一种基于空地宽带通信的应用系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于空地宽带通信的应用系统及方法，属于航空通信和监测领域。该系统包括：机载子系统、地面数据处理子系统、地面分析应用子系统；所述机载子系统设置在飞机上；所述地面数据处理子系统、地面分析应用子系统设置在地面；所述机载子系统通过地空无线通信网络与地面数据处理子系统进行通信，所述地面数据处理子系统与所述地面分析应用子系统连接。利用本发明专利技术可以进行飞机数据的采集、下载、译码、验证和加工，首次实现了飞机数据的实时信息分析和利用，对航空安全、运行管理、机务维修等方面的实时监视和空中互联网服务有重大的促进作用。

An Application System and Method Based on Space-Ground Broadband Communication

【技术实现步骤摘要】
一种基于空地宽带通信的应用系统及方法
本专利技术属于航空通信和监测领域，涉及飞机与地面(即空地)进行实时通信的技术，具体涉及一种基于空地宽带通信的应用系统及方法。
技术介绍
目前，飞机与地面进行通信可用的技术有卫星通信、甚高频数据链(VeryHighFrequencyDataLink)、飞机通信寻址与报告系统(AircraftCommunicationsAddressingandReportingSystem，缩写：ACARS)和基于4G长期演进(LongTermEvolution，LTE)的空地无线宽带通信技术。基于4G长期演进的空地(AirToGround，ATG)无线宽带通信系统利用地面基站与飞机连接，在飞机航路下方的地面布设基站，在飞机上加装ATG机载通信设备，实现飞机与地面通信，称为ATG空地宽带通信。ATG空地无线宽带通信技术在所有空地通信技术中，拥有通信容量大、成本低、实时性强的特点。但是目前没有对基于4G-LTE技术的空地宽带通信进行应用的系统及方法。尤其是利用地空互联网络(包括卫星、地空无线宽带)开展飞机QAR(QuickAccessRecorder快速获取数据记录器)数据实时传输和分析应用，在全球没有先例可循。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种基于空地宽带通信的应用系统及方法，用于对飞机与地面进行空地通信过程中的监视管理和数据分析。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种基于空地宽带通信的应用系统，所述系统包括：机载子系统、地面数据处理子系统、地面分析应用子系统；所述机载子系统设置在飞机上；所述地面数据处理子系统、地面分析应用子系统设置在地面；所述机载子系统通过地空无线通信网络与地面数据处理子系统进行通信，所述地面数据处理子系统与所述地面分析应用子系统连接。所述机载子系统从机载QAR设备接收实时QAR数据包，并通过地空无线通信网络将数据发送给地面数据处理子系统，所述地面分析应用子系统从所述地面数据处理子系统调取数据并进行分析处理；同时，所述机载子系统采集飞机机舱内的音频数据、视频数据，并对音频数据、视频数据进行压缩和编码，通过地空无线通信网络将压缩和编码后的数据发送给地面数据处理子系统；所述地面分析应用子系统从所述地面数据处理子系统调取数据并进行分析及播放。所述机载子系统包括依次连接的机载ATG通信天线、调制解调器、机载网络安全设备、ATG机载服务器；所述ATG机载服务器分别与WIFI路由器、音频采集设备、视频采集设备连接；所述ATG机载服务器能够从机载QAR设备接收实时QAR数据包；所述音频采集设备用于采集飞机舱内的音频数据；所述视频采集设备用于采集飞机舱内的视频数据；所述WIFI路由器用于建立飞机舱内的无线网络环境，提供网络数据无线通信接口。所述机载ATG通信天线设置在飞机的机腹，调制解调器、机载网络安全设备、ATG机载服务器设置在飞机的电子设备舱，所述WIFI路由器、音频采集设备、视频采集设备设置在飞机舱内或机上其它部位。所述地面数据处理子系统包括依次连接的：地面ATG通信天线、地面ATG基站通信设备、地面光纤网络、网络交换机、网络防火墙、数据服务器；所述数据服务器用于存储从机载子系统接收到的数据以及从地面分析应用子系统接收到的数据。所述地面分析应用子系统包括：应用开发服务器、应用软件功能模块、地面视频采集设备、地面音频采集设备；所述应用软件功能模块、地面视频采集设备、地面音频采集设备分别与所述应用开发服务器连接；所述应用开发服务器与所述地面数据处理子系统中的数据服务器连接；所述应用开发服务器提供软件逻辑、接口，供所述应用软件功能模块调用，并将应用软件功能模块产生的数据传送给数据服务器；所述地面视频采集设备、地面音频采集设备分别用于采集地面人员的视频数据、音频数据。所述应用软件功能模块包括：QAR数据实时译码模块、实时飞行仿真及告警模块、飞行航迹实时监视模块、实时发动机健康监视模块、实时航路颠簸指数报告模块、舱内实时监控模块、地空多方视频电话会议模块、实时飞行航路气象服务模块、ATG互联网服务模块；所述QAR数据实时译码模块将原始的QAR数据译码为QAR工程数据，译码后的数据以表格的形式分类显示，然后将QAR工程数据中的舵面参数、操纵参数、所有的飞行参数输出给实时飞行仿真及告警模块，将与飞行航迹相关的飞行参数输出给飞行航迹实时监视模块，将发动机参数输出给实时发动机健康监视模块，将机载气象雷达数据输出给实时飞行航路气象服务模块；同时，所述QAR数据实时译码模块记录译码前后的时刻，进而计算译码所需的时间；所述实时飞行仿真及告警模块接收QAR数据实时译码模块输出的舵面参数、操纵参数、所有的飞行参数后，以虚拟驾驶舱仿真的形式实时显示飞机的飞行状态，并提供不同视角的查看功能；当QAR数据实时译码模块输出的飞行参数超过设定的阈值时，所述实时飞行仿真及告警模块发出告警，同时所述飞行航迹实时监视模块也发出告警；所述飞行航迹实时监视模块接收QAR数据实时译码模块输出的与飞行航迹有关的飞行参数后，实时在二维GIS地图上显示飞机的位置、飞行轨迹、速度，并将飞机的经度、纬度、高度、速度、航班号列表显示，并能够在不同的飞机之间进行切换；当QAR数据实时译码模块输出的飞行航迹有关的飞行参数超过设定的阈值时，所述飞行航迹实时监视模块会发出告警，同时所述实时飞行仿真及告警模块也会发出告警；所述实时飞行仿真及告警模块和飞行航迹实时监视模块对相同的参数设定相同的阈值或者设定不同的阈值；所述实时发动机健康监视模块接收QAR数据实时译码模块输出的发动机参数后，将这些参数以图形、数据列表和/或曲线的形式显示出来；当QAR数据实时译码模块输出的发动机转速、发动机震动、发动机推力、燃油压力、排气温度超过设定的阈值时，所述实时发动机健康监视模块会发出告警；所述实时发动机健康监视模块定时对发动机关键零部件进行在线故障诊断；所述实时航路颠簸指数报告模块接收QAR数据实时译码模块输出的飞机经度、纬度、高度、速度参数、加速度、俯仰角、偏航角、滚转角、扰流板参数、风向、风切变参数后，以图形化方式生成实时航路颠簸指数，使用不同的颜色标示不同的颠簸区域和颠簸指数；所述舱内实时监控模块将机载子系统中的视频采集设备、音频采集设备采集到的飞机舱内的视频数据、音频数据在地面进行分析及播放；所述舱内实时监控模块具有人脸抓拍和识别引擎，能够抓取飞机舱内的视频中的人脸照片，并与人脸数据库进行比对，识别目标旅客的身份信息，并将身份信息显示在屏幕上；所述地空多方视频电话会议模块通过应用开发服务器调用地面视频采集设备、地面音频采集设备采集到的视频数据、音频数据，并将地面的视频数据、音频数据通过应用开发服务器发送给数据服务器，同时通过应用开发服务器从数据服务器获取飞机舱内的音频数据和视频数据；所述实时飞行航路气象服务模块接收QAR数据实时译码模块输出的机载气象雷达数据后，对机载气象雷达数据进行处理生成湍流图和雨区图数据；同时接收来自航路下方的地面气象监测台站输出的气象云图、导航数据，并通过地面数据处理子系统将这些数据发送给在此航路上飞行的后续飞机的机载子系统；所述ATG互联网服务模块具有与互联网连接的接口；飞机舱内的旅客本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于空地宽带通信的应用系统，其特征在于：所述系统包括：机载子系统、地面数据处理子系统、地面分析应用子系统；所述机载子系统设置在飞机上；所述地面数据处理子系统、地面分析应用子系统设置在地面；所述机载子系统通过地空无线通信网络与地面数据处理子系统进行通信，所述地面数据处理子系统与所述地面分析应用子系统连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于空地宽带通信的应用系统，其特征在于：所述系统包括：机载子系统、地面数据处理子系统、地面分析应用子系统；所述机载子系统设置在飞机上；所述地面数据处理子系统、地面分析应用子系统设置在地面；所述机载子系统通过地空无线通信网络与地面数据处理子系统进行通信，所述地面数据处理子系统与所述地面分析应用子系统连接。2.根据权利要求1所述的基于空地宽带通信的应用系统，其特征在于：所述机载子系统从机载QAR设备接收实时QAR数据包，并通过地空无线通信网络将数据发送给地面数据处理子系统，所述地面分析应用子系统从所述地面数据处理子系统调取数据并进行分析处理；同时，所述机载子系统采集飞机机舱内的音频数据、视频数据，并对音频数据、视频数据进行压缩和编码，通过地空无线通信网络将压缩和编码后的数据发送给地面数据处理子系统；所述地面分析应用子系统从所述地面数据处理子系统调取数据并进行分析及播放。3.根据权利要求1所述的基于空地宽带通信的应用系统，其特征在于：所述机载子系统包括依次连接的机载ATG通信天线、调制解调器、机载网络安全设备、ATG机载服务器；所述ATG机载服务器分别与WIFI路由器、音频采集设备、视频采集设备连接；所述ATG机载服务器能够从机载QAR设备接收实时QAR数据包；所述音频采集设备用于采集飞机舱内的音频数据；所述视频采集设备用于采集飞机舱内的视频数据；所述WIFI路由器用于建立飞机舱内的无线网络环境，提供网络数据无线通信接口。4.根据权利要求3所述的基于空地宽带通信的应用系统，其特征在于：所述机载ATG通信天线设置在飞机的机腹，调制解调器、机载网络安全设备、ATG机载服务器设置在飞机的电子设备舱，所述WIFI路由器、音频采集设备、视频采集设备设置在飞机舱内或机上其它部位。5.根据权利要求1所述的基于空地宽带通信的应用系统，其特征在于：所述地面数据处理子系统包括依次连接的：地面ATG通信天线、地面ATG基站通信设备、地面光纤网络、网络交换机、网络防火墙、数据服务器；所述数据服务器用于存储从机载子系统接收到的数据以及从地面分析应用子系统接收到的数据。6.根据权利要求1所述的基于空地宽带通信的应用系统，其特征在于：所述地面分析应用子系统包括：应用开发服务器、应用软件功能模块、地面视频采集设备、地面音频采集设备；所述应用软件功能模块、地面视频采集设备、地面音频采集设备分别与所述应用开发服务器连接；所述应用开发服务器与所述地面数据处理子系统中的数据服务器连接；所述应用开发服务器提供软件逻辑、接口，供所述应用软件功能模块调用，并将应用软件功能模块产生的数据传送给数据服务器；所述地面视频采集设备、地面音频采集设备分别用于采集地面人员的视频数据、音频数据。7.根据权利要求6所述的基于空地宽带通信的应用系统，其特征在于：所述应用软件功能模块包括：QAR数据实时译码模块、实时飞行仿真及告警模块、飞行航迹实时监视模块、实时发动机健康监视模块、实时航路颠簸指数报告模块、舱内实时监控模块、地空多方视频电话会议模块、实时飞行航路气象服务模块、ATG互联网服务模块；所述QAR数据实时译码模块将原始的QAR数据译码为QAR工程数据，译码后的数据以表格的形式分类显示，然后将QAR工程数据中的舵面参数、操纵参数、所有的飞行参数输出给实时飞行仿真及告警模块，将与飞行航迹相关的飞行参数输出给飞行航迹实时监视模块，将发动机参数输出给实时发动机健康监视模块，将机载气象雷达数据输出给实时飞行航路气象服务模块；同时，所述QAR数据实时译码模块记录译码前后的时刻，进而计算译码所需的时间；所述实时飞行仿真及告警模块接收QAR数据实时译码模块输出的舵面参数、操纵参数、所有的飞行参数后，以虚拟驾驶舱仿真的形式实时显示飞机的飞行状态，并提供不同视角的查看功能；当QAR数据实时译码模块输出的飞行参数超过设定的阈值时，所述实时飞行仿真及告警模块发出告警，同时所述飞行航迹实时监视模块也发出告警；所述飞行航迹实时监视模块接收QAR数据实时译码模块输出的与飞行航迹有关的飞行参数后，实时在二维GIS地图上显示飞机的位置、飞行轨迹、速度，并将飞机的经度、纬度、高度、速度、航班号列表显示，并能够在不同的飞机之间进行切换；当QAR数据实时译码模块输出的飞行航迹有关的飞行参数超过设定的阈值时，所述飞行航迹实时监视模块会发出告警，同时所述实时飞行仿真及告警模块也会发出告警；所述实时飞行仿真及告警模块和飞行航迹实时监视模块对相同的参数设定相同的阈值或者设定不同的阈值；所述实时发动机健康监视模块接收QAR数据实时译码模块输出的发动机参数后，将这些参数以图形、数据列表和/或曲线的形式显示出来；当QAR数据实时译码模块输出的发动机转速、发动机震动、发动机推力、燃油压力、排气温度超过设定的阈值时，所述实时发动机健康监视模块会发出告警；所述实时发动机健康监视模块定时对发动机关键零部件进行在线故障诊断；所述实时航路颠簸指数报告模块接收QAR数据实时译码模块输出的飞机经度、纬度、高度、速度参数、加速度、俯仰角、偏航角、滚转角、扰流板参数、风向、风切变参数后，以图形化方式生成实时航路颠簸指数，使用不同的颜色标示不同的颠簸区域和颠簸指数；所述舱内实时监控模块将机载子系统中的视频采集设备、音频采集设备采集到的飞机舱内的视频数据、音频数据在地面进行分析及播放；所述舱内实时监控模块具有人脸抓拍和识别引擎，能够抓取飞机舱内的视频中的人脸照片，并与人脸数据库进...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔祥骏，秦海涛，王淑敏，刘平，周峰，肖宪波，
申请(专利权)人：航科院北京科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11