專利名稱：基于vdl4的先進場面活動目標(biāo)引導(dǎo)和控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對機場場面(或區(qū)域內(nèi))活動物的目標(biāo)定位、引導(dǎo)和控制技術(shù)。
背景技術(shù)：
機場場面上配備有許多輔助車輛，如機場掃雪車、機場消防車、機場維護車、機場登機梯車、機場跑道清掃車、機場吹雪車、機場食品車、機場加油車、機場擺度車等，目前機場場面運行作為CNS/ATM系統(tǒng)的有機組成部分，還必須提供必要的地面基礎(chǔ)設(shè)施，主要包括燈光、滑行道、跑道、跑道出口以及精確的場面引導(dǎo)設(shè)備，以保障在全天候條件下增強安全性和最大限度提高機場容量。隨著航空業(yè)務(wù)量的高速增長，機場內(nèi)飛機起降次數(shù)猛增，如何在有限的空間、有限的時間、多變的天氣條件、多變的機場運動條件下管理越來越多的飛機及相應(yīng)增加的地面服務(wù)車輛和設(shè)施，已成為當(dāng)今航空業(yè)特別是機場管理業(yè)突出需求解決的緊迫課題。
近十多年來，機場場面監(jiān)視從基于“看見與被看見”的原則進行導(dǎo)航，發(fā)展到目前的機場基于場面活動雷達(Surface Movement Radar，SMR)的SMGCS系統(tǒng)。隨著機場交通流量的增長、布局的日益復(fù)雜化以及越來越多的在低能見度條件下進行的運行，目前的SMGCS系統(tǒng)不能完全滿足未來機場場面監(jiān)視的需要。隨著航空數(shù)據(jù)通信的迅速發(fā)展，提出了基于VDL4的先進場面活動目標(biāo)引導(dǎo)和控制系統(tǒng)。
現(xiàn)有的場面監(jiān)視系統(tǒng)主要是采用一次場面監(jiān)視雷達、二次航管雷達、二次航管雷達S模式，而國內(nèi)的一些機場場面監(jiān)視方面基本采用的是一次場面監(jiān)視雷達，多數(shù)機場還無場面監(jiān)視系統(tǒng)。
機場場面活動目標(biāo)引導(dǎo)和控制系統(tǒng)經(jīng)歷了三個過程。
1)簡單視覺SMGCS早期或小機場管理立足于“看得見和被看得見”，因而只能通過減小速度、遵從特殊運行規(guī)則來實現(xiàn)機場管理，從而機場容量較小。
2)復(fù)雜視覺SMGCS是相對先進和復(fù)雜的引導(dǎo)系統(tǒng)，使用現(xiàn)代技術(shù)交換滑行道中心線和禁止行駛線信息，以提示飛機避免與地面車輛相撞，目前在中、高密度機場廣泛應(yīng)用。
3)先進場面活動目標(biāo)引導(dǎo)和控制系統(tǒng)(Advanced Surface MovementGuidance and Control System，A-SMGCS)被國際民航組織描述為“由不同功能單元組成的模塊化系統(tǒng)，無論機場平面在何密度、能見度和復(fù)雜度條件下，支持安全、有序、迅速的飛機和車輛移動”。主要功能包括引導(dǎo)、監(jiān)視、控制、路由。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于發(fā)明一種各活動目標(biāo)能相互地、實時地了解機場場面活動物的位置，保障場面活動目標(biāo)在全天候條件下活動的安全，進而實現(xiàn)對活動目標(biāo)引導(dǎo)和控制的基于VDL4的先進場面活動目標(biāo)引導(dǎo)和控制系統(tǒng)。
本發(fā)明采用VDL4協(xié)議在車載終端與監(jiān)控中心之間設(shè)置ADS-B廣播發(fā)送、接收信息傳輸系統(tǒng)，采用VDL4協(xié)議在車載終端與其它車載終端之間設(shè)置ADS-B廣播發(fā)送、接收信息傳輸系統(tǒng)，監(jiān)控中心和機場管理系統(tǒng)、其它系統(tǒng)之間設(shè)置網(wǎng)絡(luò)信息的傳輸系統(tǒng)。
ADS-B廣播信息包括氣象信息、活動目標(biāo)位置信息、GPS差分信息、路由信息、自由電文信息、鏈路管理信息、同步時標(biāo)等。
本發(fā)明采用基于VDL4協(xié)議實現(xiàn)機場場面活動物位置確認(rèn)和控制，主要技術(shù)特點是采用自組織時分多址(Self-organizing Time Division MultipleAccess，STDMA)技術(shù)的VDL4協(xié)議實現(xiàn)自動相關(guān)監(jiān)視，通過使用自動相關(guān)監(jiān)視(ADS-B)等技術(shù)，定期廣播飛機、車輛的身份和位置等信息，使得各活動目標(biāo)能在無主控站的情況下進行自相關(guān)監(jiān)視，這是目前的場面監(jiān)視系統(tǒng)如一次場面監(jiān)視雷達、二次航管雷達、二次航管雷達S模式所不具有的，通過系統(tǒng)中心站對場面活動目標(biāo)進行監(jiān)視引導(dǎo)和控制；通過與其它場面系統(tǒng)的融合與互通達到提高和增強場面管理的冗余和互補。
VDL4是瑞典在20世紀(jì)80年代為未來航空交通管理(ATM)提出的一種新型數(shù)據(jù)鏈，它與VDL2，VDL3成為國際民航組織選定的新航行系統(tǒng)主用視距數(shù)據(jù)鏈標(biāo)準(zhǔn)。它既支持空-空應(yīng)用，又支持空-地應(yīng)用。
上述各發(fā)送、接收信息傳輸系統(tǒng)包括GNSS接收機、通信處理器和VHF收發(fā)信機，GNSS接收機具有向用戶提供精確的位置信息和時間的信息程序，VHF收發(fā)信機具有在移動站和移動站之間進行數(shù)據(jù)通信傳輸?shù)某绦?，VHF收發(fā)信機還具有在移動站和地面站之間進行數(shù)據(jù)通信的程序，通信處理器通過VDL4鏈路層協(xié)議連接著GNSS接收機和VHF收發(fā)信機之間，通信處理器具有接收GNSS的位置和時間信息的程序和控制站點傳輸?shù)臅r隙分配程序，通信處理器具有使站點能不斷更新自己的時隙表，并從空閑時隙中選擇合適的時隙進行信息傳輸?shù)某绦颉?br> 本發(fā)明可以提供以下服務(wù)a)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)增強系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System，GNSS)。空中以及地面的移動用戶將得益于此項服務(wù)；b)ADS-B報告。大量的機場地面車輛，包括救援車、機場維護車輛以及掃雪車都將安裝ADS-B裝置。有此裝置的車輛和航空器都能接收ADS-B報告并顯示。
c)飛行情報服務(wù)—廣播。該服務(wù)將支持各種類型的氣象數(shù)據(jù)和機場數(shù)據(jù)的傳送；d)信息廣播。這是一項非標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)，將可以把ARLANDA機場一個信息數(shù)據(jù)庫中的信息廣播給各種不同的用戶。此類信息包括航班號、航空器類型、預(yù)計實際離場和著陸時間、停機位、地面代理等。該服務(wù)的好處是可以使所有的用戶都能夠立即獲得最新信息；e)交通情報服務(wù)—廣播。將為沒有相關(guān)裝置的機場車輛及航空器生成和廣播TIS-B報告；f)離場放行服務(wù)；
g)管制員—飛行員數(shù)據(jù)鏈通信。
本發(fā)明較現(xiàn)有技術(shù)具有的顯著進步是1、保障在全天候條件下機場場面活動安全；a)通過飛機和車輛顯示器以及強大功能的機場地面顯示系統(tǒng)，顯示機場移動區(qū)域的交通形式(態(tài)勢)圖，并進行地面沖突檢查并在可能出現(xiàn)沖突時發(fā)出報警。
b)通過實時更新有關(guān)飛機和機動車輛的位置等多種技術(shù)結(jié)合，加強對飛機和機動車輛的監(jiān)控，防止侵入跑道，可避免或大減少惡劣氣候造成的損失。
2、提高機場容量，A-SMGCS的應(yīng)用將會導(dǎo)致對各種不同系統(tǒng)功能責(zé)任的重新分配。對飛行員或管制當(dāng)局提供目視監(jiān)視能力的依賴性將會減小，有些功能將通過自動化的手段來提供路線安排、引導(dǎo)和管制。通過實現(xiàn)機場自動化管理，增加了跑道、滑行道等方面的利用率，特別是低能見度條件下的利用率，來提高機場容量。
3、本發(fā)明可達到的主要技術(shù)指標(biāo)監(jiān)控范圍＞10Km。
系統(tǒng)容量＞200個終端。
定位精度單點定位精度＜5m CEP。
差分定位精度＜1m CEP。
位置報告周期靜止時1次/分鐘，動態(tài)時1次/2秒。受監(jiān)控中心調(diào)控，調(diào)整幅度從1次/秒到1次/10秒。
GUI刷新率1次/秒。
數(shù)據(jù)鏈協(xié)議VDL Mode 4。
VDL4協(xié)議簡介VDL4采用自組織時分多址(STDMA)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，完成網(wǎng)絡(luò)的控制和管理功能。
1)超幀與時隙
STDMA協(xié)議將時間軸按超幀和時隙的方式進行劃分a)超幀每個超幀時間長度為1分鐘，每個超幀包括4500個時隙，兩個信道9000個時隙，每個時隙占用的時間為13.33ms。如下圖1所示。超幀中時隙數(shù)目的1/60被看作一個時隙組，每個時隙組的起始時隙與系統(tǒng)UTC標(biāo)準(zhǔn)時間校準(zhǔn)，即超幀秒信號與UTC秒時間同步。
b)超幀的同步是以GPS時間為基準(zhǔn)的，根據(jù)GPS OEM板輸出的NMEA導(dǎo)航信息和1pps秒脈沖中斷信息，確定秒號，從而確定超幀的起始點。
c)時隙時隙為數(shù)據(jù)發(fā)送的基本時間單元，每次預(yù)約或占用均是以時隙為單位。通信管理單元根據(jù)GPS OEM板輸出的1pps秒脈沖中斷信息和內(nèi)部定時器，建立精確的時隙同步。
d)每種站型設(shè)備的通信管理器在開機正常工作以后，必須至少監(jiān)聽一個超幀時間，根據(jù)其他站型廣播的時隙預(yù)約或占用信息，建立4×M1+128個時隙占用表(M1每超幀時隙數(shù))，并實時維護與刷新。
VDL4協(xié)議結(jié)構(gòu)如圖1所示。子網(wǎng)層，數(shù)據(jù)鏈路層，物理層。其中數(shù)據(jù)鏈層分為MAC(介質(zhì)訪問控制子層)，VSS(VDL4特殊服務(wù)子層)，DLS(數(shù)據(jù)鏈服務(wù)子層)和LME(鏈接管理實體子層)。子網(wǎng)層主要負(fù)責(zé)向數(shù)據(jù)鏈層傳輸相關(guān)參數(shù)。
上述車載終端包括VHF天線、GPS接收機及天線、車載通信管理器、車載顯示器。
上述監(jiān)控中心包括VHF天線、DGPS接收機及天線、通信管理器、本地服務(wù)器及相應(yīng)的系統(tǒng)管理和場面管理程序、監(jiān)控臺。


圖1為本發(fā)明的信息傳遞原理圖；圖2為車載終端組成框圖；圖3為監(jiān)控中心組成框圖。
具體實施例如圖1所示，采用VDL4協(xié)議在車載終端與監(jiān)控中心之間設(shè)置相互廣播ADS-B發(fā)送、接收信息傳輸系統(tǒng)，采用VDL4協(xié)議在車載終端與其它車載終端之間設(shè)置相互廣播ADS-B發(fā)送、接收信息傳輸系統(tǒng)，采用VDL4協(xié)議在監(jiān)控中心和機場有線網(wǎng)絡(luò)之間設(shè)置相互廣播ADS-B發(fā)送、接收信息傳輸系統(tǒng)。
每組發(fā)送、接收信息傳輸系統(tǒng)包括GNSS接收機、通信處理器和VHF收發(fā)信機，GNSS接收機具有向用戶提供精確的位置信息和時間的信息程序，VHF收發(fā)信機具有在移動站和移動站之間進行數(shù)據(jù)通信傳輸?shù)某绦?，VHF收發(fā)信機還具有在移動站和地面站之間進行數(shù)據(jù)通信的程序，通信處理器通過VDL4鏈路層協(xié)議連接著GNSS接收機和VHF收發(fā)信機之間，通信處理器具有接收GNSS的位置和時間信息的程序和控制站點傳輸?shù)臅r隙分配程序，通信處理器具有使站點能不斷更新自己的時隙表，并從空閑時隙中選擇合適的時隙進行信息傳輸?shù)某绦颉?br> 如圖2所示，車載終端包括VHF天線、GPS接收機及天線、車載通信管理器、車載顯示器。
如圖3所示，監(jiān)控中心包括VHF天線、DGPS接收機及天線、通信管理器、本地服務(wù)器及相應(yīng)的系統(tǒng)管理和場面管理程序、監(jiān)控臺。
權(quán)利要求
1.基于VDL4的先進場面活動目標(biāo)引導(dǎo)和控制系統(tǒng)，其特征在于采用VDL4協(xié)議在車載終端與監(jiān)控中心之間設(shè)置廣播ADS-B發(fā)送、接收信息傳輸系統(tǒng)，采用VDL4協(xié)議在車載終端與其它車載終端之間設(shè)置廣播ADS-B發(fā)送、接收信息傳輸系統(tǒng)，監(jiān)控中心和機場管理系統(tǒng)、其它系統(tǒng)之間設(shè)置網(wǎng)絡(luò)信息的傳輸系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于VDL4的先進場面活動目標(biāo)引導(dǎo)和控制系統(tǒng)，其特征在于所述發(fā)送、接收信息傳輸系統(tǒng)包括GNSS接收機、通信處理器和VHF收發(fā)信機，GNSS接收機具有向用戶提供精確的位置信息和時間的信息程序，VHF收發(fā)信機具有在移動站和移動站之間進行數(shù)據(jù)通信傳輸?shù)某绦?，VHF收發(fā)信機還具有在移動站和地面站之間進行數(shù)據(jù)通信的程序，通信處理器通過VDL4鏈路層協(xié)議連接著GNSS接收機和VHF收發(fā)信機之間，通信處理器具有接收GNSS的位置和時間信息的程序和控制站點傳輸?shù)臅r隙分配程序，通信處理器具有使站點能不斷更新自己的時隙表，并從空閑時隙中選擇合適的時隙進行信息傳輸?shù)某绦颉?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于VDL4的先進場面活動目標(biāo)引導(dǎo)和控制系統(tǒng)，其特征在于車載終端包括VHF天線、GPS接收機及天線、車載通信管理器、車載顯示器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述機場場面活動目標(biāo)引導(dǎo)和控制系統(tǒng)，其特征在于監(jiān)控中心包括VHF天線、DGPS接收機及天線、通信管理器、本地服務(wù)器及相應(yīng)的系統(tǒng)管理和場面管理程序、監(jiān)控臺。
全文摘要
基于VDL4的先進場面活動目標(biāo)引導(dǎo)和控制系統(tǒng)，涉及對機場場面(或區(qū)域內(nèi))活動物的目標(biāo)定位、引導(dǎo)和控制技術(shù)。本發(fā)明采用VDL4協(xié)議在車載終端與監(jiān)控中心之間設(shè)置ADS－B廣播發(fā)送、接收信息傳輸系統(tǒng)，采用VDL4協(xié)議在車載終端與其它車載終端之間設(shè)置ADS－B廣播發(fā)送、接收信息傳輸系統(tǒng)，監(jiān)控中心和機場管理系統(tǒng)、其它系統(tǒng)之間設(shè)置網(wǎng)絡(luò)信息的傳輸系統(tǒng)。通過使用自動相關(guān)監(jiān)視(ADS－B)等技術(shù)，定期廣播飛機、車輛的身份和位置等信息，使得各活動目標(biāo)能在無主控站的情況下進行自相關(guān)監(jiān)視，通過系統(tǒng)中心站對場面活動目標(biāo)進行監(jiān)視引導(dǎo)和控制；通過與其它場面系統(tǒng)的融合與互通達到提高和增強場面管理的冗余和互補。
文檔編號G01C21/00GK1831553SQ20051003808
公開日2006年9月13日 申請日期2005年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月11日
發(fā)明者周黎明, 陳雄方 申請人:中電科技揚州寶軍電子有限公司