空中交通监视与通信系统技术方案

一种用于空中交通控制器的空中交通监视与通信系统，包括数个地面第一数字无线电传收器，每一个第一数字无线电传收器都各自位于一个指定的地理区段内，并且各有一第一频率频道来支持共线数字语音，以及一第二频率频道支持数字数据频道以向下连结监视数据与向上连结、向下连结数据通信。第一与第二频率频道是成对的。因此，每当地面命令更换频率时，第一与第二频率频道都会自动地调频到另一对新的空中－地面频率上。该系统还包括数个空中第二数字无线电传收器，各自位于每一架飞机中。每一个第二无线电传收器都有相关的第一与第二频率频道，以及导航数据源在每一架飞机上。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的背景与简略说明国际空中系统(NAS)中提供的空中交通管制(ATC)服务的关键是三项主要的功能导航、监视以及通信。导航功能让飞机沿着预定的路线飞行。监视功能收集关于飞机位置所在的数据。空中-地面通信功能使得传送ATC指令给飞行员以及飞行员传回数据和请求变得较为简便。NAS另外有一个广大的存在的基础结构来支持这三项主要的ATC功能。为了支持导航，国家都涵盖在959VHF全方向范围(959VHFOmnidirectional Ranges，VOR)网络中。VOR在空中提供原则支持飞机途中以及终点站的导航信号。VOR随附在距离量测仪器(DME)、LORAN C以及日益扩展的全球定位系统(GPS)中。为了支持仪器着陆导航，所有国家的机场配备了797仪器降落系统设备。监视功能是由操作主要与次要的雷达系统网络来达成。网络是由298个主要雷达与相关的次要雷达感应器以及大约30个次要的唯雷达(radar-only)监视站组合而成。空中-地面通信功能则是由飞行途中、终点站和指挥塔与飞行服务站的VHF与UHF无线电网络来直接与飞行员联络。以上所提到的由导航、监视以及通信基础结构支持的ATC系统是建立与保持在ATC系统内的飞机之间以及飞机与地面之间安全分离的主要系统。作为此系统的备份，FAA已经发展出来而且飞机也已经配备了交通警觉与防撞系统(Traffic Alert and Collision Avoidance System，TCAS)此系统利用从机载询问机对次要雷达反应所接收到的数据并且是对付不安全空中交通状况的最后一道防线。有效的、现存的NAS ATC基础结构有许多的问题。这些问题包括了·需要昂贵的操作与维护费用来维持广大的导航、监视以及空中-地面无线电设备。·没有足够的VHF频宽可供使用。目前，频宽都使用在空中-地面无线电、VOR以及仪器降落系统设备中的局部化元件方面。频道的不足将成为ATC服务推广的限制因素之一。·需要昂贵的费用来替换老化的导航、监视以及空中-地面无线电元件。·目前的模拟无线技术有很大的信道噪音。·模拟通信技术中通信网络的有效管理与控制的能力有限。·对先进的ATC演算法来说，受限的监视精确度导致数据不足。·TCAS中有限的方向差，造成错误警报时常发生并且无法支持分辨算法。·缺少空中-地面数据通信能力，导致空中-地面经常拥塞、控制器的工作量偏高以及空中-地面通信发生错误。本专利技术的目的是提供一套集成ATC通信、导航以及监视的基础结构以消除上述的问题。本专利技术是一集成通信、导航监视的系统能克服上述目前NAS中的问题。本专利技术中的主要特点是一工作在现有VHF频段全新的空中-地面无线电基础结构每一个空中交通控制位置都有一对的频率。其中的一个频率将会符合目前的ATC操作概念，支持空中交通区段的共线通话。第二个频率会符合目前的FAA双向数据连结操作概念，支持一数据频道，该数据频道用来向下连结单独的监视数据以及向上连结与下连结的数据通信。频率是成对的，以便，每当地面要求改变频率时，语音与数据频道会被调整到另一对新的空中-地面频道。在本专利技术的较佳实例中，支持的无线电全部是数字式的，工作在10.0KHZ频率间隙。不接收ATC服务的VFR飞机，将会支持一共同的存取频道以及独立的数据频道，以便能够从飞机上收集监视的数据而不必改变目前ATC系统中的操作概念。此处使用的SACOM一词，指的是本专利技术中的申请监视与通信系统(applicants′surveillance and communication system)，使用在空中交通控制系统。SACOM系统运用独立的监视来提供符合监视需求的数据。SACOM导航数据的来源将是全球定位系统(GPS)，如被FAA推广到令GPS作为一单独的导航工具。在较佳实例中SACOM系统运用带多数表决的三冗余GPS接收器以极大的可能性来确保，SACOM数据频道上报告的飞机位置可以适于空中交通控制的目的。SACOM数据连接结构为3D位置报告提供每个在途空中交通控制位置的多达60个飞机8.4秒的监视更新率，以及每个终点空中交通位置的多达30个飞机的4.2秒监视更新率。位置报告能够通过地面网络要求地面系统提供这些数据的分布。通过可以对某一指定的地区监控其多重数据连结频率的RF前端，位置报告对SACAS(air-to-air collision avoidance·system)是有可获得的。SACOM系统符合数据连结系统(DLS)的概念以及航空电信网络(ATN)协议结构。机载的元件都被设计可以适用于现代的飞机数据结构。除了空中-地面无线电之外，主要的支持地面元件就是SACOM通信控制器(SCC)。此元件初始化向上连结数据并且从普通的通信数据中提供分散的向下连结监视数据。监视数据依据静态路径表分散在请求ATC处理器内。DLS通信数据经过ATN路径功能，在网络协议层和ATN互相交错。本专利技术中的系统解决现存通信、导航、监视结构的问题如下·SACOM可以省却替换老化的ATCBI监视系统所需的花费。·SACOM经由免除维护次要监视传感器延伸网络，可以降低基础结构O＆M的花费。·SACOM提供高品质数字语音，大大地降低飞行员与控制器在频道上的杂音。·SACOM利用数字技术使得通信网络监控与控制较为便利。·SACOM提供空中-地面通信的子网络，能够支持双向数据连结(TWDL)、飞行数据连结(FIS-DL)。和通数据系统数据连结(TIS-DL)以及ATN结构概念。本专利技术的较佳实例中，其主要的技术优点，摘要如下·10.0HZ数字语音频道-VHF。·10.0HZ数字3D位置报告与数据连结频道。·总共有2900个VHF语音与数据频道附加到现今的760个语音频道上。·8M/2σ三维精确度的有-各处的监视。-SACAS目标报告。-终点平面。·较快的位置报告更新率。-途中8.4秒。-终点4.2秒。·数据子网络平均提供6.6Kbps。·数据子网络和ATN与双向数据连结(TWDL)兼容。·控制区段要求较大的通道(throughput)，可以增加额外的数据通道。·独特的数字数据与位置报告协议-对各处的位置报告或数据不会断章取义。附图说明以上所述以及其它本专利技术的目的、优点与特点在接下来伴随附图的详细说明中会变的更为明显图1是飞机或地面传送器脉冲串结构(burst structure)的元件；图2是传统超帧(super-frame)的组成；图3是一依据本专利技术的实例帧实例；图4A、4B、4C和4D分别是次帧1中的地面-空中的脉冲串格式，次帧2中地面-空中的脉冲串格式，次帧3中地面-空中的脉冲串格式，次帧4中地面-空中的脉冲串格式；图5是用户监视脉冲串的表；图6是依据本专利技术飞机数据传送器实例的方块图；图7是本专利技术中一组完整的飞机设备实例的总方块图；图8是地面数据传送器实例的方块图9是依据本专利技术实例的数据子网络脉冲串的图形说明；图10是本专利技术的较佳实例中典型的子网络设备组成；图11是系统结构进一步的功能方块图；图12是依据本专利技术的典型区段子网络；图13是依据本专利技术两个典型的切换概要；以及图14是服务开始对照表。本专利技术的细节说明接下来的章节中提供本专利技术元件的详细信息，包括有RF连结设计、机上装备、地面RF终端设备以及本本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于空中交通控制器的空中交通监视与通信系统，包括：数个地而第一无线电传收器装置，每一个第一数字无线电传收器装置都分别地位于一个指定的地理区段内，并且各有一第一频率频道来支持其共线数字语音以及一第二频率频道用于支持数字数据频道来向下连结相依的监视数据与向上连结、向下连结数据通信，所述第一与第二频率频道是成对的，因此，每当地面命令更换频率时，第一与第二频率频道都会自动地调频到一对新的空中－地面频率上，数个空中第二数字无线电传收器装置，每一架飞机上一个，每一个第二无线电传收器都有相关的第一与第二频率频道，以及导航数据源在每架飞机上，所述导航数据源包括ＧＰＳ接收装置，用于产生飞机的纬度、经度、高度、速度、航向与滑行等飞机的导航数据，以及将所述导航数据源与各个飞机传收器相耦合以便从第二频道传送到多个地面第一无线电传收器装置中的至少一个装置，每一个所述地面第一无线电传收器装置都有一个通信控制器来初始化向上连结数据与分解向下连结监视数据，并且在飞机所在区段内，向空中交通控制器来广播该数据。２．如权利要求１中的空中交通监视与通信系统，其中，每一个数字无线电传收器装置包括了用于让数字无线电传收器以１０ＫＨＺ的频距操作的装置。...

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：莱昂纳德舒克曼，罗纳德布鲁诺，约翰基法里奥提斯，史蒂夫格林伯格，爱德华J扎克热夫斯基，
申请(专利权)人：斯坦福电讯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]