李 恒，何東林，張 益，趙澤西，鄧勝吉

（中國(guó)民用航空局第二研究所，成都　610041）

基于多鏈路通信的通用航空地面監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)*

李 恒**，何東林，張 益，趙澤西，鄧勝吉

（中國(guó)民用航空局第二研究所，成都610041）

針對(duì)國(guó)內(nèi)通用航空通信手段單一、活動(dòng)目標(biāo)監(jiān)視數(shù)據(jù)匱乏的問(wèn)題，提出了一種基于廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視（ADS-B）鏈路、“北斗”鏈路、移動(dòng)通信鏈路的多鏈路通用航空（通航）通信監(jiān)視系統(tǒng)。通航地面監(jiān)控系統(tǒng)作為該系統(tǒng)中重要組成之一，承擔(dān)著多鏈路數(shù)據(jù)接收、通航飛機(jī)信息處理和收集、航空器沖突檢測(cè)、通航飛機(jī)信息智能分發(fā)等重要工作。考慮到地面對(duì)通航飛機(jī)飛行軌跡的無(wú)縫、及時(shí)、精確、連續(xù)的監(jiān)視需求，提出了一種多鏈路自動(dòng)切換與融合技術(shù)。通航機(jī)場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試證明：通航地面監(jiān)控系統(tǒng)能夠快速有效地處理3種鏈路數(shù)據(jù)，為通航用戶提供實(shí)時(shí)、連續(xù)、無(wú)縫的通航飛機(jī)監(jiān)視服務(wù)。

通用航空；廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視；多鏈路通信；地面監(jiān)控系統(tǒng)；自動(dòng)切換；面向用戶

1　引言

隨著通用航空（以下簡(jiǎn)稱通航）的快速發(fā)展，通航作業(yè)小時(shí)數(shù)和作業(yè)范圍持續(xù)擴(kuò)大，國(guó)內(nèi)對(duì)通航通信導(dǎo)航監(jiān)視服務(wù)的需求越來(lái)越迫切。然而，通用航空飛機(jī)現(xiàn)有通信監(jiān)視手段為單一的甚高頻話音方式，缺乏有效的運(yùn)行監(jiān)視手段，與運(yùn)輸航空相比，通航面臨著活動(dòng)目標(biāo)導(dǎo)航數(shù)據(jù)匱乏、通信手段單一、地面監(jiān)視指揮控制困難等問(wèn)題［1］。

為解決通航飛機(jī)的監(jiān)視問(wèn)題，近年來(lái)國(guó)內(nèi)一些研究機(jī)構(gòu)將“北斗”鏈路和移動(dòng)鏈路應(yīng)用到通航飛機(jī)與地面監(jiān)控終端的通信上［2-4］。但由于政策原因，“北斗”鏈路的民用更新率最大只能到每分鐘發(fā)送兩個(gè)報(bào)文。另外，“北斗”鏈路存在的較高丟包率。這些因素影響著地面監(jiān)控終端對(duì)飛機(jī)航跡的跟蹤，而移動(dòng)鏈路的基站對(duì)空信號(hào)覆蓋不均以及傳輸時(shí)延較大則是該鏈路的最大不足。

2012年，中國(guó)民用航空局發(fā)布了《中國(guó)民用航空ADS-B實(shí)施規(guī)劃》［5］。該規(guī)劃明確了廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視（Automatic Dependent Surveillance-Broadcast，ADS-B）在通航監(jiān)視中的應(yīng)用［6］，計(jì)劃在2020年，完成通用航空全部重點(diǎn)區(qū)域的ADS-B地面站建設(shè)，依托ADS-B地面站的建設(shè)規(guī)劃，保證了ADS-B鏈路應(yīng)用在通航飛機(jī)與地面監(jiān)控終端通信的可行性。

因此，數(shù)據(jù)更新率快、通信延時(shí)小的ADS-B鏈路可以可靠地用于通航飛機(jī)的地空通信中，而在非視距嚴(yán)重的城市區(qū)域則可以發(fā)揮移動(dòng)鏈路的優(yōu)勢(shì)，在布設(shè)地面站困難的偏遠(yuǎn)地區(qū)則可以發(fā)揮“北斗”鏈路的優(yōu)勢(shì)。ADS-B鏈路、移動(dòng)通信鏈路和“北斗”鏈路的組合方式能真正實(shí)現(xiàn)對(duì)通航飛機(jī)的全區(qū)域監(jiān)視。

本文提出的多鏈路通航通信監(jiān)視系統(tǒng)是一種綜合利用3種數(shù)據(jù)鏈路的低成本技術(shù)方案［7-8］，可解決通用航空器的通信監(jiān)視問(wèn)題。多鏈路通航通信監(jiān)視系統(tǒng)由多通信鏈路、機(jī)載設(shè)備和地面監(jiān)控系統(tǒng)三大部分組成，機(jī)載設(shè)備和地面監(jiān)控系統(tǒng)利用ADS-B鏈路、移動(dòng)通信鏈路和“北斗”鏈路進(jìn)行通信。

以往相關(guān)研究中，主要針對(duì)多鏈路通信下通航機(jī)載設(shè)備進(jìn)行研究，并沒(méi)有對(duì)鏈路間的差異性進(jìn)行專門的研究。多種數(shù)據(jù)鏈路在通信中的應(yīng)用，必然會(huì)增加地面監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理負(fù)荷；多種數(shù)據(jù)鏈路間的差異性，同樣會(huì)增加地面監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理難度。為了提高地面監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理效率，避免鏈路間差異性對(duì)通航飛機(jī)及時(shí)、精確、連續(xù)的監(jiān)視要求的影響，需要對(duì)3種鏈路特性進(jìn)行研究，在此基礎(chǔ)上研究一種多鏈路自動(dòng)切換和融合的方法。多鏈路自動(dòng)切換和融合技術(shù)的實(shí)現(xiàn)勢(shì)必對(duì)地面監(jiān)控系統(tǒng)提出了更高的要求。

本文主要介紹多鏈路通航通信監(jiān)視系統(tǒng)中的地面監(jiān)控系統(tǒng)，并重點(diǎn)介紹地面監(jiān)控系統(tǒng)中的兩大關(guān)鍵技術(shù)——多鏈路自動(dòng)切換與融合技術(shù)和面向用戶的通航信息智能分類和分發(fā)技術(shù)。

2　多鏈路通航通信監(jiān)視系統(tǒng)介紹

多鏈路通航通信監(jiān)視系統(tǒng)用于對(duì)低空空域飛行器的飛行進(jìn)行全程監(jiān)視和控制，系統(tǒng)由多通信鏈路、機(jī)載設(shè)備和地面監(jiān)控設(shè)備三大部分組成。系統(tǒng)基于“北斗”導(dǎo)航定位衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和ADS-B數(shù)據(jù)鏈路進(jìn)行地空通信，可以通過(guò)機(jī)載加裝支持多數(shù)據(jù)鏈的集成化電子設(shè)備；同時(shí)研發(fā)地面監(jiān)控系統(tǒng)，完成通航飛機(jī)和地面之間的多鏈路數(shù)據(jù)傳輸，最終實(shí)現(xiàn)多鏈路地空綜合通信導(dǎo)航監(jiān)視。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1　多鏈路通航通信監(jiān)視系統(tǒng)總體架構(gòu)Fig.1 The overall architecture of multilink communication and surveillance system for general aviation

如圖1所示，通用航空器加裝機(jī)載設(shè)備后，可接入各類通信、導(dǎo)航和監(jiān)視數(shù)據(jù)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后送入機(jī)載設(shè)備顯示終端。同時(shí)，通過(guò)多通信鏈路將機(jī)載定位信息、識(shí)別信息、狀態(tài)信息和飛行員在顯示終端上自定義的信息發(fā)送至各類低空通信地面基站，包括ADS-B接收設(shè)備、“北斗”地面接收設(shè)備、移動(dòng)通信地面接收設(shè)備。通航地面監(jiān)控系統(tǒng)與以上3種地面基站進(jìn)行通信，并將處理后的通用航空器數(shù)據(jù)根據(jù)不同用戶的權(quán)限和定制需求，并行分發(fā)給多用戶，最終實(shí)現(xiàn)支持多用戶的、差異性服務(wù)的航空器數(shù)據(jù)信息顯示。

3　通航地面監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

通航地面監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。多通信鏈路將機(jī)載定位信息發(fā)送至各類地空通信地面基站，包括ADS-B接收設(shè)備、“北斗”地面接收設(shè)備、移動(dòng)通信地面接收設(shè)備。通航地面監(jiān)控系統(tǒng)與以上3種地面基站進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)ADS-B報(bào)文、移動(dòng)報(bào)文和“北斗”報(bào)文的實(shí)時(shí)接收，并負(fù)責(zé)3種數(shù)據(jù)報(bào)文的解析和完好性校驗(yàn)。如果解析過(guò)程中發(fā)現(xiàn)報(bào)文內(nèi)容存在必要信息缺失，則將報(bào)文丟棄，并記錄缺失報(bào)文的發(fā)送來(lái)源，包括航空器地址碼和發(fā)送鏈路。

圖2　通航地面監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖Fig.2 The block diagram of ground monitoring and control system for general aviation

對(duì)解析后的航空器信息進(jìn)行分析，結(jié)合地面監(jiān)控系統(tǒng)記錄的該航空器歷史信息，根據(jù)多鏈路自動(dòng)切換機(jī)制，確定一條最佳通信鏈路實(shí)現(xiàn)航空器導(dǎo)航位置信息的穩(wěn)定輸出。同時(shí)，對(duì)3條鏈路下發(fā)的航空器狀態(tài)信息和飛行員自定義信息進(jìn)行收集和融合，以保證航空器狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)輸出。利用處理后的航空器位置信息和狀態(tài)信息完成航空器的狀態(tài)分析和沖突檢測(cè)，若判定航空器存在沖突預(yù)警，則將沖突告警與航空器位置信息、識(shí)別信息、狀態(tài)信息一起發(fā)送給用戶終端。

地面監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)將航空器綜合監(jiān)視信息并行發(fā)送給多個(gè)用戶。由于用戶的權(quán)限和定制需求有差異性，所以地面監(jiān)控系統(tǒng)基于一種面向用戶的通航信息智能分類和分發(fā)方式送往顯示控制席位，最終構(gòu)建一個(gè)能夠?yàn)橛脩籼峁┎町愋苑?wù)的信息平臺(tái)。

通航地面監(jiān)控系統(tǒng)還要對(duì)用戶終端發(fā)送的地面控制命令進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)聽(tīng)，對(duì)收到的地面控制命令進(jìn)行處理，并對(duì)地面控制命令進(jìn)行本地備份，根據(jù)3條鏈路通信狀態(tài)和控制命令具體類型，選擇最佳通信鏈路發(fā)送給航空器的機(jī)載設(shè)備。

由圖2可見(jiàn)：通航地面監(jiān)控系統(tǒng)需要接收通用航空器機(jī)載設(shè)備發(fā)送來(lái)的ADS-B數(shù)據(jù)、“北斗”報(bào)文數(shù)據(jù)、移動(dòng)報(bào)文數(shù)據(jù)，而不同鏈路間的協(xié)議有較大差異，數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)內(nèi)容都有較大差異；另外，不同鏈路的數(shù)據(jù)更新率和數(shù)據(jù)延時(shí)也有較大差異。這些因素導(dǎo)致地面監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方式復(fù)雜度大大加大。

以往的通航地面監(jiān)控設(shè)備是將接收到的多鏈路數(shù)據(jù)全部輸出給地面顯示終端，輸出給地面顯示終端很多冗余信息，對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信資源占用較大，地面顯示終端的顯示處理也較為復(fù)雜。而本文研究的多鏈路自動(dòng)切換和融合技術(shù)可以將3條鏈路信息經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理融合為一條飛機(jī)信息報(bào)文發(fā)送到地面顯示終端，從而大大節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)通信資源，減少了地面顯示終端的顯示處理工作，提供了一個(gè)更為友好的飛機(jī)信息顯示界面。

從地面監(jiān)控系統(tǒng)與機(jī)載設(shè)備最佳通信狀態(tài)和系統(tǒng)復(fù)雜性考慮，研究一種可靠的鏈路通信質(zhì)量檢測(cè)方法和自動(dòng)的通信鏈路切換機(jī)制是地面監(jiān)控設(shè)備技術(shù)難點(diǎn)之一。

另外，地面監(jiān)控設(shè)備發(fā)送的信息涉及到需求有差異的不同用戶和服務(wù)類型，也涉及到不同類型的數(shù)據(jù)處理機(jī)制，同時(shí)還需要保證數(shù)據(jù)服務(wù)的不間斷和服務(wù)質(zhì)量的高可靠性。在這方面，需要研究能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行智能分類的數(shù)據(jù)分類算法以及為不同用戶提供安全可靠數(shù)據(jù)服務(wù)的數(shù)據(jù)分發(fā)技術(shù)。

4　通航地面監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

4.1多鏈路自動(dòng)切換與融合技術(shù)

不同通信鏈路的信息類型、使用范圍、傳輸延時(shí)、傳輸距離和抗干擾性能等方面各不相同，用一種數(shù)據(jù)鏈不能簡(jiǎn)單地代替其他數(shù)據(jù)鏈。同時(shí)使用多種數(shù)據(jù)鏈，可以起到取長(zhǎng)補(bǔ)短、互為備份和提高抗毀性的作用。因此，多種數(shù)據(jù)鏈共存和綜合應(yīng)用將是必然和必須的。從系統(tǒng)復(fù)雜性考慮，當(dāng)多鏈路通航通信監(jiān)視系統(tǒng)同時(shí)接入多種數(shù)據(jù)鏈時(shí)，如何打破各型數(shù)據(jù)鏈間、數(shù)據(jù)鏈和信息系統(tǒng)間的壁壘，使各類型數(shù)據(jù)鏈協(xié)同高效地工作，成為通航地面監(jiān)控系統(tǒng)的一個(gè)急需解決的問(wèn)題。

因此，地面監(jiān)控系統(tǒng)需要研究一種通信鏈路的自動(dòng)切換機(jī)制。基于該機(jī)制，地面監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)并分析出某架航空器地空通信的最佳通信信道后，將來(lái)自該信道的航空器導(dǎo)航信息設(shè)置為優(yōu)先級(jí)最高，并對(duì)對(duì)應(yīng)的航空器位置信息進(jìn)行處理和輸出。同時(shí)，當(dāng)使用的通信鏈路信道質(zhì)量惡化而不能提供最佳數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，地面監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)切換到當(dāng)前最佳通信信道，以保證地面監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)航空器導(dǎo)航位置信息的穩(wěn)定輸出。

如何確定當(dāng)前環(huán)境當(dāng)前航空器的最佳通信信道，則需要對(duì)3種數(shù)據(jù)鏈路的優(yōu)勢(shì)和不足進(jìn)行研究。ADS-B鏈路通信具有數(shù)據(jù)更新快、通信延時(shí)小的特點(diǎn)，是航空器導(dǎo)航信息可靠傳輸?shù)闹匾溌?，但存在?shù)據(jù)格式擴(kuò)展性不強(qiáng)的缺點(diǎn)，不能使用該鏈路實(shí)現(xiàn)飛行員自定義短信的下發(fā)。此外，在市區(qū)低空飛行環(huán)境下，由于存在非視距阻擋，移動(dòng)通信鏈路的可靠性將明顯優(yōu)于基于視距傳播的ADS-B鏈路和基于衛(wèi)星接收的“北斗”鏈路，但對(duì)于移動(dòng)通信鏈路而言，基站對(duì)空信號(hào)覆蓋不均以及傳輸時(shí)延則是該鏈路的最大不足。在ADS-B和移動(dòng)通信信號(hào)無(wú)法覆蓋的偏遠(yuǎn)地區(qū)，“北斗”鏈路發(fā)揮的作用更為顯著，但“北斗”鏈路受到數(shù)據(jù)傳輸更新率的限制，發(fā)射頻率遠(yuǎn)低于ADS-B鏈路和移動(dòng)通信鏈路，“北斗”鏈路較高的丟包率和較低的發(fā)送頻率不能滿足地面監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)飛機(jī)航跡的跟蹤要求［9-10］。

基于不同鏈路的物理特性、更新率的考慮，本方案中將3種鏈路設(shè)定的默認(rèn)優(yōu)先級(jí)由高到低為ADS -B鏈路、移動(dòng)通信鏈路、“北斗”鏈路，即無(wú)論地面監(jiān)控系統(tǒng)同時(shí)收到來(lái)自幾種鏈路下發(fā)的航空器數(shù)據(jù)，將最佳通信信道選為當(dāng)前優(yōu)先級(jí)最高的數(shù)據(jù)鏈路。

鏈路自動(dòng)切換機(jī)制是為了保證航空器位置信息的穩(wěn)定輸出，然而不同鏈路通信下發(fā)的航空器信息不盡相同，如：ADS-B鏈路下發(fā)的DF17報(bào)文中包含有詳細(xì)的飛機(jī)信息，但是不支持飛行員自定義信息的下發(fā)；而“北斗”鏈路和移動(dòng)通信鏈路下發(fā)報(bào)文是可以自定義的，報(bào)文中不僅可以包含飛機(jī)信息，還能將飛行員自定義信息包含在其中。

所以，在進(jìn)行鏈路切換的同時(shí)，還需要將3條通信鏈路下發(fā)的航空器狀態(tài)信息、飛行員自定義信息進(jìn)行融合。例如：當(dāng)切換到ADS-B鏈路時(shí)，目標(biāo)位置信息從ADS-B報(bào)文中提取，但是此時(shí)飛行員下發(fā)的自定義信息只會(huì)通過(guò)“北斗”鏈路和移動(dòng)通信鏈路下發(fā)，所以需要根據(jù)3種鏈路包含的時(shí)標(biāo)對(duì)3條鏈路報(bào)文做配準(zhǔn)，然后將“北斗”鏈路和移動(dòng)通信鏈路下發(fā)的飛行員自定義信息融合到飛機(jī)最新信息庫(kù)中。

最終，地面監(jiān)控系統(tǒng)在多鏈路自動(dòng)切換機(jī)制下將處理后的航空器位置信息和融合后的狀態(tài)信息發(fā)送給沖突檢測(cè)模塊，實(shí)現(xiàn)通用航空器的狀態(tài)分析和沖突檢測(cè)。

多鏈路自動(dòng)切換和融合流程如圖3所示。地面監(jiān)控系統(tǒng)中包含一個(gè)通用航空器信息庫(kù)（DB）用于保存監(jiān)測(cè)到的通用航空器信息，如位置信息、標(biāo)識(shí)信息、狀態(tài)信息、飛行員手動(dòng)輸入信息等。地面監(jiān)控系統(tǒng)接收到一個(gè)新航空器報(bào)文后，利用通用航空器唯一標(biāo)識(shí)碼、24位目標(biāo)地址碼（AA碼），與DB已存通用航空器進(jìn)行關(guān)聯(lián)，找到該通用航空器歷史信息。若與DB關(guān)聯(lián)失敗，說(shuō)明地面監(jiān)控設(shè)備第一次接收到該航空器信息，則直接存入DB中；若與DB關(guān)聯(lián)成功，首先判定該航空器3條鏈路通信狀態(tài)：如果ADS-B鏈路通信狀態(tài)為有效，則不切換鏈路，保持對(duì)ADS-B鏈路下發(fā)航空器位置信息的處理和更新；如果ADS-B鏈路通信狀態(tài)為失效，但移動(dòng)通信鏈路通信狀態(tài)為有效，則將鏈路切換到移動(dòng)通信鏈路，執(zhí)行對(duì)移動(dòng)通信鏈路下發(fā)航空器位置信息的處理和更新；如果ADS-B鏈路和移動(dòng)通信鏈路狀態(tài)都為失效，且“北斗”鏈路通信狀態(tài)為有效，則將鏈路切換到“北斗”鏈路，執(zhí)行對(duì)“北斗”鏈路下發(fā)航空器位置信息的處理和更新。無(wú)論當(dāng)前切換到的是哪種鏈路，都要對(duì)航空器的狀態(tài)信息、飛行員自定義信息進(jìn)行融合。其中，對(duì)鏈路通信狀態(tài)判定依據(jù)是：實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)航空器的3種鏈路通信更新率并存于DB中，若探測(cè)到某種鏈路通信更新率與理論更新率之差大于門限值T，則判定該鏈路通信失效。

圖3　多鏈路自動(dòng)切換和融合流程Fig.3 Flow chart of automatic switching and fusion for multilink

4.2面向用戶的通航信息智能分類和分發(fā)技術(shù)

通航地面監(jiān)控系統(tǒng)完成航空器信息處理后，需要按照用戶的不同權(quán)限和定制需求完成到各個(gè)用戶終端的數(shù)據(jù)分發(fā)，以實(shí)現(xiàn)有差異性的信息共享。地面監(jiān)控系統(tǒng)采用面向用戶的通航信息智能分類和分發(fā)技術(shù)，以一種統(tǒng)一和通用的方式和用戶進(jìn)行交互，最終構(gòu)建一個(gè)能夠?yàn)橛脩籼峁┎町愋苑?wù)的信息平臺(tái)。

要構(gòu)建一個(gè)面向用戶差異性服務(wù)的信息平臺(tái)，首先要預(yù)知不同用戶類型的權(quán)限和定制需求，即預(yù)先構(gòu)建一個(gè)用戶注冊(cè)中心，用于存儲(chǔ)用戶ID、權(quán)限和需求等信息。該用戶注冊(cè)中心是通過(guò)對(duì)用戶需求的分析而獲得的，每一行代表一種用戶類型，每一列代表一種需求屬性值，需求屬性值分為離散值和區(qū)間值兩種。需求屬性包含位置信息獲取需求、位置精度（NACP）需求、位置完好性（NIC和SIL）需求、識(shí)別信息需求、短信息需求等。用戶注冊(cè)中心以文件形式存在，為了提高對(duì)其訪問(wèn)的效率，地面監(jiān)控系統(tǒng)初始化時(shí)將用戶注冊(cè)中心映射到系統(tǒng)內(nèi)存中，以結(jié)構(gòu)體形式存在。

如圖4所示，面向用戶的通航信息智能分類和分發(fā)模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是否有通航數(shù)據(jù)待發(fā)送，以便即時(shí)提取通航數(shù)據(jù)輸入到智能分類算法模塊中。

圖4　面向用戶的通航信息智能分類和分發(fā)技術(shù)Fig.4 User-oriented intelligent classification and distribution technology for general aviation information

智能分類算法模塊通過(guò)用戶ID在用戶注冊(cè)中心中快速指向存放需求屬性值的結(jié)構(gòu)體內(nèi)存，根據(jù)不同用戶ID的不同需求屬性值對(duì)通航數(shù)據(jù)包含的各項(xiàng)數(shù)據(jù)類型（如位置信息、位置精度、識(shí)別信息、飛行員自定義信息等）進(jìn)行過(guò)濾，提取出符合客戶需求的數(shù)據(jù)信息，最終將待發(fā)送的通航數(shù)據(jù)分類成適應(yīng)于各類用戶需求的數(shù)據(jù)信息集。

在分類過(guò)程中，通航數(shù)據(jù)包含的數(shù)據(jù)類型可能與用戶注冊(cè)中心記錄的需求屬性不相關(guān)，若包含這些數(shù)據(jù)類型將減慢和可能誤導(dǎo)分類過(guò)程，智能分類算法模塊利用相關(guān)性分析刪除通航數(shù)據(jù)中這些不相關(guān)或冗余的數(shù)據(jù)類型。

通過(guò)智能分類算法獲取所有用戶所需要的通航新數(shù)據(jù)，根據(jù)與用戶協(xié)定的統(tǒng)一報(bào)文格式，將通航新數(shù)據(jù)封裝，再由分發(fā)模塊完成通航數(shù)據(jù)信息到所有用戶終端的分發(fā)。

5　通航地面監(jiān)控系統(tǒng)驗(yàn)證

5.1仿真測(cè)試

為了對(duì)通航地面監(jiān)控系統(tǒng)的功能和性能進(jìn)行驗(yàn)證，事先采集國(guó)內(nèi)某機(jī)場(chǎng)某時(shí)段的ADS-B飛機(jī)信息，飛機(jī)信息包括位置、航班號(hào)、地址碼。開(kāi)發(fā)了一套仿真系統(tǒng)，該系統(tǒng)按照ADS-B鏈路、移動(dòng)通信鏈路和“北斗”鏈路的通信協(xié)議和鏈路更新率，仿真3條鏈路下發(fā)到地面監(jiān)控系統(tǒng)的3種數(shù)據(jù)報(bào)文。仿真測(cè)試需要設(shè)置的參數(shù)包括ADS-B鏈路數(shù)據(jù)下發(fā)頻率、移動(dòng)通信鏈路數(shù)據(jù)下發(fā)頻率、“北斗”鏈路數(shù)據(jù)下發(fā)頻率、飛行員自定義信息。

仿真系統(tǒng)讀取ADS-B飛機(jī)信息，將每條ADSB飛機(jī)信息封裝成3種鏈路數(shù)據(jù)報(bào)文格式，并按照設(shè)定的發(fā)送頻率，通過(guò)UDP發(fā)送到通航地面監(jiān)控系統(tǒng)，從而對(duì)通航地面監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。

利用仿真數(shù)據(jù)完成對(duì)地面監(jiān)控系統(tǒng)的功能測(cè)試，包括ADS-B單鏈路處理測(cè)試、“北斗”單鏈路處理測(cè)試、移動(dòng)通信單鏈路處理測(cè)試、三鏈路自動(dòng)切換和融合測(cè)試、面向用戶的通航信息智能分類和分發(fā)技術(shù)測(cè)試，功能測(cè)試項(xiàng)全部通過(guò)。

由于整個(gè)系統(tǒng)要求對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及時(shí)準(zhǔn)確地處理，因此通航地面監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具有較高的執(zhí)行效率。地面監(jiān)控系統(tǒng)從收到數(shù)據(jù)到完成鏈路數(shù)據(jù)處理，再到將處理后的通航飛機(jī)數(shù)據(jù)發(fā)送給用戶終端，都是越短越好。經(jīng)仿真數(shù)據(jù)測(cè)試，本系統(tǒng)中處理一個(gè)目標(biāo)報(bào)文所需要的時(shí)間約為722 μs。

5.2現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

為了進(jìn)一步驗(yàn)證系統(tǒng)功能，選擇新疆某通航機(jī)場(chǎng)做系統(tǒng)的驗(yàn)證測(cè)試，在一架通航飛機(jī)上安裝多鏈路通航通信系統(tǒng)的機(jī)載設(shè)備，在地面上安裝ADS-B地面站、“北斗”接收終端和通航地面監(jiān)控系統(tǒng)。該架通航飛機(jī)飛行時(shí)，開(kāi)啟機(jī)載設(shè)備和地面所有設(shè)備，通航地面監(jiān)控系統(tǒng)將處理后的通航飛機(jī)信息發(fā)送給地面用戶顯示終端，地面用戶顯示終端對(duì)某日某時(shí)間段通航飛機(jī)監(jiān)視顯示如圖5所示。

圖5　某日某時(shí)間段通航飛機(jī)監(jiān)視顯示Fig.5 The monitor display of general aviation aircraft in a day in a certain time period

由圖5可見(jiàn)，地面用戶顯示終端能對(duì)通航飛機(jī)飛行軌跡進(jìn)行連續(xù)顯示，有效地實(shí)現(xiàn)了地面對(duì)通航飛機(jī)的監(jiān)視。另外，地面監(jiān)控系統(tǒng)有效地將3條鏈路信息融合為一條飛機(jī)信息發(fā)送到地面用戶顯示終端，避免了地面顯示終端同時(shí)顯示同一目標(biāo)的同一位置點(diǎn)的3個(gè)標(biāo)識(shí)點(diǎn)。地面用戶不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)通航飛機(jī)飛行位置的實(shí)時(shí)監(jiān)視，而且可以通過(guò)飛機(jī)標(biāo)牌準(zhǔn)確地獲知通航飛機(jī)的地址碼、A碼、航班號(hào)、高度、機(jī)載下發(fā)飛行員自定義信息，從而實(shí)時(shí)掌握通航飛機(jī)狀態(tài)和機(jī)組人員狀態(tài)。

通過(guò)測(cè)試證明：通航地面監(jiān)控系統(tǒng)有效地完成了3種鏈路的自動(dòng)切換和融合工作，將來(lái)自3條鏈路的通航飛機(jī)信息整合成一個(gè)飛機(jī)信息報(bào)文發(fā)送給地面顯示終端，大大提高了用戶界面的友好性，并能為地面用戶提供連續(xù)、準(zhǔn)確的通航飛機(jī)監(jiān)視信息。同時(shí)，通航地面監(jiān)控系統(tǒng)利用面向用戶的通航信息智能分類和分發(fā)技術(shù)向通航機(jī)場(chǎng)和通航公司提供差異性的數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)。

6　結(jié)論

本文描述了一種通航地面監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了ADS-B鏈路、“北斗”鏈路和移動(dòng)通信鏈路的多鏈路自動(dòng)切換與融合技術(shù)和面向用戶的通航信息智能分類和分發(fā)技術(shù)。通過(guò)在新疆某通航機(jī)場(chǎng)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，該系統(tǒng)滿足了對(duì)通航飛機(jī)無(wú)縫、不中斷的監(jiān)視需求，并能長(zhǎng)期穩(wěn)定有效地運(yùn)行。該系統(tǒng)在通航機(jī)場(chǎng)的測(cè)試進(jìn)一步驗(yàn)證了多鏈路通信在通航監(jiān)視的應(yīng)用可行性，對(duì)通航監(jiān)視系統(tǒng)中多鏈路的數(shù)據(jù)處理技術(shù)具有一定的參考意義。

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李 恒（1982—），女，四川成都人，2007年于電子科技大學(xué)獲碩士學(xué)位，現(xiàn)為工程師，主要研究方向?yàn)闄C(jī)場(chǎng)工程、空中交通管理；

LI Heng was born in Chengdu，Sichuan Province，in 1982.She received the M.S.degree from University of Electronic Science and Technology of China in 2007.She is now an engineer.Her research concerns airport engineering and air traffic management.

Email：liheng100@163.com

何東林（1976—），男，黑龍江佳木斯人，2006年于莫斯科鮑曼國(guó)立技術(shù)大學(xué)獲碩士學(xué)位，現(xiàn)為高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)闄C(jī)場(chǎng)工程、空中交通管理；

HE Donglin was born in Jiamusi，Heilongjiang Province，in 1976.He received the M.S.degree from Bauman Moscow State Technical University in 2006.He is now a senior engineer.His research concerns airport engineering and air traffic management.

張 益（1983—），男，四川宜賓人，2012年于馬賽中央理工大學(xué)獲博士學(xué)位，現(xiàn)為工程師，主要研究方向?yàn)闄C(jī)場(chǎng)工程、空中交通管理；

ZHANG Yi was born in Yibin，Sichuan Province，in 1983. He received the Ph.D.degree from école Centrale Marseille in 2012.He is now an engineer.His research concerns airport engineering and air traffic management.

趙澤西（1988—），男，四川成都人，2014年于北京航空航天大學(xué)獲碩士學(xué)位，現(xiàn)為助理工程師，主要研究方向?yàn)闄C(jī)場(chǎng)工程、空中交通管理；

ZHAO Zexi was born in Chengdu，Sichuan Province，in 1988.He received the M.S.degree from Beihang University in 2014.He is now anassistant engineer.His research concerns airport engineering and air traffic management.

鄧勝吉（1984—），男，四川富順人，2010年于電子科技大學(xué)獲碩士學(xué)位，現(xiàn)為工程師，主要研究方向?yàn)闄C(jī)場(chǎng)工程、空中交通管理。

DENG Shengji was born in Fushun，Sichuan Province，in 1984.He received the M.S.degree from University of Electronic Science and Technology of China in 2010.He is now an engineer.His research concerns airport engineering and air traffic management.

Design of a Ground Monitoring and Control System for General Aviation Based on Multilink Communication

LI Heng，HE Donglin，ZHANG Yi，ZHAO Zexi，DENG Shengji
（The Second Research Institute，Civil Aviation Administration of China，Chengdu 610041，China）

China's domestic general aviation is facing the problems of single communication means and being lack of moving target monitoring data.To solve above problems，a multilink general aviation communication monitoring system is presented which is based on the combination of automatic dependent surveillance-broadcast（ADS-B）link，Beidou link and mobile communication link.As one of the important components of this system，the general aviation ground monitoring and control system is responsible for receiving three links data，general aviation aircraft data processing and collection，aircraft conflict detection，intelligent distribution of general aviation aircraft information and so on.At the same time，in consideration of ground surveillance requirements of seamless，immediate，accurate and continuous monitoring for general aviation aircraft，multilink automatic handover and fusion is proposed.Real general aviation airport data test results prove that general aviation ground monitoring and control system can process three links data quickly and provide real-time，continuous and seamless aircraft monitoring service for general aviation customers.

general aviation；ADS-B；multilink communication；ground monitoring and control system；automatic handover；user oriented

Civil Aviation Fund of Innovation and Guidance（MHRD20130110）；Civil Aviation Security Capacity Building Funding

TP391；V249

A

1001-893X（2016）04-0401-07

10.3969/j.issn.1001-893x.2016.04.009

李恒，何東林，張益，等.基于多鏈路通信的通用航空地面監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.電訊技術(shù)，2016，56（4）：401-407.［LI Heng，HE Donglin，ZHANG Yi，et al.Design of a ground monitoring and control system for general aviation based on multilink communication［J］.Telecommunication Engineering，2016，56（4）：401-407.］

2015-10-26；

2016-01-04 Received date:2015-10-26；Revised date:2016-01-04

民航創(chuàng)新引導(dǎo)資金（MHRD20130110）；民航安全能力建設(shè)資金

**通信作者:liheng100@163.com Corresponding author：liheng100@163.com