桑明月 趙玉梅

摘? 要：平流層飛艇與航天、航空飛行器相比，具有成本低、監(jiān)視范圍廣、滯空時間長等優(yōu)點，在很多軍用和民用領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。將平流層的空間位置實時傳送到地面站是實現(xiàn)平流層飛艇監(jiān)視、控制和返回的基礎(chǔ)。文章將地理信息系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用到平流層飛行控制中，利用SuperMap Objects組件包開發(fā)了平流層飛艇航跡規(guī)劃和顯示系統(tǒng)，有力支撐了平流層飛艇飛行試驗的順利開展。

關(guān)鍵詞：平流層飛艇;航跡規(guī)劃;地理信息系統(tǒng);遙控信息;遙測信息

中圖分類號：V274;TN873? ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）07-0049-03

Design and Implementation of Stratospheric Airship Track Planning

and Display System Based on SuperMap

SANG Mingyue，ZHAO Yumei

（The 27th Research Institute of China Electronic Science and Technology Group Corporation，Zhengzhou? 450047）

Abstract：Compared with aerospace and aerospace vehicles，stratospheric airship has the advantages of low cost，wide surveillance range and long dwell time，which has broad application prospects in military and civil fields such as battlefield situation awareness，intelligence reconnaissance，electronic countermeasures，remote sensing earth observation，natural disaster early warning and prediction，relay communication，etc. The real-time transmission of stratospheric space position to the ground station is the basis of stratospheric airship monitoring，control and return. In this paper，the technology of geographic information system is applied to stratospheric flight control，and the stratospheric airship track planning and display system is developed by using SuperMap Objects component package. The system strongly supports the flight test of stratospheric airship.

Keywords：stratospheric airship;track planning;geographic information system;remote control information;telemetry information

0? 引? 言

隨著空天一體化的快速發(fā)展和逐步實現(xiàn)，臨近空間的開發(fā)和利用引起各個航天大國越來越多的關(guān)注。距離地面20～100 km的空域稱為臨近空間[1]，傳統(tǒng)航空器主要在距離地面20 km以下的空域活動，航天器活動在距離地面100 km以上的空域。平流層飛艇是運行在臨近空間的主要飛行器，由于成本低廉、覆蓋范圍廣、滯空時間長等優(yōu)點，平流層飛艇在情報偵察、戰(zhàn)略預(yù)警、遙感對地觀測、自然災(zāi)害預(yù)警、中繼通信、導(dǎo)航定位等軍用和民用領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景和潛在價值[2-6]。美國、俄羅斯等軍事強國已開展了一系列關(guān)于平流層飛艇在軍事和民用領(lǐng)域的論證、設(shè)計、試驗和驗證工作[7，8]。

如何實時將平流層飛艇的空間位置信息、遙測信息、圖像信息傳到地面顯控計算機中對于飛艇的監(jiān)視、控制、返回具有十分重要的意義。地理信息系統(tǒng)軟件為平流層飛艇在地圖上的實時顯示和航跡規(guī)劃提供了平臺保障。本文基于SuperMap平臺設(shè)計并實現(xiàn)了平流層飛艇的航跡規(guī)劃和顯示系統(tǒng)，為地面飛控人員提供飛艇的實時空間位置信息，保障了平流層飛艇飛行試驗的順利開展。

1? 系統(tǒng)總體設(shè)計

平流層飛艇航跡規(guī)劃和顯示系統(tǒng)總體設(shè)計如圖1所示。系統(tǒng)總體設(shè)計包括艇載測控設(shè)備和地面設(shè)備兩部分。艇載測控設(shè)備裝載在飛艇上，具體包括數(shù)傳測控終端和艇務(wù)飛控計算機。地面設(shè)備主要包括天線、天線控制單元、收發(fā)組件、數(shù)傳測控終端、便攜顯控終端和網(wǎng)絡(luò)交換機。平流層航跡規(guī)劃和顯示系統(tǒng)裝載在便攜顯控終端上。飛艇航跡規(guī)劃時，在電子地圖上規(guī)劃的飛艇航跡數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)上傳到地面數(shù)傳測控終端，數(shù)傳測控終端將航跡數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電信號，電信號通過天線發(fā)送出去，艇載數(shù)傳測控終端通過天線接收到地面發(fā)射的無線電信號，將無線電信號轉(zhuǎn)換成可以控制飛艇飛行的指令，指令由艇務(wù)飛控計算機發(fā)出實現(xiàn)對飛艇航跡的控制。飛艇軌跡顯示時，艇務(wù)飛控計算機通過RS-422通信接口將飛艇的空間位置數(shù)據(jù)實時發(fā)送給艇載數(shù)傳測控終端，艇載數(shù)傳測控終端將飛艇的空間位置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成電信號，電信號通過天線發(fā)送出去，地面數(shù)據(jù)測控終端通過天線接收到飛艇發(fā)出的無線電信號，將無線電信號轉(zhuǎn)換成便攜顯控終端可以接收的數(shù)據(jù)，便攜顯控終端將解析出的飛艇經(jīng)緯度、航高實時展示在平流層航跡規(guī)劃和顯示系統(tǒng)中。

2? 系統(tǒng)功能設(shè)計

2.1? 電子地圖無級縮放功能

飛艇的航跡規(guī)劃和顯示都需要依托電子地圖開展。為了滿足用戶從不同尺度上認知任務(wù)區(qū)域的地理空間環(huán)境，系統(tǒng)具備電子地圖無級縮放功能。系統(tǒng)可以根據(jù)用戶的放大、縮小操作實時調(diào)用適合該尺度的電子地圖數(shù)據(jù)。用戶可以根據(jù)航跡規(guī)劃和顯示時認知地理空間環(huán)境的需求，調(diào)用所需尺度的電子地圖數(shù)據(jù)。

2.2? 航跡規(guī)劃和顯示功能

航跡規(guī)劃是實現(xiàn)平流層飛艇飛行控制的基礎(chǔ)。航跡規(guī)劃可以實現(xiàn)對飛艇航跡的設(shè)計、編輯、存儲、發(fā)送等操作處理，實現(xiàn)飛艇的航跡規(guī)劃與控制。系統(tǒng)提供兩種在電子地圖上規(guī)劃飛艇航跡的方式，用戶可以通過空間坐標輸入和選擇點兩種方式進行航跡規(guī)劃。支持用戶根據(jù)任務(wù)規(guī)劃符合要求的航線數(shù)目，每條航線設(shè)置若干個航點，每個航點的信息包括經(jīng)度、緯度、航高。系統(tǒng)不僅具有航跡規(guī)劃功能，而且還可以根據(jù)空間位置將飛艇實時顯示在電子地圖上，方便飛控人員掌握飛艇當前所處的經(jīng)緯度和航高。

2.3? 遙控信息發(fā)送功能

將航跡規(guī)劃的坐標數(shù)據(jù)實時轉(zhuǎn)換成遙控指令是實現(xiàn)飛艇航跡規(guī)劃的關(guān)鍵。系統(tǒng)具備遙控信息發(fā)送功能，其發(fā)送遙控信息的方式包括兩類：一類是系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送遙控信息至地面基帶設(shè)備，通過基帶設(shè)備調(diào)制遙控信息發(fā)送至飛艇進行飛艇的控制，進而實現(xiàn)飛艇的航跡規(guī)劃;另一類是系統(tǒng)通過衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送遙控信息至飛艇進行控制，實現(xiàn)飛艇的航跡規(guī)劃。

2.4? 遙測信息接收功能

遙測信息接收是將飛艇的航跡實時顯示在數(shù)字地圖上的基礎(chǔ)。系統(tǒng)具備遙測信息接收功能，其接收遙測信息的方式也分為兩類：一類是地面測控設(shè)備通過基帶設(shè)備解調(diào)出飛艇空間位置的遙測信息，基帶設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送飛艇空間位置的遙測信息至系統(tǒng);另一類是艇載測控設(shè)備通過衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)將飛艇空間位置的遙測信息發(fā)送至系統(tǒng)。這兩種方式下系統(tǒng)接收到飛艇空間位置的遙測信息后，都需要根據(jù)遙測協(xié)議文件解析出飛艇的空間位置坐標，將解析結(jié)果實時顯示在電子地圖上。

3? 系統(tǒng)的開發(fā)實現(xiàn)

組件開發(fā)具有高度的重用性和互用性，基于組件技術(shù)開發(fā)GIS軟件已成為地理信息系統(tǒng)應(yīng)用軟件開發(fā)的主流模式。

作為一個全組件式GIS軟件開發(fā)平臺，SuperMap Objects提供了從空間數(shù)據(jù)輸入、空間數(shù)據(jù)處理、空間數(shù)據(jù)管理到空間數(shù)據(jù)可視化表達等一系列組件，同時支持多種開發(fā)語言，用戶可以根據(jù)應(yīng)用需求靈活地對各個組件進行組合，快速構(gòu)建GIS應(yīng)用平臺[9，10]。根據(jù)開展平流層飛艇試驗的需求，在總體設(shè)計的基礎(chǔ)上，選取SuperMap Objects組件開發(fā)平臺，在Visual Studio 2010開發(fā)環(huán)境中采用C#語言開發(fā)了基于SuperMap的平流層飛艇航跡規(guī)劃和顯示系統(tǒng)。

基于SuperMap的平流層飛艇航跡規(guī)劃和顯示系統(tǒng)界面如圖2所示。系統(tǒng)左側(cè)的視圖窗口顯示電子地圖，用戶可以在電子地圖上手動規(guī)劃平流層飛艇的航跡，同時平流層飛艇的空間位置可以實時顯示在電子地圖上，可以通過鼠標左鍵單擊的方式查詢平流層飛艇的經(jīng)緯度和航高;系統(tǒng)右側(cè)的表格界面分別是航路點查詢和通過輸入坐標點方式規(guī)劃飛艇航跡的功能，用戶可以根據(jù)任務(wù)需要通過手動輸入經(jīng)緯度坐標完成對飛艇某一條航線的規(guī)劃。

4? 結(jié)? 論

實時獲得平流層飛艇的空間位置是進行平流層飛艇航跡規(guī)劃和控制的基礎(chǔ)。本文將地理信息系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用到平流層飛艇監(jiān)控、控制中，利用SuperMap Objects組件包進行了平流層飛艇航跡規(guī)劃和顯示系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)。平流層飛艇飛行試驗表明，系統(tǒng)不僅能夠通過規(guī)劃飛艇航跡實現(xiàn)飛行的控制，而且可以將平流層飛艇的空間位置傳送至系統(tǒng)，實時顯示在數(shù)字地圖上，為試驗人員控制平流層飛艇航跡、掌握飛艇的空間位置提供了便利。

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作者簡介：桑明月（1987—），女，漢族，河南鄭州人，工程師，碩士，研究方向：測控通信。