基于海事衛星的AreoSBB中繼的信息傳輸系統

解玉龍 龐天婷

摘 要 近年來飛機事故頻發，而飛機通信存儲介質單一，只能依靠黑匣子來存儲數據，我們通過可為飛機提供完全的TCP/IP連接和速率為432kbps的AreoSBB（Aero SwiftBroadband）系統，研究出一款基于海事衛星的AreoSBB中繼的信息傳輸系統，利用海事衛星傳輸通信終端設備，實時的將飛機的位置、速度、方向、姿態等狀態信息和飛行綜合數據信息通過海事衛星航空站傳輸到指揮中心監控平臺。

【關鍵詞】AreoSBB系統 海事衛星 自恢復 保險絲nand-flash樹形結構

1 概述

隨著通信衛星技術的不斷發展，最新的第四代海事衛星提供的AreoSBB（Aero SwiftBroadband）系統已成為全球運行最穩定、通信功能最強大的航空衛星通信系統，可為飛機提供完全的TCP/IP連接和速率為432kbps的高寬帶通信。它不僅可以解決飛機在航行時的撥打電話、收發傳真，并可以實現空對地、地對空和空對空的通信業務，這些業務包括實時視頻通信、實時位置監控、實時數據傳輸等。

作為世界上最便捷的交通工具-飛機，已經逐漸成為人們首選出行方式。但是近年來飛機事故頻發，而出事故原因好多成為不解的謎團。這是由于飛機通信存儲介質單一，只能依靠黑匣子來存儲數據。距離我們最近一次的飛機失聯事故馬航370航班，通過各國專家努力搜尋多個月依然下落不明，多家航空公司機師表示，在撈出黑匣子前無法完全確定馬航飛機失事的真正原因。為此，我們通過可為飛機提供完全的TCP/IP連接和速率為432kbps的AreoSBB系統，研究出一款基于海事衛星的AreoSBB中繼的信息傳輸系統，利用海事衛星傳輸通信終端設備，實時的將飛機的位置、速度、方向、姿態等狀態信息和飛行綜合數據信息通過海事衛星航空站傳輸到指揮中心監控平臺。

系統研制的重點目標是應用飛機上已安裝的海事衛星Aero SBB系統，實現飛機在執行任務過程中與指揮中心的實時視頻通信；實現地面指揮中心實時的獲取執行任務飛機的飛行位置狀態和飛行綜合數據；使地面指揮中心實時準確的掌握飛行狀況。從而大幅提高飛機在全球范圍執行緊急任務的通信保障和實時信息傳輸能力。

系統研制的重點任務包括兩項：

（1）航空數據采集和記錄終端設備和機載視頻通信設備研制；

（2）指揮中心平臺軟件研發和平臺建設。

2 系統組成

如圖1所示，本項目應用系統組成包括：飛機和機載設備、空間和地面網絡通信系統、指揮中心網絡和平臺應用系統三大部分。

2.1 飛機和機載設備

本項目應用在飛機上的機載設備包括：

（1）機載海事衛星通信終端；

（2）機載音視頻通信終端；

（3）機載航空數據采集和記錄終端。

2.2 空間和地面網絡通信系統

本項目應用海事衛星空間和地面網絡通信系統保障飛機與地面指揮中心的通信，使用位于同步靜止軌道的海事衛星第四代通信衛星與北京海事衛星地面站建立網絡通信連接，通過建設北京海事衛星地面站到指揮中心的網絡專線，實現飛機經海事衛星通信系統到指揮中心的網絡通信連接。

2.3 指揮中心網絡和平臺應用系統

指揮中心由網絡基礎設施和平臺應用系統兩大部分組成，網絡基礎設施包括：海事衛星專線網絡，網絡防火墻和交換機設備等；平臺應用系統包括：飛行數據監控應用系統、飛行位置狀態監控應用系統和視頻通信應用系統。

本項目的實施需要建設指揮中心的網絡基礎設施；搭建平臺應用系統的地理信息服務器、數據庫服務器，視頻通信服務器、飛行監控位置服務網關；部署應用計算機系統和大屏幕顯示系統，開發飛行數據監控應用系統軟件、飛行位置狀態監控應用系統軟件、視頻通信應用系統軟件。

3 設計方案

3.1 機載設備的設計方案

機載設備的設計方案如圖2所示。

機載設備有兩項：

（1）航空數據采集和記錄終端；

（2）適合本系統應用的視頻通信終端。

項目研究過程中需要完成終端的產品硬件設計和嵌入式軟件設計。

3.1.1 硬件設計

航空數據采集和記錄終端的硬件組成如圖3所示。

（1）應用接口。航空數據采集和記錄終端設計了一路RSC232接口，用于連接海事衛星航空站終端，使用航空展終端指令，獲取GPS位置、速度、方向、狀態等信息。

航空數據采集和記錄終端設計了一路RJ45以太網接口，在進行常規通信時，將終端的以太網端口直接與海事衛星航空站的RJ45以太網口連接。

航空數據采集和記錄終端的設計三路標準的RS-422通信接口，通過RS-422接口與機載的數據采集設備連接，獲取需要的機載數據信息。

（2）電源設計。航空數據采集和記錄終端的電源按照機載電子設備的電源接口標準和電氣性能要求設計，支持機上直流27V的電源。

航空數據采集和記錄終端的電源設計輸入極性保護電路，能夠對電源極性接反故障提供保護，當發生電源極性接反的時候，斷開電源輸入電路，當電源輸入恢復至正確的極性連接時，接通電源輸入，提供穩壓電路供電。

航空數據采集和記錄終端的電源設計輸入過流保護電路，能夠防止終端故障影響機上電源的正常工作，接入終端的電源提供保護。當終端發生電源故障引起過流時，串連在供電回路中的自恢復保險絲溫度升高，其導電特性由導體變為高阻抗的電阻，變成斷開引起過流的電路。為確保過流保護電路安全有效，終端設備的電源還設計使用陶瓷保險熔斷器，作為二級的過流保護電路。

（3）處理器電路設計。航空數據采集和記錄終端的控制處理器的設計主要考慮三個方面：一是運行速度滿足數據采集和信息處理的要求，二是內核小、啟動速度快、運行穩定可靠，三是接口能夠滿足要求并且低功耗。

3.1.2 嵌入式軟件設計

航空數據采集和記錄終端的軟件系統設計包括嵌入式操作系統和嵌入式應用軟件設計兩部分。

（1）嵌入式操作系統設計。考慮到系統的成熟性、開放性、安全性等因素，擬選用開源的uC/OS II系統作為航空數據采集和記錄終端的操作系統。

（2）嵌入式應用軟件設計。航空數據采集和記錄終端嵌入式應用軟件按照模塊化的設計思想，根據服務功能特點，內建了海事衛星數據采集模塊用于數據采集；內建機載設備信息采集模塊，用于從機載電子設備讀取狀態信息；內建監控控制參數管理模塊，用于實現監控參數的設置；位置狀態信息處理模塊用于對采集的信息的處理，將不同的屬性類型的數據信息處理后，形成協議格式數據，提交通信傳輸模塊，傳輸到指揮中心；位置監控信息服務模塊用于信息記錄、查詢服務等；數據存儲模塊完成采集數據的本地存儲記錄。

3.2 指揮中心的設計方案

3.2.1 指揮中心的網絡設計

指揮中心網絡主要由內置防火墻的路由器、核心交換機和服務器組成，網絡結構采用樹形結構。樹型結構是分級的集中控制式網絡，它的通信線路總長度短，成本較低，節點易于擴充，尋找路徑比較方便；易于擴充樹形結構可以延伸出很多分支和子分支，這些新節點和新分支都能容易地加入網內；故障隔離較容易，如果某一分支的節點或線路發生故障，很容易將故障分支與整個系統隔離開來。

3.2.2 指揮中心的設備組成

指揮中心的設備包括四類。第一類是網絡設備，包括防火墻和網絡交換機；第二類是服務器，包括地理信息服務器、數據庫服務器和飛行監控位置服務網關；第三類是應用設備，包括視頻通信終端和應用計算機設備；第四類是輔助設備，包括指揮中心大屏幕顯示和音響系統等。

4 系統實現的功能

4.1 飛行中駕駛艙與地面指揮中心的音視頻通信

飛機在飛行過程中，可以通過視頻通信終端呼叫地面指揮中心，實現飛行中駕駛艙內與地面的視頻會議。地面指揮中心也可以根據需要，隨時通過指揮中心的視頻通信設備呼叫飛機；建立視頻通信。

4.2 地面指揮中心對飛機的實時位置監控

指揮中心可通過呼叫實時獲得監控飛機的地理位置、運行方向、運行速度以及各種飛行狀態信息；也可通過定時報設置，實現固定時間間隔的飛機位置狀態報告，并能保證連續的位置狀態監控；也可在指揮中心的監控屏幕上對目標進行連續跟蹤。監控指揮中心位置服務平臺的功能主要有：實時位置顯示、實時狀態顯示、遠程管理配置、定位跟蹤回放等。

4.3 通信信息與地理信息系統的融合

通過將通信信息與地理信息系統平臺的融合，能夠把各類信息如位置數據記錄、飛行數據記錄、通信綜合數據信息等在GIS平臺上表現出來，形成與空間數據相關的地理信息匯總，詳細顯示目標的位置和相應的周邊地理信息、設施情況等，形成直觀的輔助信息，提高指揮員對各方面信息的準確了解，為決策提供有力的信息支持。

5 結語

本系統的應用可實現將全球范圍內飛機在飛行中駕駛艙內的視頻圖像傳至地面指揮中心，并結合指揮中心會議室音視頻軟硬件設備投影至大屏幕；系統利用飛機端的航空數據采集和記錄終端采集信息，利用海事衛星傳輸通信終端設備，實時的將飛機的位置、速度、方向、姿態等狀態信息和飛行綜合數據信息通過海事衛星航空站傳輸指揮中心監控平臺。系統的指揮監控中心平臺可與全球區域執行任務的飛機駕駛艙內進行空對地的‘面對面的會議，也可以接收和主動獲取飛機的采集數據，掌握執行任務飛機的飛行實況，通過指揮中心平臺的實況展現功能，在大屏實時顯示出二維電子地圖上對飛機的實時位置監控，顯示各項采集的飛行數據。

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作者簡介

解玉龍（1972-），男，陜西省周至縣人。高級工程師，學士，從事海事衛星通信技術研究。

作者單位

北京中交通信科技有限公司系統方案部 北京市 100011