北斗系統(tǒng)在直升機(jī)指揮調(diào)度系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

黃虎兵，閆冰冰，王四建

（安徽四創(chuàng)電子股份有限公司，合肥 230001）

1 系統(tǒng)產(chǎn)品應(yīng)用需求分析

隨著我國(guó)直升機(jī)產(chǎn)業(yè)的大發(fā)展，直升機(jī)應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛，越來(lái)越多先進(jìn)的直升機(jī)走進(jìn)百姓生活。除了傳統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域得到進(jìn)一步拓展外，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的強(qiáng)勁增長(zhǎng)逐漸形成新的高消費(fèi)階層，這將使私人與公務(wù)直升機(jī)的需求不斷增長(zhǎng)。國(guó)內(nèi)新聞經(jīng)?？梢?jiàn)直升機(jī)被用在婚禮、觀光旅游等，同時(shí)直升機(jī)在火災(zāi)救援、海上急救、緝私緝毒、消防、醫(yī)療救助等公務(wù)方面的應(yīng)用也在很快的展開(kāi)。伴隨著直升機(jī)的使用越來(lái)越來(lái)多，也暴露出直升機(jī)的通信問(wèn)題。目前直升機(jī)與控制中心通信采用的通信系統(tǒng)主要是以下方式相結(jié)合：

（1）甚高頻通信（VHF）：主要用于飛機(jī)在起飛、著陸期間以及飛機(jī)通過(guò)管制空域與地面交通管制人員之間的雙向語(yǔ)言通信。

（2）高頻通信（HF）：是一種機(jī)載遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)，用于遠(yuǎn)程飛行時(shí)保持飛機(jī)與基地間、飛機(jī)與飛機(jī)間的通信聯(lián)絡(luò)。HF 通信系統(tǒng)工作于短波波段，工作頻率2-30MHz。

（3）無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信：利用現(xiàn)有的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，建立通信渠道和二次開(kāi)發(fā)。

這三種通信方式的結(jié)合一定程度上解決了直升機(jī)與控制中心的聯(lián)絡(luò)問(wèn)題，但是并不完美。首先VHF 通信雖然可以雙向語(yǔ)音，但是通信距離太近而且受飛行高度影響較大；高頻通信通信距離遠(yuǎn)但是由于短波信號(hào)的不穩(wěn)定，電臺(tái)數(shù)量的眾多及電臺(tái)之間的相互干擾，嚴(yán)重影響了HF 通信系統(tǒng)的通信質(zhì)量。而無(wú)線網(wǎng)絡(luò)又受到地域的制約，在森林、山區(qū)等移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)無(wú)法覆蓋的地方就顯得一籌莫展了。另一方面直升機(jī)的定位和通信方式是受管制的，這樣雖然便于監(jiān)管部門(mén)的監(jiān)管，但是使用部門(mén)信息獲取不夠便捷，很難做到實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)度。

2 實(shí)現(xiàn)可行性

隨著北斗二號(hào)系統(tǒng)的開(kāi)通運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了區(qū)域內(nèi)更高的定位、授時(shí)和測(cè)速精度，更具有位置報(bào)告和短報(bào)文功能。北斗二號(hào)系統(tǒng)不受地域影響的優(yōu)勢(shì)不但能保證直升機(jī)通信的連續(xù)性，也可以為使用部門(mén)提供對(duì)直升機(jī)更直接有效的監(jiān)控和指揮調(diào)度。北斗的技術(shù)由軍用轉(zhuǎn)化而來(lái)，其技術(shù)成熟可靠，國(guó)家從戰(zhàn)略角度出發(fā)，大量推廣扶持北斗在各行各業(yè)的應(yīng)用，有關(guān)北斗應(yīng)用于直升機(jī)的項(xiàng)目也有機(jī)會(huì)獲得國(guó)家主管部門(mén)、地方發(fā)改委等政府部門(mén)的支持。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)采用指揮調(diào)度中心配置北斗指揮型用戶(hù)機(jī)，直升機(jī)配置下屬北斗用戶(hù)機(jī)，通過(guò)北斗衛(wèi)星系統(tǒng)中繼的方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。

目前，成熟的北斗指揮機(jī)可實(shí)現(xiàn)的功能包括：具有人機(jī)交互控制和導(dǎo)航參數(shù)顯示功能；具有可見(jiàn)及鎖定衛(wèi)星指示；具有衛(wèi)星信號(hào)功率檢測(cè)和指示；能實(shí)現(xiàn)用戶(hù)定位信息接收、顯示、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)，能根據(jù)上級(jí)指揮型用戶(hù)機(jī)下發(fā)的導(dǎo)航指令按指令導(dǎo)航，支持軌跡回放及軌跡數(shù)據(jù)管理；RNSS 可接收BD-2衛(wèi)星信號(hào)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)導(dǎo)航、定位、定時(shí)等；RDSS 具有定位、通信、位置報(bào)告、指令進(jìn)行導(dǎo)航等功能；接收北斗衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)，實(shí)現(xiàn)下屬用戶(hù)位置監(jiān)控和通播以及高精度授時(shí)等；實(shí)現(xiàn)對(duì)所屬用戶(hù)終端基本屬性信息和動(dòng)態(tài)信息在數(shù)字地圖上的動(dòng)態(tài)顯示處理，態(tài)勢(shì)標(biāo)繪和歷史軌跡回放；實(shí)現(xiàn)對(duì)所屬終端的輔助導(dǎo)航功能；實(shí)現(xiàn)信息查詢(xún)，包括地理信息查詢(xún)、任務(wù)查詢(xún)、指示命令查詢(xún)等；實(shí)現(xiàn)對(duì)北斗定位信息、通信信息及相關(guān)信息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)管理和綜合應(yīng)用；實(shí)現(xiàn)對(duì)所屬北斗用戶(hù)機(jī)信息的管理。

目前，北斗指揮型用戶(hù)機(jī)可容納100-1000個(gè)用戶(hù)終端，基本滿(mǎn)足行業(yè)需求。北斗指揮機(jī)是導(dǎo)航定位系統(tǒng)的應(yīng)用指揮平臺(tái)，是連接用戶(hù)和中心控制系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的關(guān)鍵設(shè)備。

以北斗指揮機(jī)為核心的指揮調(diào)度中心利用北斗通信、定位的通信方式，可以實(shí)時(shí)的監(jiān)控用戶(hù)設(shè)備飛行路線、實(shí)時(shí)位置及命令的下達(dá)工作，給指揮調(diào)度提供高可靠的通信保障，不受深山老林等偏遠(yuǎn)地區(qū)信號(hào)的限制，通信線路實(shí)時(shí)暢通。利用北斗衛(wèi)星進(jìn)行精準(zhǔn)授時(shí)，保證系統(tǒng)的性能和可靠性、安全性。

同時(shí)結(jié)合電子地圖可實(shí)現(xiàn)如實(shí)時(shí)位置、軌跡路線、軌跡回放等功能，更直觀的顯示直升機(jī)信息。

3.2 難點(diǎn)及解決辦法

機(jī)載用戶(hù)機(jī)采用BD1/BD2/GPS 雙模設(shè)備，對(duì)定位精度提高到5m 以?xún)?nèi)，由于直升機(jī)的時(shí)速達(dá)到300km/h，而連續(xù)定位間隔需要根據(jù)北斗卡頻度來(lái)確定，一般來(lái)說(shuō)對(duì)于民用市場(chǎng)開(kāi)放的頻度為1min，計(jì)算得出1min 飛機(jī)行進(jìn)距離5km 左右，為指揮決策者提供的信息誤差較大，為了縮小由于頻度引起的誤差?？梢圆捎靡韵聝煞N方式：一是單機(jī)多卡的方式，也就是說(shuō)，一套北斗終端設(shè)備采用多個(gè)北斗卡輪換連續(xù)定位，可以把定位頻度縮小至10s 之內(nèi)，在有效地時(shí)間段之內(nèi)連續(xù)定位點(diǎn)數(shù)增加6–10倍左右，定位誤差縮小5倍以上，給指揮決策者提供更可靠地實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。二是可以在RDSS 通信頻度內(nèi)多次采集RNSS 的定位數(shù)據(jù)，這樣不但可以提供更多定位信息，也能提高定位精度，按通信頻度60s，根據(jù)每次定位數(shù)據(jù)的容量和每條短報(bào)文的容量計(jì)算，可以得出一個(gè)通信頻度內(nèi)可采集三個(gè)RNSS 的定位數(shù)據(jù)，這樣定位點(diǎn)數(shù)可以提高3倍左右。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的瓶頸

由于目前民用北斗卡的頻度較高，每條短報(bào)文的容量又是有限的，因此在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量上受到了嚴(yán)重制約。如果隨著北斗系統(tǒng)資源的進(jìn)一步放開(kāi)，將來(lái)或可實(shí)現(xiàn)北斗語(yǔ)音對(duì)講，這樣就可以實(shí)現(xiàn)完全替代直升機(jī)現(xiàn)有通信系統(tǒng)的可能。由于通信衛(wèi)星都位于赤道上方，高緯度的地區(qū)衛(wèi)星信號(hào)會(huì)有一定影響，高緯度地區(qū)使用可能出現(xiàn)通信成功率不高的情況。