低空航空器空中監管物聯網系統的製作方法

2023-05-01 15:06:46

專利名稱：低空航空器空中監管物聯網系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種低空航空器安裝的ADS-M收發機載設備，在低空飛行過程中是通過物聯網形式，採用我國移動TD-SCDMA/GPRS (或WCDMA、CDMA2000)地面蜂窩集群通訊、GPS衛星定位，空中全方位掃描防碰撞通訊系統，所組成的ADS-M收發機載設備，形成地面監管空中低空航空器的物聯網系統平臺。低空航空器是指小於4000米高度飛行的私人小飛機、商務小飛機、直升機等。
背景技術：
當前高空民航航空器飛行是在制定的航線區域內進行空管飛行，高空民航航空器ADS-B技術用於空中交通管制，可以在無法部署航管雷達的大陸地區為航空器提供優於雷 達間隔標準的虛擬雷達管制服務；在雷達覆蓋地區，即使不增加雷達設備也能以較低代價增強雷達系統監視能力，提高航路乃至終端區的飛行容量。也就是採用多點ADS-B地面通信設備聯網，作為雷達監視網的旁路系統，並可提供不低於雷達間隔標準的空管服務，利用ADS-B技術在較大的航線區域內實現飛行動態監視，以改進飛行流量管理及各類情報服務。我國低空空域航空器的飛行的監管還是空白，低空航空器飛行航路無確定性，也無法制定航線，無法在全國布設大量的探測雷達監視低空航空器飛行。鑑於目前狀況，需要一種低空航空器空中監管系統，為低空航空器空中交通管制提供無線通信，保證低空航空器在飛行時通信的可靠性。

發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的缺陷，提供一種低空航空器空中監管物聯網系統，該系統利用現有的移動通信TD-SCDMA/GPRS (或WCDMA、CDMA2000)蜂窩集群基站，給低空航空器空中交通管制提供有效地面通信基站，利用移動通信TD-SCDMA/GPRS滿足低空航空器在飛行時通信的可靠性。實現本發明目的的技術方案是低空航空器空中監管物聯網系統，包括GPS衛星、設有ADS-M收發機載設備的低空航空器、地面通信基站、地面移動通信蜂窩基站集群服務平臺、網際網路和低空航空器空管中心；所述ADS-M收發機載設備，安裝在低空航空器中，採用 TD-SCDMA/TD-HSDPA 或 GSM/GPRS/EGPRS 或 WCDMA/CDMA2000 或 GSM/GPRS 通信方式與移動通信蜂窩集群基站進行上下數據鏈數據通信，並通過地面移動通信蜂窩基站集群服務平臺及網際網路與低空航空器空管中心相連。所述ADS-M收發機載設備是安裝在低空航空器內的收發機載設備，ADS-M(Automatic Dependent Surveillance- Mobile communication)移動通信自動相關監視，即ADS-M收發機載設備能通過移動通信自動廣播低空航空器的機型信息、駕駛員信息、衛星導航和定位信息、空中飛行意向信息、空中飛行參數信息、語音交互信息等，並通過無線移動通信TD-SCDMA/GPRS與地面物聯網系統平臺進行互聯，形成高速數據鏈進行空、天、地一體化協同監視與信息服務。本發明的低空航空器空中監管物聯網系統，採用國內布設大量的移動通信TD-SCDMA/GPRS (或WCDMA、CDMA2000)蜂窩集群基站、GPS衛星定位、空中全方位掃描防碰撞通訊系統及網際網路，使安裝在低空航空器內的ADS-M收發機載設備，組成低空航空器空中監管物聯網系統平臺進行空中交通管制。作為本發明的進一步改進，所述ADS-M收發機載設備由AD6905數字基帶處理器、AD6857模擬基帶晶片、AD6552射頻收發晶片、AD6546射頻收發晶片、射頻開關、空中航空器參數測量模塊、空中全方位掃描防碰撞無線通訊系統模塊、空中航空器衛星定位模塊、存儲器、航空器標識SD卡、駕駛飛行入網認證卡、顯示器、相機、揚聲器、耳機、傳聲器和鍵盤所組成。作為本發明的進一步改進，所述ADS-M收發機載設備儀表採用公共移動通信系統 與地面蜂窩基站進行上下數據鏈數據通信；下行數據鏈主要發出機號、代碼、GPS信息、高度、航速，以及故障、急救與語音信息；上行數據鏈主要發出導航、目標GIS、氣象信息，以及應急處理與語音信息。作為本發明的進一步改進，，所述ADS-M收發機載設備電路中設有數字基帶處理器、模擬基帶晶片和射頻收發晶片。作為本發明的進一步改進，所述ADS-M收發機載設備中設有空中全方位掃描防碰撞無線通訊系統天線，所述空中全方位掃描防碰撞無線通訊系統天線由底座、外罩和設置在外殼內的多個微天線組成，在所述底座和外罩圍成的圓柱形空間內，所述底座上設有多扇區電磁波反射體和所述多個微天線，每個所述微天線對應設置在所述多扇區電磁波反射體的一個扇區電磁波輻射焦面位置上，每一個扇區的天線電磁波輻射都相互獨立，所述微天線由PCB覆銅天線條板和塑料護套組成。作為本發明的進一步改進，所述的空中全方位掃描防碰撞無線通訊系統包括微處理電路、多路微處理RF收發電路和穩壓電路；
本發明採用國內布設大量的移動通信TD-SCDMA/GPRS (或WCDMA、CDMA2000)蜂窩集群基站及網際網路、低空航空器內安裝的ADS-M收發機載設備，組成低空航空器空中監管物聯網系統平臺進行空中交通管制。由於我國移動通信基本覆蓋大部分國土區域，給低空航空器空中交通管制提供了有效地面通信基站，而且我國移動通信TD-SCDMA/GPRS能滿足低空航空器在飛行時通信的可靠性。


圖I本發明實施例低空航空器空中監管物聯網系統結構示意 圖2本發明實施例ADS-M收發機載設備電路原理 圖3-1本發明實施例空中全方位掃描防碰撞無線通訊系統六扇區收發天線結構 圖3-2圖3-1的A-A剖視圖
圖4本發明實施例空中全方位掃描防碰撞通訊系統電路原理圖。
具體實施例方式參照附圖I所示，本發明實施例一種低空航空器空中監管物聯網系統包括GPS衛星、安裝ADS-M收發機載設備的低空航空器I. O、移動通信蜂窩集群基站2. O、地面移動通信蜂窩基站集群服務平臺、網際網路3. O、低空航空器空管物聯網綜合信息港4. O和停機場5. O所組成。其中移動通信蜂窩集群基站2. O與MAS移動統一服務平臺(地面移動通信蜂窩基站集群服務平臺)構成移動公司無線通訊的信息化平臺，由移動公司無線通訊的信息化平臺通過網際網路3. O與低空航空器空管物聯網綜合信息港4. O相連。安裝有ADS-M收發機載設備的低空航空器I. O與移動通信蜂窩集群基站2. O進行無線通信。ADS-M收發機載設備可以進行移動TD-SCDMA/GPRS通信自動相關監視。ADS-M收發機載設備與移動通信蜂窩集群基站2. O之間 進行無線通信，ADS-M收發機載設備發出下行航空器入網代碼、航空器代碼、GPS定位信息、氣壓、高度、空速、航速信息以及故障、急救與語音信息；接收地面移動TD-SCDMA/GPRS通信基站上傳的導航信息、目標GIS信息、語音信息、氣象信息；而這些相關監視的信息是由低空航空器空管物聯網綜合信息港4. O經網際網路3. 0，連結在移動通信蜂窩集群基站2. O與低空航空器ADS-M收發機載設備進行空中交通監管。參照附圖2所示，本發明實施例一種低空航空器內安裝的ADS-M收發機載設備主要特徵是由AD6905數字基帶處理器、AD6857模擬基帶晶片、AD6552射頻收發晶片、AD6546射頻收發晶片、射頻開關、空中航空器參數測量模塊、空中全方位掃描防碰撞無線通訊系統模塊、空中航空器衛星定位模塊、存儲器、航空器標識SD卡、駕駛飛行入網認證卡、顯示器、相機、揚聲器、耳機、傳聲器、鍵盤所組成。ADS-M收發機載設備電路原理是由AD6905數字基帶處理器通過模擬基帶接口聯接AD6857模擬基帶晶片的控制接口、音頻接口與基帶接口 ；AD6857模擬基帶晶片通過模擬無線通信接口，一路聯接TD-SCDMA/TD-HSDPA通信方式的AD6552射頻收發晶片，另一路聯接GSM/GPRS/EGPRS通信方式的AD6546射頻收發晶片；AD6552射頻收發晶片與AD6546射頻收發晶片通過PA功放電路發出及接收來自射頻開關無線天線上的射頻信號。其中AD6905數字基帶處理器具有數位訊號處理與微程序控制的晶片，AD6905數字基帶處理器的UART串行通信接口聯接GPS定位模塊，接收GPS衛星發出的定位信息，GPS接收電路模塊可以採用國外SiRF STAR III數據處理晶片的E580型號的GPS接收電路模塊，也可以採用我國北鬥GPS接收電路模塊；I2C總線接口連接空中航空器參數測量模塊與空中全方位掃描防碰撞無線通訊系統模塊，空中航空器參數測量模塊是檢測航空器氣壓高度及空速參數，而空中全方位掃描防碰撞無線通訊系統模塊可以採用913MHz/2. 4Ghz頻率，使航空器在空中飛行過程中與相鄰的航空器進行無線通訊，給出雙方航空器空中位置及航線，防止雙方航空器在空中飛行過程中進行碰撞；USIM卡接口聯接駕駛航空器入網認證卡；Gamara接口聯接相機；SDI0/MMC接口聯接航空器標識SD卡；EBUS2接口聯接屏幕顯示器；Keypad接口聯接鍵盤；External Memory接口聯接外存儲器。AD6857模擬基帶晶片的音頻接口聯接耳機/麥克、揚聲器、傳聲器。參照附圖3-1和附圖3-2所示，低空航空器安裝的ADS-M收發機載設備中空中全方位掃描防碰撞無線通訊系統天線，主要特徵是航空器外底部安裝一個小型六扇區收發天線，航空器沿飛行前後方向與左右方向大於2公裡半徑空域內，進行全方位掃描防碰撞無線探測是否有相鄰的航空器飛行，以及相互進行無線通訊；附圖3是本發明所述「空中全方位掃描防碰撞無線通訊系統六扇區收發天線結構圖」，其結構包括天線外罩10、PCB覆銅天線條板20、塑料護套30、六扇區電磁波反射體40、底座50、天線引線槽60所組成；其中六個扇區都有一個由PCB覆銅天線條板20、PCB覆銅天線塑料護套30組成的圓柱形天線，安裝在六個扇區電磁波輻射焦面位置上，而每一個扇區的天線電磁波輻射都相互獨立，六扇區電磁波反射體40是有色金屬製成,六扇區外形在圖I中A-A剖面圖所不。在外殼和底座圍成的圓柱形空間內，所述底座50上設有多扇區電磁波反射體40和多個天線70，每個所述天線70設置在所述多扇區電磁波輻射焦面位置上，每一個扇區的天線電磁波輻射都相互獨立，所述天線70由PCB覆銅天線條板20和天線外罩10組成。參照附圖4是空中全方位掃描防碰撞無線通訊系統電路原理圖，其電路結構主要由微處理電路100、六路微處理RF收發電路101、穩壓電路103三大部分組成。微處理電路100包括RAM系列微處理器Ul、復位晶片U2、時間電路晶片U3、溫度傳感器晶片U4，以及外圍電路器件組成；並且RAM系列微處理器Ul的I2C總線與AD6905數字基帶處理器I2C總線相連接。微處理電路100主要特徵在於，採用RAM系列微處理器Ul管理六路微處理RF收發電路101，RAM系列微處理器Ul的SPI通信接口 MOSI、MISO、SCK及片選控制口 PO. 16·(CSl),PO. 15 (CS2)、P0. 14 (CS3)、P0. 13 (CS4)、P0. 12 (CS5)、P0. 11 (CS6)與六路微處理RF收發器IC1-1...IC6-1的Pl. 4…Pl. I相連接，其中SPI通信接口 M0SI、MIS0、SCK是並聯對應連接到六路微處理RF收發器ICl-I-IC6-1的Pl. 4,Pl. 3,Pl. 2的MOSI,MISO,SCK接口，片選控制口 PO. 16…PO. 11分別連接到六路微處理RF收發器ICl-I"·Κ6-1的Pl. I選片接口，當片選控制口 PO. 16…PO. 11中某一片選控制口為低電平時，RAM系列微處理器Ul與選中的微處理RF收發器進行SPI通信；RAM系列微處理器Ul的PO. 21... PO. 25,PO. 27…PO. 30、Pl. 17…Pl. 19是六路微處理RF收發電路101的收發控制接口 PAEN-1··· PAEN-6、EN-I"·ΕΝ-6相關的控制接口，而RAM系列微處理器Ul的Pl. 16是六路微處理RF收發電路101的增益控制HGM共同接口 ；RAM系列微處理器Ul的I2C總線接口與時間電路晶片U3、溫度傳感器晶片U4、AD6905數字基帶處理器的I2C總線接口相連接。六路微處理RF收發電路101包括有六路微處理RF收發電路，第一路微處理RF收發電路，由微處理RF收發晶片ICl-I、射頻增益放大器晶片IC1-2、復位晶片IC1-3、電容Cl-O…C1-15、電阻 1 1-1"41-3、電感1^1-1"11-5、晶振21-1 與 ZI-2、天線 ANl-I 組成；第二路、第三路…第六路微處理RF收發電路與第一路微處理RF收發電路相同，第六路微處理RF收發電路，由微處理RF收發晶片IC6-1、射頻增益放大器晶片IC6-2、復位晶片IC6-3、電容C6-0…C6-15、電阻R6-1…R6-3、電感L6-1…L6-5、晶振Z6-1與Z6-2、天線AN6-1組成；其中微處理RF收發晶片 α-1···Κ6-1，可以採用CC25XX系列晶片，射頻增益放大器晶片IC1-2…IC6-2，可以採用CC259X系列晶片。六路微處理RF收發電路101主要特徵在於，通過微處理電路100通信接口 SPI與收發控制接口 ΡΑΕΝ-1···ΡΑΕΝ-6、ΕΝ-1···ΕΝ-6及增益控制HGM接口，管理控制六路微處理RF收發電路101，並採用逐次控制每一路的循環控制方式，由各路對應的微處理RF收發電路經各路六扇區收發天線，進行循環掃描六扇區無線輻射空域的低空飛行器，進行全向高增益無線探測與收發通訊。穩壓電路103是為微處理電路100、六路微處理RF收發電路101提供穩壓電源；電源是採用機載電源6V與充電電池ΒΤ，並通過公知的穩壓電路，提供VCC5V、VDD3. 3V、VDD1. 8V、VDDa3. 3V、VDDal. 8V、VCC3. 3V、AVCC3. 3V 的穩壓電源。
權利要求
1.低空航空器空中監管物聯網系統，其特徵是，該系統包括GPS衛星、設有ADS-M收發機載設備的低空航空器、移動通信蜂窩集群基站、地面移動通信蜂窩基站集群服務平臺、網際網路和低空航空器空管中心； 所述ADS-M收發機載設備，安裝在低空航空器中，採用TD-SCDMA/TD-HSDPA或GSM/GPRS/EGPRS或WCDMA/CDMA2000或GSM/GPRS通信方式與移動通信蜂窩集群基站進行上下數據鏈數據通信，並通過地面移動通信蜂窩基站集群服務平臺及網際網路與低空航空器空管中心相連。
2.根據權利要求I所述的低空航空器空中監管物聯網系統，其特徵是，所述ADS-M收發機載設備由AD6905數字基帶處理器、AD6857模擬基帶晶片、AD6552射頻收發晶片、AD6546射頻收發晶片、射頻開關、空中航空器參數測量模塊、空中全方位掃描防碰撞無線通訊系統模塊、空中航空器衛星定位模塊、存儲器、航空器標識SD卡、駕駛飛行入網認證卡、顯示器、相機、揚聲器、耳機、傳聲器和鍵盤所組成。
3.根據權利要求I所述的低空航空器空中監管物聯網系統，其特徵是，所述ADS-M收發機載設備下行數據鏈主要發出航空器入網代碼、航空器代碼、GPS信息、氣壓、高度、航速，以及故障、急救與語音信息；上行數據鏈主要發出導航、目標GIS、氣象信息，以及應急處理與語首 目息。
4.根據權利要求I所述的低空航空器空中監管物聯網系統，其特徵是，所述ADS-M收發機載設備電路中設有數字基帶處理器、模擬基帶晶片和射頻收發晶片。
5.根據權利要求I所述的低空航空器空中監管物聯網系統，其特徵是，所述ADS-M收發機載設備中設有空中全方位掃描防碰撞無線通訊系統天線，所述空中全方位掃描防碰撞無線通訊系統天線由底座(50)、外罩(10)和設置在外殼內的多個微天線(70)組成，在所述底座(50 )和外罩(10 )圍成的圓柱形空間內，所述底座(50 )上設有多扇區電磁波反射體(40 )和所述多個微天線(70)，每個所述微天線(50)對應設置在所述多扇區電磁波反射體(40)的一個扇區電磁波輻射焦面位置上，每一個扇區的天線電磁波輻射都相互獨立，所述微天線(70)由PCB覆銅天線條板(20)和塑料護套(30)組成。
6.根據權利要求5所述的低空航空器空中監管物聯網系統，其特徵是，所述的空中全方位掃描防碰撞無線通訊系統包括微處理電路(100)、多路微處理RF收發電路(101)和穩壓電路(103)； 所述多路微處理RF收發電路(101)，通過微處理電路(100)通信接口 SPI與收發控制接口(ΡΑΕΝ-1，…ΡΑΕΝ-6、ΕΝ_1···ΕΝ_6)及增益控制HGM接口，管理控制多路微處理RF收發電路(101)，並採用逐次控制每一路的循環控制方式，由各路對應的微處理RF收發電路經各路多扇區收發天線，進行循環掃描多扇無線輻射區中車輛無線通訊電子牌照，進行全向高增益無線收發通訊；多路微處理RF收發電路(101)中，微處理RF收發晶片(IC1-1，…IC6-1)採用CC25XX或CC24XX系列晶片，射頻增益放大器晶片(IC1-2，…IC6-2)採用CC259X系列晶片。
7.根據權利要求5所述的低空航空器空中監管物聯網系統，其特徵是，其特徵在於，多個扇區的電磁波反射體是有色金屬製成。
全文摘要
低空航空器空中監管物聯網系統，包括GPS衛星、設有ADS-M收發機載設備的低空航空器、移動通信蜂窩集群基站、地面移動通信蜂窩基站集群服務平臺、網際網路和低空航空器空管中心;所述ADS-M收發機載設備，安裝在低空航空器中，採用TD-SCDMA/TD-HSDPA或GSM/GPRS/EGPRS或WCDMA/CDMA2000或GSM/GPRS通信方式與移動通信蜂窩集群基站進行上下數據鏈數據通信，並通過地面移動通信蜂窩基站集群服務平臺及網際網路與低空航空器空管中心相連。
文檔編號H04L29/08GK102946417SQ20121040516
公開日2013年2月27日 申請日期2012年10月22日 優先權日2012年7月10日
發明者郭建國, 毛星原 申請人:郭建國, 毛星原