基于多链路通信的通用航空地面监控系统设计

针对国内通用航空通信手段单一、活动目标监视数据匮乏的问题,提出了一种基于广播式自动相关监视（ ADS-B)链路、“北斗”链路、移动通信链路的多链路通用航空（通航)通信监视系统。通航地面监控系统作为该系统中重要组成之一,承担着多链路数据接收、通航飞机信息处理和收集、航空器冲突检测、通航飞机信息智能分发等重要工作。考虑到地面对通航飞机飞行轨迹的无缝、及时、精确、连续的监视需求,提出了一种多链路自动切换与融合技术。通航机场现场测试证明：通航地面监控系统能够快速有效地处理3种链路数据,为通航用户提供实时、连续、无缝的通航飞机监视服务。     

大气气溶胶航空多角度偏振观测实验及数据分析

鉴于多角度偏振辐射数据可以有效提升大气气溶胶参数的反演精度,设计了多角度偏振探测航空实验及数据处理流程。将我国自主研制的多角度偏振成像仪DPC搭载在航空平台上,同时在地面布设太阳辐射计CE318观测站点,设计航线串联地面观测站点,开展了航空飞行实验。对实验获得的数据进行分析处理,结果表明,多角度偏振探测航空实验可获取高精度的偏振、辐射数据;使用该数据反演大气气溶胶光学厚度,反演误差小于3%,初步验证了多角度偏振成像仪可为大气气溶胶多参数反演提供有效的数据。     

增加航空摄影地面收容宽度方法研究

在实施大面积航空摄影时,常需要单航线飞行获取较大的地面收容宽度以提高效率,但单台航空相机的地面收容宽度是有限的。基于某项目的研制,为实现单航线摄影地面收容宽度不小于5.2 H(H为摄影高度)的指标,提出了采用多台短焦距相机组合使用的方式增加单航线摄影地面收容宽度。论述了采用双并列、三并列、四并列实现地面收容宽度指标的计算方法,通过计算前向像移速度差选择最优方案。该方法已在自然灾害监视及灾后重建普查方面得到广泛应用,文中论述的方法对推扫式航空相机、短焦距面阵CCD及胶片相机都是适用的。     

单多普勒激光雷达机场小尺度风场反演研究

基于机场上空小尺度风场结构特点以及单多普勒激光雷达测风原理,本文在现有气象雷达三维风场反演的VVP方法的基础上,提出一种基于三维风场在分析体积内均匀分布假设的几何反演算法。此方法对单多普勒激光雷达测得的径向速度进行处理,实现对机场上空实际风速大小及其角度的反演,进而对风切变等灾害性天气完成探测。通过反演数据与原始数据进行比较,分析反演误差,结果表明几何方法能够较好的反映小尺度风场变化趋势。     

航空多角度偏振观测京津唐地区大气气溶胶

航空大气多角度偏振辐射计（AMPR）可以获取多角度、多波段和偏振辐射观测数据,将AMPR装载于遥感飞机对京津唐地区（工业发达、人口集中）的气溶胶进行观测,经过数据处理和反演,得到该地区的气溶胶光学厚度。反演过程中,以大气校正后的1640nm波段观测数据作为下垫面的地表偏振信息,结合查找表的方法,综合利用多角度光谱偏振辐射信息,反演得到气溶胶的光学厚度。反演结果与同步地基观测数据对比,结果表明AMPR具备观测典型区域大气气溶胶的能力。     

基于ADS-B IN的平行进近冲突检测研究

阐述一种基于ADS-B IN数据进行空空监视的平行进近冲突探测方法，提醒飞行员可能发生的危险接近。利用目标安全等级的航空器位置误差对告警方法进行蒙特卡洛仿真，结果表明根据ADS-B信息能够正确地感知航空器周边的交通情况并对冲突进行检测，提醒航空器驾驶员保持安全间隔或冲突避让。     

基于协同进化的航空高度单粒子翻转故障生成方法研究

大气中子是航空高度下造成航空器机载电子系统翻转故障的主要辐射源。面对航空单粒子效应与航空高度影响关系,该文提出一种基于协同进化的单粒子翻转故障生成方法。生成的故障数据用于模拟实际中子通量随高度变化的规律,为机载电子设备单粒子效应加固和防护实验提供数据支持,同时也可以用于分析航空机组人员飞行期间所接收的中子辐射剂量。验证结果表明,该单粒子翻转故障生成方法生成故障数据与真实高度变化下单粒子失效特征吻合,能够满足器件航空单粒子效应加固测试的需求。     

JY—21全固态航管一次监视雷达

JY－21全固态航管一次监视雷达是按中国民航空中交通管制（ATC）需求研制的新一代机场监视雷达（ASR）。该雷达集飞机监视和气象探测于一体，具有独立的气象信息通道，可以自动提取飞机的点迹数据和气象的反射率数据，整机在不失性能先进的前提下，突出了可靠性、维修性设计，具有较好的联机维修特性。本文叙述了JY－21雷达的技术特点和设计原理。     

基于结构特征的机载LiDAR数据与航空影像自动配准

针对现有机载LiDAR数据与航空影像配准方法对匹配特征具有较强的依赖性,易受数据等影响的问题,提出了一种基于结构特征的自动配准方法。该方法首先提取LiDAR距离图像与对应影像的结构特征,利用初始姿态参数将LiDAR结构特征投影至影像坐标系下,根据结构特征的几何约束条件获取初始匹配点集,完成粗匹配;接着利用粗匹配结果计算直接变换模型（DLT）参数,并以此为初值引入双点几何约束,采用循环迭代的匹配策略,不断剔除错误匹配,获得一组新的匹配点集,完成精匹配;最后根据精匹配结果,采用基于单位四元数的空间后方交会方法解算航空影像的姿态参数,实现机载LiDAR数据与航空影像的自动配准。实验证明,该方法受噪声影响小,能实现机载LiDAR数据与航空影像的自动配准。     

通用航空器协同监视系统技术研究

随着国内通用航空的发展,通用航空器的空域监视成为重要的问题。文章依据我国自主北斗卫星导航系统的功能、ADS-B技术发展及其数据链能力和广泛覆盖的移动通信网络,结合我国低空空域管理的现状,提出一种通用航空器协同监视技术方案,弥补了单一方式空域监控的不足,为低空空域监管难题提供了一种有效的解决方法。     

基于信号特性的宽带航空数据链信号来向估计方法

L频段数字航空通信系统（L-DACS）是未来面向航路阶段的空地数据链路,其工作频段计划部署在航空无线电导航频段,与民航测距机（DME）的频谱有部分重叠,容易受到大功率DME信号的干扰,为了在抑制干扰的同时能充分利用阵列天线的增益,有必要提前估计出L-DACS信号的波达方向。针对航空信道特点,并考虑到机载平台高速运动导致的多普勒频移影响,将L-DACS信号建模为渐进准循环平稳信号,提出了基于渐进准循环平稳特征的L-DACS系统信号来向估计方法。仿真结果表明,该方法能够在机载平台高速运动且受DME信号干扰的场景下估计出期望信号的来向,具有较高的估计准确度和良好的低信噪比适应能力。      

广播式自动相关监视(ADS-B)信息在空管系统中的应用研究

广播式自动相关监视(ADS-B)具有良好的监视手段,能更准确、连续、及时地掌握飞行器的飞行动态,监视范围覆盖了从"登机门到登机门",对在低海拔、非陆地区域等无法布设传统航管雷达的区域能达到补盲作用,帮助管制人员有效地实施空中交通指挥。我国航空事业起步较晚,技术力量薄弱,论文主要对广播式自动相关监视(ADS-B)的组成、工作原理、特性做阐述,介绍利用ADS-B传感器的布设网络,进行ADS-B监视信息的处理并与原有的传统航管雷达进行融合相关,提供ADS-B监视服务。     

飞行中继平台的MDI-QKD应用性能

量子密钥分发（Quantum Key Distribution, QKD）技术的应用领域不断拓宽,其良好的安全保密性能可以有效应对通信安全威胁,在航空通信领域,基于航空飞行平台应用量子密钥分发技术有望大幅提升航空通信系统安全性级别,为局部地区保密通信提供可靠保障,进一步提高区域安全通信保障能力。针对非对称传输效率测量设备无关量子密钥分发（Measurement Device Independent QKD, MDI-QKD）协议在机载条件下的应用问题,在以飞行平台作为测量节点的测量设备无关量子密钥分发技术应用场景下,应用诱骗态协议建立了仿真分析模型,分析了气象条件、飞行高度对系统仿真性能的影响。仿真实验结果表明,在15 km能见度的晴朗天气下,在无人机常用高度飞行的空中移动平台应用诱骗态测量设备无关量子密钥分发协议可以提供作战通信保障,在较远距离通信中存在通信盲区和飞行平台运动限制。同时证明了优化选择信号光源光脉冲强度方案可以有效提高通信能力。实验及分析为量子密钥分发技术在飞行平台上的后续研究和实际应用提供了理论分析基础和优化方法。     

基于EBSBL-BO算法的L-DACS系统干扰抑制方法

L频段数字航空通信系统（L-band digital aviation communication system,L-DACS） 是未来面向航路阶段的空地数据链路,其工作频段部署在两个测距仪（distance measure equipment,DME）工作频段之间,为了消除测距仪产生的高功率脉冲信号对L-DACS系统前向链路正交频分复用接收机的干扰,本文提出基于扩展稀疏贝叶斯-边界优化（extended block sparse Bayesian learning-boundary optimization,EBSBL-BO）算法的高功率DME脉冲干扰抑制方法。首先,利用L-DACS系统正交频分复用接收机的空子载波建立DME干扰信号压缩感知模型;然后,基于EBSBL-BO算法对DME信号进行重构;最后将高功率DME脉冲信号在时域消除。仿真结果显示:本文算法与其他稀疏贝叶斯重构算法相比,本文算法DME脉冲信号重构精度更高,正交频分复用接收机误码率更低,可有效改善L-DACS系统正交频分复用接收性能。      

基于ADS-B导航完好性指标多级GNSS干扰监测方法

由于卫星信号较为微弱,易受到各种有意和无意的干扰,使得全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System, GNSS）不能安全、可靠的提供服务,GNSS干扰监测方法的研究对于保障民航飞行安全具有重要意义。本文利用GNSS射频干扰所导致的广播式自动相关监视（ADS-B）数据中导航完好性指标的变化特性,给出结合受干扰影响航班粗监测以及精细监测的多级GNSS射频干扰监测方法。首先对ADS-B数据导航完好性级别（Navigation Integrity Category, NIC）进行统计分析实现受干扰影响航班的粗监测,再依据干扰发生时多个航班在干扰区域会同时受到影响,具有空间上的聚集性,利用MeanShift聚类方法实现GNSS射频干扰的精细监测,提取干扰发生的起始与终止点所对应的时间与位置信息。实验结果与QAR（Quick Access Recorder,QAR）数据得到的干扰监测结果进行对比分析,验证所提方法的有效性。      

基于四旋翼的空气质量监测系统设计与实现

针对现有空气质量监测手段不能够实现全方位、高机动、立体化监测的缺点,提出一种基于四旋翼飞行器的空气质量监测方法,设计了基于ARM的飞控及数据监测系统、基于FPGA的信号切换系统和基于Lab VIEW的地面数据监测软件。系统将空气数据监测与飞行控制有机结合在一起,设定飞行器目标点高度和位置,能够使飞行器自动飞行至目标点,实时显示当前位置空气质量数据,在实际测试中本系统能够有效完成设定任务。     

无人值守气象站数据采集系统的设计与实现

针对传统有线数据采集技术存在的可移动性差,电线铺设受环境影响大等问题,运用短距离无线通信技术,采用挪威Nordic公司的单片射频发射器nRF905设计出了一个自动气象站系统,采集湿度、压强、温度、光照等气象站数据。通过nRF905芯片,将采集而来的数据经无线通信信道传输至接收端并用LCD12864液晶显示器显示出来。nRF905芯片工作电压为1.9³.6 V,工作于433 MHz/868 MHz/915 MHz三个ISM频道(全球免费波段),芯片功耗非常低。此系统可广泛应用于无线数据采集、环境监测等场合,有很好的灵活性和良好的实时性。     

基于红外探测技术的航空气象报文综合监控告警系统

为满足需要全天候定时定点发布航空气象报文的民用航空气象从业人员的特殊应用需求,开发出了一种结合人体感应状态探测、报文发布状态监控以及声光语音告警的综合监控系统。该系统基于红外探测技术、单片机技术以及计算机编程技术,可通过探测人员工作状态和解码航空气象报文内容信息来判断报文发送状态。由于可以自动调用后台告警模块进行告警,本文系统是一种可监控整个报文发送过程的综合监控告警系统。     

通用航空监视系统的设计与实现

随着我国经济快速发展，通用航空的需求逐渐增大，但是对通用航空有效的监视保障系统还有待完善。针对通用航空存在无法有效实时跟踪监视的问题，利用 ADS-B 监视范围广的特点设计了通用航空监视系统软件，给出了软件的功能设计与系统架构，并详细介绍了监视系统软件实现的关键技术。最后利用 ADS-B 报文数据对通用航空监视系统软件进行测试，测试结果表明，所设计开发的通用航空监视系统软件可以对通用航空飞行器进行有效监视。