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飞行训练中ADS-B系统设计与软件实现

作　者: 周跃飞
导　师: 白金平；王欣
学　校: 电子科技大学
专　业: 软件工程
关键词: 广播式自动相关监视(ADS-B) 通用访问收发机(UAT) 全球卫星定位系统(GPS) 数据链
分类号: V243
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

飞行安全是民用航空界不懈的追求,其中可控飞机撞地和飞机空中相撞是影响飞行安全的主要因素,为有效减少可控飞机撞地和飞机空中相撞的危险,航空界不断地进行防撞理论和防撞设备的研究。本文中所介绍的广播式自动相关监视技术(ADS-B)就是该套理论的最新研究成果。本文简要介绍了ADS-B的基本原理以及在当前的应用领域,针对ADS-B在美国,澳大利亚,俄罗斯及北欧的发展经历和发展现状展开分析,指出其各自的优势,并在此基础上,提出了借鉴国外应用ADS-B技术的相对成熟经验,并参考国内现行的空管模式和标准,对现有的ADS-B机载设备、地面基站、应用软件等各个子系统进行集成,设计研发适合飞行学院教学训练使用的基于ADS-B技术的中文版空中交通管制客户端软件。论文还就飞行学院为何选型以UAT模式的ADS-B设备原因,以及机载设备的安装及地面基站的建设、布局和实际应用情况作了详细介绍。本文还重点介绍了ADS-B系统的数学理论,就其如何利用GPS信号定位飞机当前位置,并把飞机定位信号利用飞机机载设备传输给地面基站和周围其他飞机作了详细分析研究。该项目进行了大量的试验和调试,根据使用中发现的问题和需求进行进一步修改和完善,使系统更适合中国民航的要求,增加了人性化的控制功能。在完成设计研发后已在全学院范围内投入使用,经过使用发现,ADS-B系统的安装和使用,可以准确地对空中和地面的飞机进行实时跟踪定位,实现自动监控和警告,避免飞机危险接近、减小了飞机的间隔,从而扩大飞行容量,提高了空域和机场的利用率,增加飞行训练量。另外,论文还论证了采用ADS-B技术进行空中交通管制的成本较低,结合已较为成熟的计算机和网络技术,在民航领域应用ADS-B技术在精度、可靠性、经济性方面均有较大的优势。本项目的研究成功可有效地实践UAT方式的ADS-B应用系统;为在飞行密集区验证新空管方式和制定行业标准提供依据;提高空中交通管制水平,替代传统雷达或作为其补充;掌握ADS-B系统的核心技术,为国内自主研发ADS-B相关设备打下基础;加强空-空协同、实现飞行信息共享,促进通用航空的发展。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-15
  1.1 研究背景  11-12
  1.2 研制目的和意义  12-14
  1.3 论文架构  14-15
第二章 ADS-B 原理及系统介绍  15-24
  2.1 概述  15
  2.2 基本原理  15-17
  2.3 GPS 的定位原理  17-18
  2.4 航迹处理和卡尔曼滤波  18-21
  2.5 机载系统组成  21-24
    2.5.1 数据链系统  21-22
    2.5.2 GNSS 接收机  22-23
    2.5.3 CDTI  23-24
第三章 ADS-B 在世界各国的发展现况  24-30
  3.1 美国  24-26
  3.2 澳大利亚  26-27
  3.3 俄罗斯  27-28
  3.4 NEAN 计划 (North European ADS-B Network,北欧 ADS-B 网络)  28-29
  3.5 中国  29-30
第四章系统设计  30-58
  4.1 系统设计目标  30
  4.2 硬件设计  30-45
    4.2.1 可靠性、准确性要求  30-34
    4.2.2 主要设备标准  34-39
    4.2.3 数据信息设计  39
    4.2.4 接口设计  39-42
    4.2.5 自检和保护功能  42
    4.2.6 数据链系统  42
    4.2.7 系统网络应用设计  42-44
    4.2.8 可靠性、维护性设计  44-45
  4.3 软件设计  45-50
    4.3.1 机载显示软件  45-48
    4.3.2 空中交通管制客户端软件  48
    4.3.3 服务器软件  48-50
  4.4 关键技术与创新点  50-58
    4.4.1 空管监控软件的开发  50-52
    4.4.2 TDMA 时分多路处理技术  52-56
    4.4.3 电子地图快速显示及漫游技术  56
    4.4.4 智能安全专家管理方案  56-57
    4.4.5 计算机网络技术  57-58
第五章软件开发与系统实现  58-72
  5.1 需求分析  58-59
    5.1.1 实时跟踪管理  58-59
    5.1.2 数字地图显示  59
    5.1.3 数据记录和回放  59
  5.2 软件开发  59-66
    5.2.1 开发环境  60
    5.2.2 开发工具  60
    5.2.3 数据管理  60-62
    5.2.4 软件代码  62-66
  5.3 系统实现  66-72
    5.3.1 初始化和用户管理模块  67
    5.3.2 目标监控模块  67-68
    5.3.3 目标信息管理模块  68-69
    5.3.4 目标显示参数管理模块  69-70
    5.3.5 网络管理模块  70-71
    5.3.6 数据记录和回放模块  71
    5.3.7 地图数据库管理模块  71-72
第六章结论  72-76
致谢  76-77
参考文献  77-79
在学期间的研究成果  79-80

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