本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于旋翼直升機(jī)的北斗定位及通信系統(tǒng)，屬于北斗應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，為旋翼直升機(jī)駕駛員提供北斗定位及北斗短信功能服務(wù)。

背景技術(shù)：

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是中國(guó)自行研制的全球衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)，是繼美國(guó)全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)和俄羅斯全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)之后第三個(gè)成熟的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由空間端、地面端和用戶端組成，可在全球范圍內(nèi)全天候、全天時(shí)為各類(lèi)用戶提供高精度、高可靠定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)，并具短報(bào)文通信能力，對(duì)亞太地區(qū)提供無(wú)源定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)。北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)通過(guò)了國(guó)際海事組織的認(rèn)可，成為全球無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)的組成部分，是聯(lián)合國(guó)衛(wèi)星導(dǎo)航委員會(huì)已認(rèn)定的供應(yīng)商。

無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)關(guān)乎國(guó)家信息安全，隨著國(guó)家國(guó)產(chǎn)化戰(zhàn)略的推進(jìn)，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)作為我國(guó)自行研制的無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)，必將在各個(gè)領(lǐng)域廣泛引用。北斗定位及通信系統(tǒng)在旋翼直升機(jī)上的應(yīng)用尚為空白，研究這樣一套系統(tǒng)是非常有必要的。

為了實(shí)現(xiàn)地理位置信息定位顯示，需要使用電子地圖。ArcGIS是Esri公司的電子地圖產(chǎn)品，該軟件在世界范圍內(nèi)占用市場(chǎng)非常大，我國(guó)民航的航圖制作就是采用ArcGIS作為平臺(tái)。ArcGIS在功能和性能方面都具有非常大的優(yōu)勢(shì)，且提供免費(fèi)的試用版，其缺點(diǎn)是在地圖顯示過(guò)程中，地圖背景上會(huì)在隨機(jī)位置出現(xiàn)“Licensed for Developer Use Only”字樣的水印標(biāo)志，不過(guò)這并不影響其功能。利用ArcGIS制作離線瓦片地圖包也非常方便，只需要運(yùn)行一個(gè)桌面應(yīng)用程序就可以完成這項(xiàng)工作，且不需要設(shè)置復(fù)雜的文件系統(tǒng)，運(yùn)行較穩(wěn)定。采用ArcGIS來(lái)顯示電子地圖和地理位置信息具有較高的合理性和可行性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題：填補(bǔ)了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在旋翼直升機(jī)上應(yīng)用的空白，利用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)為直升機(jī)駕駛員提供定位及短信服務(wù)；通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證，設(shè)計(jì)了北斗雙模工作模式，消除了北斗終端接收盲區(qū)及飛機(jī)姿態(tài)變化對(duì)北斗終端接收信號(hào)的影響，實(shí)現(xiàn)了不間斷通信；結(jié)合機(jī)組崗位配置，為駕駛員提供兩套顯示終端，實(shí)現(xiàn)二者協(xié)調(diào)工作，使北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)更加便捷。

本發(fā)明提供的一種應(yīng)用于旋翼直升機(jī)的北斗定位及通信系統(tǒng)，其功能和實(shí)現(xiàn)方法如下：

(1)顯示終端能夠顯示電子地圖，并接收定位信息在其上標(biāo)注用戶地理位置信息；

(2)為短信內(nèi)容添加標(biāo)記，通過(guò)比對(duì)標(biāo)記可發(fā)現(xiàn)并剔除收到的重復(fù)消息，用以消除兩個(gè)北斗終端同時(shí)工作帶來(lái)的信息冗余。

(3)消除北斗信號(hào)接收盲區(qū)，實(shí)現(xiàn)不間斷通信，并可降低旋翼高速旋轉(zhuǎn)對(duì)北斗信號(hào)傳輸帶來(lái)的影響，保證北斗終端與北斗通信衛(wèi)星之間通信的可靠性。

(4)通過(guò)一個(gè)串口—Wi-Fi模塊協(xié)調(diào)北斗終端和顯示終端之間的數(shù)據(jù)交互，北斗終端收到的數(shù)據(jù)同時(shí)傳給兩臺(tái)顯示終端(由于兩臺(tái)顯示終端工作原理相同，下文介紹中如有必要進(jìn)行區(qū)分的地方，以顯示終端1和顯示終端2區(qū)分，否則不加區(qū)分，默認(rèn)表示某一顯示終端)，用戶無(wú)需關(guān)心接收數(shù)據(jù)來(lái)自哪個(gè)北斗終端；用戶可在任一顯示終端上發(fā)出短信，短信內(nèi)容會(huì)傳遞到兩個(gè)北斗終端進(jìn)行發(fā)送。

所述功能(1)的實(shí)現(xiàn)方法如下：

(1.1)顯示終端利用ArcGIS for Android來(lái)實(shí)現(xiàn)電子地圖顯示及地理坐標(biāo)顯示。首先，在Activity中建立一個(gè)com.esri.android.map.MapView類(lèi)地圖容器，然后建立一個(gè)com.esri.android.map.ags.ArcGISLocalTiledLayer類(lèi)圖層并添加到地圖容器中，該圖層可加載顯示預(yù)先制作好的離線地圖瓦片包，實(shí)現(xiàn)電子地圖顯示。

(1.2)收到定位信息時(shí)，首先將地理坐標(biāo)信息進(jìn)行單位轉(zhuǎn)換，由度、分(北斗終端原始信息單位)轉(zhuǎn)換為帶小數(shù)的度(地圖坐標(biāo)單位)，然后利用com.esri.core.geometry.GeometryEngine.project(…)方法將坐標(biāo)投影到地圖上，得到地圖中的坐標(biāo)，最后建立一個(gè)com.esri.android.map.GraphicsLayer類(lèi)圖層并加入地圖容器，該圖層可在地圖投影位置上加載顯示一個(gè)定位圖標(biāo)，讓用戶能夠看到自己當(dāng)前在地圖上所處的位置。

所述功能(2)的實(shí)現(xiàn)方法如下：

(2.1)串口—Wi-Fi模塊具有兩個(gè)串口，分別連接兩個(gè)北斗終端，并具有不同的端口號(hào)，以此進(jìn)行區(qū)分。顯示終端在連接串口—Wi-Fi模塊時(shí)，依照端口號(hào)的不同建立了兩個(gè)socket連接。

(2.2)顯示終端接收串口—Wi-Fi模塊發(fā)出的信息時(shí)，通過(guò)識(shí)別信息來(lái)自于哪個(gè)socket連接，在信息的前端添加標(biāo)記，記錄該條信息來(lái)自于哪個(gè)端口。通過(guò)對(duì)比標(biāo)記剔除重復(fù)信息。

所述功能(3)的實(shí)現(xiàn)方法如下：

北斗終端采用雙模工作模式，通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，確定將兩個(gè)北斗終端分別安裝在直升機(jī)兩側(cè)窗戶上，保證在飛機(jī)姿態(tài)變化時(shí)，始終有至少一個(gè)北斗終端能夠接收北斗通信衛(wèi)星信號(hào)，實(shí)現(xiàn)不間斷通信；同時(shí)，由于旋翼遮擋等因素，在一定概率上會(huì)對(duì)北斗信號(hào)的發(fā)送與接收產(chǎn)生影響。采用雙模的工作模式，兩臺(tái)設(shè)備在不同方向傳輸信息，這樣會(huì)大大降低高速旋翼對(duì)信號(hào)的影響，保證了通信的可靠性。

所述功能(4)的實(shí)現(xiàn)方法如下：

(4.1)如前所述，串口—Wi-Fi模塊連接兩個(gè)北斗終端，同時(shí)通過(guò)TCP方式與顯示終端相連，模塊作為T(mén)CP服務(wù)端。顯示終端作為T(mén)CP客戶端，向服務(wù)端(串口—Wi-Fi模塊)請(qǐng)求并建立兩個(gè)socket連接，接收來(lái)自兩個(gè)端口的信息。串口收到的數(shù)據(jù)通過(guò)Socket連接發(fā)送給兩臺(tái)顯示終端，顯示終端分別將數(shù)據(jù)同時(shí)寫(xiě)入兩個(gè)串口送往北斗終端，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸冗余備份。

(4.2)顯示終端1和顯示終端2分別創(chuàng)建一個(gè)MulticastSocket對(duì)象，并加入指定組播組，當(dāng)顯示終端1發(fā)送短信時(shí)，通過(guò)組播數(shù)據(jù)報(bào)套接字將所發(fā)信息傳遞給顯示終端2進(jìn)行更新顯示，反之亦然。

本發(fā)明提供的一種應(yīng)用于旋翼直升機(jī)的北斗定位及通信系統(tǒng)，其原理如下：

(1)北斗定位顯示功能，利用北斗終端接收北斗定位信息，將用戶當(dāng)前地理位置信息傳遞給顯示終端；顯示終端采用Android平板電腦，通過(guò)ArcGIS電子地圖來(lái)加載預(yù)先制作好的顯示離線瓦片地圖，并將接收到的地理位置信息(經(jīng)緯度)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和投影運(yùn)算，將經(jīng)緯度轉(zhuǎn)換為地圖坐標(biāo)，然后在電子地圖上增加一個(gè)圖層，該圖層與電子地圖通用坐標(biāo)系，在指定坐標(biāo)用一個(gè)圖標(biāo)來(lái)標(biāo)注用戶當(dāng)前位置，從而實(shí)現(xiàn)定位顯示功能。

(2)采用北斗雙模工作模式是本發(fā)明的一項(xiàng)重要內(nèi)容，首先考慮北斗終端的安裝問(wèn)題，由于旋翼的影響，無(wú)法在飛機(jī)頂部安裝，安裝在尾翼部分則需要進(jìn)行飛機(jī)改裝，影響面較大，因此將北斗終端安裝在直升機(jī)側(cè)窗上。其次考慮北斗終端接收盲區(qū)的問(wèn)題，如果只在直升機(jī)一側(cè)安裝一個(gè)北斗終端，則在飛機(jī)飛行過(guò)程中，必定會(huì)出現(xiàn)接收盲區(qū)，原因在于北斗通信衛(wèi)星位于赤道附近，北斗終端需要朝向南面才能穩(wěn)定接收北斗通信衛(wèi)星信號(hào)，為此，需要在直升機(jī)上部署兩個(gè)北斗終端，安裝朝向完全相反，使其接收范圍互補(bǔ)，當(dāng)一側(cè)處于接收盲區(qū)時(shí)，另一側(cè)正好處于最佳接收角度，從而保證始終有至少一個(gè)北斗終端能夠正常接收北斗通信衛(wèi)星信號(hào)，實(shí)現(xiàn)不間斷通信。

(3)兩臺(tái)顯示終端的協(xié)同工作，采用串口—Wi-Fi模塊將北斗終端和顯示終端相連，北斗終端分別通過(guò)一根串口數(shù)據(jù)線與之連接，顯示終端通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)分別與之建立TCP連接。信息接收過(guò)程中，兩個(gè)北斗終端通過(guò)數(shù)據(jù)線將接收信息送給串口—Wi-Fi模塊，該串口—Wi-Fi模塊將所有的接收信息通過(guò)TCP套接字連接同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)至兩臺(tái)顯示終端；信息發(fā)送過(guò)程中，顯示終端通過(guò)套接字將信息送至該串口—Wi-Fi模塊，該串口—Wi-Fi模塊將所有套接字收到的信息通過(guò)兩個(gè)串口轉(zhuǎn)發(fā)至兩個(gè)北斗終端；當(dāng)兩個(gè)北斗終端同時(shí)正常工作時(shí)，會(huì)接收到重復(fù)的短信，為避免冗余信息，為短信添加標(biāo)記，顯示終端收到短信時(shí)，對(duì)標(biāo)記進(jìn)行比對(duì)，如果是重復(fù)信息則不再進(jìn)行顯示。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和積極效果：

(1)填補(bǔ)了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在旋翼直升機(jī)上應(yīng)用的空白，在旋翼直升機(jī)上實(shí)現(xiàn)了北斗導(dǎo)航定位及北斗短信通信。

(2)設(shè)計(jì)了北斗雙模工作模式，通過(guò)優(yōu)化北斗終端安裝及通信方案，利用兩個(gè)北斗終端實(shí)現(xiàn)接收范圍互補(bǔ)，消除接收盲區(qū)，保證了北斗終端與北斗通信衛(wèi)星之間的通信持續(xù)穩(wěn)定，提高了系統(tǒng)可靠性。

(3)針對(duì)直升機(jī)機(jī)組人員崗位配置，設(shè)計(jì)了兩臺(tái)顯示終端并實(shí)現(xiàn)二者協(xié)同工作，能夠同步接收和顯示信息，能夠從任一終端發(fā)送信息，為用戶提供了便利。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明中北斗終端的安裝位置示意圖；

圖2是本發(fā)明中北斗終端和顯示終端之間的連接關(guān)系示意圖；

圖3是本發(fā)明中串口—Wi-Fi模塊進(jìn)行信息接收和發(fā)送流程示意圖；

圖4是本發(fā)明中實(shí)施例給出的顯示終端與北斗終端之間通過(guò)串口—Wi-Fi模塊進(jìn)行信息接收和發(fā)送流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明提供一種應(yīng)用于旋翼直升機(jī)的北斗定位及通信系統(tǒng)，如圖1和圖2所示，所述的北斗定位及通信系統(tǒng)包括兩個(gè)北斗終端和兩個(gè)顯示終端，所述的北斗終端和顯示終端之間通過(guò)串口—Wi-Fi模塊實(shí)現(xiàn)連接通信。所述的兩個(gè)北斗終端分別安裝在直升機(jī)的兩側(cè)側(cè)窗上，安裝朝向完全相反。所述的兩個(gè)顯示終端采用Android平板電腦，用于接收北斗終端的北斗定位信息并進(jìn)行定位顯示。所述的每個(gè)北斗終端分別與兩個(gè)顯示終端之間通過(guò)串口數(shù)據(jù)線連接，相互連接的北斗終端和顯示終端之間通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建立TCP連接。

所述的串口—Wi-Fi模塊具有兩個(gè)串口用來(lái)連接兩個(gè)北斗終端，同時(shí)通過(guò)TCP方式與顯示終端相連，串口—Wi-Fi模塊為T(mén)CP服務(wù)端。如圖3所示，顯示終端1通過(guò)socket1端口分別與串口1和串口2分別實(shí)現(xiàn)連接，顯示終端2通過(guò)socket2端口分別與串口1和串口2建立連接，實(shí)現(xiàn)信息的接收和發(fā)送。具體的，顯示終端1和顯示終端2的工作方式相同，以顯示終端1、socket1、socket2、串口1和串口2為例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，如圖4所示，信息接收流程中，顯示終端1作為T(mén)CP客戶端向TCP服務(wù)端(串口—Wi-Fi模塊)發(fā)起請(qǐng)求并建立Socket1和Socket2連接，用以分別接收來(lái)自串口1和串口2的信息。接收信息時(shí)，串口1收到的數(shù)據(jù)通過(guò)Socket1連接傳送給顯示終端1，串口2收到的數(shù)據(jù)通過(guò)Socket2連接傳送給顯示終端1。信息發(fā)送流程中，顯示終端1分別通過(guò)Socket1端口和Socket2端口將數(shù)據(jù)分別同時(shí)寫(xiě)入串口1和串口2并送往北斗終端，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸冗余備份。顯示終端2、socket3、socket4、串口1和串口2之間的工作流程與上述內(nèi)容相似。

顯示終端1和顯示終端2分別創(chuàng)建一個(gè)MulticastSocket對(duì)象，并加入指定組播組，當(dāng)顯示終端1發(fā)送短信時(shí)，通過(guò)組播數(shù)據(jù)報(bào)套接字將所發(fā)信息傳遞給顯示終端2進(jìn)行更新顯示，反之亦然。