一种机载搜救通信系统的制作方法

1.本发明涉及通信领域，特别涉及一种机载搜救通信系统。


背景技术：

2.在日常训练或者实际任务中，由于机械故障、极端恶劣天气、撞鸟、遭遇意外等因素。飞机可能发生坠机事故。由于飞机一般为高空、高速飞行，发生事故位置与实际落地位置会存在较大的偏差。此时快速定位坠机位置，最大程度保障飞行员生命安全成为事故发生后的第一要务。目前通过在机载平台加装搜救电台，利用处于发生事故位置处临近空域的我方飞机来搜索发生事故的飞行员。
3.机载搜救系统由机载平台装备的机载搜救电台和飞行员随身配备的手持式搜救电台组成。机载搜救电台与手持式搜救电台分别装订相应的功能软件控制机载搜救电台与手持式搜救电台工作在相应的工作模式实现搜救通信任务。
4.搜救功能工作模式主要包括话音工作模式、搜索询问工作模式。话音工作模式主要完成执行搜救任务的飞行员与失事飞行员之间的话音通信。搜索询问工作模式主要完成执行搜救任务的机载搜救电台对失事飞行员的手持搜救电台身份码的搜索，询问判定有效身份码的手持搜救电台的位置信息。该位置信息由手持搜救电台通过卫星定位方式获取。机载搜救电台获取手持搜救电台的位置信息后，上报执行搜救任务的飞行员，由该飞行员通知地面相关人员，成对失事飞行员的救助。
5.现有机载搜救通信系统主要存在以下两个方面的不足：
6.1.话音工作模式与搜索询问工作模式独立工作，需要执行搜救任务的飞行员进行手动切换，流程反复不利于搜救任务的进行。在搜救任务执行过程中，首先，由执行搜救任务的飞行员启动机载搜救电台，然后设置当前工作模式，如话音或搜索询问工作模式。之后，在获取改变当前工作模式的消息后，按动机上按钮，手动切换工作模式。最后，在完成当前工作模式下任务后需再次进行手动切换至所需工作模式。该策略需要执行搜救任务的飞行员多次操作，流程反复，不利于搜救任务的开展。
7.2.现有搜救策略下，获取手持搜救电台位置信息时间较长，不利于快速定位失事飞行员位置，并实施救助。首先，手持搜救电台需要失事飞行员手动启动位置定位，定位成功后才会应答机载搜救电台，上报位置消息。其次，机载搜救电台在执行搜索流程时，固定进行五次搜索，之后才会对搜索到的有效身份码进行询问。最后，询问结束后，对因为其他原因未接收到应答位置消息的手持搜救电台不做处理，重新开始下一次搜索询问流程。这种搜救方式，没有有效利用已知的信息，没有充分考虑失事飞行员身体健康状况，搜救效率不高。


技术实现要素：

8.为了解决现有机载搜救通信系统在搜救任务中存在的问题，提出了一种根据工作情况自动切换工作模式，搜救任务执行流程更简洁，搜救任务执行效率更高的自动、高效的
机载搜救通信系统。
9.本发明采用的技术方案如下：一种机载搜救通信系统，包括机载搜救电台与至少一部手持搜救电台，
10.机载搜救电台：
11.机载信号处理与控制单元，用于数字信号收发、根据状态标识执行话音或搜索询问工作流程以及机载射频收发单元的控制；
12.机载射频收发单元，将机载天线单元接收的射频信号处理为数字信号，并发送至机载信号处理与控制单元；接收机载信号处理与控制单元发送的待发射的数字信号，并数字信号处理为模拟信号后由机载天线单元发射；
13.机载天线单元，用于射频搜救信号的辐射与接收；
14.机载供电单元，用于机载信号处理与控制单元、机载射频收发单元以及机载天线单元供电；
15.手持搜救电台：
16.手持信号处理与控制单元，用于对接收到的数字信号解调，判断当前工作流程上报的状态标识，并根据上报的状态标识进行话音或搜索询问应答的工作流程；以及控制手持射频收发单元工作；
17.手持射频收发单元，将手持天线单元接收的射频信号处理为数字信号，并发送至手持信号处理与控制单元；接收手持信号处理与控制单元发送的待发射的数字信号，并数字信号处理为模拟信号后由手持天线单元发射；
18.卫星定位单元，接收卫星信号，周期输出自身位置信息至手持信号处理与控制单元；
19.手持天线单元，用于射频搜救信号的辐射与接收；
20.手持供电单元，根据自动开机单元的控制信号为手持信号处理与控制单元、手持射频收发单元、卫星定位单元、手持天线单元供电；
21.自动开机单元，用于根据手持搜救电台运动状态，控制供电单元启动。
22.进一步的，所述机载信号处理与控制单元由dsp、fpga实现，fpga实现接口处理、射频前端控制以及基带波形处理，接口处理包括数字话音的收发以及身份码、位置信息的接收与上报；射频前端控制包括对机载射频收发单元的工作参数设置；基带波形处理包括对收发数字信号的调制或解调处理；dsp配套有相应数字信号处理软件，与fpga、机载射频收发单元交互以判断机载搜救电台工作状态是否正常；以及根据状态标识控制进行话音或搜索询问工作流程；以及将接收到的身份码存入索引表。
23.进一步的，所述手持信号处理与控制单元由dsp与相应的数字信号处理软件实现，与手持射频收发单元交互以判断手持搜救电台是否正常工作；以及对接收的数字信号解调，判断当前工作流程上报的状态标识，并根据上报的状态标识进行话音或搜索询问应答工作流程；以及对手持射频收发单元的工作参数进行设置。
24.进一步的，所述手持射频收发单元包括射频集成收发芯片、滤波器、低噪声放大器，接收手持天线单元的射频信号时，依次通过低噪声放大器、滤波器对射频信号进行放大、滤波，再通过射频集成收发芯片对滤波后的射频信号进行变频、增益控制、模数转换、抽取、数字滤波，最后发送至手持信号处理与控制单元；接收手持信号处理与控制单元发送的
待发射的数字信号时，通过射频集成收发芯片完成基带信号插值、滤波处理后进行数模转换、上变频、滤波、放大，再由滤波器、放大器完成滤波、功率放大处理，最后由手持天线单元发射。
25.进一步的，所述自动开机单元内置有传感器电路，通过传感器电路实时测量当前手持搜救电台的速度与加速度信息，并周期与门限值进行对比，若超过门限值，则输出控制信号至手持供电单元。
26.进一步的，所述机载信号处理与控制单元中，设置话音接收模式、话音发射模式的优先级高于搜索询问模式；设置话音发射标识与话音接收标识，在有话音需要发送时话音发送标识有效，在有话音消息需要接收时话音接收标识有效，用于机载搜救电台工作模式的自动切换。
27.进一步的，所述机载搜救电台工作模式的自动切换过程为：
28.s1、启动机载搜救电台，进入等待话音接收状态；
29.s2、判断语音接收标识或话音发射标识是否有效，若无效进入s3，若有效进入s4；
30.s3、机载搜救电台工作在搜索询问模式，同时持续处理于话音接收状态等待话音接收标识、话音发射标识有效，当话音接收标识或话音发射标识有效时，停止搜索询问流程，进入s4；
31.s4、根据有效的话音接收标识或话音发射标识，持续接收或发送飞行员的话音，直到对应标识无效，进入等待话音接收状态；
32.s5、若进入等待话音接收状态3s内，音接收标识或话音发射标识有效，则进入s4；若是进入等待话音接收状态3s后，话音接收标识或话音发射标识仍处于无效状态，则进入s3。
33.8.所述搜索询问工作流程具体包括：
34.步骤a、启动搜索流程，机载搜救电台间隔一定时间发射搜索信号，发射结束后进入接收状态，等待手持搜救电台应答的身份码消息；
35.步骤b、手持搜救电台接收到机载搜救电台搜索信号后，进行随机时刻应答；
36.步骤c、机载搜救电台接收到应答消息后，获取应答消息对应的身份码并存储在本地，与本地存储的身份码信息进行对比，有效的身份码信息存入索引表中；
37.步骤d、在下一次发射搜索信号前，查找索引表，判断是否接收到手持搜救电台的有效身份码，若接收到有效身份码，则启动询问流程，发射询问信号，发射结束后进入接收状态，手持搜救电台直接应答位置消息，机载搜救电台接收到后直接上报并存储；
38.步骤e、存储所有有效身份码后，根据索引表中内容，对有效身份码对应手持搜救电台进行逐一询问，直到存储在索引表中的有效身份码全部询问完成；
39.步骤f、根据存储在索引表中不同身份码对应的位置消息判断是否所有具有有效身份码的手持搜救电台均已上报位置消息，若否，则再次询问未上报位置消息的手持搜救电台；若是，则进入步骤a。
40.与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：
41.1、利用有效标识判断任务优先级实现软件自动切换工作模式的功能，通过设置话音工作模式、搜索询问工作模式的优先级，首先执行低优先级的任务，当高优先级任务有效标识为有效时软件自动转入高优先级任务，高优先级任务执行完成后，退出高优先级任务，
继续执行低优先级任务。通过工作模式的软件自动切换，可以有效避免执行搜救任务的飞行员对机载搜救电台进行反复操作，更加有利于搜救工作任务的开展。
42.2、通过手持搜救电台内置状态传感器判断是否自动启动定位、搜索询问应答功能。手持搜救电台根据自身运动信息，判断是否需要启动定位、搜救功能以帮助飞行员更快上报自身位置信息，完成与执行搜救任务的机载搜救电台之间话音通信。这种自启动方式充分考虑了失事飞机飞行员健康状况，自动完成手持搜救电台的定位功能、搜救功能、话音通信功能的启动。
43.3、一搜多探的搜索询问策略，简化了搜救任务工作流程。一次搜索流程后，通过对比获取的身份信息，确认有效后即转入询问流程。对没有获取正确位置信息的有效身份码进行再次询问。这种方式有效的节约了获取手持搜救电台位置信息的时间，提高了搜索效率。
附图说明
44.图1是本发明的机载搜救通信系统组成图。
45.图2是本发明机载搜救电台的示意图。
46.图3是本发明手持搜救电台的示意图。
47.图4是本发明的搜索询问与话音工作模式自动切换流程图。
48.图5是本发明的一搜多探工作模式流程图。
具体实施方式
49.下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的模块或具有相同或类似功能的模块。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。相反，本技术的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
50.如图1所示，本实施例提出了一种机载搜救通信系统，主要是由机载搜救电台、一部或多部手持搜救电台组成。
51.其中，机载搜救电台主要具备话音通信功能、搜索询问功能。机载搜救电台受执行搜救任务的飞行员控制，机载搜救电台根据当前工作模式的优先级自动执行话音与搜索询问功能。。当话音接收或发射标识无效时执行搜索询问工作流程，当话音接收或发射标识有效时，停止搜索询问工作流程，执行话音工作流程，当话音接收或发射标识从有效变为无效后，继续执行搜索询问工作流程。
52.手持搜救电台主要具有自启动触发功能、话音通信功能、卫星定位功能、搜索询问应答功能。
53.手持搜救电台根据内置传感器检测当前飞行员状态，内置传感器通过测量速度、加速度等运动状态信息，并周期与门限值进行对比。当测量值超过门限值后，输出启动手持搜救电台信号，自动启动内置话音通信功能、卫星定位功能、搜索询问应答功能；卫星定位功能，通过接收卫星定位信息并进行解算后完成自身经纬高位置确定；话音通信功能可以自动接收搜救飞行员通过机载搜救电台发射的话音信号，并输出话音，也可由失事飞行员
通过按压手持搜救电台上开关主动发射话音信息给搜救飞行员；搜索询问应答功能，接收到机载搜救电台发射的搜索、询问信息后，根据消息协议上报身份码、地址等有效信息。
54.具体的，如图2所示，机载搜救通信系统具体组成如下：
55.机载搜救电台包括：
56.机载信号处理与控制单元，用于数字信号收发、根据状态标识执行话音或搜索询问工作流程以及机载射频收发单元的控制；
57.机载射频收发单元，将机载天线单元接收的射频信号处理为数字信号，并发送至机载信号处理与控制单元；接收机载信号处理与控制单元发送的待发射的数字信号，并数字信号处理为模拟信号后由机载天线单元发射；
58.机载天线单元，用于射频搜救信号的辐射与接收；
59.机载供电单元，用于机载信号处理与控制单元、机载射频收发单元以及机载天线单元供电。
60.在本实施例中，机载信号处理于控制单元，由由数字信号处理器(dsp)、现场可编程门阵列(fpga)以及相应的数字信号处理软件、现场可编程门阵列逻辑软件构成。
61.fpga通过fpga逻辑软件分别执行接口处理、射频前端控制、基带波形处理任务。
62.其中，
63.接口处理：通过接口协议处理完成与机载任务系统的消息收发，包括数字话音的收发以及身份码、位置信息的接收与上报。
64.射频前端控制：通过对外接口完成对机载射频收发单元的工作模式、工作频率、链路增益等要素控制。
65.基带波形处理：对收发数字中频信号的抽取、插值处理，完成对数字信号的滤波处理，完成数字信号调制、解调处理。
66.dsp与对应的数字信号软件主要执行状态检测、逻辑控制、协议处理、索引表维护任务。
67.其中，
68.状态检测：通过与fpga逻辑软件、机载射频收发单元交互判断机载搜救电台的工作状态是否正常。
69.逻辑控制：根据fpga逻辑软件上报的状态标识，判断机载搜救电台应当进行话音或搜索询问工作流程，并执行相应的工作流程。
70.协议处理以及索引表维护：对fpga逻辑软件调制、解调数字信号进行协议处理，对接收到的身份码信息与自身存储的身份码进行对比，并存入索引表。
71.具体的，机载搜救电台的状态标识由fpga产生；
72.话音工作流程：接收时，当fpga话音解调通道接收数字中频信号得到话音接收有效后，产生话音接收有效标识给dsp，由dsp控制fpga执行后续话音接收流程；发射时，当fpga采集到话音发射开关有效后，产生话音发射有效标识给dsp，由dsp控制fpga执行后续话音发射流程。
73.搜索询问工作流程：由dsp判断fpga产生的话音接收，话音发射标识是否有效，若无效，且前3秒内均无效，则执行由dsp控制fpga执行搜索询问流程。
74.机载射频收发单元由机载信号处理与控制单元控制，在接收时，完成接收射频信
号的放大、滤波、下变频处理，并将模拟中频信号数字化，数字化后的中频信号由接口发送给机载信号处理与控制单元，完成数字信号的处理。在发射时，接收机载信号处理与控制单元发射的数字信号并进行数模转换，对模拟中频信号进行滤波、放大、上变频处理后，进行功率放大并经由机载天线单元发射。
75.天线单元主要完成射频搜救信号的辐射与接收；
76.供电单元主要完成机载搜救电台的电源转换、电源滤波以及各个单元的供电。
77.如图3所示，手持搜救电台包括：
78.手持信号处理与控制单元，用于对接收到的数字信号解调，判断当前工作流程上报的状态标识，并根据上报的状态标识进行话音或搜索询问应答的工作流程；以及控制手持射频收发单元工作；
79.手持射频收发单元，将手持天线单元接收的射频信号处理为数字信号，并发送至手持信号处理与控制单元；接收手持信号处理与控制单元发送的待发射的数字信号，并数字信号处理为模拟信号后由手持天线单元发射；
80.卫星定位单元，接收卫星信号，周期输出自身位置信息至手持信号处理与控制单元；
81.手持天线单元，由定位天线与搜救天线组成，用于定位以及射频搜救信号的辐射与接收；
82.手持供电单元，根据自动开机单元的控制信号为手持信号处理与控制单元、手持射频收发单元、卫星定位单元、手持天线单元供电；
83.自动开机单元，用于根据手持搜救电台运动状态，控制供电单元启动。
84.具体的，在本实施例中，手持信号处理与控制单元由dsp与相应的数字信号处理软件实现，主要执行状态检测、逻辑控制、协议处理、射频前端控制任务。
85.状态检测：通过与手持射频收发单元交互判断手持搜救电台是否正常工作。
86.协议处理：对接收基带数字信号的解调，判断当前工作流程上报的状态标识。
87.逻辑控制：根据上报的状态标识判断手持搜救电台应当进行话音、搜索或询问应答的工作流程，并执行。
88.射频前端控制：通过对外接口完成对手持射频收发单元的工作模式、工作频率、链路增益等要素控制。
89.具体的，状态标识由dsp产生；射频收发芯片发送数字中频信号至dsp，由dsp解调判断为话音信号时，dsp软件内部产生话音接收标识，执行话音接收流程；由dsp解调判断为搜索信号时，dsp软件内部产生搜索有效标识，执行搜索应答发射流程；由dsp解调判断为询问信号时，判断询问的身份码与本机身份码是否一致，若一致，dsp内部产生询问有效标识，执行询问应答发射流程，上报自身位置。而在话音发射时，dsp采集到手持搜救电台话音发射开关有效后，dsp软件内部产生话音发射标识，执行话音发射流程。
90.手持射频收发单元包括射频集成收发芯片、滤波器、低噪声放大器，接收手持天线单元的射频信号时，依次通过低噪声放大器、滤波器对射频信号进行放大、滤波，再通过射频集成收发芯片对滤波后的射频信号进行变频、增益控制、模数转换、抽取、数字滤波，最后发送至手持信号处理与控制单元；接收手持信号处理与控制单元发送的待发射的数字信号时，通过射频集成收发芯片完成基带信号插值、滤波处理后进行数模转换、上变频、滤波、放
大，再由滤波器、放大器完成滤波、功率放大处理，最后由手持天线单元发射。
91.自动开机单元中由低功耗、高灵敏度传感器电路构成，在正常飞行时，手持搜救电台处于待机状态，内置传感器独立工作，通过对比传感器测量值与设置的阈值综合判断是否启动搜救功能，在本实施例中，通过传感器电路实时测量当前手持搜救电台的速度与加速度信息，并周期与门限值进行对比，若超过门限值，则输出控制信号至手持供电单元，从而控制手持供电电路的开关的开合，由手持供电单元分步对手持信号处理与控制单元、卫星定位单元、手持射频收发单元供电，在各单元完成初始化后，由手持信号处理与控制单元下发工作参数控制各单元正常工作。在本实施例中，主要通过加速度信息进行判断，若某时刻的加速度值大于门限，则启动；其中，速度作为辅助判断，根据前后时刻速度的大小判断为正向加速度或负向加速度，对加速度值进行门限比较。
92.卫星定位单元，通过接收、解算卫星定位信号，周期输出自身经纬高位置坐标信息至信号处理与控制单元。
93.手持供电单元，由蓄电池、充放电电路、供电开关电路组成，分别完成蓄电池的充放电管理，以及手持搜救电台内各个单元的供电控制，供电开关电路受自动开机单元控制。
94.需要说明的是，在本实施例的机载信号处理与控制单元中，设置话音接收模式、话音发射模式的优先级高于搜索询问模式，话音接收与话音发射的优先级相同；由于话音通信传递的消息量更大，通信方式更简单有效故以话音通信工作模式为高优先级，搜索询问工作模式为低优先级，通过有效标识来确认高优先级任务是否有效，高优先级的任务到来时，退出当前低优先级的任务，执行高优先级任务。高优先级任务执行完成后，继续执行低优先级任务，搜救功能执行软件根据有效标识判断是否进入或退出高优先级任务，通过优先级、有效标识的设置，实现搜索询问、话音工作模式自动切换。
95.如图4所示，本实施例提出了机载搜救电台工作模式的自动切换过程：
96.当搜救飞行员开始搜救任务，启动机载搜救电台后，搜救通信功能启动搜索询问流程，进入等待话音接收状态，同时判断话音接收标识、话音发射标识是否有效，若话音接收标识、话音发射标识处于无效状态，则搜救通信功能软件工作在搜索询问模式，同时处于话音接收状态等待话音接收标识、话音发射标识有效。若话音接收或话音发射标识有效，则停止当前搜索询问流程，进入话音接收或者话音发射流程，同时判断话音接收标识或话音发射标识是否为无效，若话音发射标识处于有效状态，则持续进行话音发射流程，直到话音发射标识处于无效状态，停止话音发射，若话音接收标识处于有效状态，则持续进行话音接收流程，直到话音接收标识处于无效状态，停止话音接收；话音发射、话音接收标识处于无效状态停止话音发射或话音接收后，进入等待话音接收状态，等待3秒后，话音发射、话音接收标识依然处于无效状态，则重新启动搜索询问流程，判断话音接收标识、话音发射标识是否有效。
97.通过在话音标识结束后设置3s的等待时间，能够避免搜救通信功能软件一直处于高优先级工作流程无法退出，同时设置一定的等待时间避免工作模式频繁切换，简化了搜救任务流程。
98.如图5所示，同时在本实施例中还提供了具体的搜索询问工作流程：
99.在搜索询问工作模式下，首先启动搜索流程，机载搜救电台间隔一定时间发射搜索信号，发射结束后进入接收状态，等待手持搜救电台应答的身份码消息；等待时长可容纳
接收多部手持搜救电台应答的身份码消息。
100.手持搜救电台接收到机载搜救电台搜索信号后，应答时刻随机，可以有效避免手持搜救电台发射信号互相碰撞干扰。机载搜救电台接收手持搜救电台的应答消息，获取该手持台的身份码，并存储在本地，与本地存储的身份码信息进行对比，对比有效的身份码信息存入索引表中。
101.在发送下一次搜索信号前，查找索引表，判断是否接收到手持搜救电台应答的有效身份码。若接收到有效身份码，则启动询问流程，发射询问信号，发射结束后进入接收状态，等待手持搜救电台应答的位置消息，上报给搜救飞行员并在本地存储。
102.存储所有有效身份码后，根据索引表中内容，对有效身份码信息进行逐一询问，直到存储在索引表中的有效身份码全部询问完成。根据存储在索引表中不同身份码对应的位置消息判断是否接收到的所有的有效身份码的手持搜救电台均上报了位置消息，若存在未收到位置消息的手持台，则再次询问该身份码手持搜救电台，间隔一定时长后，重新进入搜索流程，启动下一次搜索询问。
103.该过程采用一搜多探工作模式，通过建立索引表，存储一次搜索中多部手持搜救电台应答的身份码消息，对不同的身份码信息进行询问，获得该身份码对应的位置信息。完成全部身份码消息询问后，判断是否有因为其他原因导致未接收到位置信息的身份码，对该身份码进行再次询问，节约了再次搜索的时间。同时，一次搜索后，若接收到手持搜救电台应答的身份码消息，即转入询问工作流程，不再进行多次搜索，减小了搜索次数，节约了等待时间，提高了搜救效率。
104.需要说明的是，在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义；实施例中的附图用以对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
105.尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。