一種基于星載ads-b的航跡顯示方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于星載ADS?B的航跡顯示方法，包括步驟：S1、初始化；S2、判斷串口是否有數(shù)據(jù)傳入，若是，則進行步驟S3；S3、從串口抓取ADS?B數(shù)據(jù)幀；S4、對抓取的數(shù)據(jù)進行解碼，然后存儲到數(shù)據(jù)庫；同時，將解碼后的數(shù)據(jù)作為新的航跡數(shù)據(jù)進行添加，實時更新航跡圖；在進行S2、S3、S4的同時，可響應(yīng)用戶操作，對航跡圖進行更新。本發(fā)明的根據(jù)現(xiàn)有的人機交互界面，設(shè)計出了一種適用于星載ADS?B的航跡顯示方法，方便地面監(jiān)管人員實時的了解到飛機的飛行狀態(tài)，從而對飛機的下一步飛行做出正確指示，保證飛行的安全可靠。
【專利說明】
一種基于星載ADS-B的航跡顯示方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于人機界面設(shè)計和開發(fā)領(lǐng)域，涉及一種基于星載ADS-B的航跡顯示方法。
【背景技術(shù)】
[0002]ADS-B就是目前最新的飛行數(shù)據(jù)被動獲取技術(shù)。ADS-B的全稱是Automat i cDependant Survei I Iance-Broadcast，即廣播式自動相關(guān)監(jiān)視。ADS-B包括了一系列標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議和一系列的設(shè)備組成。這些設(shè)備包括一套機載設(shè)備用于飛行數(shù)據(jù)的獲取和計算，如GNSS(Global Navigat1n Satellite System，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng))、大氣壓高度傳感器等。還有2套通信設(shè)備，一套用于向周圍廣播ADS-B數(shù)據(jù)。這種廣播不是一次性的，而是周期性地產(chǎn)生。另一套用于接收周圍的ADS-B數(shù)據(jù)。
[0003]利用ADS-B的廣播特性，只要在信號的可接收范圍內(nèi)，就可以使用地面上ADS-B接收設(shè)備收到飛機的飛行數(shù)據(jù)，從而解碼出航跡信息。但是解碼出來的航跡信息巨大，若是只有接收機和發(fā)射機，這就使得飛機員和地面站之間的通信產(chǎn)生了下面2個技術(shù)難點:
[0004]1、我們無法對飛機的飛行數(shù)據(jù)進行分析以及匯總，把飛機的重要信息直觀的展現(xiàn)出來，呈現(xiàn)給飛行員和地面監(jiān)管站的工作人員，便于他們實時的了解到飛機的飛行狀態(tài)，從而進行通信，以便對飛機飛行做出相應(yīng)的指示和飛機做出相關(guān)的應(yīng)答，從而使得飛行過程更加安全。
[0005]2、飛機的飛行數(shù)據(jù)量大，這些信息又是極為重要的，我們無法對其進行分類存儲，以便地面監(jiān)管站的工作人員根據(jù)自行需要，對當(dāng)前飛機的飛行數(shù)據(jù)和后期對其進行相關(guān)的處理和操作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種基于星載ADS-B的航跡顯示方法，解決現(xiàn)有無法把飛機的重要信息直觀的展現(xiàn)出來的問題。方便地面監(jiān)管人員實時的了解到飛機的飛行狀態(tài)，從而對飛機的下一步飛行做出正確指示，保證飛行的安全可靠。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0008]—種基于星載ADS-B的航跡顯示方法，包括步驟:
[0009]S1、初始化；
[0010]S2、判斷串口是否有數(shù)據(jù)傳入，若是，則進行步驟S3;
[0011]S3、從串口抓取ADS-B數(shù)據(jù)幀；
[0012]S4、對抓取的數(shù)據(jù)進行解碼，然后存儲到數(shù)據(jù)庫；同時，將解碼后的數(shù)據(jù)作為新的航跡數(shù)據(jù)進行添加，實時更新航跡圖。
[0013]所述初始化包括步驟:運行參數(shù)配置、創(chuàng)建臨界區(qū)、創(chuàng)建主程序窗口對象、設(shè)置主程序窗口、繪制航跡界面、初始化串口抓包線程、啟動定時器。
[0014]參數(shù)配置時，跳轉(zhuǎn)至參數(shù)配置面板，若需要更改，則對配置面板上的參數(shù)進行配置，若不需要更改，則使用默認的參數(shù)。參數(shù)配置確定后，進入航跡界面。
[0015]具體地，在進行S2、S3、S4的同時，可響應(yīng)用戶操作，比如放大、縮小操作，對航跡圖進行更新。
[0016]若需查看航跡歷史，則調(diào)用數(shù)據(jù)庫中存放的數(shù)據(jù)進行回放，并添加航跡數(shù)據(jù)，更新航跡圖。若沒有任何查看航跡歷史和相關(guān)操作需要，則退出航跡界面。
[0017]本發(fā)明通過多線程實現(xiàn)，主線程用于響應(yīng)用戶的相關(guān)操作，如初始化、退出、回放；子線程用于捕捉從串口接收到的ADS-B數(shù)據(jù)幀。
[0018]進一步地，所述S4中，航跡圖基于定時器實時進行更新。
[0019]再進一步地，所述S4中，航跡圖的顯示是通過地圖控件屬性設(shè)置來實現(xiàn)的。
[0020]另外，所述更新的航跡圖信息包括飛機的ICAO號，航班號、經(jīng)瑋度、高度、速度。
[0021]本發(fā)明將抓取的并經(jīng)過濾波處理后的ADS-B數(shù)據(jù)幀存儲到數(shù)據(jù)庫中，采用數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)訪問數(shù)據(jù)庫，獲取飛行信息；同時，將實時抓取的ADS-B數(shù)據(jù)作為新的航跡數(shù)據(jù)進行添加，實時獲取飛行信息;再通過地圖控件屬性設(shè)置來實現(xiàn)，地圖控件的插入，將ADS-B數(shù)據(jù)供給用戶前端的地圖控件實現(xiàn)ADS-B航跡的實時更新，方法調(diào)用或事件響應(yīng)并在數(shù)字地圖上顯示出來，實現(xiàn)ADS-B航跡的實時更新。
[0022]一種基于星載ADS-B的航跡顯示方法的系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)層，顯示層和功能層;數(shù)據(jù)層，存儲數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包括空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，空間數(shù)據(jù)是指數(shù)字地圖上點、線、面等地理信息，屬性數(shù)據(jù)是指存儲在數(shù)據(jù)庫中的靜態(tài)數(shù)據(jù)以保存自身飛機及周圍其他飛機的有效航跡信息；
[0023]顯示層，提供人機交互界面，為模擬真實運行操作環(huán)境提供基礎(chǔ)；
[0024]功能層，實現(xiàn)圖層控制、航跡顯示、綜合查詢，功能層建立在數(shù)據(jù)層和顯示層之上，不僅能夠進行圖層的選擇和配置，也能夠顯示靜態(tài)的ADS-B航跡信息，包括飛機標(biāo)識、經(jīng)瑋度、速度及其他信息。
[0025]本發(fā)明的有益效果為:
[0026](I)本發(fā)明將航跡數(shù)據(jù)以一種合理的方式，呈現(xiàn)在地面監(jiān)管人員面前，形象直觀，便于觀察和做出指令。
[0027](2)本發(fā)明功能強大，不僅能夠?qū)桔E數(shù)據(jù)進行解碼，從而實時顯示，還能對航跡進行一系列操作，對航跡數(shù)據(jù)進行存儲，以便將來進行回放。
【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明-實施例的整體運行流程圖。
[0029]圖2為本發(fā)明-實施例的初始化流程圖。
[0030]圖3為本發(fā)明-實施例的系統(tǒng)操作流程圖。
【具體實施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。本發(fā)明的實施方式包括但不限于下列實施例。
[0032]實施例
[0033]如圖1所示，一種基于星載ADS-B的航跡顯示方法，包括步驟:
[0034]S1、初始化；
[0035]S2、判斷串口是否有數(shù)據(jù)傳入，若是，則進行步驟S3;
[0036]S3、從串口抓取ADS-B數(shù)據(jù)幀；
[0037]S4、對抓取的數(shù)據(jù)進行解碼，然后存儲到數(shù)據(jù)庫；同時，將解碼后的數(shù)據(jù)作為新的航跡數(shù)據(jù)進行添加，實時更新航跡圖。
[0038]1、初始化流程。
[0039]如圖2所示，啟動系統(tǒng)時，首先執(zhí)行初始化操作，包括運行參數(shù)配置、倉Il建臨界區(qū)、創(chuàng)建主程序窗口對象、設(shè)置主程序窗口、繪制航跡界面、初始化串口抓包線程、啟動定時器。
[0040].運行參數(shù)配置
[0041]系統(tǒng)啟動時，首先彈出程序運行參數(shù)配置對話框，提示用戶配置相應(yīng)的程序運行參數(shù)。為了使運行參數(shù)配置更加便捷，在系統(tǒng)啟動時，運行參數(shù)配置對話框?qū)腸onfig.1ni配置文件中讀取各項運行參數(shù)的初始化數(shù)據(jù)。用戶可根據(jù)需要，適當(dāng)修改部分運行參數(shù)即可。這樣就避免每次運行時，都要重新輸入每一項運行參數(shù)。
[0042].創(chuàng)建臨界區(qū)
[0043]為實現(xiàn)系統(tǒng)運行階段的線程同步，創(chuàng)建了CSRect和CSPoint兩個臨界區(qū)。因為共用資源無法同時被多個線程訪問，當(dāng)有線程進入臨界區(qū)段時，其他線程必須進行等待，一些同步的機制必須在臨界區(qū)段的進入點與離開點實現(xiàn)，以確保這些共用資源是被互斥獲得使用。
[0044]?創(chuàng)建主程序窗口對象
[0045]根據(jù)屏幕大小，創(chuàng)建主程序窗口對象。
[0046]?設(shè)置主程序窗口
[0047]在主程序窗口上，初始化各項輔助提示信息，加載MapX地圖，設(shè)置航跡圖中心坐標(biāo)等航跡圖初始化操作。例如，觀察飛機航跡的初始位置，輻射圓圈個數(shù)及直徑，縮放步長，截圖存儲路徑。
[0048].繪制航跡界面
[0049]根據(jù)設(shè)置的主程序窗口參數(shù)，繪制主程序窗口，將航跡界面顯示在屏幕上。同時設(shè)計以下輔助信息提示功能，便于用戶能更好的對航跡圖進行理解和分析。
[0050]指北針:在航跡圖的左上角顯示了一個指北針，提示用戶當(dāng)前地圖的正北方向所在位置。
[0051]鷹眼圖:為用戶提供了當(dāng)前屏幕顯示區(qū)域在整個航跡圖中的縮略位置信息。
[0052]覆蓋區(qū)域大小:在航跡圖的左上角顯示當(dāng)前航跡圖的覆蓋區(qū)域的大小，和屏幕當(dāng)前顯示區(qū)域的大小。
[0053]鼠標(biāo)位置坐標(biāo):在航跡圖的左下角顯示了在航跡圖中鼠標(biāo)當(dāng)前所處的經(jīng)瑋度信息。
[0054]輻射圓圈:以用戶設(shè)置的航跡圖中心為圓心，在航跡圖上等間距畫出了一系列的綠色輻射圓圈，便于用戶直觀觀察每架飛機當(dāng)前距離中心的實際距離。
[0055].初始化串口抓包線程
[0056]開啟串口數(shù)據(jù)抓包線程，當(dāng)串口接收到數(shù)據(jù)時，將會對串口中的數(shù)據(jù)進行抓取，進行存儲、解碼、信息提取及重要航跡消息顯示。
[0057].啟動定時器
[0058]當(dāng)定時器啟動后，每隔一定時間，就會刷新一次航跡圖，保證航跡信息的實時更新。
[0059]2、系統(tǒng)操作流程。
[0060]如圖3所示，本實施例采用Win32應(yīng)用程序，Win32應(yīng)用程序是一種基于消息的應(yīng)用程序。當(dāng)收到消息時，應(yīng)用程序?qū)⒄{(diào)用相應(yīng)的消息處理函數(shù)處理該消息。在完成系統(tǒng)初始化操作后，程序進入運行階段。運行階段主要的工作就是處理各種消息。在本發(fā)明中，主要包含以下消息的處理工作。
[0061]用戶的輸入操作，主要包含航跡圖移動操作、航跡圖縮放操作、航跡圖截圖操作、運行參數(shù)配置操作、ADS-B數(shù)據(jù)幀解碼、ADS-B數(shù)據(jù)存盤、航跡歷史記錄查詢、飛機信息排序、飛機軌跡顯示時間可調(diào)、飛機信息列表顯示、目標(biāo)飛機信息顯示和飛機尾跡長度可調(diào)操作。具體的操作設(shè)計如下:
[0062I.航跡圖移動操作
[0063]鼠標(biāo)右鍵的輸入操作。當(dāng)用戶在航跡圖上按下鼠標(biāo)右鍵，然后拖動鼠標(biāo)，并在相應(yīng)的位置彈起鼠標(biāo)右鍵，即可完成航跡圖移動操作。這其中將會產(chǎn)生鼠標(biāo)右鍵按下、彈起2個消息。在鼠標(biāo)右鍵按下的消息處理函數(shù)中，記錄下鼠標(biāo)右鍵按下的坐標(biāo)位置。在鼠標(biāo)右鍵彈起的消息處理函數(shù)中，根據(jù)記錄的鼠標(biāo)右鍵按下的位置坐標(biāo)和鼠標(biāo)右鍵彈起時的位置坐標(biāo)，計算鼠標(biāo)的移動矢量。并以此矢量為參數(shù)，使用MapX的地圖移動接口實現(xiàn)航跡圖移動功能。飛機的經(jīng)瑋度要先轉(zhuǎn)換成屏幕地圖坐標(biāo)，才能顯示到屏幕的界面地圖上。
[0064].航跡圖縮放操作
[0065]主要包含航跡圖縮小、航跡圖放大、航跡圖恢復(fù)初始大小3種操作。由于都是基于按鈕實現(xiàn)的輸入操作，所以在3個按鈕的消息處理函數(shù)中，使用MapX提供的地圖縮放接口完成航跡圖縮放功能。
[0066].航跡圖截圖操作
[0067]是一種基于按鈕實現(xiàn)的輸入操作。所以，在其按鈕消息處理函數(shù)中，使用VCL提供的圖像保存接口完成航跡圖截圖功能。
[0068].運行參數(shù)配置操作
[0069]一種基于按鈕實現(xiàn)的輸入操作。所以，在其按鈕消息處理函數(shù)中，彈出程序運行參數(shù)配置對話框，供用戶重新配置運行參數(shù)。
[0070].ADS-B數(shù)據(jù)幀解碼
[0071]把提取的ADS-B數(shù)據(jù)幀進行解碼，獲得需要的飛機速度、經(jīng)度、瑋度、高度等信息。
[0072].ADS-B數(shù)據(jù)存盤
[0073]采用C++builder內(nèi)置的Paradox數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)。在每次啟動程序時，自動加載名為B⑶EMOS的數(shù)據(jù)庫，其數(shù)據(jù)庫類型為ttParadox。同時建立一張名為aircraf t_yy_mm_d的數(shù)據(jù)表。該表中包含Message、TickCount兩個字段。Message中存儲解碼前的原始ADS-B報文，T i ckCount則存儲接收到對應(yīng)報文的時間。
[0074]?航跡歷史記錄查詢
[0075]通過點擊回放按鈕，并選擇回放日期，即可對所選日期的航跡記錄進行回放。回放的顯示和功能與正常航跡顯示功能完全一致，系統(tǒng)調(diào)用數(shù)據(jù)庫中存放的數(shù)據(jù)進行回放，并添加航跡數(shù)據(jù)，實時更新航跡圖。
[0076].飛機信息排序
[0077]里面有六種排序方式，分別是按高度升序排序、按經(jīng)度升序排序、按瑋度升序排序、按高度降序排序、按經(jīng)度降序排序、按瑋度降序排序，選中其中的一種排序方式后，飛機列表中的數(shù)據(jù)便進行刷新，刷新后的數(shù)據(jù)便按選中的排序方式進行顯示。
[0078].飛機軌跡顯示時間可調(diào)
[0079]選中軌跡時間下拉框，其中設(shè)計7個時間點，分別是Is、5s、1s、20s、30s、50s、60s，選中其中的一個時間點，例如1s，在該1s內(nèi)，如果串口沒有收到該飛機的數(shù)據(jù)報文，便表示該段時間內(nèi)飛機的航跡信息沒有如何更新的地方，表示該飛機沒有出現(xiàn)在顯示界面所表現(xiàn)的區(qū)域上，因此我們把該飛機從航跡界面上消除。如果不對航跡時間進行選擇，便是系統(tǒng)默認的60s。
[0080].飛機信息列表顯示
[0081]對出現(xiàn)在航跡界面上的飛機，進行了信息統(tǒng)計匯總。求得航跡界面上的飛機總數(shù)，顯示在飛機信息列表上。同時對航跡界面上的所有飛機進行信息匯總，包括飛機的ICAO號、航班號、高度、經(jīng)度、瑋度、東西速度、南北速度、垂直速率、Timejnsg(時間標(biāo)簽)。飛機的信息只要解算出來，就會顯示在相應(yīng)的標(biāo)簽下面，因此相應(yīng)的標(biāo)簽下面的區(qū)域便是空白，不進行顯示。
[0082].目標(biāo)飛機信息顯示
[0083]點擊飛機圖標(biāo)，把該飛機作為目標(biāo)飛機進行選中，該目標(biāo)飛機的詳細信息將會顯示在目標(biāo)飛機信息欄中。同時該飛機及其航跡也會被渲染，以示醒目。
[0084].飛機尾跡長度可調(diào)
[0085]選中軌跡長度下拉框，其中設(shè)計5個軌跡長度，分別是1、10、50、100、1000，選中其中的一個軌跡長度，例如10，表示飛機軌跡長度一共有10個點。如果不對航跡長度進行選擇，便是系統(tǒng)默認的50。
[0086]3、響應(yīng)定時器消息
[0087]本系統(tǒng)的航跡圖實時更新功能，是基于定時器實現(xiàn)的。當(dāng)定時器時間到達時，會產(chǎn)生定時器到達消息。在該消息處理函數(shù)中，根據(jù)當(dāng)前的數(shù)據(jù)信息重繪航跡圖，即可實現(xiàn)航跡圖的實時刷新功能。
[0088]4、響應(yīng)串口數(shù)據(jù)抓包
[0089]由于本系統(tǒng)要一直捕捉從串口接收到的ADS-B數(shù)據(jù)，同時還要響應(yīng)用戶的相關(guān)操作，所以將串口數(shù)據(jù)抓包放在了子線程中予以實現(xiàn)。
[0090]5、數(shù)據(jù)報文串口通信
[0091 ] 使用TMSComm控件，完成串口通信。TMSComm是微軟提供的Act iveX控件，提供了一套完整的串口通信機制。
[0092]通過TMSComm控件的主要屬性及事件，來設(shè)置串口運行時候的參數(shù)，對數(shù)據(jù)進行準(zhǔn)確的抓取。如果在通信過程中發(fā)生錯誤或事件，就會觸發(fā)OnComm事件，并由CommEvent屬性代碼反映錯誤類型。在設(shè)計中，可根據(jù)該屬性值來執(zhí)行不同的操作。
[0093]本系統(tǒng)設(shè)置的串口通信參數(shù)有:串口編號、波特率、奇偶校驗、數(shù)據(jù)位、停止位。根據(jù)需要對其值進行相關(guān)的設(shè)定。
[0094]在本發(fā)明中，定義一個vector變量來存儲接收到的串口數(shù)據(jù)，并基于該變量的值，進行幀匹配及ADS-B數(shù)據(jù)提取工作。當(dāng)串口接收到數(shù)據(jù)時，觸發(fā)OnComm消息處理函數(shù)。該處理函數(shù)將接收緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)，加入該變量的尾部，確保以最快的速度將接收緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)讀走。然后，設(shè)置了一個Timer。當(dāng)Timer時間到達時，則將該變量中所有的數(shù)據(jù)，進行幀匹配及ADS-B數(shù)據(jù)提取。并重繪航跡圖。
[0095]6、進行線程同步
[0096]線程同步，是多線程應(yīng)用程序必須注意的問題。在本發(fā)明中，使用臨界區(qū)對象指針CSRect、CSPoint來實現(xiàn)綠色輻射圓圈數(shù)據(jù)和航跡點數(shù)據(jù)的線程同步。
[0097]7、退出設(shè)計
[0098]退出時，需執(zhí)行相關(guān)的資源釋放和窗口關(guān)閉操作，具體如下:
[0099](I)關(guān)閉定時器。
[0100](2)關(guān)閉串口數(shù)據(jù)抓包線程，并釋放相應(yīng)的句柄和資源。
[0101](3)釋放創(chuàng)建的臨界區(qū)。
[0102](4)釋放申請的全局資源。
[0103](5)關(guān)閉主程序窗口。
[0104]按照上述實施例，便可很好地實現(xiàn)本發(fā)明。值得說明的是，基于上述設(shè)計原理的前提下，為解決同樣的技術(shù)問題，即使在本發(fā)明所公開的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上做出的一些無實質(zhì)性的改動或潤色，所采用的技術(shù)方案的實質(zhì)仍然與本發(fā)明一樣，故其也應(yīng)當(dāng)在本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種基于星載ADS-B的航跡顯示方法，其特征在于，包括步驟: 51、初始化； 52、判斷串口是否有數(shù)據(jù)傳入，若是，則進行步驟S3; 53、從串口抓取ADS-B數(shù)據(jù)幀； 54、對抓取的數(shù)據(jù)進行解碼，然后存儲到數(shù)據(jù)庫；同時，將解碼后的數(shù)據(jù)作為新的航跡數(shù)據(jù)進行添加，實時更新航跡圖。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于星載ADS-B的航跡顯示方法，其特征在于，所述初始化包括步驟: SI 1、運行參數(shù)配置； S12、創(chuàng)建臨界區(qū)； SI 3、創(chuàng)建主程序窗口對象； 514、設(shè)置主程序窗口； 515、繪制航跡界面； 516、初始化串口抓包線程； 517、啟動定時器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于星載ADS-B的航跡顯示方法，其特征在于，在進行S2、S3、S4的同時，可響應(yīng)用戶操作，對航跡圖進行更新。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于星載ADS-B的航跡顯示方法，其特征在于，所述用戶操作包括查看航跡歷史，此時，調(diào)用數(shù)據(jù)庫中存放的數(shù)據(jù)進行回放，并添加航跡數(shù)據(jù)，更新航跡圖。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于星載ADS-B的航跡顯示方法，其特征在于，所述S4中，航跡圖基于定時器實時進行更新。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于星載ADS-B的航跡顯示方法，其特征在于，所述S4中，航跡圖的顯示是通過地圖控件屬性設(shè)置來實現(xiàn)的。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于星載ADS-B的航跡顯示方法，其特征在于，所述更新的航跡圖信息包括飛機的ICAO號，航班號、經(jīng)瑋度、高度、速度。
【文檔編號】G06F17/30GK106021555SQ201610370022
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月27日
【發(fā)明人】李桓, 張登茂, 李洪星, 謝作全, 秦瑾均, 吳小丹, 李玉柏, 王堅
【申請人】電子科技大學(xué)