具有射頻功能的飛機輪擋在機場特種車輛定位中的應用研究

摘""要：具有射頻技術的飛機輪擋，通過射頻信號與機場特種車輛實時進行信息傳遞，使機場特種車輛準確確定飛機的位置，從而實現快速接近與靠機作業，減少交通駕駛事故，提高機務工作人員的安全，提高機場運行效率。由于射頻技術具有通用性，在后續的技術升級中，可以將該定位技術應用在其他類型的機場特種車輛上，從而實現作業聯動，對建設智慧機場有重要的過渡和引導作用。

關鍵詞：射頻""飛機輪擋""機場特種車輛""定位技術

中圖分類號：V22

Research"on"the"Application"of"Aircraft"Wheel"Block"with"Radio"Frequency"Function"in"the"Positioning"of"Special"Vehicles"in"Airports

CHEN"Yue

Civil"Aviation"Maintenance"College，"Shanghai"Civil"Aviation"College，"Shanghai，"200232"China

Abstract：The"aircraft"wheel"block"with"radio"frequency"technology"transmits"information"in"real"time"with"the"airport"special"vehicle"through"the"radio"frequency"signal，"it"enables"them"tonbsp;so"that"the"airport"special"vehicle"can"accurately"determine"the"position"of"the"aircraft"，"so"as"toand"achieve"rapid"approach"and"aircraft"operation，"reduce"traffic"driving"accidents，"improve"the"safety"of"maintenance"staff，"and"improve"the"operation"efficiency"of"the"airport."Due"to"the"universality"versatility"of"radio"frequency"technology，"in"the"subsequent"technical"upgrades，"the"positioning"technology"can"be"applied"to"other"types"of"airport"special"vehicles，"thereby"achieving"operationalso"as"to"realize"the"operation"linkage"and"playing，"which"has"an"important"transitional"and"guiding"role"in"the"construction"of"smart"airports.

Key"Wwords：Radio"fFrequency;，"Aircraft"wWheel"bBlock;，"Airport"sSpecial"vVehicles;，"Positioning"tTechnology

隨著民航業的快速發展，航班起降頻次在不斷增加，會出現機場運行效率低、特種車輛協同保障能力不足的問題。因此，應用自動駕駛技術解決上述問題已成為民航業的共識。目前，國內外都在大力發展機場特種車輛自動駕駛技術[1]，研發機場智能交通系統和智能調度系統，最大限度地解決機場地面特種車輛協同工作和調度問題[2]。

為解決上述問題，本文設計了一種的基于無線射頻識別技術（Radio"Frequency"Identification，RFID）的機場特種車輛定位系統。該定位系統是在飛機輪擋的頂端（包括前起落架輪擋和主起落架輪擋），安裝具有射頻功能的RFID標簽，在機場特種車輛的車頭左右兩側各安裝一臺具有接收功能的閱讀器。該定位系統通過電磁波的方式實現閱讀器與標簽之間的數據通信，將采集到的關鍵信息傳送至處理器，通過相應算法進行計算獲得機場特種車輛與飛機的位姿關系（距離和角度），再規劃出合適的行駛路線后，通過顯示屏或語音系統將操作步驟告知機場特種車輛操作員，從而輔助駕駛員快速完成靠機等作業。在該系統的幫助下，可以縮短機場特種車輛的作業時長，降低靠機失誤率，避免車輛擁擠排隊現象，提高機場運輸效率。

1"""無線射頻技術概述

無線射頻技術不僅有掃描速度快、體積小的優點，還具備穿透力強、數據容量大、安全性高等特點[3]。

RFID定位系統包含硬件組件和軟件組件兩部分[4]。其中，具有數據發射功能的標簽和具有數據接收功能的閱讀器是定位系統硬件部分的核心。閱讀器作為接收數據的終端，在標簽與軟件系統進行數據信息交互時起到了關鍵作用，可同時識別多個標簽[6]。

1.1""閱讀器

閱讀器是標簽與系統軟件進行信息交互的中間橋梁，其功率的大小決定其識別范圍和讀寫能力。一個功能齊全的閱讀器由控制模塊、射頻模塊與天線3個部分組成。電磁波信號與射頻信號通過天線實現互轉，射頻模塊主要是發射和接收信號，進行調制與解調；而控制模塊主要完成對數據通信的控制以及對標簽內的數據進行讀取、修改與編解碼。

1.2""天線

天線的設計對RFID系統來說極其重要，因為它的好壞會直接影響到信息交互質量、識別范圍以及識別效率。閱讀器和標簽的信息傳輸和數據交互都是通過天線實現的。閱讀器的每個天線都有各自的識別區域，只有當標簽位于閱讀器的識別范圍內才能夠被識別出來；最后標簽的信息又通過天線傳以電磁波的方式傳送至閱讀器。

天線一般可以設計成定向與全向天線兩種，前者的信號只能以一定角度的錐形輻射空間進行發散和識別，而后者則可以天線為球心的球狀輻射空間進行發散和識別，可以實現更大范圍的信號傳播。

1.3""標簽

標簽由標簽芯片和天線兩部分組成，其內部結構由射頻模塊、控制器、存儲器組成。標簽依據其內部能否進行供電，可分為有源、半有源及無源3種類型。它們的主要區別在于標簽內部有無電池從而自行提供工作電源，以滿足自身工作運轉。無源標簽利用閱讀器天線產生的電磁波場，經過磁場整流，再返回標簽信號，無源標簽具備體量小、造價低廉、壽命長等優勢。有源標簽則要求標簽必須自帶電池來提供電源，并且能主動發送標簽信號。有源標簽的讀取、識別距離較遠，可識別范圍遠遠大于無源標簽。半有源標簽只在讀器發出請求信號后才能工作發送標簽信號，內部電池會輔助供電，不能主動工作。

2""具有RFID射頻功能的飛機輪擋

本文所設計的一種基于RFID技術的機場特種車輛定位系統，即在飛機輪擋的頂端（包括前起落架輪擋和主起落架輪擋），安裝具有射頻功能的RFID標簽，在機場特種車輛的車頭左右兩側各安裝一臺具有射頻接收功能的閱讀器。

當飛機在機坪停穩時，會有專業的機務人員將飛機輪擋放置在飛機前起落架的前后和主起落架外側輪胎的前后。因此，當某種機型的飛機在機坪停穩且飛機輪擋在飛機起落架輪胎前后放置完成，飛機輪擋便將飛機的位置固定住。通過頂端的RFID標簽，對服務該飛機的機場特種車輛發出電磁波信號，特種車輛通過閱讀器接收這些信號并進行計算后，完成車輛定位工作。

3""無線射頻定位原理

RFID定位的本質是通過標簽發射電磁波信號并被閱讀器接收后進行定位。目前，主流的定位算法包括LANDMARC算法、AOA算法、TOA算法等[5]。雖然這些算法的邏輯運算不同，每種定位系統所需要的關鍵信息也不相同，但它們的基本定位機制卻有相似之處。首先，定位對象通過標簽將射頻信號持續且穩定地發射出來；隨后，閱讀器從定位對象獲得其發出的射頻信號；最后，定位系統將接收到的信號進行解析計算，轉換為對定位有用的位置信息。

本文采用TOA定位算法，也被稱為基于信號到達時間的定位算法，通過采集信號從標簽出發的時刻與被閱讀器接收的時刻，將兩者時刻差值乘以電磁信號的傳播速度，便可計算出標簽與閱讀器之間的距離。電磁波以3×108"m/s的速度進行恒速傳播，傳播距離的長短會與時間的長短成正相關[6]。因此，TOA定位算法只需要精確計算出標簽發射的信號到達閱讀器的時間差，即可準確得出兩者之間的距離。

本文所設計的定位系統，每個閱讀器需要接收3個標簽發出的信號，通過TOA算法課計算出閱讀器和標簽之間的距離值。以標簽為圓心，以標簽和閱讀器之間的距離為半徑繪制圓形，3個圓形的交點即為閱讀器的坐標位置，如圖2所示。

其中，Tag1、Tag2、Tag3為3個飛機輪擋所在位置，由于定位測量不僅需要確定車輛與飛機之間的位置距離，還包括兩者之間的角度關系，因此一輛特種車輛將至少安裝兩個閱讀器（Reader2在圖2中未標出）。假設某輛機場特種車輛安裝有兩個閱讀器，分別為Reader1和Reader2。

Tag1、Tag2、Tag3坐標為已知值，分別為（x1，y1），（x2，y2），（x3，y3），Reader1為特種車輛上安裝的一個閱讀器，坐標為（xr1，yr1）是未知。通過定位系統計算出標簽Tag1、Tag2、Tag3發出的射頻信號到達Reader1的時間差分別為t1、t2、t3，則標簽與閱讀器的距離如公式（1）所示。

式（1）中：c代表電磁波的傳播速度，數值為3×108"m/s；t為到達的時間差，單位為s。

根據式（1）獲得的標簽與閱讀器之間的距離結果，再通過三角測量方法進行定位計算，可得到公式（2）。

式（2）中：x1、y1、x2、y2、x3、y3均為已知數值，由式（2）即可計算出對應的閱讀器Reader1的坐標值（xr1，yr1），同理，即可求出閱讀器Reader2的坐標值（xr2，yr2）。當Reader1和Reader2的坐標值均求出后，機場特種車輛與飛機的位置和角度便具有唯一性。

4""無線射頻定位系統的優勢

綜上所述，本文所設計的無線射頻定位系統，主要應用在機場特種車輛與被服務飛機之間有定位要求的場合。其主要優勢有以下幾個方面。

4.1""避免碰撞

飛機地面服務工作需要多種特種車輛同時進行，就會導致飛機與車輛和車輛與車輛之間的交通錯綜復雜。為確保車輛工作時不會碰撞到飛機，需實時掌握車輛和飛機的位置關系。因此，本文所設計的定位系統，不僅能夠實時監測車輛和飛機的位置狀態，還能夠確保它們在作業時保持一定的安全距離。

4.2""提高效率

機場特種車輛種類眾多，為了提高這些車輛的調度效率，減少擁擠和排隊現象，縮短整體作業耗時，這就需要實現車輛與飛機之間的精確定位。本文所設計的定位系統，可以根據車輛和飛機的位置關系，及時調度相應的特種車輛進行服務，以確保航班的順利進行。

4.3""可存儲和實時性

射頻技術具有儲存性，可以將行車信息記錄下來，對一些事故原因分析起到幫助作用，進而有利于督促機場特種車輛駕駛人員的規范化操作。同時，通過提高數據更新率，可以實時反映車輛和飛機的位置變化，確保定位的實時性。

5""結語

綜上所述，隨著智能化技術的發展，機場特種車輛逐漸實現智能化管理。機場特種車輛與飛機之間通過實時定位，可以保障航班和地面安全、滿足高精度定位需求以及提高運營效率和服務質量。該定位系統在后續升級中，可以與車輛管理系統、調度系統等實現無縫集成，實現車輛信息的實時共享和智能調度。通過集成化的設計，可以實現對車輛行駛軌跡的實時監控、歷史數據的回溯分析以及車輛狀態的遠程監控等功能，提高機場的運營效率和安全性。

參考文獻

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[4]"JIANG"Y，MA"Y，LIU"H，et"al.RF-SML：a"SAR-based"multi-granular"and"real-time"localization"method"for"RFID"tags[J].Electronics，2020，9（9）：1447-1466.

[5]"羅仕濤.基于RFID技術的地下停車場定位算法研究[D].綿陽：西南科技大學，2023.

[6]"齊迪，郭俊宇，楊一琛.基于RFID的鐵路巡檢人員定位系統研究[J].電子設計工程，2024，32（3）：129-133.