基于海事卫星的AreoSBB中继的信息传输系统

解玉龙 庞天婷

摘 要 近年来飞机事故频发，而飞机通信存储介质单一，只能依靠黑匣子来存储数据，我们通过可为飞机提供完全的TCP/IP连接和速率为432kbps的AreoSBB（Aero SwiftBroadband）系统，研究出一款基于海事卫星的AreoSBB中继的信息传输系统，利用海事卫星传输通信终端设备，实时的将飞机的位置、速度、方向、姿态等状态信息和飞行综合数据信息通过海事卫星航空站传输到指挥中心监控平台。

【关键词】AreoSBB系统 海事卫星 自恢复 保险丝nand-flash树形结构

1 概述

随着通信卫星技术的不断发展，最新的第四代海事卫星提供的AreoSBB（Aero SwiftBroadband）系统已成为全球运行最稳定、通信功能最强大的航空卫星通信系统，可为飞机提供完全的TCP/IP连接和速率为432kbps的高宽带通信。它不仅可以解决飞机在航行时的拨打电话、收发传真，并可以实现空对地、地对空和空对空的通信业务，这些业务包括实时视频通信、实时位置监控、实时数据传输等。

作为世界上最便捷的交通工具-飞机，已经逐渐成为人们首选出行方式。但是近年来飞机事故频发，而出事故原因好多成为不解的谜团。这是由于飞机通信存储介质单一，只能依靠黑匣子来存储数据。距离我们最近一次的飞机失联事故马航370航班，通过各国专家努力搜寻多个月依然下落不明，多家航空公司机师表示，在捞出黑匣子前无法完全确定马航飞机失事的真正原因。为此，我们通过可为飞机提供完全的TCP/IP连接和速率为432kbps的AreoSBB系统，研究出一款基于海事卫星的AreoSBB中继的信息传输系统，利用海事卫星传输通信终端设备，实时的将飞机的位置、速度、方向、姿态等状态信息和飞行综合数据信息通过海事卫星航空站传输到指挥中心监控平台。

系统研制的重点目标是应用飞机上已安装的海事卫星Aero SBB系统，实现飞机在执行任务过程中与指挥中心的实时视频通信；实现地面指挥中心实时的获取执行任务飞机的飞行位置状态和飞行综合数据；使地面指挥中心实时准确的掌握飞行状况。从而大幅提高飞机在全球范围执行紧急任务的通信保障和实时信息传输能力。

系统研制的重点任务包括两项：

（1）航空数据采集和记录终端设备和机载视频通信设备研制；

（2）指挥中心平台软件研发和平台建设。

2 系统组成

如图1所示，本项目应用系统组成包括：飞机和机载设备、空间和地面网络通信系统、指挥中心网络和平台应用系统三大部分。

2.1 飞机和机载设备

本项目应用在飞机上的机载设备包括：

（1）机载海事卫星通信终端；

（2）机载音视频通信终端；

（3）机载航空数据采集和记录终端。

2.2 空间和地面网络通信系统

本项目应用海事卫星空间和地面网络通信系统保障飞机与地面指挥中心的通信，使用位于同步静止轨道的海事卫星第四代通信卫星与北京海事卫星地面站建立网络通信连接，通过建设北京海事卫星地面站到指挥中心的网络专线，实现飞机经海事卫星通信系统到指挥中心的网络通信连接。

2.3 指挥中心网络和平台应用系统

指挥中心由网络基础设施和平台应用系统两大部分组成，网络基础设施包括：海事卫星专线网络，网络防火墙和交换机设备等；平台应用系统包括：飞行数据监控应用系统、飞行位置状态监控应用系统和视频通信应用系统。

本项目的实施需要建设指挥中心的网络基础设施；搭建平台应用系统的地理信息服务器、数据库服务器，视频通信服务器、飞行监控位置服务网关；部署应用计算机系统和大屏幕显示系统，开发飞行数据监控应用系统软件、飞行位置状态监控应用系统软件、视频通信应用系统软件。

3 设计方案

3.1 机载设备的设计方案

机载设备的设计方案如图2所示。

机载设备有两项：

（1）航空数据采集和记录终端；

（2）适合本系统应用的视频通信终端。

项目研究过程中需要完成终端的产品硬件设计和嵌入式软件设计。

3.1.1 硬件设计

航空数据采集和记录终端的硬件组成如图3所示。

（1）应用接口。航空数据采集和记录终端设计了一路RSC232接口，用于连接海事卫星航空站终端，使用航空展终端指令，获取GPS位置、速度、方向、状态等信息。

航空数据采集和记录终端设计了一路RJ45以太网接口，在进行常规通信时，将终端的以太网端口直接与海事卫星航空站的RJ45以太网口连接。

航空数据采集和记录终端的设计三路标准的RS-422通信接口，通过RS-422接口与机载的数据采集设备连接，获取需要的机载数据信息。

（2）电源设计。航空数据采集和记录终端的电源按照机载电子设备的电源接口标准和电气性能要求设计，支持机上直流27V的电源。

航空数据采集和记录终端的电源设计输入极性保护电路，能够对电源极性接反故障提供保护，当发生电源极性接反的时候，断开电源输入电路，当电源输入恢复至正确的极性连接时，接通电源输入，提供稳压电路供电。

航空数据采集和记录终端的电源设计输入过流保护电路，能够防止终端故障影响机上电源的正常工作，接入终端的电源提供保护。当终端发生电源故障引起过流时，串连在供电回路中的自恢复保险丝温度升高，其导电特性由导体变为高阻抗的电阻，变成断开引起过流的电路。为确保过流保护电路安全有效，终端设备的电源还设计使用陶瓷保险熔断器，作为二级的过流保护电路。

（3）处理器电路设计。航空数据采集和记录终端的控制处理器的设计主要考虑三个方面：一是运行速度满足数据采集和信息处理的要求，二是内核小、启动速度快、運行稳定可靠，三是接口能够满足要求并且低功耗。

3.1.2 嵌入式软件设计

航空数据采集和记录终端的软件系统设计包括嵌入式操作系统和嵌入式应用软件设计两部分。

（1）嵌入式操作系统设计。考虑到系统的成熟性、开放性、安全性等因素，拟选用开源的uC/OS II系统作为航空数据采集和记录终端的操作系统。

（2）嵌入式应用软件设计。航空数据采集和记录终端嵌入式应用软件按照模块化的设计思想，根据服务功能特点，内建了海事卫星数据采集模块用于数据采集；内建机载设备信息采集模块，用于从机载电子设备读取状态信息；内建监控控制参数管理模块，用于实现监控参数的设置；位置状态信息处理模块用于对采集的信息的处理，将不同的属性类型的数据信息处理后，形成协议格式数据，提交通信传输模块，传输到指挥中心；位置监控信息服务模块用于信息记录、查询服务等；数据存储模块完成采集数据的本地存储记录。

3.2 指挥中心的设计方案

3.2.1 指挥中心的网络设计

指挥中心网络主要由内置防火墙的路由器、核心交换机和服务器组成，网络结构采用树形结构。树型结构是分级的集中控制式网络，它的通信线路总长度短，成本较低，节点易于扩充，寻找路径比较方便；易于扩充树形结构可以延伸出很多分支和子分支，这些新节点和新分支都能容易地加入网内；故障隔离较容易，如果某一分支的节点或线路发生故障，很容易将故障分支与整个系统隔离开来。

3.2.2 指挥中心的设备组成

指挥中心的设备包括四类。第一类是网络设备，包括防火墙和网络交换机；第二类是服务器，包括地理信息服务器、数据库服务器和飞行监控位置服务网关；第三类是应用设备，包括视频通信终端和应用计算机设备；第四类是辅助设备，包括指挥中心大屏幕显示和音响系统等。

4 系统实现的功能

4.1 飞行中驾驶舱与地面指挥中心的音视频通信

飞机在飞行过程中，可以通过视频通信终端呼叫地面指挥中心，实现飞行中驾驶舱内与地面的视频会议。地面指挥中心也可以根据需要，随时通过指挥中心的视频通信设备呼叫飞机；建立视频通信。

4.2 地面指挥中心对飞机的实时位置监控

指挥中心可通过呼叫实时获得监控飞机的地理位置、运行方向、运行速度以及各种飞行状态信息；也可通过定时报设置，实现固定时间间隔的飞机位置状态报告，并能保证连续的位置状态监控；也可在指挥中心的监控屏幕上对目标进行连续跟踪。监控指挥中心位置服务平台的功能主要有：实时位置显示、实时状态显示、远程管理配置、定位跟踪回放等。

4.3 通信信息与地理信息系统的融合

通过将通信信息与地理信息系统平台的融合，能够把各类信息如位置数据记录、飞行数据记录、通信综合数据信息等在GIS平台上表现出来，形成与空间数据相关的地理信息汇总，详细显示目标的位置和相应的周边地理信息、设施情况等，形成直观的辅助信息，提高指挥员对各方面信息的准确了解，为决策提供有力的信息支持。

5 結语

本系统的应用可实现将全球范围内飞机在飞行中驾驶舱内的视频图像传至地面指挥中心，并结合指挥中心会议室音视频软硬件设备投影至大屏幕；系统利用飞机端的航空数据采集和记录终端采集信息，利用海事卫星传输通信终端设备，实时的将飞机的位置、速度、方向、姿态等状态信息和飞行综合数据信息通过海事卫星航空站传输指挥中心监控平台。系统的指挥监控中心平台可与全球区域执行任务的飞机驾驶舱内进行空对地的‘面对面的会议，也可以接收和主动获取飞机的采集数据，掌握执行任务飞机的飞行实况，通过指挥中心平台的实况展现功能，在大屏实时显示出二维电子地图上对飞机的实时位置监控，显示各项采集的飞行数据。

参考文献

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作者简介

解玉龙（1972-），男，陕西省周至县人。高级工程师，学士，从事海事卫星通信技术研究。

作者单位

北京中交通信科技有限公司系统方案部 北京市 100011