CN109727493A - 基于一体化应答机的无人机监视***及其应答、ads-b out/in方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无人机空管监视***技术领域，公开了基于一体化应答机的无人机监视***。包括目标无人机机载端(包括由应答模块和ADS‑B模块组成的一体化应答机、机载飞行控制***、全向收发天线和机载链路***)、空管***地面端(包括二次雷达、塔台端监视***和全向收发天线)和目标无人机地面控制端(包括飞行监控计算机和地面端链路***)；所述一体化应答机与二次雷达、塔台端监视***、飞行监控计算机以及机载飞控***通信连接，所述全向收发天线用于空管***地面端和目标无人机机载端的通信收发，所述机载链路***、地面端链路***用于目标无人机机载端和目标无人机地面控制端的通信传输。该技术方案实现应答、ADS‑B OUT/IN方法，简化设备并有效实现监控。

Description

基于一体化应答机的无人机监视***及其应答、ADS-B OUT/ IN方法

技术领域

本发明涉及无人机空管监视***技术领域，尤其是基于一体化应答机的无人机监视***及其应答、ADS-B OUT/IN方法。

背景技术

随着国内大型货运无人机的不断发展，这类无人机由于在空中飞行时间与民航飞机相差无异，其飞行空域和飞行高度也会影响民航飞机，这类无人机在飞行过程中如何避开民航飞机的飞行航线，保证各自安全飞行显得尤为重要。

目前国内有关大型运输无人机的飞行监视***平台搭建的并不完善，很多大型无人机也只停留在设计研制阶段；少数几家试飞成功的大型无人机也只停留在研制试飞阶段，所以与民航局对接的飞行监视***或平台并未搭建完善。

市面上出现的很多无人机飞行监视***主要针对中小型无人机***，而且包含的设备过多，结构复杂，成本较高，而且信号传递中介过多，例如专利[授权公告号CN101714300B]中的无人机监视***包含ADS-B***，具备IN和OUT功能，却不能对空管***发送的应答询问信号进行回应，针对实时的空域环境做出调整；专利[CN201610905166]中涉及的无人机飞行监视***还需要配置一台稽查无人机去监视目标无人机，明显增加了控制难度和设备成本；专利[授权公告号CN105913692B]中直接将无人机周边的飞机信息传输给无人机的地面控制站，通过地面控制站去控制无人机的飞行，对空管***的要求增加，另外这类飞行监视***主要针对低空空域管理；专利申请[公开号CN107943091A]中的无人机飞行监视***将飞行监视设备安装在地面端，设备融合度较高，但针对单架次的无人机监视成本大大增加。

综合可知，目前大型运输无人机的飞行监视***存在设备复杂，成本高，功能不足以及信息传输中介过多等缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的无人机监视***设备多，安装复杂，功能单一，成本高以及信息传输中介过多的问题，提供了基于一体化应答机的无人机监视***及其应答、ADS-B OUT/IN方法。

本发明采用的技术方案如下：基于一体化应答机的无人机监视***，具体包括目标无人机机载端、空管***地面端和目标无人机地面控制端；

所述目标无人机机载端包括由应答模块和ADS-B模块组成的一体化应答机、机载飞行控制***、全向收发天线和机载链路***，所述空管***地面端包括二次雷达、塔台端监视***和全向收发天线，所述目标无人机地面控制端包括飞行监控计算机和地面端链路***；

所述一体化应答机与二次雷达、塔台端监视***、飞行监控计算机以及机载飞控***通信连接，所述全向收发天线用于空管***地面端和目标无人机机载端的通信收发，所述机载链路***、地面端链路***用于目标无人机机载端和目标无人机地面控制端的通信传输。

进一步的，所述一体化应答机中的应答模块和二次雷达进行问询通信，应答模块给二次雷达提供目标无人机的A代码、气压高、GPS地速的航行信息，并将航行信息传输到塔台端监视***，所述塔台端监视***具有应答监视显示界面，将飞行信息进行显示。

进一步的，所述一体化应答机中的ADS-B模块通过全向收发天线将目标无人机的A代码、航班号、GPS地速、气压高、S地址、经纬高的航行信息发送到塔台监视***，塔台端监视***将航行参数显示到ADS-B监视显示界面。

进一步的，所述目标无人机的航行参数中，所述GPS地速、气压高、经纬高是通过机载传感器获得，所述S地址固定不变并通过空管中心获得，所述航班号、A代码通过地面站获得，获得的目标无人机的航行参数传输给机载飞控***，所述机载飞控***再通过电缆传输到一体化应答机。

进一步的，所述一体化应答机通过全向收发天线接收其他飞机的A代码、经纬度、气压高、GPS地速的航行信息，并通过电缆传输给机载飞控***，机载飞控***通过机载链路***、地面端链路***将航行信息发送给目标无人机地面控制端。

本发明还公开了一种基于一体化应答机的无人机监视***的应答方法，包括：

目标无人机应答模块接收到空管***地面端二次雷达发送的问询信号后作出应答，反馈的应答信息包含目标无人机的A代码，气压高以及GPS地速且遵循一定的格式；

空管***地面端二次雷达将接收到的目标无人机应答信号通过电缆传输给塔台端应答监视***；

塔台端应答监视***将接收到的目标无人机应答信号在应答监视计算机上显示。

本发明还公开了一种基于一体化应答机的无人机监视***的ADS-B OUT方法，包括：

目标无人机起飞前在地面控制站飞行控制监视计算机应答机模块设置ADS-B OUT状态有效位；

目标无人机的机载飞行控制***通过电缆将获取的机载航行信息传递给一体化应答机***；

目标无人机的一体化应答机中的ADS-B模块通过全向收发天线不断的向外发送目标无人机的A代码、S地址、航班号、气压高、GPS地速以及经纬高的航行信息；

塔台端监视***通过全向收发天线接收目标无人机的ADS-B模块发送的目标无人机航行信息并显示在ADS-B监视计算机上；

空管***塔台端空管人员根据ADS-B监视计算机上的航行信息和语音通信设备对目标无人机进行实时监控和调度。

本发明还公开了一种基于一体化应答机的无人机监视***的ADS-B IN方法，包括：

目标无人机起飞前在目标无人机地面控制站飞行控制监视计算机应答机模块设置ADS-B IN状态有效位；

目标无人机在飞行过程中一体化应答机的ADS-B模块通过全向收发天线接收其它飞机发送的A代码，经纬度，气压高和地速的航行信息；

目标无人机的一体化应答机通过电缆将其它飞机的飞行信息传输给目标无人机的机载飞控***；

目标无人机的机载飞控***通过机载链路***、地面端链路***将其它飞机的航行信息传输给地面控制端；

目标无人机地面控制端中的操作员根据飞行监控计算机上的其它飞机和目标无人机航行信息以及语音通信设备共同实现对目标无人机的实时监视和调度。

与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：

目标无人机的机载应答机将应答模块和ADS-B模块集成为一体，安装、维修和更换的便利性增加，成本降低；

目标无人机的机载应答机***所获取的相应航行信息直接来源于机载飞行控制***和应答机本身，保证目标无人机飞行信息的实时性和准确性；

目标无人机的机载应答机***能够不断向外实时发送航行信息的同时还能接收其它飞机发送的实时飞行信息；

目标无人机能够根据空管***地面端二次雷达发送的问询信号做出实时应答，保证了空管***对目标无人机监控的实时性和有效性；

目标无人机控制站能够同时实时接收本机和其它飞机的飞行信息，能实时保证目标无人机安全有序飞行并对突发情况作出应急反应。

附图说明

图1是本发明一体化应答机的无人机监视***的组成结构示意图。

图2是本发明一体化应答机的无人机监视***的信号传输流程示意图。

图3为本发明所述的一体化应答机***中应答部分的功能和信号流图；

图4为本发明所述的一体化应答机***中ADS-B OUT的功能和信号流图；

图5为本发明所述的一体化应答机***中ADS-B IN的功能和信号流图；

图6为本发明所述的一体化应答机***中目标无人机的飞行信息来源和在机载端的传递流程。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

如图1所示，一种基于一体化应答机的无人机监视***，具体包括目标无人机机载端、空管***地面端和目标无人机地面控制端；所述目标无人机机载端包括由应答模块和ADS-B模块组成的一体化应答机、机载飞行控制***、全向收发天线和机载链路***，所述空管***地面端包括二次雷达、塔台端监视***和全向收发天线，所述目标无人机地面控制端包括飞行监控计算机和地面端链路***；

所述一体化应答机与二次雷达、塔台端监视***、飞行监控计算机以及机载飞控***通信连接，所述全向收发天线(空管***地面端和目标无人机机载控制端均有各自的全向收发天线)用于空管***地面端和目标无人机机载端的通信收发，所述机载链路***、地面端链路***用于目标无人机机载端和目标无人机地面控制端的通信传输。如图2所示，本实施例的***中，一体化应答机能够接收空管***地面端二次雷达发送的询问信息，根据相应的询问信息作出应答；机载一体化应答机***实时向外发送目标无人机飞行信息，目标无人机地面控制端通过地面端链路***实时获取目标无人机的航行信息以及还可以获取空域内其他飞机的航行信息，飞行监控计算机的应答设置显示界面可以对航行信息进行显示，目标无人机地面控制端和空管***地面端的塔台端监视***共同对目标无人机进行实时监控，同时结合语音通信设备，实现对目标无人机实时监控和调度。

上述基于一体化应答机的无人机监视***包括目标无人机的应答功能，ADS-B OUT功能，ADS-B IN功能。

一.应答功能流程

如附图2所示，空管***塔台端的二次雷达向目标无人机发送问询信号；

目标无人机应答模块通过全向收发天线接收到空管***地面端二次雷达发送的问询信号，其中的问询信号由塔台端统一编制发送，不只针对目标无人机，还针对当前空域的其它飞机；

应答模块通过全向收发天线反馈应答信息给二次雷达，二次雷达收到的应答信息包含目标无人机的A代码，气压高以及GPS地速；具体过程为：目标无人机收到问询信息之后，机载飞行控制***将无人机的相关信息传递给应答模块；应答模块通过全向收发天线将目标无人机的飞行信息(包含机载飞控***传递的以及应答机自身设置的)按照一定的格式发送给空管***地面端二次雷达；

目标无人机通过全向收发天线发送给空管***地面端二次雷达的飞行信息可以根据模式进行选择，具体模式包含全关模式，A/S模式，A/S/C模式等；

空管***地面端二次雷达将接收到的目标无人机应答信号(这里的应答信号包括机载飞控***传递的以及应答机自身设置的)通过电缆传输给塔台端应答监视***；

塔台端应答监视***将接收到的目标无人机应答信号在应答监视计算机上显示，空管人员通过监视界面显示的目标无人机信息就能实时监控和跟踪目标无人机。

二.ADS-B OUT功能流程：

1.前期设置的准备过程：

目标无人机和地面站正常上电，对目标无人机航前检查；

在目标无人机的地面站计算机的一体化应答机模块进行相应的设置，将目标无人机一体化应答机ADS-B OUT功能打开，具体的设置项包括航管开关控制、航管参数设置以及应答机数据选择设置；

所述的航管开关控制项设置包括空地状态、位置识别、模式开关、ADS-B OUT、气压高度、ADS-B IN、振荡开关；

所述的航管参数设置包括A代码、航班号和S模式地址；

所述的应答机数据选项设置包括不下传目标数据、下传最多目标数据、下传最近目标数据、有威胁时下传；

2.如图4所示本实施例的ADS-B OUT功能和信号传输过程

目标无人机在起飞之前在地面控制站中设置ADS-B OUT相应状态位有效；

目标无人机的机载飞行控制***通过电缆将获取的机载航行信息传递给一体化应答机***；

目标无人机的一体化应答机中的ADS-B模块通过全向收发天线不断的向外发送目标无人机的航行信息，发送的无人机航行信息包含A代码、S地址、航班号、气压高、GPS地速以及经纬高(经纬度和地理高度)；其中S地址是固定不变的，A代码和航班号由地面站传输而来，而气压高、GPS地速以及经纬度和地理高度由机载传感器测量获取；

塔台端监视***通过全向收发天线接收目标无人机的ADS-B模块发送的目标无人机航行信息并显示在ADS-B监视计算机上；

空管***塔台端空管人员根据ADS-B监视计算机上的航行信息进行实时监控，配合空管***和目标无人机的语音通信设备对目标无人机进行实时监控和调度，共同保证目标无人机的安全飞行。

机载飞控***获取目标无人机的航行信息的来源如图6所示，A代码和航班号是地面站设置通过链路传送给机载飞控***，而S地址是空管***塔台端空管人员通过语音通信传递给目标无人机的地面控制站操作员，一般是固定不变的，操作员在地面控制站监控计算机上设置后通过链路传输给机载飞行控制***，而经纬高、气压高、GPS地速都是机载传感器传递给机载飞行控制***的。

三.ADS-B IN功能流程：

1.前期设置的准备过程(与ADS-B OUT功能流程中的前期设置的准备过程一样)

2.如图5所示本实施例的ADS-B IN功能和信号传输过程

目标无人机起飞的航前检查中在目标无人机地面控制站的应答机设置模块中将ADS-BIN的状态位全部设置为有效；

目标无人机在飞行过程中一体化应答机的ADS-B模块通过全向收发天线接收其它飞机发送的航行信息；因为在目标无人机飞行过程中，其飞行的相应空域范围内安装了向外发送飞机飞行信息装置(如ADS-B***)的其它飞机(包括民航飞机)实时向外发送本机飞行信息，所以目标无人机可以接收到其它飞机发送的航行信息；

目标无人机机载应答机ADS-B模块接收的其它飞机飞行信息包含A代码(A代码是飞机识别码)，经纬度，气压高和地速；

目标无人机的一体化应答机通过电缆将其它飞机的飞行信息传输给目标无人机的机载飞控***；

目标无人机的机载飞控***通过机载链路***、地面端链路***将其它飞机的航行信息传输给地面控制端；

目标无人机地面控制端中的操作员根据飞行监控计算机上的其它飞机和目标无人机航行信息以及语音通信设备共同实现对目标无人机的实时监视和调度；监视和调度过程中，所述目标无人机地面控制端的飞行监控计算机将其它飞机的航行信息实时显示，无人机地面控制端中的操作员根据其它飞机的航行信息保证目标无人机在安全的航线内飞行，结合目标无人机的语音通信设备对目标无人机进行实时监控。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。

Claims (8)

1.基于一体化应答机的无人机监视***，其特征在于，包括目标无人机机载端、空管***地面端和目标无人机地面控制端；

所述目标无人机机载端包括由应答模块和ADS-B模块组成的一体化应答机、机载飞行控制***、全向收发天线和机载链路***，所述空管***地面端包括二次雷达、塔台端监视***和全向收发天线，所述目标无人机地面控制端包括飞行监控计算机和地面端链路***；

所述一体化应答机与二次雷达、塔台端监视***、飞行监控计算机以及机载飞控***通信连接，所述全向收发天线用于空管***地面端和目标无人机机载端的通信收发，所述机载链路***、地面端链路***用于目标无人机机载端和目标无人机地面控制端的通信传输。

2.如权利要求1所述的基于一体化应答机的无人机监视***，其特征在于，所述一体化应答机中的应答模块和二次雷达进行问询通信，应答模块给二次雷达提供目标无人机的A代码、气压高、GPS地速的航行信息，并将航行信息传输到塔台端监视***，所述塔台端监视***具有应答监视显示界面，将飞行信息进行显示。

3.如权利要求2所述的基于一体化应答机的无人机监视***，其特征在于，所述一体化应答机中的ADS-B模块通过全向收发天线将目标无人机的A代码、航班号、GPS地速、气压高、S地址、经纬高的航行信息发送到塔台监视***，塔台端监视***将航行参数显示到ADS-B监视显示界面。

4.如权利要求3所述的基于一体化应答机的无人机监视***，其特征在于，所述目标无人机的航行参数中，所述GPS地速、气压高、经纬高是通过机载传感器获得，所述S地址固定不变并通过空管中心获得，所述航班号、A代码通过地面站获得，获得的目标无人机的航行参数传输给机载飞控***，所述机载飞控***再通过电缆传输到一体化应答机。

5.如权利要求4所述的基于一体化应答机的无人机监视***，其特征在于，所述一体化应答机通过全向收发天线接收其他飞机的A代码、经纬度、气压高、GPS地速的航行信息，并通过电缆传输给机载飞控***，机载飞控***通过机载链路***、地面端链路***将航行信息发送给目标无人机地面控制端。

6.基于一体化应答机的无人机监视***的应答方法，其特征在于，包括：

目标无人机应答模块接收到空管***地面端二次雷达发送的问询信号后作出应答，反馈的应答信息包含目标无人机的A代码，气压高以及GPS地速；

空管***地面端二次雷达将接收到的目标无人机应答信号通过电缆传输给塔台端应答监视***；

塔台端应答监视***将接收到的目标无人机应答信号在应答监视计算机上显示。

7.基于一体化应答机的无人机监视***的ADS-B OUT方法，其特征在于，包括：

目标无人机起飞前在地面控制站飞行控制监视计算机应答机模块设置ADS-B OUT状态有效位；

目标无人机的机载飞行控制***通过电缆将获取的机载航行信息传递给一体化应答机***；

目标无人机的一体化应答机中的ADS-B模块通过全向收发天线不断的向外发送目标无人机的A代码、S地址、航班号、气压高、GPS地速以及经纬高的航行信息；

塔台端监视***通过全向收发天线接收目标无人机的ADS-B模块发送的目标无人机航行信息并显示在ADS-B监视计算机上；

空管***塔台端空管人员根据ADS-B监视计算机上的航行信息和语音通信设备对目标无人机进行实时监控和调度。

8.基于一体化应答机的无人机监视***的ADS-B IN方法，其特征在于，包括：

目标无人机起飞前在目标无人机地面控制站飞行控制监视计算机应答机模块设置ADS-B IN状态有效位；

目标无人机在飞行过程中一体化应答机的ADS-B模块通过全向收发天线接收其它飞机发送的A代码，经纬度，气压高和地速的航行信息；

目标无人机的一体化应答机通过电缆将其它飞机的飞行信息传输给目标无人机的机载飞控***；

目标无人机的机载飞控***通过机载链路***、地面端链路***将其它飞机的航行信息传输给地面控制端；

目标无人机地面控制端中的操作员根据飞行监控计算机上的其它飞机和目标无人机航行信息以及语音通信设备共同实现对目标无人机的实时监视和调度。