CN109598982B - 一种基于多链路的机载监视*** - Google Patents

一种基于多链路的机载监视*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于多链路的机载监视***。本发明包含综合处理单元、交通天线单元、GNSS天线、卫星天线单元；所述交通天线单元用于接收全向天线感应的L波段的射频信号并送往综合处理单元；所述综合处理单元监听并检测机载监视设备的运行状态，如设备正常则所述机载监视***保持静默状态，否则将通过卫星链路、ADS‑B以及北斗短报文输出监视信息；所述卫星天线单元用于收发卫星通讯信号；所述GNSS天线接收北斗导航卫星及其GNSS的导航定位信息。本发明实现对现有机载监视设备的监测，在***异常时通过多种链路实现输出航空器的监视信息；本发明仅需接入应急电源，即可完成***的功能，实现不受人为失误和恶意入侵影响的飞机监视信息的获取与传输。

Description

一种基于多链路的机载监视***
技术领域
本发明属于航空机载技术，涉及一种基于多链路的机载监视***。
背景技术
当前我国航空运输业快速发展，航空器数量快速增加，然而对航空器的监视却存在较大的安全隐患，无法支撑我国航空事业的安全高效运行。2014年的马航MH370失联再次敲响了航空监视安全的警钟，其隐患主要表现在：
(a)人为因素可较为容易地侵入航空器安全保障体系，当发生飞行员人为操作而导致通信中断、数据丢失、监视障碍的情况，当前还没有有效手段可以保证对航空器的持续监视；
(b)以地面监视手段为主的当前航空器监视体系全球覆盖能力不足，单一的体系架构下航空器监视信息易受外界因素阻断。
发明内容
本发明的目的是：本发明提供了一种备用的航空器监视***，实现不受人为失误和恶意入侵影响的飞机监视信息的获取与传输，在不影响现有机载设备正常工作的情况下，为航空器提供可靠的监视能力。
本发明的技术方案实现：一种基于多链路的机载监视***，包含综合处理单元、交通天线单元、GNSS天线、卫星天线单元；所述交通天线单元用于接收全向天线感应的L波段的射频信号并送往综合处理单元；所述综合处理单元监听并检测机载监视设备的运行状态，如设备正常则所述机载监视***保持静默状态，否则将通过卫星链路、ADS-B以及北斗短报文输出监视信息；所述卫星天线单元用于收发卫星通讯信号；所述GNSS天线接收北斗导航卫星及其GNSS的导航定位信息。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明实现对现有机载监视设备的监测，在***异常时通过多种链路实现输出航空器的监视信息；本发明机载监测***采用无损安装设计，仅需接入应急电源，即可完成***的功能，实现不受人为失误和恶意入侵影响的飞机监视信息的获取与传输；本发明以通过不同维度的链路冗余和备份，不同运行场景下的链路管理，不同运行状态下基于链路能力的信息分级等措施，尽可能保证航空器关键信息可以不受设备失效、人为异常等外界干扰。
附图说明
图1为一种基于多链路的机载监视***交联图。
图2为一种基于多链路的机载监视***功能框图。
图3为综合处理单元物理框图。
图4为L波段射频综合模块功能框图。
图5为综合控制管理及电源模块功能框图。
图6为卫星通信模块功能框图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
如图1所示，一种基于多链路的机载监视***由1个综合处理单元、2个交通天线单元、1个GNSS天线、1个卫星天线单元组成。
综合处理单元监听并检测机载***的各种状态，当监听到***异常时，本***将启动自主决策控制，选择正确的数据通信链路，通过S模式、A/C模式、ADS-B模式输出监视信息。GNSS天线接收北斗导航卫星及其GNSS的导航定位信息，卫星天线单元在应急时提供和机载***控制和状态数据的传输。
综合处理单元是***的核心组件，其主要由综合控制管理及电源模块、L波段射频综合模块、北斗多模导航模块、卫星通信模块和母板组成，该单元的功能框图和物理框图分别如图2和图3所示。
综合控制管理及电源模块由PowerPC主处理器电路、FPGA逻辑控制电路、信号采集电路、射频收发电路、外部通信接口电路、外部授时电路、外部存储器电路、状态监控模块电路、隔离电路以及电源电路等组成，功能框图如图4所示。FPGA与PowerPC主处理器电路通过本地总线连接，PowerPC主处理器电路运行Vxworks操作***。综合控制管理及电源模块通过母板、射频电缆与L波段射频综合模块互联。该模块还完成***所需的机载直流电源的电压变换。
L波段射频综合模块由天线选择及收发开关电路、2通道1030MHz接收电路、2通道1030MHz/1090MHz发射电路、2通道1090MHz接收电路组成，基本功能电路如图5所示。2通道发射电路根据来自综合处理及电源模块的控制信号产生载波为1030MHz/1090MHz的PAM+BPSK调制的询问信号、2通道1090MHz接收电路接收来自天线的1090MHz信号，下变频到60MHz中频信号，检波，把中频信号和检波后的视频信号送往综合处理模块。2通道1030MHz接收机接受来自交通天线单元的1030MHz信号，下变频到60MHz中频信号，检波，把中频信号和检波后的视频信号送往综合处理模块，每个发射通道可以分别进行功率控制。
北斗多模导航模块采用商用货架产品，可接收北斗、GPS导航数据源的定位及授时信息，并可根据需要传输北斗短报文。
卫星通信模块采用ARINC 781标准架构，模块由卫星数据单元、射频单元、高功率放大器、低噪声放大器及波束控制单元组成，卫星数据单元主要完成卫星通信业务的接入、协议栈处理、射频通道处理。双工/低噪声放大器把天线接收信号送给进行放大，阻止发射功率耦合到接收端。
交通天线单元是工作在L频段的全向天线，主要完成收发A/C/S模式的询问和应答的射频信号，收发ADS-B射频信号。
GNSS天线完成对北斗/GPS的双模导航信号的接收。
卫星天线单元完成与卫星通信的射频信号的收发。
本发明的***采用无损安装设计，仅需接入应急电源，即可完成***的基本功能，也可根据地面控制信号主动进入指定的工作模式，具体工作模式如下：
1)自动工作模式
(a)航电***无直接物理交联工作模式：
***监听1090MHz ADS-B无线链路，从监测数据和自身的北斗多模导航信息出发，通过综合分析和评估，判断机载监视***的工作状态及其发射信息的有效性。当机载监视设备正常工作时，***处于无线电静默状态；若检测到原机监视设备出现异常，包括原机监视设备发射信息错误或是停止发射信号等情况，本***将通过三条基本链路发射针对错误信息的告警信号和正常监视信息：通过1090MHz ADS-B链路以DO260B规定的频率发射正确定位监视信息，同时给出飞机原监视***定位信息有误标识；通过自主移动通信卫星链路以每分钟1次的频率发射以上三类信息；通过北斗短报文以每1分钟1次的频率发射以上三类信息。
(b)航电***有限交联工作模式：
***具备开放式架构和通用化接口，可根据实际情况选择性接入机上大气数据机、惯性基准***、星基导航***、中央维护***等航电***。综合处理单元将充分利用原机航电***提供的各种数据、结合自身ADS-B链路监测数据和自身的北斗多模导航信息，对原机监视***的工作状态做出更加合理的判断。
(c)备用电源自动工作模式：
当种种原因导致应急电源故障时，***将自动切换到备用电源工作模式。在该模式下，***将以较低的频率发射ADS-B链路信号(每分钟1次)、北斗短报文(每15分钟1次)和自主移动通信卫星链路通信信号(每15分钟1次)，保证监视功能和通信功能的基本运行。
2)地面控制工作模式
在必要情况下，地面将通过1030MHz空管链路、自主移动通信卫星链路向多链路的机载监视***发送控制指令，***转发本机监视范围(100海里)内指定飞机的相关信息。该功能可用于在全球范围内寻找指定S模式地址的飞机。通过控制转发他机信息的方式，所有装备该***的飞机组成一个庞大的空空监视网络。通过网络信息的转播，将快速高效的搜寻到指定S模式的飞机。

Claims (5)

1.一种基于多链路的机载监视***，其特征为：所述机载监视***包含综合处理单元、交通天线单元、GNSS天线、卫星天线单元；所述交通天线单元用于接收全向天线感应的L波段的射频信号并送往综合处理单元；所述综合处理单元监听并检测机载监视设备的运行状态，如设备正常则所述机载监视***保持静默状态，否则将通过卫星链路、ADS-B以及北斗短报文输出监视信息；所述卫星天线单元用于收发卫星通讯信号；所述GNSS天线接收北斗导航卫星及其GNSS的导航定位信息。
2.根据权利要求1所述的机载监视***，其特征为：所述综合处理单元包括综合控制管理及电源模块、L波段射频综合模块、北斗多模导航模块、卫星通信模块和母板。
3.根据权利要求2所述的机载监视***，其特征为：所述综合控制管理及电源模块由PowerPC主处理器电路、FPGA逻辑控制电路、信号采集电路、射频收发电路、外部通信接口电路、外部授时电路、外部存储器电路、状态监控模块电路、隔离电路以及电源电路组成；所述FPGA逻辑控制电路与PowerPC主处理器电路通过本地总线连接，PowerPC主处理器电路运行Vxworks操作***；所述综合控制管理及电源模块通过母板、射频电缆与L波段射频综合模块互联；所述综合控制管理及电源模块完成***所需的机载直流电源的电压变换。
4.根据权利要求2所述的机载监视***，其特征为：所述L波段射频综合模块由天线选择及收发开关电路、2通道1030MHz接收电路、2通道1030MHz/1090MHz发射电路、2通道1090MHz接收电路组成；2通道1030MHz/1090MHz发射电路根据来自综合处理及电源模块的控制信号产生载波为1030MHz/1090MHz的PAM+BPSK调制的询问信号、2通道1090MHz接收电路接收来自天线的1090MHz信号，下变频到60MHz中频信号，检波，把中频信号和检波后的视频信号送往综合处理模块；2通道1030MHz接收机接受来自交通天线单元的1030MHz信号，下变频到60MHz中频信号，检波，把中频信号和检波后的视频信号送往综合处理模块，每个发射通道可以分别进行功率控制。
5.根据权利要求2所述的机载监视***，其特征为：所述卫星通信模块采用ARINC 781标准架构，由卫星数据单元、射频单元、高功率放大器、低噪声放大器及波束控制单元组成；所述卫星数据单元完成卫星通信业务的接入、协议栈处理、射频通道处理。
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