信息接收和转换模块用于接收数据后台处理服务发送的无人机监视信息、雷达监视数据、无人机飞行计划以及其它多媒体信息；

综合态势显示模块根据接收到的综合态势信息和视频信息，在构建的环境场景中显示无人机飞行航迹和位置，并在背景地图上显示无人机、空管目标的位置和运动轨迹，并通过数字标牌的方式显示相关信息，相关信息包括目标二次代码、航迹、经度、纬度、高度、速度和航向；

辅助决策信息显示模块通过实时计算特定区域的位置信息，判断无人机是否有被侵入风险，如果无人机出界给出告警和提示，及能够对无人机的飞行航行进行绘制；通过实时解算无人机实际飞行的偏航距离，判断偏航是否大于设定值，如果超出则给出告警和提示；能够对管制内的空中目标相对位置进行实时结算，若任意两两目标见绝对距离小于安全阈值则给出告警和提示；

空域和计划管理模块用于在二维地图上绘制出无人机飞行计划航线信息、飞行空域信息和特定空域信息；

数据回放控制模块用于对回放控制命令进行操控，可选择回放内容，并且向数据后台处理服务发送回放控制命令，控制选定数据内容的回放，同时数据后台处理软件将回放状态反馈给回放控制，回放控制显示回放状态。

优选的，环境显示模块显示的地理数据图层包括经纬度线、等高线、国界、省界、地区界、市、县、乡、村、农场、河流、湖泊、水库、公路、铁路、隧道、桥梁、海岸线、岛屿、海图、航空地标信息、航路/航线、空域；显示的地貌数据图层包括沙漠、戈壁、沼泽、草地、森林、山脉；具备距离环信息、方位距离矢量信息、经纬网格信息的显示功能。

优选的，环境显示模块的地图场景操作可实现对地图场景进行放大、缩小、平移、归心、查询、定位、漫游等操作，进行距离测量、高程测量，目标、经纬度的搜索与定位操作。

优选的，环境显示模块的图层管理功能提供对地图数据、地图图层的管理功能，可对图层进行显示控制，进行图元显示样式的设置，并对地图数据进行管理；提供对地图数据、图层数据的管理操作，可对加载的地图数据、图层信息进行添加、删除、修改操作，维护地图场景数据。

优选的，特定区域包括禁区、限制区、危险区、电磁干扰区、人口密集区。

优选的，空域和计划管理模块还可实现在无人机飞行计划制定过程中，能够以点迹、鼠标点选两种方式添加无人机航迹关键点，包括压点、拐点、向点，并配置相应参数，进而绘制出整个航线。

本发明的优点

本发明的优点在于：

(1)当前国内所有的航管中心可以通过本发明航管接入通用化平台与无人机地面控制***进行无人机信息与航管空情监视信息的交互。

(2)通过本发明航管接入通用化平台的大量推广和应用，可以实现国内的无人机航管数据格式协议标准化，有利于无人机产业的大力发展，为做国内无人机监管平台打好坚实的基础。

(3)在本发明航管接入通用化平台上，不仅实现了航管中心与无人机***的数据流交互，还可以解决无人机飞行过程中的一些场景应用问题，包括飞行告警，飞行计划申报与审批和空情数据回放与记录等功能。

附图说明

图1为航管接入通用化平台结构示意图。

图2为综合空情态势软件结构示意图。

具体实施方式

结合发明内容概述和附图，详细说明本发明的具体实施方式。

航管接入通用化平台由航管信息处理机和航管接入设备组成，航管信息处理机通过串口从无人机地面控制***内将航管所需的无人机信息解析出来，转发至航管接入设备。航管接入设备将其无人机信息转换成ADS-B或者航管826格式的信息发送给航管中心。

1.1航管接入设备

航管接入设备内置***主板，采用CPU+Flash架构，运行实时嵌入式操作***。软件主要由数据处理软件和参数配置软件组成。

1.1.1数据处理软件

(1)接收来自航管***的综合空情监视信息，自适应识别多种航管二次雷达、S模式雷达格式信息、类雷达格式信息、警戒一次雷达格式信息等转换为无人机***通用化航管标准协议格式。

(2)接收来自航管信息处理机的无人机经度、纬度、高度、速度、航向等信息，转换输出为航管中心所认可的格式。

1.1.2参数配置软件

支持通过网口或串口进行航管接入设备参数配置，设置的参数包括：串口参数，网络参数，输入/输出转换参数，自适应转换模式和手动转换模式等。

1.2航管信息处理机

1.1.3数据解析软件

数据解析软件驻留在航管信息处理机内，对来自无人机***的数据进行解析，提取无人机飞行信息。

无人机飞行数据传输格式标准定义如表1。

表1

1.1.4综合空情软件

综合空情监视软件驻留在航管信息处理机内，为无人机通用地面控制站的操作人员使用，目的是提高无人机的飞行安全态势监控的能力。

综合空情监视软件对来自航管中心的雷达监视信息与无人机飞行信息进行综合处理，生成综合空情画面。综合空情监视软件如图2所示。

综合空情软件主要由环境显示模块、信息接收和转换模块、综合态势显示模块、辅助决策信息显示模块、空域和计划管理模块、数据回放控制模块组成。二维显示以高精度地理信息***为背景，利用图标运行动态表现出空中目标飞行要素、飞行过程及整体态势。

(1)环境显示模块

环境显示模块主要显示全国区域内的二维地理信息数据，包括：地图场景显示、地图场景操作和图层管理功能。包含地图放大操作、地图缩小操作、地图漫游操作、地图浏览的撤消与重复操作和其他操作与控制；能够以动态库的方式向二次开发人员提供对多种二维地图的显示、浏览与操作控制的函数接口。

显示的地理数据图层包括：经纬度线、等高线、国界、省界、地区界、市、县、乡、村、农场、河流、湖泊、水库、公路、铁路、隧道、桥梁、海岸线、岛屿、海图、航空地标信息、航路/航线、空域。显示的地貌数据图层包括：沙漠、戈壁、沼泽、草地、森林、山脉等。

能够显示海图、航空地标信息、航路/航线、空域等重要空管信息，具备距离环、方位距离矢量、经纬网格等信息的显示功能。

可对地图场景进行放大、缩小、平移、归心、查询、定位、漫游等操作，进行距离测量、高程测量，目标、经纬度等的搜索与定位操作。

提供对地图数据、地图图层的管理功能，可对图层进行显示控制，进行图元显示样式的设置，并对地图数据进行管理。

提供对地图数据、图层数据的管理操作，可对加载的地图数据、图层信息进行添加、删除、修改操作，维护地图场景数据。

(2)信息接收和转换模块

能接收数据后台处理服务发送的无人机监视信息、雷达监视数据、无人机飞行计划以及其它多媒体信息，综合信息接收模块可对各类数据进行接收解析，并将接收到的数据分发至其他显示模块。

(3)综合态势显示模块

根据接收到的综合态势信息和视频信息，在构建的环境场景中显示无人机飞行航迹和位置。

可以在背景地图上显示无人机、空管目标等单元的位置和运动轨迹等综合态势信息，通过数字标牌的方式显示相关信息，包括目标二次代码、航迹、经度、纬度、高度、速度和航向等。

(4)辅助决策信息显示模块

通过实时计算无人机和禁区、限制区、危险区、电磁干扰区、人口密集区等特定区域的位置信息，判断无人机是否有被侵入的风险，如果无人机出界给出告警和提示。用户可以对侵入判断参数、告警间隔进行设置。

能够对无人机的飞行航行进行绘制，通过实时解算无人机实际飞行的偏航距离，判断偏航是否大于设定值，如果超出则给出告警和提示，用户可以对偏航告警距离进行设置。

能够对管制内的空中目标相对位置进行实时结算，若任意两两目标见绝对距离小于安全阈值则给出告警和提示，用户可以对冲突告警距离进行设置。

(5)空域和计划管理模块

用户可在二维地图上绘制无人机飞行计划航线、飞行空域等信息；绘制特定空域，如禁区、限制区、危险区、电磁干扰区、人口密集区等空域信息。

在无人机飞行计划制定过程中，能够以点迹、鼠标点选两种方式添加无人机航迹关键点，包括压点、拐点、向点，并配置相应参数，进而绘制出整个航线。

(6)数据回放控制模块

用户可对回放控制命令进行操控，包括开始回放、停止回放、快进、暂停、拖动、选择等功能。可选择回放内容，并且向数据后台处理服务发送回放控制命令，控制选定数据内容的回放，同时数据后台处理软件将回放状态反馈给回放控制，回放控制显示回放状态。

本发明中有以下三个主要的技术要点。

(1)航管信息转换与航管信息转发分离式设计。由于军用无人机地面控制***与四网一体互连互通，而四网一体密级高于航管***密级，因此地面控制***网络与航管***不允许直接通信。为将无人机信息发送给航管***，同时实现与地面控制***内网络数据通道隔离。航管接入通用化平台需要由航管信息处理机和航管接入设备组成，航管信息处理机通过串口从无人机地面控制***内将航管所需的无人机信息解析出来，转发至航管接入设备。航管接入设备将其无人机信息转换成ADS-B或者航管826格式的信息发送给航管中心。

(2)本专利设计一种通用化无人机航管标准协议格式。据不完全统计，我国现有无人机生产厂家超过600余家，用于娱乐消费和行业应用的各类无人机种类多达上千种。为达到有效的监管，无人机需要将自身的飞行数据实时传输到本文设计的航管接入通用化平台，但是由于各个无人机厂商都各自定义了自己的无人机飞行数据格式、精度、项目等，这就导致了在各种无人机飞行数据接入云平台时出现混乱与冲突。所以规范一套建立在现有各类无人机飞行数据基础上的无人机飞行数据传输格式标准。依照此标准，各个无人机厂商可以快速将其所生产的无人机进入航管接入通用化平台。航管接入通用化平台的航管信息处理机可以将其无人机飞行数据传输标准解析无人机信息，然后转换成通用化无人机航管标准协议格式的信息推送给航管接入设备，航管接入设备转发此信息给航管中心。航管接入通用化平台可以更加准确的对个类无人机的飞行情况进行管理与转发信息给航管中心进行交互。

(3)设计了航管接入通用化平台下的航管格式译码器以及格式转换识别算法，广泛兼容航管中心的雷神、马可尼、欧标、航管826和ADS-B等多种航管报文与无人机***通用化航管标准协议格式的自适应相互转换。

Claims (10)

1.一种无人机航管接入通用化平台，其特征在于：由航管接入设备和航管信息处理机组成；所述航管接入设备内置***主板，采用CPU+Flash架构，运行实时嵌入式操作***，还包括数据处理软件和参数配置软件；所述数据处理软件用于接收来自航管中心的信息并转换为无人机***通用化航管标准协议格式，及接收来自航管信息处理机的信息并转换输出为航管中心所认可的格式；参数配置软件用于通过网口或串口进行航管接入设备参数配置；航管信息处理机包括数据解析软件和综合空情软件；数据解析软件用于对来自无人机***的数据进行解析和提取无人机飞行信息；综合空情软件用于对来自航管中心的雷达监视信息与无人机飞行信息进行综合处理生成综合空情画面。

2.如权利要求1所述的一种无人机航管接入通用化平台，其特征在于：综合空情监视信息包括多种航管二次雷达、S模式雷达格式信息、类雷达格式信息、警戒一次雷达格式信息。

3.如权利要求1所述的一种无人机航管接入通用化平台，其特征在于：航管信息处理机的信息包括无人机经度信息、纬度信息、高度信息、速度信息、航向信息。

4.如权利要求1所述的一种无人机航管接入通用化平台，其特征在于：参数配置软件设置的参数包括串口参数，网络参数，输入/输出转换参数，自适应转换模式和手动转换模式。

5.如权利要求1所述的一种无人机航管接入通用化平台，其特征在于：综合空情软件包括环境显示模块、信息接收和转换模块、综合态势显示模块、辅助决策信息显示模块、空域和计划管理模块、数据回放控制模块；

环境显示模块用于显示全国区域内的二维地理信息数据，具有地图场景显示、地图场景操作和图层管理功能，并能够以动态库的方式向二次开发人员提供对多种二维地图的显示、浏览与操作控制的函数接口；

信息接收和转换模块用于接收数据后台处理服务发送的无人机监视信息、雷达监视数据、无人机飞行计划以及其它多媒体信息；

综合态势显示模块根据接收到的综合态势信息和视频信息，在构建的环境场景中显示无人机飞行航迹和位置，并在背景地图上显示无人机、空管目标的位置和运动轨迹，并通过数字标牌的方式显示相关信息，相关信息包括目标二次代码、航迹、经度、纬度、高度、速度和航向；

辅助决策信息显示模块通过实时计算特定区域的位置信息，判断无人机是否有被侵入风险，如果无人机出界给出告警和提示，及能够对无人机的飞行航行进行绘制；通过实时解算无人机实际飞行的偏航距离，判断偏航是否大于设定值，如果超出则给出告警和提示；能够对管制内的空中目标相对位置进行实时结算，若任意两两目标见绝对距离小于安全阈值则给出告警和提示；

空域和计划管理模块用于在二维地图上绘制出无人机飞行计划航线信息、飞行空域信息和特定空域信息；

数据回放控制模块用于对回放控制命令进行操控，可选择回放内容，并且向数据后台处理服务发送回放控制命令，控制选定数据内容的回放，同时数据后台处理软件将回放状态反馈给回放控制，回放控制显示回放状态。

6.如权利要求5所述的一种无人机航管接入通用化平台，其特征在于：环境显示模块显示的地理数据图层包括经纬度线、等高线、国界、省界、地区界、市、县、乡、村、农场、河流、湖泊、水库、公路、铁路、隧道、桥梁、海岸线、岛屿、海图、航空地标信息、航路/航线、空域；显示的地貌数据图层包括沙漠、戈壁、沼泽、草地、森林、山脉；具备距离环信息、方位距离矢量信息、经纬网格信息的显示功能。

7.如权利要求5所述的一种无人机航管接入通用化平台，其特征在于：环境显示模块的地图场景操作可实现对地图场景进行放大、缩小、平移、归心、查询、定位、漫游等操作，进行距离测量、高程测量，目标、经纬度的搜索与定位操作。

8.如权利要求5所述的一种无人机航管接入通用化平台，其特征在于：环境显示模块的图层管理功能提供对地图数据、地图图层的管理功能，可对图层进行显示控制，进行图元显示样式的设置，并对地图数据进行管理；提供对地图数据、图层数据的管理操作，可对加载的地图数据、图层信息进行添加、删除、修改操作，维护地图场景数据。

9.如权利要求5所述的一种无人机航管接入通用化平台，其特征在于：特定区域包括禁区、限制区、危险区、电磁干扰区、人口密集区。

10.如权利要求5所述的一种无人机航管接入通用化平台，其特征在于：空域和计划管理模块还可实现在无人机飞行计划制定过程中，能够以点迹、鼠标点选两种方式添加无人机航迹关键点，包括压点、拐点、向点，并配置相应参数，进而绘制出整个航线。