專利名稱：基于vdl4的先進場面活動目標引導和控制系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及對機場場面(或區域內)活動物的目標定位、引導和控制技術。
背景技術：
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系統的有機組成部分，還必須提供必要的地面基礎設施，主要包括燈光、滑行道、跑道、跑道出口以及精確的場面引導設備，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。隨著航空業務量的高速增長，機場內飛機起降次數猛增，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增加的地面服務車輛和設施，已成為當今航空業特別是機場管理業突出需求解決的緊迫課題。
近十多年來，機場場面監視從基于“看見與被看見”的原則進行導航，發展到目前的機場基于場面活動雷達(Surface Movement Radar，SMR)的SMGCS系統。隨著機場交通流量的增長、布局的日益復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系統不能完全滿足未來機場場面監視的需要。隨著航空數據通信的迅速發展，提出了基于VDL4的先進場面活動目標引導和控制系統。
現有的場面監視系統主要是采用一次場面監視雷達、二次航管雷達、二次航管雷達S模式，而國內的一些機場場面監視方面基本采用的是一次場面監視雷達，多數機場還無場面監視系統。
機場場面活動目標引導和控制系統經歷了三個過程。
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、遵從特殊運行規則來實現機場管理，從而機場容量較小。
2)復雜視覺SMGCS是相對先進和復雜的引導系統，使用現代技術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、高密度機場廣泛應用。
3)先進場面活動目標引導和控制系統(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，無論機場平面在何密度、能見度和復雜度條件下，支持安全、有序、迅速的飛機和車輛移動”。主要功能包括引導、監視、控制、路由。
發明內容
本發明目的在于發明一種各活動目標能相互地、實時地了解機場場面活動物的位置，保障場面活動目標在全天候條件下活動的安全，進而實現對活動目標引導和控制的基于VDL4的先進場面活動目標引導和控制系統。
本發明采用VDL4協議在車載終端與監控中心之間設置ADS-B廣播發送、接收信息傳輸系統，采用VDL4協議在車載終端與其它車載終端之間設置ADS-B廣播發送、接收信息傳輸系統，監控中心和機場管理系統、其它系統之間設置網絡信息的傳輸系統。
ADS-B廣播信息包括氣象信息、活動目標位置信息、GPS差分信息、路由信息、自由電文信息、鏈路管理信息、同步時標等。
本發明采用基于VDL4協議實現機場場面活動物位置確認和控制，主要技術特點是采用自組織時分多址(Self-organizing Time Division MultipleAccess，STDMA)技術的VDL4協議實現自動相關監視，通過使用自動相關監視(ADS-B)等技術，定期廣播飛機、車輛的身份和位置等信息，使得各活動目標能在無主控站的情況下進行自相關監視，這是目前的場面監視系統如一次場面監視雷達、二次航管雷達、二次航管雷達S模式所不具有的，通過系統中心站對場面活動目標進行監視引導和控制；通過與其它場面系統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80年代為未來航空交通管理(ATM)提出的一種新型數據鏈，它與VDL2，VDL3成為國際民航組織選定的新航行系統主用視距數據鏈標準。它既支持空-空應用，又支持空-地應用。
上述各發送、接收信息傳輸系統包括GNSS接收機、通信處理器和VHF收發信機，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收發信機具有在移動站和移動站之間進行數據通信傳輸的程序，VHF收發信機還具有在移動站和地面站之間進行數據通信的程序，通信處理器通過VDL4鏈路層協議連接著GNSS接收機和VHF收發信機之間，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的時隙分配程序，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的程序。
本發明可以提供以下服務a)全球導航衛星系統增強系統(Global Navigation Satellite System，GNSS)。空中以及地面的移動用戶將得益于此項服務；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—廣播。該服務將支持各種類型的氣象數據和機場數據的傳送；d)信息廣播。這是一項非標準化服務，將可以把ARLANDA機場一個信息數據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、預計實際離場和著陸時間、停機位、地面代理等。該服務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—廣播。將為沒有相關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；
g)管制員—飛行員數據鏈通信。
本發明較現有技術具有的顯著進步是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，顯示機場移動區域的交通形式(態勢)圖，并進行地面沖突檢查并在可能出現沖突時發出報警。
b)通過實時更新有關飛機和機動車輛的位置等多種技術結合，加強對飛機和機動車輛的監控，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的應用將會導致對各種不同系統功能責任的重新分配。對飛行員或管制當局提供目視監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、引導和管制。通過實現機場自動化管理，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、本發明可達到的主要技術指標監控范圍＞10Km。
系統容量＞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，動態時1次/2秒。受監控中心調控，調整幅度從1次/秒到1次/10秒。
GUI刷新率1次/秒。
數據鏈協議VDL Mode 4。
VDL4協議簡介VDL4采用自組織時分多址(STDMA)網絡協議，完成網絡的控制和管理功能。
1)超幀與時隙
STDMA協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UTC標準時間校準，即超幀秒信號與UTC秒時間同步。
b)超幀的同步是以GPS時間為基準的，根據GPS OEM板輸出的NMEA導航信息和1pps秒脈沖中斷信息，確定秒號，從而確定超幀的起始點。
c)時隙時隙為數據發送的基本時間單元，每次預約或占用均是以時隙為單位。通信管理單元根據GPS OEM板輸出的1pps秒脈沖中斷信息和內部定時器，建立精確的時隙同步。
d)每種站型設備的通信管理器在開機正常工作以后，必須至少監聽一個超幀時間，根據其他站型廣播的時隙預約或占用信息，建立4×M1+128個時隙占用表(M1每超幀時隙數)，并實時維護與刷新。
VDL4協議結構如圖1所示。子網層，數據鏈路層，物理層。其中數據鏈層分為MAC(介質訪問控制子層)，VSS(VDL4特殊服務子層)，DLS(數據鏈服務子層)和LME(鏈接管理實體子層)。子網層主要負責向數據鏈層傳輸相關參數。
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。
上述監控中心包括VHF天線、DGPS接收機及天線、通信管理器、本地服務器及相應的系統管理和場面管理程序、監控臺。
圖1為本發明的信息傳遞原理圖；圖2為車載終端組成框圖；圖3為監控中心組成框圖。
具體實施例如圖1所示，采用VDL4協議在車載終端與監控中心之間設置相互廣播ADS-B發送、接收信息傳輸系統，采用VDL4協議在車載終端與其它車載終端之間設置相互廣播ADS-B發送、接收信息傳輸系統，采用VDL4協議在監控中心和機場有線網絡之間設置相互廣播ADS-B發送、接收信息傳輸系統。
每組發送、接收信息傳輸系統包括GNSS接收機、通信處理器和VHF收發信機，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收發信機具有在移動站和移動站之間進行數據通信傳輸的程序，VHF收發信機還具有在移動站和地面站之間進行數據通信的程序，通信處理器通過VDL4鏈路層協議連接著GNSS接收機和VHF收發信機之間，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的時隙分配程序，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的程序。
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，監控中心包括VHF天線、DGPS接收機及天線、通信管理器、本地服務器及相應的系統管理和場面管理程序、監控臺。
權利要求
1.基于VDL4的先進場面活動目標引導和控制系統，其特征在于采用VDL4協議在車載終端與監控中心之間設置廣播ADS-B發送、接收信息傳輸系統，采用VDL4協議在車載終端與其它車載終端之間設置廣播ADS-B發送、接收信息傳輸系統，監控中心和機場管理系統、其它系統之間設置網絡信息的傳輸系統。
2.根據權利要求1所述基于VDL4的先進場面活動目標引導和控制系統，其特征在于所述發送、接收信息傳輸系統包括GNSS接收機、通信處理器和VHF收發信機，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收發信機具有在移動站和移動站之間進行數據通信傳輸的程序，VHF收發信機還具有在移動站和地面站之間進行數據通信的程序，通信處理器通過VDL4鏈路層協議連接著GNSS接收機和VHF收發信機之間，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的時隙分配程序，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的程序。
3.根據權利要求1所述基于VDL4的先進場面活動目標引導和控制系統，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.根據權利要求1所述機場場面活動目標引導和控制系統，其特征在于監控中心包括VHF天線、DGPS接收機及天線、通信管理器、本地服務器及相應的系統管理和場面管理程序、監控臺。
全文摘要
基于VDL4的先進場面活動目標引導和控制系統，涉及對機場場面(或區域內)活動物的目標定位、引導和控制技術。本發明采用VDL4協議在車載終端與監控中心之間設置ADS－B廣播發送、接收信息傳輸系統，采用VDL4協議在車載終端與其它車載終端之間設置ADS－B廣播發送、接收信息傳輸系統，監控中心和機場管理系統、其它系統之間設置網絡信息的傳輸系統。通過使用自動相關監視(ADS－B)等技術，定期廣播飛機、車輛的身份和位置等信息，使得各活動目標能在無主控站的情況下進行自相關監視，通過系統中心站對場面活動目標進行監視引導和控制；通過與其它場面系統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 優先權日2005年3月11日
發明者周黎明, 陳雄方 申請人:中電科技揚州寶軍電子有限公司