CN113315564B - 一种双向可移动地空通信*** - Google Patents

一种双向可移动地空通信*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双向可移动地空通信***，第一通道，用于向甚高频收发信机的天线切换控制单元发送控制指令，控制指令用于控制甚高频收发信机的工作状态，甚高频收发信机包括甚高频收信机和甚高频发信机；第二通道，用于根据甚高频收发信机的工作状态发送管制员的管控信息或者接收航空器上飞行员的应答信息。当管制员按下PTT按键时，甚高频发信机切换至工作状态，此时甚高频收信机切换至等待状态；当管制员松开PTT按键时，甚高频收信机切换至工作状态，此时甚高频发信机切换至等待状态。本发明利用我国的4G无线网络搭建“地空通信遥控台”所需的***链路，不受外部势力的影响，做到了真正意义上的可用可控。

Description

一种双向可移动地空通信***
技术领域
本发明涉及地空通信技术领域，尤其是一种双向可移动地空通信***。
背景技术
目前我国民航***使用的地空通信均属于无线通信，地空通信主要任务是通过地面通信***与正在空中飞行的航空器建立无线通信，为地面管制员与空中航空器的飞机员建立可靠的、无线电语音通信，目前主要采用的通信手段是甚高频无线通信。为实现航路无线通信的全覆盖，在航路下方的地面建设一定数量的且能够满足航路全程覆盖的“地空通信遥控台”，这些异地“地空通信遥控台”主要为空中交通区域管制员和航空器上的飞行员提供地空通信服务，现实中最近的“地空通信遥控台”距离区域管制中心至少几十公里，多则1500多公里，为了满足主要航路的全程覆盖的相关要求，民航空中交通管理局建设了众多的异地“地空通信遥控台”，目前基本实现了6000米以上的高空单重覆盖或多重覆盖，为飞行安全提供了基础保障。
目前民航航路“地空通信遥控台”主要采用甚高频收信设备和发射设备，为确保地空通信的安全运行，各运行保障单位严格落实行业规范配备了“两地一空”的链路保障方式，即：两地是：地面租用了两条不同营运商的光纤宽带链路，完成了地空通信链路的“一主一备”。一空是：租用美国生产的KU波段通信卫星搭建的空中通信链路，主要用于甚高频链路的应急备份，当地面两条链路同时故障或中断时自动切换到KU卫星链路完成地空通信的无缝衔接。通过地面光纤宽带或KU卫星的点对点地址链接来控制异地“地空通信遥控台”收信机和发信机的工作状态，传输发送管制员的控制指令(PTT)和语音指令。接收传输飞行员的应答信息或呼叫信息，完成地面管制员与空中飞行员的语音通信。
民航空中交通管理局无法自己建设一套完整的遍布全国各地的通信网络，在全国范围内采用租用中国电信、***、***的地面光缆解决异地“地空通信遥控台”的数据传输问题。实践中发现存在如下问题：一是地面光缆受自然灾害的影响较大，一旦主干线中断将会造成大面积的通信中断，对飞行安全构成威胁；二是地面光缆无论是埋地式还是架空式都存在被误挖误撞的可能，一旦挖断或撞断光缆，就会造成此条链路的通信中断；三是地面铺设的光缆具有点多、线长、面广的特点且线路复杂，从客观上讲容易产生故障造成传输中断；四是民航空中交通管理局虽然租用了两条不同运营商的链路，但在现实中发现两个运营商在某一特定区域走的是同一条光缆，此条光缆一但被挖断，主备链路将同时中断，安全风险较大；五是一条光纤宽带线路的月租费为3200元，运行成本较高；六是为防止地面光纤链路同时中断，规范要求必须租用两条不同营运商的地面光缆以保证“一主一备”的具体要求，把安全风险降低到可接受的范围以内。七是KU通信卫星链路是为了解决地面两条光纤链路同时中断时的应急保障，但是KU卫星链路也存在一些缺陷：一是建设成本较高投入资金约为160余万元；二是KU卫星链路受电离层的影响较大，数据传输有时延，使用效率低。三是运行维护成本较高，长时间处于应急备份状态，且受控于美国。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种双向可移动地空通信***，以解决上述至少一个问题。
一种双向可移动地空通信***包括：第一通道，用于向甚高频收发信机的天线切换控制单元发送控制指令，所述控制指令用于控制甚高频收发信机的工作状态；所述甚高频收发信机包括甚高频收信机和甚高频发信机；
第二通道，用于根据甚高频收发信机的工作状态发送管制员的管控信息或者接收航空器上飞行员的应答信息；
所述第二通道包括：
第一用户终端，设置在甲地，用于接收区域管制中心管制员的管控信息，并将所述管控信息通过无线网络发送至乙地；
第二用户终端，设置在乙地，用于接收所述管控信息，并将所述管控信息发送至甚高频发信机的输入端，甚高频发信机对所述管控信息进行调制、放大并将调制、放大后的管控信息以无线电信号的形式对空发射；
第二用户终端还用于接收甚高频收信机输出的应答信息，并将所述应答信息通过无线网络发送至第一用户终端；第一用户终端还用于接收所述应答信息，并将所述应答信息发送至区域管制中心的管制员。
优选地，所述第一通道包括：
第三用户终端，设置在甲地，用于接收区域管制中心的管制员通过PTT按键输出的PTT信号，并将所述PTT信号通过无线网络发送至乙地；
第四用户终端，设置在乙地，用于通过无线网络接收所述PTT信号，并将所述PTT信号发送至甚高频收发信机的天线切换控制单元，所述PTT信号用于控制甚高频收发信机的工作状态；
当管制员按下PTT按键时，甚高频发信机切换至工作状态，此时甚高频收信机切换至等待状态；当管制员松开PTT按键时，甚高频收信机切换至工作状态，此时甚高频发信机切换至等待状态。
优选地，所述管制员通过专用话筒向第一用户终端发送语音管控信息。
优选地，所述管制员通过耳机接收第一用户终端发送的应答信息。
优选地，所述第一通道还包括音频信号产生器，与PTT按键连接；当管制员按下PTT按键时，音频信号产生器输出PTT信号，所述PTT信号为2000Hz的编码信号，用来控制甚高频收发信机的工作状态。
优选地，所述第二通道还包括第一适配器，所述第一适配器用于实现所述专用话筒与第一用户终端之间的输入输出匹配；所述第一适配器还用于实现所述耳机与第一用户终端之间的输入输出匹配。
优选地，所述第二通道还包括第二适配器，所述第二适配器用于实现第二用户终端与甚高频收发信机之间的输入输出匹配。
优选地，所述第一通道还包括第三适配器，所述第三适配器用于实现音频信号产生器与第三用户终端之间的输入输出匹配。
优选地，所述用户终端为手机。
优选地，所述无线网络包括2G网络、3G网络、4G网络和5G网络中的其中一种或多种。
本发明的有益效果为：
一、利用我国的4G无线网络搭建“地空通信遥控台”所需的***链路，不受外部势力的影响，做到了真正意义上的可用可控；
二、双向可移动，机动灵活、抗自然灾害的能力强、受光缆被挖断的影响小；
三、利用4G网络实现了无线通信(甚高频收发信设备)与无线连接(4G网络)的有效结合；
四、能够快速实现异地应急响应，例如：架设临时电台、执行特殊任务等；
五、在“两地一空”的基础上增加了一套全新的无线网络保障***，安全运行的可靠性得到增强；
六、可广泛用于通用航空的“地空通信”因为通用航空的特点是机动灵活和快速高效，选用无线“双向可移动地空通信链接器”与甚高频收信机发信机设备连接完成后就可以实现异地“地空通信”管制指挥；
七、运行成本低，可根据自身的需求购买合适的套餐或包月费用，从几十元到几百元可选；
八、建设成本低，机动性好、操作简单、可实现异地组网无线链接，***稳定性好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明实施例一种双向可移动地空通信***的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
如图1所示，本发明实施例提供了一种双向可移动地空通信***，包括：第一通道，用于向甚高频收发信机的天线切换控制单元发送控制指令，控制指令用于控制甚高频收发信机的工作状态；甚高频收发信机包括甚高频收信机和甚高频发信机；第二通道，用于根据甚高频收发信机的工作状态发送管制员的管控信息或者接收航空器上飞行员的应答信息；第二通道包括：第一用户终端，设置在甲地，用于接收区域管制中心管制员的管控信息，并将管控信息通过无线网络发送至乙地；第二用户终端，设置在乙地，用于接收管控信息，并将管控信息发送至甚高频发信机的输入端，甚高频发信机对管控信息进行调制、放大并将调制、放大后的管控信息以无线电信号的形式对空发射；第二用户终端还用于接收甚高频收信机输出的应答信息，并将应答信息通过无线网络发送至第一用户终端；第一用户终端还用于接收应答信息，并将应答信息发送至区域管制中心的管制员。
其中，第一通道包括：第三用户终端，设置在甲地，用于接收区域管制中心的管制员通过PTT按键输出的PTT信号，并将PTT信号通过无线网络发送至乙地；第四用户终端，设置在乙地，用于通过无线网络接收PTT信号，并将PTT信号发送至甚高频收发信机的天线切换控制单元，PTT信号用于控制甚高频收发信机的工作状态。
当管制员按下PTT按键时，甚高频发信机切换至工作状态，此时甚高频收信机切换至等待状态；当管制员松开PTT按键时，甚高频收信机又切换至工作状态，此时甚高频发信机切换到等待状态。
本实施例中，管制员通过专用话筒向第一用户终端发送管控信息，并通过耳机接收第一用户终端发送的应答信息，在其他实施例中，管制员可通过其他电子设备发送或者接收信息。
第一通道还包括音频信号产生器，与PTT按键连接。当管制员按下PTT按键时，音频信号产生器输出PTT信号，PTT信号为2000Hz的编码信号，用来控制甚高频收发信机的工作状态。
第二通道还包括第一适配器，第一适配器用于实现专用话筒与第一用户终端之间的输入输出匹配。第一适配器还用于实现耳机与第一用户终端之间的输入输出匹配。第二通道还包括第二适配器，第二适配器用于实现第二用户终端与甚高频收发信机之间的输入输出匹配。第一通道还包括第三适配器，第三适配器用于实现音频信号产生器与第三用户终端之间的输入输出匹配。
本发明实施例中，第一用户终端、第二用户终端、第三用户终端和第四用户终端优选手机，也可以是平板电脑等其他电子设备。
用户终端无线网络优选4G网络，也可以是2G网络、3G网络、5G网络等。本发明实施例是在我国现有的4G网络基础上实现的，目前我国的4G网络覆盖率己达到64.5％，乡村网络覆盖率己达到98％，城市网络覆盖率100％，网络覆盖率特别高。网络带宽和网络传输速率是实现异地“地空通信遥控台”的基础条件。网络持续稳定是数据传输的质量保障。目前中国电信、***、***的无线网络运营商提供的各项技术服务及技术指标，均能够满足本发明实施例的设计要求。通过技术应用和技术创新实现了与异地“地空通信设备的链接”(甚高频收发信设备)为空中交通管制员与航空器上的飞行员建立了“地面与空中的通信联络”实现了管制员与飞行员的语音通信。
本发明双向可移动地空通信***与甚高频收发信机完成连接后并处于接通状态时，甲地的管制员的控制***(PTT)已与乙地的被控***链接成功，控制电路处于待机状态，且控制接口己与甚高频设备完成连接。当甲地管制员按下PTT键时，音频信号产生器输出2000Hz的编码信号，该信号从甲地通过无线网络传输到乙地，当乙地收到甲地发送的控制信号(PTT)时进行识别、判断、确认后触发开关电路，用来控制甚高频收发信机的工作状态，空中交通管制员通过专用话筒将语音信息从甲地手机传送到乙地的手机在经过匹配放大后送到甚高频发信机的输入端口通过甚高频发信机对空发射调制后的无线电信号。当管制员松开控制键(PTT)时，甚高频发信机切换至待机状态，此时甚高频收信机切换到工作状态，飞行员的应答信息被地面甚高频收信机接收处理后以音频信号的方式由乙地手机发送到甲地手机，在通过匹配电路、放大电路处理后送到管制员的耳机上。当管制员收到飞行员的应答信息后就完成了地空通信的一次循环，实现了地空通信的信息交换。当管制需求结束后，由管制员挂断电话会自动解除***链接，此时“双向可移动地空通信***”处于待机状态。
本发明实施例的一种双向可移动地空通信***是基于我国现有的4G网络通过资源的再利用，实现了软硬件所需的***功能，通过技术改进将甚高频收发信机与4G网络建立连接，经测试能够满足“地空通信的各项技术指标”接收传输信号保真度较好、发射信号调制度达到97.6％，收发信号质量较好、运行稳定可靠、控制切换指令(PTT)响应时间小于等于20毫秒符合技术标准。本发明实施例的一种双向可移动地空通信***与上述“两地一空”的连接方式、数据格式完全不同，但是完成的功能、传输特性与光纤宽带基本保持一致，收发音频信号通过人耳的听觉分辨不出是光纤传输还是无线4G传输，音频信号质量较好。
2021年3月3日中午14：00在新疆空管局技术保障中心通信室进行了***测试，并与德国生产的RS4200型甚高频收信机发信机设备进行了连接，首先测试控制键(PTT)的响应时间和控制逻辑，经测试切换时间小于20毫秒满足技术要求。此后又对甚高频接收信号进行了测试，收听传输信号质量良好。同时也对甚高频发射信号质量进行了测试，其音频信号调制度可达97.6％优于标准值85％，实现了设计要求的所有功能，满足了“地空通信”的各项技术指标。
本发明进行实验如下：选用了4部同型号的手机并设计了相关的配套电路完成了***构架及***配置，其中：甲地配置了两部手机，一部承担语音数据的发送和语音数据的接收，另一部承担着管制员发送的控制指令(PTT)即控制甚高频收信机和甚高频发信机的工作状态；乙地同样配置了两部手机，一部承担着语音数据的发送和语音数据的接收，另一部承担着接收管制员发送的控制指令(PTT)。当收到控制指令时进行甚高频收信机和甚高频发信机的工作状态的切换。其中，甲地收发语音数据的手机与乙地收发语音数据的手机构成一个***，该***与甚高频发信机相连输出的是管制员的语音信息。与收信机相连收到的是航空器上飞机员的应答语音信息。甲地用于管制员发出控制指令(PTT)的手机与乙地接收控制指令(PTT)的构成一个***。***对应关系确任后由相关电路连接构成，甲地手机为主叫端，乙地手机为被叫端，为实现一键拨号，甲地两部手机按照对应关系存储了乙地的手机号码，乙地两部手机也要按照对应关系存储甲地的手机号码，在实现一键拨号的同时对所有陌生电话进行自动拦截，防止其***入侵。在对乙地被叫电话进行存储的同时还设置了“零秒”自动接通功能、自动录音功能，在***完成连接后本发明双向可移动地空通信***与甚高频收信机和甚高频发信机均处于待机状态。当有管制需求时，由管制员操作手机即可建立异地“地空通信”的链接。当甲地两部手机均处于接通状态时，乙地两部手机其中一部负责接收甲地管制员发出的PTT指令，当收到指令后控制甚高频收发信机的工作状态。另一部负责将管制员的语音信号送到甚高频发信机的输入端口经调制放大后向空中发射无线电信号，当管制员完成发射指令后会松开PTT键此时发信机切换至待机状态，甚高频收信机切换至工作状态等待飞行员的应答，当管制员确认收到飞行员的应答信息后，就完成了一次有效的“地空通信”管制。
本发明实施例是在现有的4G网络资源的基础上通过甲地手机与乙地手机的连接完成音频信号的传输，并对甲地手机和乙地手机的输入输出端口进行了设计和改造，加装了适配器，完成了专业话筒与手机输入输出端口的匹配，完成了***框架的设计，实现了所需的***功能。在确认甲地手机与乙地手机接通的情况下，管制员按下控制键(PTT)时信号产生器输出预先设置好的编码信息，通过适配器、匹配电路送到甲地手机的输入端口由甲地手机发送至乙地手机经判断、识别、确认后控制甚高频收发信机的工作状态。
本发明实施例具有以下特点：
一、在不改变原有专业话筒的情况下，选用新疆空管局区域管制中心使用的飞绅牌专用话筒，专用话筒的技术特性、供电参数、接线逻辑、耳机阻抗、话筒阻抗、发射控制指令(PTT)、音频响应范围、音频输入阻抗、音频输出阻抗等技术特性不可能直接与4G手机相连接，同时也不允许对原专用话筒做任何技术修改，本发明实施例在专用话筒与4G手机的音频输入输出端口加装一套适配器，即能满足专用话筒的技术要求又能满足4G手机的技术要求，通过反复的试验和测试，完成了适配器的自制，通过测试使用专用话筒发送语音信号质量良好，保真度及频率响应良好。耳机收听语音信号的质量良好，信噪比满足技术要求，耳机音量大小可以调节，使用效果良好。因为每位管制员配备一部专用话筒，在不改变管制员现用话筒的情况下能够做到一付话筒在两套不同的***上的使用，即节约了资金也提高了原话筒的使用效率，实现双赢。
二、本发明实施例是基于4G无线网络链接的，与地面光纤宽带传输相比，抗自然灾害的能力较强。
三、本发明实施例与原有的“两地一空”的传输方式相比具有结构简单、使用方便、机动灵活、安装快捷、建设成本低、运行成本低的特点。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (9)

1.一种双向可移动地空通信***，其特征在于：包括：
第一通道，用于向甚高频收发信机的天线切换控制单元发送控制指令，所述控制指令用于控制甚高频收发信机的工作状态；所述甚高频收发信机包括甚高频收信机和甚高频发信机；
第二通道，用于根据甚高频收发信机的工作状态发送管制员的管控信息或者接收航空器上飞行员的应答信息；
所述第二通道包括：
第一用户终端，设置在甲地，用于接收区域管制中心管制员的管控信息，并将所述管控信息通过无线网络发送至乙地；
第二用户终端，设置在乙地，用于接收所述管控信息，并将所述管控信息发送至甚高频发信机的输入端，甚高频发信机对所述管控信息进行调制、放大并将调制、放大后的管控信息以无线电信号的形式对空发射；
第二用户终端还用于接收甚高频收信机输出的应答信息，并将所述应答信息通过无线网络发送至第一用户终端；第一用户终端还用于接收所述应答信息，并将所述应答信息发送至区域管制中心的管制员；
所述第一通道包括：
第三用户终端，设置在甲地，用于接收区域管制中心的管制员通过PTT按键输出的PTT信号，并将所述PTT信号通过无线网络发送至乙地；
第四用户终端，设置在乙地，用于通过无线网络接收所述PTT信号，并将所述PTT信号发送至甚高频收发信机的天线切换控制单元，所述PTT信号用于控制甚高频收发信机的工作状态；
当管制员按下PTT按键时，甚高频发信机切换至工作状态，此时甚高频收信机切换至等待状态；当管制员松开PTT按键时，甚高频收信机切换至工作状态，此时甚高频发信机切换至等待状态。
2.根据权利要求1所述的一种双向可移动地空通信***，其特征在于：所述管制员通过专用话筒向第一用户终端发送语音管控信息。
3.根据权利要求2所述的一种双向可移动地空通信***，其特征在于：所述管制员通过耳机接收第一用户终端发送的应答信息。
4.根据权利要求1所述的一种双向可移动地空通信***，其特征在于：所述第一通道还包括音频信号产生器，与PTT按键连接；当管制员按下PTT按键时，音频信号产生器输出PTT信号，所述PTT信号为2000Hz的编码信号。
5.根据权利要求3所述的一种双向可移动地空通信***，其特征在于：所述第二通道还包括第一适配器，所述第一适配器用于实现所述专用话筒与第一用户终端之间的输入输出匹配；所述第一适配器还用于实现所述耳机与第一用户终端之间的输入输出匹配。
6.根据权利要求1所述的一种双向可移动地空通信***，其特征在于：所述第二通道还包括第二适配器，所述第二适配器用于实现第二用户终端与甚高频收发信机之间的输入输出匹配。
7.根据权利要求4所述的一种双向可移动地空通信***，其特征在于：所述第一通道还包括第三适配器，所述第三适配器用于实现音频信号产生器与第三用户终端之间的输入输出匹配。
8.根据权利要求1所述的一种双向可移动地空通信***，其特征在于：用户终端为手机。
9.根据权利要求1所述的一种双向可移动地空通信***，其特征在于：所述无线网络包括2G网络、3G网络、4G网络和5G网络中的其中一种或多种。
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