基于高精度定位与ADS-B系统的机场中保障车辆预警系统[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 110620987 A(43)申请公布日 2019.12.27

(21)申请号 201910847329.4(22)申请日 2019.09.09

(71)申请人 北京中兵智航科技有限公司

地址 100081 北京市海淀区紫竹院路兵器

大厦21层(72)发明人 刘斌　佘玲玲　乔秋函　吴明剑　(74)专利代理机构 北京市京大律师事务所

11321

代理人 刘玮(51)Int.Cl.

H04W 4/02(2018.01)H04W 4/021(2018.01)H04W 4/40(2018.01)H04W 4/80(2018.01)H04W /00(2009.01)

权利要求书2页 说明书5页 附图2页

H04W 84/06(2009.01)G08B 7/06(2006.01)H04L 29/08(2006.01)

CN 110620987 A()发明名称

基于高精度定位与ADS-B系统的机场中保障车辆预警系统(57)摘要

本发明公开了基于高精度定位与ADS-B系统的机场中保障车辆预警系统，涉及机场保障车辆预警系统技术领域。包括基准站服务器以及GPS流动站，所述基准站服务器包括GPS基准站以及服务器，所述GPS流动站包括GPS/北斗、ADS-B接

支持三收设备接口、近场数据接收器、惯导模块、

网的4G卡、PAD显示以及语音播放喇叭的一体化样机。该基于高精度定位与ADS-B系统的机场中保障车辆预警系统，本发明是旨在利用子端处理的优势，通过子端收集差分GPS数据、陀螺仪数据、ADS-B数据、近场数据等，利用子端实时性处理，最终输出车辆的报警信息，同时会实时规划出尽快脱离危险区域的路径，真正的保证了在车辆实时运转的情况下，实时性可以做到100ms级的报警和规划系统。

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1.基于高精度定位与ADS-B系统的机场中保障车辆预警系统，包括基准站服务器以及GPS流动站，其特征在于：所述基准站服务器包括GPS基准站以及服务器，所述GPS流动站包括GPS/北斗、ADS-B接收设备接口、近场数据接收器、惯导模块、支持三网的4G卡、PAD显示以及语音播放喇叭的一体化样机；

所述GPS基准站包括4G天线以及差分gps基准站天线，所述4G天线的输出端双向电连接有4G通信模块的输入端，所述差分gps基准站天线的输出端双向电连接有差分gps基准站接收机的输入端，所述差分gps基准站接收机的输出端双向电连接有4G通信模块的输入端，所述4G通信模块的输出端双向电连接有4G卡，所述4G卡的输出端电连接有服务器的输入端，所述服务器包括服务器1以及服务器2，所述服务器的输出端双向电连接有GPS流动站的输入端，所述GPS流动站包括4G链路，且4G链路包括GPS流动站接收机；

所述GPS基准站用于接收卫星信号，需要增加一根单独的GPS差分基准站天线，负责产生差分数据，差分数据通过网线发送给服务器，即通路1实现；

所述服务器用于服务器中并没有处理解算ADS-B数据和近场数据，为了保证系统实时性，处理解算部分需要放在子端进行；

所述流动站包括GPS接收机、子端总控制单元、显示终端以及音频输出终端，所述GPS接收机的输出端双向电连接有子端总控制单元的输入端，所述显示终端以及音频输出终端的输出端均双向电连接有子端总控制单元的输入端；

所述子端总控制单元包括ADS-B接收天线以及近场数据接收天线，所述ADS-B接收天线的输出端电连接有ADS-B接收模块的输入端，所述ADS-B接收模块的输出端通过USB接口电连接有子端总控制器的输入端，所述近场数据接收天线的输出端电连接有4G模块的输入端，所述4G模块的输出端通过以太网口电连接有子端总控制器的输入端，所述子端总控制器的输出端双向连接有FPGA加速板卡、显示终端以及音频输出终端，且显示终端包括地图、信息以及报警，所述音频输出终端采用语音喇叭输出。

2.根据权利要求1所述的基于高精度定位与ADS-B系统的机场中保障车辆预警系统，其特征在于：所述GPS接收机最终串口会输出每秒钟10次的详细的、精确地位置信息和陀螺仪数据，同时利用4G通路将位置信息以每秒钟1次的频率发送给后台总控制器，软件业务逻辑将会在软件处理逻辑中会详细描述。

3.根据权利要求1所述的基于高精度定位与ADS-B系统的机场中保障车辆预警系统，其特征在于：所述ADS-B接收天线实时接收本系统能够接收到的所有飞机数据，包括在天上飞的和地面上运行，通过USB通路传输至子端总控制器。

4.根据权利要求1所述的基于高精度定位与ADS-B系统的机场中保障车辆预警系统，其特征在于：所述近场数据接收天线通过4G模块基本链路接收由机场发出的近场数据，数据中有所有飞机的位置信息等。

5.根据权利要求1所述的基于高精度定位与ADS-B系统的机场中保障车辆预警系统，其特征在于：所述基准站服务器从通路1获取差分GPS数据，同时还会从通路4获取所有登记车辆的车辆位置信息，服务器只负责将差分GPS数据分发到各台GPS流动站和收集各台流动站的位置信息，通过通路1获取到的差分数据，服务器需要实时的将数据转发到各台GPS流动站接收机，通过通路4获取到的各个车辆的实时位置、速度、运动方向等信息，并将车辆相关信息推送至后台。

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6.根据权利要求1所述的基于高精度定位与ADS-B系统的机场中保障车辆预警系统，其特征在于：所述GPS流动站中差分GPS模块接收差分数据，解算出详细的位置信息，同时输出陀螺仪数据，所以通过通路5可以以每秒钟10次的频率获取车辆详细位置信息和陀螺仪数据，同时通过ADS-B通路和近场数据4G专用通路获取当前机场内天线能够接收到的飞机位置信息。

7.根据权利要求1所述的基于高精度定位与ADS-B系统的机场中保障车辆预警系统，其特征在于：所述子端总控制器结合车辆本身的位置信息、ADS-B数据和近场数据4G专用通路数据的飞机位置和状态信息，判断车辆在当前位置是否有危险，或者在此处多长时间之后会有危险。

8.根据权利要求7所述的基于高精度定位与ADS-B系统的机场中保障车辆预警系统，其特征在于：所述报警信息分为两部分，一部分是通过喇叭做声音报警，另一部分是通过液晶屏幕输出报警信息，并且解释报警信息的原因。

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基于高精度定位与ADS-B系统的机场中保障车辆预警系统

技术领域

[0001]本发明涉及机场保障车辆预警系统技术领域，具体为基于高精度定位与ADS-B系统的机场中保障车辆预警系统。

背景技术

[0002]目前大部分机场在保障车辆的跟踪与管理方面一直是一个空白，基本上都是靠保障、摆渡车辆的基本行为规范和驾驶员自己来把控。目前大部分机场还没有实时的统一调度与指挥管理系统的实现，基本还是靠机场车辆行为规范为准则，但是由于每天飞机航班超负荷运转和工作人员的疏忽很有可能导致灾难的发生。[0003]目前比较先进的机场应用一套车辆位置数据、ADS-B数据和近场数据(机场会将所有飞机的飞行数据，包括坐标、方向、速度等数据实时的通过4G播报出来)统一处理，然后通过4G通路将报警信号信息下发至每台保障车辆。

[0004]但是目前比较先进的机场应用的系统也有非常明显的缺陷。[0005]第一、利用服务器处理ADS-B数据和近场数据，最终形成机场内的栅栏数据，然后通过4G通路实时获取机场内所有保障车辆的位置信息，当发现有保障车辆发生危险或将要发生危险的情况下，将报警信号下发到各台保障车辆。可是这种方案无论是获取各台车辆的位置信息还是下发报警信号信息等都是通过4G通路传递的，而机场的4G信号覆盖范围远远没有达到100％，也就是说，很有可能车辆所在的位置没有4G信号，即便机场新建4G基站，信号覆盖范围达到100％，4G通道传输依然有一定的延迟和阻塞的风险的，所以这种实时性安全预警系统在服务器端处理是不现实和不可靠的；[0006]第二、应用的是普通GPS/北斗定位数据，定位精度比较差，一般在2.5米-5米，如果遇到比较恶劣的环境，定位精度会恶化到10米甚至更远的距离。这种定位精度很容易使系统产生误判，即没有产生较好的预警功能，反而为机场的管理工作带来麻烦；

[0007]所以本设计旨在利用车辆高精度定位与ADS-B系统数据与定位信息数据在前端设备实时快速解算，最终实时获取包括跑道使用状态、本车辆是否已经跑道侵入、超速、越界、车辆与飞机的安全距离等信息，同时车辆会将车辆精确定位数据实时发送给航站楼。发明内容

[0008]解决的技术问题

[0009]本发明提供了基于高精度定位与ADS-B系统的机场中保障车辆预警系统，具备能够对车辆做到实时报警和规划的优点，以解决传统的机场应用的系统存在使用效果一般的问题。

[0010]技术方案

[0011]为实现能够对车辆做到实时报警和规划的目的，本发明提供如下技术方案：基于高精度定位与ADS-B系统的机场中保障车辆预警系统，包括基准站服务器以及GPS流动站，所述基准站服务器包括GPS基准站以及服务器，所述GPS流动站包括GPS/北斗、ADS-B接收设

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备接口、近场数据接收器、惯导模块、支持三网的4G卡、PAD显示以及语音播放喇叭的一体化样机；

[0012]所述GPS基准站包括4G天线以及差分gps基准站天线，所述4G天线的输出端双向电连接有4G通信模块的输入端，所述差分gps基准站天线的输出端双向电连接有差分gps基准站接收机的输入端，所述差分gps基准站接收机的输出端双向电连接有4G通信模块的输入端，所述4G通信模块的输出端双向电连接有4G卡，所述4G卡的输出端电连接有服务器的输入端，所述服务器包括服务器1以及服务器2，所述服务器的输出端双向电连接有GPS流动站的输入端，所述GPS流动站包括4G链路，且4G链路包括GPS流动站接收机；[0013]所述GPS基准站用于接收卫星信号，需要增加一根单独的GPS差分基准站天线，负责产生差分数据，差分数据通过网线发送给服务器，即通路1实现；

[0014]所述服务器用于服务器中并没有处理解算ADS-B数据和近场数据，为了保证系统实时性，处理解算部分需要放在子端进行；[0015]所述流动站包括GPS接收机、子端总控制单元、显示终端以及音频输出终端，所述GPS接收机的输出端双向电连接有子端总控制单元的输入端，所述显示终端以及音频输出终端的输出端均双向电连接有子端总控制单元的输入端；

[0016]所述子端总控制单元包括ADS-B接收天线以及近场数据接收天线，所述ADS-B接收天线的输出端电连接有ADS-B接收模块的输入端，所述ADS-B接收模块的输出端通过USB接口电连接有子端总控制器的输入端，所述近场数据接收天线的输出端电连接有4G模块的输入端，所述4G模块的输出端通过以太网口电连接有子端总控制器的输入端，所述子端总控制器的输出端双向连接有FPGA加速板卡、显示终端以及音频输出终端，且显示终端包括地图、信息以及报警，所述音频输出终端采用语音喇叭输出。[0017]作为本发明的优选技术方案，所述GPS接收机最终串口会输出每秒钟10次的详细的、精确地位置信息和陀螺仪数据，同时利用4G通路将位置信息以每秒钟1次的频率发送给后台总控制器，软件业务逻辑将会在软件处理逻辑中会详细描述。[0018]作为本发明的优选技术方案，所述ADS-B接收天线实时接收本系统能够接收到的所有飞机数据，包括在天上飞的和地面上运行，通过USB通路传输至子端总控制器。[0019]作为本发明的优选技术方案，所述近场数据接收天线通过4G模块基本链路接收由机场发出的近场数据，数据中有所有飞机的位置信息等。[0020]作为本发明的优选技术方案，所述基准站服务器从通路1获取差分GPS数据，同时还会从通路4获取所有登记车辆的车辆位置信息，服务器只负责将差分GPS数据分发到各台GPS流动站和收集各台流动站的位置信息，通过通路1获取到的差分数据，服务器需要实时的将数据转发到各台GPS流动站接收机，通过通路4获取到的各个车辆的实时位置、速度、运动方向等信息，并将车辆相关信息推送至后台。[0021]作为本发明的优选技术方案，所述GPS流动站中差分GPS模块接收差分数据，解算出详细的位置信息，同时输出陀螺仪数据，所以通过通路5可以以每秒钟10次的频率获取车辆详细位置信息和陀螺仪数据，同时通过ADS-B通路和近场数据4G专用通路获取当前机场内天线能够接收到的飞机位置信息。[0022]作为本发明的优选技术方案，所述子端总控制器结合车辆本身的位置信息、ADS-B数据和近场数据4G专用通路数据的飞机位置和状态信息，判断车辆在当前位置是否有危

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险，或者在此处多长时间之后会有危险。[0023]作为本发明的优选技术方案，所述报警信息分为两部分，一部分是通过喇叭做声音报警，另一部分是通过液晶屏幕输出报警信息，并且解释报警信息的原因。[0024]有益效果

[0025]与现有技术相比，本发明提供了基于高精度定位与ADS-B系统的机场中保障车辆预警系统，具备以下有益效果：[0026]1、该基于高精度定位与ADS-B系统的机场中保障车辆预警系统，本发明是旨在利用子端处理的优势，通过子端收集差分GPS数据、陀螺仪数据、ADS-B数据、近场数据等，利用子端实时性处理，最终输出车辆的报警信息，同时会实时规划出尽快脱离危险区域的路径，真正的保证了在车辆实时运转的情况下，实时性可以做到100ms级的报警和规划系统。[0027]2、该基于高精度定位与ADS-B系统的机场中保障车辆预警系统，利用差分GPS的精准性和陀螺仪组成惯性导航，保证GPS处理出来的位置信息是精确地、可靠地，保证后续子端处理的可靠性。

附图说明

[0028]图1为本发明的基准站服务器框架图；[0029]图2为本发明的流动站框架图；

[0030]图3为本发明的基准站服务器业务逻辑示意图；

[0031]图4为本发明的差分流动站子端核心处理器业务逻辑示意图。

具体实施方式

[0032]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0033]请参阅图1-4，本发明公开了基于高精度定位与ADS-B系统的机场中保障车辆预警系统，包括基准站服务器以及GPS流动站，所述基准站服务器包括GPS基准站(包含GPS/北斗差分基准站一体化样机)以及服务器，所述GPS流动站包括GPS/北斗、ADS-B接收设备接口、近场数据接收器、惯导模块、支持三网的4G卡、PAD显示(可插拔替换)以及语音播放喇叭的一体化样机；

[0034]所述GPS基准站包括4G天线以及差分gps基准站天线，所述4G天线的输出端双向电连接有4G通信模块的输入端，所述差分gps基准站天线的输出端双向电连接有差分gps基准站接收机的输入端，所述差分gps基准站接收机的输出端双向电连接有4G通信模块的输入端，所述4G通信模块的输出端双向电连接有4G卡，所述4G卡的输出端电连接有服务器的输入端，所述服务器包括服务器1以及服务器2，所述服务器的输出端双向电连接有GPS流动站的输入端，所述GPS流动站包括4G链路，且4G链路包括GPS流动站接收机；[0035]如果把基准站看成一个整体，共包含服务器一台、GPS基准站一台；[0036]所述GPS基准站用于接收卫星信号，需要增加一根单独的GPS差分基准站天线，负责产生差分数据，差分数据通过网线发送给服务器，即通路1实现；

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所述服务器用于服务器中并没有处理解算ADS-B数据和近场数据，为了保证系统

实时性，处理解算部分需要放在子端进行；[0038]所述流动站包括GPS接收机、子端总控制单元、显示终端以及音频输出终端，所述GPS接收机的输出端双向电连接有子端总控制单元的输入端，所述显示终端以及音频输出终端的输出端均双向电连接有子端总控制单元的输入端；

[0039]所述子端总控制单元包括ADS-B接收天线以及近场数据接收天线，所述ADS-B接收天线的输出端电连接有ADS-B接收模块的输入端，所述ADS-B接收模块的输出端通过USB接口电连接有子端总控制器的输入端，所述近场数据接收天线的输出端电连接有4G模块的输入端，所述4G模块的输出端通过以太网口电连接有子端总控制器的输入端，所述子端总控制器的输出端双向连接有FPGA加速板卡、显示终端以及音频输出终端，且显示终端包括地图、信息以及报警，所述音频输出终端采用语音喇叭输出。[0040]具体的，请参考图2，所述GPS接收机最终串口会输出每秒钟10次(间隔100ms输出一次)的详细的、精确地位置信息和陀螺仪数据，同时利用4G通路将位置信息以每秒钟1次的频率发送给后台总控制器。软件业务逻辑将会在软件处理逻辑中会详细描述。[0041]具体的，请参考图2，所述ADS-B接收天线实时接收本系统能够接收到的所有飞机数据，包括在天上飞的和地面上运行，通过USB通路传输至子端总控制器，本身机场的近场数据与ADS-B接收到的数据是重复的，并且近场数据要比自己接收到的ADS-B数据要全，之所以一定要有ADS-B数据是因为很多机场没有播报近场数据，而且即便播报了，也是通过4G信号播报，同样会出现延迟或阻塞的情况。[0042]具体的，请参考图2，所述近场数据接收天线通过4G模块基本链路接收由机场发出的近场数据，数据中有所有飞机的位置信息等，由于GPS差分流动站接收机内的4G模块负荷已经较大，加上为了保证两套系统的稳定性，所以增加一个4G模块作为专门的近场数据接收器，通过网络接口发送给总控制器平台，如果有机场没有播报近场数据，或者经过实际测试发现机场内的4G信号非常不稳定，则取消近场数据的接收功能。[0043]具体的，请参考图3，所述基准站服务器从通路1获取差分GPS数据，同时还会从通路4获取所有登记车辆的车辆位置信息，服务器只负责将差分GPS数据分发到各台GPS流动站和收集各台流动站的位置信息，通过通路1获取到的差分数据，服务器需要实时的将数据转发到各台GPS流动站接收机，通过通路4获取到的各个车辆的实时位置、速度、运动方向等信息，并将车辆相关信息推送至后台。[0044]具体的，请参考图4，所述GPS流动站中差分GPS模块接收差分数据，解算出详细的位置信息，同时输出陀螺仪数据，所以通过通路5可以以每秒钟10次的频率获取车辆详细位置信息和陀螺仪数据，同时通过ADS-B通路和近场数据4G专用通路获取当前机场内天线能够接收到的飞机位置信息，这里需要补充一点的是，这里使用的ADS-B和近场数据都是车辆能够观测到的数据，如果因为遮挡、距离等因素没有接收到的信号并不影响实际的应用。[0045]具体的，请参考图4，所述子端总控制器结合车辆本身的位置信息、ADS-B数据和近场数据4G专用通路数据的飞机位置和状态信息，判断车辆在当前位置是否有危险，或者在此处多长时间之后会有危险，这部分内容需要实时判断，并且如果计算量非常大的情况下，可以考虑加入FPGA加速计算，最终保证在子端可以做到100ms一次的收集数据进行处理和在收集完数据之后1ms以内计算完成并判断是否输出报警信息；所述报警信息分为两部分，

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一部分是通过喇叭做声音报警，另一部分是通过液晶屏幕输出报警信息，并且解释报警信息的原因，在报警信息输出之后，同时需要处理计算当前车辆需要向哪个方向行驶或者在哪里避让能够解除报警，这个实时性要求为在报警信息输出之后，1ms内完成路径规划工作，并且利用喇叭与液晶屏幕输出路径规划信息。[0046]综上所述，该基于高精度定位与ADS-B系统的机场中保障车辆预警系统，本发明是旨在利用子端处理的优势，通过子端收集差分GPS数据、陀螺仪数据、ADS-B数据、近场数据等，利用子端实时性处理，最终输出车辆的报警信息，同时会实时规划出尽快脱离危险区域的路径，真正的保证了在车辆实时运转的情况下，实时性可以做到100ms级的报警和规划系统，利用差分GPS的精准性和陀螺仪组成惯性导航，保证GPS处理出来的位置信息是精确地、可靠地，保证后续子端处理的可靠性。[0047]需要说明的是，在本文中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。[0048]尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

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