一种航空多模融合通信系统机载终端的制作方法

1.本发明涉及航空通信技术领域，具体涉及一种集数据传输、卫星通信、高精定位、空管监控等功能的一体化航空多模机载终端，可以实现图传/数传数据链(下行)、指控数据链(上行)、5g公网通信、rtk差分导航、rdss短报文和ads-b空中交通监视等功能。


背景技术：

2.中国民航局指出，要加快扩大5g、大数据、区块链、人工智能、北斗系统等技术的应用。中国民航监管部门有意围绕航路飞行、开展基于5g atg(5g air to ground)技术的探索和研究，面向未来航路阶段的空地数据链路，进一步合理规划低空资源，促进航空通信领域发展。
3.本发明是一种航空多模融合通信系统机载终端，可安装于有人和无人飞行器上，可实现飞行器与北斗卫星、地面控制中心、空中其他飞行器之间的双向通信，该发明集成了数传、定位、告警等功能，为飞行器的安全航行提供了技术支撑，改进优化低空资源调配，为地面监管部门提供有效、可靠、实时的飞行器信息数据。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种航空多模融合通信系统机载终端，结合卫星通信、高速自组网大数据通信、5g移动通信、rtk高精定位导航和ads-b航空广播通信等通信技术，融合专网通信、高精导航、卫星通信、5g互联网和航空空管技术的技术优势，使飞行器在航行过程中能够准确、实时、快速地与地面管控中心和空中其他飞行器等实现数据交换，为飞行器提供可靠数据信息的服务。
5.为了达到上述的目的，本发明提供一种航空多模融合通信系统机载终端，包括：航空多模通信主机、航空多模天线；
6.所述航空多模通信主机包括：数传组网模块、5g公网模块、rtk高精定位导航模块、rdss短报文通信模块、ads-b模块、融合通信模块、电源模块；
7.所述数传组网模块通过专用数传组网路和地面端进行数传和指控通信；
8.所述5g公网模块通过公网数传组网路和地面端进行数传和指控通信；
9.所述rtk高精定位导航模块通过北斗导航定位系统进行飞机的定位定向及测速；
10.所述rdss短报文通信模块通过北斗中继卫星和地面端进行数传和指控通信；
11.所述ads-b模块接收其他飞机广播的ads-b消息并广播发送自身飞机的 ads-消息，将其他飞机广播的ads-b in消息和飞机本身的ads-b out消息通过数传/公网/rdss链路下传到地面；
12.所述融合通信模块负责和图像载荷及飞控系统进行数据交互，对终端数据进行综合处理和数据分发；
13.所述电源模块负责接收机载供电，经dcdc变换后为各模块供电；
14.所述航空多模天线包括：数传组网天线、5g公网天线、rtk导航天线、rdss 短报文
天线、ads-b天线；
15.所述数传组网天线与地面端双向通信，既向地面发射图传、遥测信息，又接收来自地面的指控信息；
16.所述5g公网通信天线与地面端双向通信，通过公网数据链路向地面端收发对飞机进行数传和指控通信；
17.所述rtk导航天线与卫星通信，接收北斗卫星和gps卫星信号，实现对飞机的定位定向及测速；
18.所述rdss短报文天线与北斗中继卫星和地面端通信，接收卫星信号，发送短报文信息，实现对飞机的数传和指控功能；
19.所述ads-b天线与其他飞机和地面端通信，接收空中其他飞机的ads-b 消息、向其他飞机广播发送自身飞机的ads-b消息并向地面发射飞机的ads-b 消息。
20.上述一种航空多模融合通信系统机载终端，其中，所述数传组网模块接收融合通信模块发送的图像或导航数据，经调制后通过天线发送给地面；通过天线接收地面发送的指控数据，经解调后发送给融合通信模块。
21.上述一种航空多模融合通信系统机载终端，其中，所述电源模块负责接收机载28v供电。
22.上述一种航空多模融合通信系统机载终端，其中，所述数传组网模块和5g 公网模块、rdss模块集成在一个板卡上；所述rtk高精定位导航模块和电源模块、融合通信模块集成在一个板卡上。
23.上述一种航空多模融合通信系统机载终端，其中，所述5g公网模块接收融合通信模块发送的图像或导航数据，经调制后通过天线发送给地面基站；通过天线接收地面基站发送的指控数据，经解调后发送给融合通信模块。
24.上述一种航空多模融合通信系统机载终端，其中，所述rtk高精定位导航模块通过天线接收北斗卫星导航系统发送的电文信息，经解调解算后将定位、测速、定向数据发送给融合通信模块。
25.上述一种航空多模融合通信系统机载终端，其中，所述rdss短报文通信模块通过北斗前向天线接收北斗卫星发送的短报文数据，经解调后将指控数据发送给融合通信模块；接收融合通信模块发送机载导航数据，经调制后通过北斗返向天线发送给地面。
26.上述一种航空多模融合通信系统机载终端，其中，所述ads-b模块通过 ads-b天线接收ads-b信号，自动接收其它航空器的发送的ads-b报文，提取其中的航空器识别码、位置、高度、速度、方向和垂直速度等信息，并发送给融合通信模块；接收融合通信模块发送的经纬度、高度、速度等内容的导航信息，并按照d0260b标准组帧成ads-b报文信息进行广播发送。
27.上述一种航空多模融合通信系统机载终端，其中，所述融合通信模块接收飞控系统发送的图像、指令和导航数据，经组帧处理后发送给其他模块；接收 ads-b模块、数传组网模块、5g公网模块、rtk高精定位导航模块、rdss短报文通信模块发送的指令和导航数据，经组帧处理后发送给飞控系统。
28.上述一种航空多模融合通信系统机载终端，其中，所述电源模块将输入的 28v一次电源转换成12v电压，以满足其他板卡的供电需要；将输入的28v一次电源转换成12v电
压，以满足散热风扇的供电需要。
29.与现有技术相比，本发明的技术有益效果是：
30.本发明提出了一种航空多模融合通信系统机载终端，由数传组网模块、5g 公网模块、rtk高精定位导航模块、rdss短报文通信模块、ads-b模块、融合通信模块和电源模块组成；结合卫星通信、高速自组网大数据通信、5g移动通信、rtk高精定位导航和ads-b航空广播通信等通信技术，融合专网通信、高精导航、卫星通信、5g互联网和航空空管技术的技术优势，使飞行器在航行过程中能够准确、实时、快速地与地面管控中心、和空中其他飞行器等实现数据交换，为飞行器提供可靠数据信息的服务。
附图说明
31.本发明的一种航空多模融合通信系统机载终端由以下的实施例及附图给出。图1为机载航空多模通信终端组成框图；
32.图2为机载航空多模通信终端主机框图；
33.图3为5g公网模块组成框图；
34.图4为rtk模块组成框图，采用抗多径、抗遮挡、抗干扰技术，实现复杂环境下连续有效定位；
35.图5为rdss模块组成框图；
36.图6为ads-b模块组成框图；
37.图7为电源模块组成框图；
38.图8为融合通信模块组成框图；
39.图9为电源模块的组成框图。
具体实施方式
40.以下对本发明的一种航空多模融合通信系统机载终端作进一步的详细描述。
41.本发明提出了一种航空多模融合通信系统机载终端，该系统集成了数传组网模块、5g公网模块、rtk差分导航模块、rdss短报文通信模块、ads-b模块、融合通信模块和电源模块。航空多模通信主机为机载终端的主体部分，利用航空多模天线实现与地面端的数传和指控通信、飞行器定位定向及测速以及与其他飞行器实时通信等目的。具体实施方式如下：
42.(1)数传组网模块
43.数传组网模块主要完成的功能如下：
44.a.下行数传：接收融合通信模块发送的图像或导航数据，经调制后通过天线发送给地面；
45.b.上行指控：通过天线接收地面发送的指控数据，经解调后发送给融合通信模块。
46.数传组网模块和5g公网模块、rdss模块集成在一个板卡上，数传组网模块的组成框图如图3所示。模块基于高性能软件无线电soc芯片开发，射频芯片采用宽带集成芯片，集成度高，大大降低系统功耗，减小模块尺寸，适用于自组网通信。接口采用erni公司的microspeed系列接插件，分为p0和p1接口两部分。p0接口主要负责电源分配，p1接口主要负责信号传输。
47.(2)5g公网模块
48.5g公网模块主要完成的功能如下：
49.a.下行数传：接收融合通信模块发送的图像或导航数据，经调制后通过天线发送给地面基站；
50.b.上行指控：通过天线接收地面基站发送的指控数据，经解调后发送给融合通信模块。
51.5g公网模块和数传组网模块、rdss模块集成在一个板卡上，5g公网模块的组成框图如图4所示。该模块基于quectel的5g模组rm500q-cn开发， rm500q-cn是一款支持分集接收功能的5g nr/lte-a/umts/hspa 无线通信模块，支持5g nr sa/nsa、lte-fdd、lte-tdd、dc-hsdpa、hspa 、hsdpa、 hsupa、wcdma等多种网络制式下的数据连接。rm500q-cn是标准的m.2 key-b wwan接口模块，符合pcie m.2接口规范。接口采用erni公司的 microspeed系列接插件，分为p0和p1接口两部分。p0接口主要负责电源分配， p1接口主要负责信号传输。
52.(3)rtk高精定位导航模块
53.rtk模块主要完成的功能如下：
54.定位、测速、定向：通过天线接收北斗卫星导航系统发送的电文信息，经解调解算后将定位、测速、定向数据发送给融合通信模块。
55.rtk模块和电源模块、融合通信模块集成在一个板卡上，rtk模块的组成框图如图5所示。模块接收到rtk信号后经过放大、滤波后，通过射频rfic 下变频到中频信号，然后发送给处理器进行卫星信号的捕获、跟踪、导航电文解调解码、原始观测量提取、pvt解算、协议转换等工作。模块基于紧凑型高精度定位模块设计，支持包括北斗三号新信号体制在内的多系统多频点gnss 信号接收，支持rtk、dgnss、地基增强等多种差分模式，可提供厘米级精度定位服务及高精度定向服务。采用抗多径、抗遮挡、抗干扰技术，实现复杂环境下连续有效定位。接口采用erni公司的microspeed系列接插件，分为p0和 p1接口两部分。p0接口主要负责电源分配，p1接口主要负责信号传输。
56.(4)rdss模块
57.rdss模块主要完成的功能如下：
58.a.北斗前向：通过北斗前向天线接收北斗卫星发送的短报文数据，经解调后将指控数据发送给融合通信模块。
59.b.北斗返向：接收融合通信模块发送机载导航数据，经调制后通过北斗返向天线发送给地面；
60.rdss模块和数传组网模块、5g公网模块集成在一个板卡上，rdss模块的组成框图如图6所示。rdss模块由rdss模组和b1&l1定位模组组成。rdss 模组集成度高、功耗低，内部集成了北斗rdss射频收发芯片、rdss基带芯片、 5w功放芯片及lna，外接北斗sim卡和无源天线即可实现北斗rdss的短报文通信功能。b1&l1定位模组用于辅助定位。接口采用erni公司的microspeed 系列接插件，分为p0和p1接口两部分。p0接口主要负责电源分配，p1接口主要负责信号传输。)
61.(5)ads-b模块
62.ads-b模块主要完成的功能如下：
63.a.接收：通过ads-b天线接收ads-b信号，可自动接收其它航空器的发送的ads-b报
文，提取其中的航空器识别码、位置、高度、速度、方向和垂直速度等信息，并发送给融合通信模块；
64.b.发射：接收融合通信模块发送的经纬度、高度、速度等内容的导航信息，并按照d0260b标准组帧成ads-b报文信息进行广播发送。
65.ads-b模块的组成框图如图7所示。ads-b模块采用arm fpga rf收发器一体化设计，可节省板卡面积，提高系统容量。ads-b模块分为二次电源、数字处理部分和射频处理部分。数字处理部分采用xilinx公司z7系列fpga芯片xc7z020实现。zynq-7000系列是全可编程片上系统，主要包含ps(processingsystem)和pl(programmable logic)两部分。pl采用28nm工艺；ps以2个 cortex a9的arm核为核心，还包括片上存储器、片外存储器接口(ddr)和一系列的外设接口。zynq-7000系列将arm cpu和外设集成在一个芯片内，使得zynq-7000系列皆具处理器和fpga双重特性，适用于软硬件协同设计。射频处理部分包括接收和发射两个通道。接收通道通过低噪声放大、滤波、混频转换为70mhz中频信号后送至数字处理部分。发射通道通过vco生成1090mhzcw信号，由fpga控制高速射频开关完成基带信号和本振信号的2ask调制。接口采用erni公司的microspeed系列接插件，分为p0和p1接口两部分。p0 接口主要负责电源分配，p1接口主要负责信号传输。
66.(6)融合通信模块
67.融合通信模块主要完成的功能如下：
68.a.接收飞控系统发送的图像、指令和导航等数据，经组帧处理后发送给其他模块；
69.b.接收ads-b模块、数传组网模块、公网模块、rtk模块、rdss模块发送的指令和导航数据，经组帧处理后发送给飞控系统。
70.融合通信模块的组成框图如图8所示。融合通信模块的数字处理部分采用 xilinx公司z7系列fpga芯片xc7z010实现。zynq-7000系列是全可编程片上系统，主要包含ps(processing system)和pl(programmable logic)两部分。 pl采用28nm工艺；ps以2个cortex a9的arm核为核心，还包括片上存储器、片外存储器接口(ddr)和一系列的外设接口。zynq-7000系列将arm cpu 和外设集成在一个芯片内，使得zynq-7000系列皆具处理器和fpga双重特性，特别适用于软硬件协同设计。接口采用erni公司的microspeed系列接插件，分为p0和p1接口两部分。p0接口主要负责电源分配，p1接口主要负责信号传输。
71.(7)电源模块
72.电源模块主要完成的功能如下：
73.a.将输入的28v一次电源转换成12v电压，以满足其他板卡的供电需要；
74.b.将输入的28v一次电源转换成12v电压，以满足散热风扇的供电需要。
75.电源模块的组成框图如图9所示。电源板采用导冷散热，输入18～36v直流电源，经emi滤波后通过2个隔离dcdc产生2路12v电压，一路额定功率 100w，为其他6个模块供电，另一路额定功率3.3w，为2个散热风扇供电。板间接口采用erni公司的microspeed系列接插件，包含1个p0接口，主要负责电源分配；风扇接口p2、p3采用工业级2.54-2p插座，风扇引出2.54-2p端子与其相接。