基于SuperMap的平流層飛艇航跡規劃和顯示系統設計與實現

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、監視范圍廣、滯空時間長等優點，在很多軍用和民用領域具有廣闊的應用前景。將平流層的空間位置實時傳送到地面站是實現平流層飛艇監視、控制和返回的基礎。文章將地理信息系統技術應用到平流層飛行控制中，利用SuperMap Objects組件包開發了平流層飛艇航跡規劃和顯示系統，有力支撐了平流層飛艇飛行試驗的順利開展。

關鍵詞：平流層飛艇;航跡規劃;地理信息系統;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展和逐步實現，臨近空間的開發和利用引起各個航天大國越來越多的關注。距離地面20～100 km的空域稱為臨近空間[1]，傳統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、滯空時間長等優點，平流層飛艇在情報偵察、戰略預警、遙感對地觀測、自然災害預警、中繼通信、導航定位等軍用和民用領域具有廣泛的應用前景和潛在價值[2-6]。美國、俄羅斯等軍事強國已開展了一系列關于平流層飛艇在軍事和民用領域的論證、設計、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視、控制、返回具有十分重要的意義。地理信息系統軟件為平流層飛艇在地圖上的實時顯示和航跡規劃提供了平臺保障。本文基于SuperMap平臺設計并實現了平流層飛艇的航跡規劃和顯示系統，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? 系統總體設計

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

2? 系統功能設計

2.1? 電子地圖無級縮放功能

飛艇的航跡規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區域的地理空間環境，系統具備電子地圖無級縮放功能。系統可以根據用戶的放大、縮小操作實時調用適合該尺度的電子地圖數據。用戶可以根據航跡規劃和顯示時認知地理空間環境的需求，調用所需尺度的電子地圖數據。

2.2? 航跡規劃和顯示功能

航跡規劃是實現平流層飛艇飛行控制的基礎。航跡規劃可以實現對飛艇航跡的設計、編輯、存儲、發送等操作處理，實現飛艇的航跡規劃與控制。系統提供兩種在電子地圖上規劃飛艇航跡的方式，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劃。支持用戶根據任務規劃符合要求的航線數目，每條航線設置若干個航點，每個航點的信息包括經度、緯度、航高。系統不僅具有航跡規劃功能，而且還可以根據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緯度和航高。

2.3? 遙控信息發送功能

將航跡規劃的坐標數據實時轉換成遙控指令是實現飛艇航跡規劃的關鍵。系統具備遙控信息發送功能，其發送遙控信息的方式包括兩類：一類是系統通過網絡發送遙控信息至地面基帶設備，通過基帶設備調制遙控信息發送至飛艇進行飛艇的控制，進而實現飛艇的航跡規劃;另一類是系統通過衛星通信網絡發送遙控信息至飛艇進行控制，實現飛艇的航跡規劃。

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字地圖上的基礎。系統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：一類是地面測控設備通過基帶設備解調出飛艇空間位置的遙測信息，基帶設備通過網絡發送飛艇空間位置的遙測信息至系統;另一類是艇載測控設備通過衛星通信網絡將飛艇空間位置的遙測信息發送至系統。這兩種方式下系統接收到飛艇空間位置的遙測信息后，都需要根據遙測協議文件解析出飛艇的空間位置坐標，將解析結果實時顯示在電子地圖上。

3? 系統的開發實現

組件開發具有高度的重用性和互用性，基于組件技術開發GIS軟件已成為地理信息系統應用軟件開發的主流模式。

作為一個全組件式GIS軟件開發平臺，SuperMap Objects提供了從空間數據輸入、空間數據處理、空間數據管理到空間數據可視化表達等一系列組件，同時支持多種開發語言，用戶可以根據應用需求靈活地對各個組件進行組合，快速構建GIS應用平臺[9，10]。根據開展平流層飛艇試驗的需求，在總體設計的基礎上，選取SuperMap Objects組件開發平臺，在Visual Studio 2010開發環境中采用C#語言開發了基于SuperMap的平流層飛艇航跡規劃和顯示系統。

基于SuperMap的平流層飛艇航跡規劃和顯示系統界面如圖2所示。系統左側的視圖窗口顯示電子地圖，用戶可以在電子地圖上手動規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緯度和航高;系統右側的表格界面分別是航路點查詢和通過輸入坐標點方式規劃飛艇航跡的功能，用戶可以根據任務需要通過手動輸入經緯度坐標完成對飛艇某一條航線的規劃。

4? 結? 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劃和控制的基礎。本文將地理信息系統技術應用到平流層飛艇監控、控制中，利用SuperMap Objects組件包進行了平流層飛艇航跡規劃和顯示系統的設計和開發。平流層飛艇飛行試驗表明，系統不僅能夠通過規劃飛艇航跡實現飛行的控制，而且可以將平流層飛艇的空間位置傳送至系統，實時顯示在數字地圖上，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。

參考文獻：

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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。