基于SuperMap的平流层飞艇航迹规划和显示系统设计与实现

桑明月 赵玉梅

摘  要：平流层飞艇与航天、航空飞行器相比，具有成本低、监视范围广、滞空时间长等优点，在很多军用和民用领域具有广阔的应用前景。将平流层的空间位置实时传送到地面站是实现平流层飞艇监视、控制和返回的基础。文章将地理信息系统技术应用到平流层飞行控制中，利用SuperMap Objects组件包开发了平流层飞艇航迹规划和显示系统，有力支撑了平流层飞艇飞行试验的顺利开展。

关键词：平流层飞艇;航迹规划;地理信息系统;遥控信息;遥测信息

中图分类号：V274;TN873       文献标识码：A 文章编号：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

隨着空天一体化的快速发展和逐步实现，临近空间的开发和利用引起各个航天大国越来越多的关注。距离地面20～100 km的空域称为临近空间[1]，传统航空器主要在距离地面20 km以下的空域活动，航天器活动在距离地面100 km以上的空域。平流层飞艇是运行在临近空间的主要飞行器，由于成本低廉、覆盖范围广、滞空时间长等优点，平流层飞艇在情报侦察、战略预警、遥感对地观测、自然灾害预警、中继通信、导航定位等军用和民用领域具有广泛的应用前景和潜在价值[2-6]。美国、俄罗斯等军事强国已开展了一系列关于平流层飞艇在军事和民用领域的论证、设计、试验和验证工作[7，8]。

如何实时将平流层飞艇的空间位置信息、遥测信息、图像信息传到地面显控计算机中对于飞艇的监视、控制、返回具有十分重要的意义。地理信息系统软件为平流层飞艇在地图上的实时显示和航迹规划提供了平台保障。本文基于SuperMap平台设计并实现了平流层飞艇的航迹规划和显示系统，为地面飞控人员提供飞艇的实时空间位置信息，保障了平流层飞艇飞行试验的顺利开展。

1  系统总体设计

平流层飞艇航迹规划和显示系统总体设计如图1所示。系统总体设计包括艇载测控设备和地面设备两部分。艇载测控设备装载在飞艇上，具体包括数传测控终端和艇务飞控计算机。地面设备主要包括天线、天线控制单元、收发组件、数传测控终端、便携显控终端和网络交换机。平流层航迹规划和显示系统装载在便携显控终端上。飞艇航迹规划时，在电子地图上规划的飞艇航迹数据通过网络上传到地面数传测控终端，数传测控终端将航迹数据转换成电信号，电信号通过天线发送出去，艇载数传测控终端通过天线接收到地面发射的无线电信号，将无线电信号转换成可以控制飞艇飞行的指令，指令由艇务飞控计算机发出实现对飞艇航迹的控制。飞艇轨迹显示时，艇务飞控计算机通过RS-422通信接口将飞艇的空间位置数据实时发送给艇载数传测控终端，艇载数传测控终端将飞艇的空间位置数据转换成电信号，电信号通过天线发送出去，地面数据测控终端通过天线接收到飞艇发出的无线电信号，将无线电信号转换成便携显控终端可以接收的数据，便携显控终端将解析出的飞艇经纬度、航高实时展示在平流层航迹规划和显示系统中。

2  系统功能设计

2.1  电子地图无级缩放功能

飞艇的航迹规划和显示都需要依托电子地图开展。为了满足用户从不同尺度上认知任务区域的地理空间环境，系统具备电子地图无级缩放功能。系统可以根据用户的放大、缩小操作实时调用适合该尺度的电子地图数据。用户可以根据航迹规划和显示时认知地理空间环境的需求，调用所需尺度的电子地图数据。

2.2  航迹规划和显示功能

航迹规划是实现平流层飞艇飞行控制的基础。航迹规划可以实现对飞艇航迹的设计、编辑、存储、发送等操作处理，实现飞艇的航迹规划与控制。系统提供两种在电子地图上规划飞艇航迹的方式，用户可以通过空间坐标输入和选择点两种方式进行航迹规划。支持用户根据任务规划符合要求的航线数目，每条航线设置若干个航点，每个航点的信息包括经度、纬度、航高。系统不仅具有航迹规划功能，而且还可以根据空间位置将飞艇实时显示在电子地图上，方便飞控人员掌握飞艇当前所处的经纬度和航高。

2.3  遥控信息发送功能

将航迹规划的坐标数据实时转换成遥控指令是实现飞艇航迹规划的关键。系统具备遥控信息发送功能，其发送遥控信息的方式包括两类：一类是系统通过网络发送遥控信息至地面基带设备，通过基带设备调制遥控信息发送至飞艇进行飞艇的控制，进而实现飞艇的航迹规划;另一类是系统通过卫星通信网络发送遥控信息至飞艇进行控制，实现飞艇的航迹规划。

2.4  遥测信息接收功能

遥测信息接收是将飞艇的航迹实时显示在数字地图上的基础。系统具备遥测信息接收功能，其接收遥测信息的方式也分为两类：一类是地面测控设备通过基带设备解调出飞艇空间位置的遥测信息，基带设备通过网络发送飞艇空间位置的遥测信息至系统;另一类是艇载测控设备通过卫星通信网络将飞艇空间位置的遥测信息发送至系统。这两种方式下系统接收到飞艇空间位置的遥测信息后，都需要根据遥测协议文件解析出飞艇的空间位置坐标，将解析结果实时显示在电子地图上。

3  系统的开发实现

组件开发具有高度的重用性和互用性，基于组件技术开发GIS软件已成为地理信息系统应用软件开发的主流模式。

作为一个全组件式GIS软件开发平台，SuperMap Objects提供了从空间数据输入、空间数据处理、空间数据管理到空间数据可视化表达等一系列组件，同时支持多种开发语言，用户可以根据应用需求灵活地对各个組件进行组合，快速构建GIS应用平台[9，10]。根据开展平流层飞艇试验的需求，在总体设计的基础上，选取SuperMap Objects组件开发平台，在Visual Studio 2010开发环境中采用C#语言开发了基于SuperMap的平流层飞艇航迹规划和显示系统。

基于SuperMap的平流层飞艇航迹规划和显示系统界面如图2所示。系统左侧的视图窗口显示电子地图，用户可以在电子地图上手动规划平流层飞艇的航迹，同时平流层飞艇的空间位置可以实时显示在电子地图上，可以通过鼠标左键单击的方式查询平流层飞艇的经纬度和航高;系统右侧的表格界面分别是航路点查询和通过输入坐标点方式规划飞艇航迹的功能，用户可以根据任务需要通过手动输入经纬度坐标完成对飞艇某一条航线的规划。

4  结  论

实时获得平流层飞艇的空间位置是进行平流层飞艇航迹规划和控制的基础。本文将地理信息系统技术应用到平流层飞艇监控、控制中，利用SuperMap Objects组件包进行了平流层飞艇航迹规划和显示系统的设计和开发。平流层飞艇飞行试验表明，系统不仅能够通过规划飞艇航迹实现飞行的控制，而且可以将平流层飞艇的空间位置传送至系统，实时显示在数字地图上，为试验人员控制平流层飞艇航迹、掌握飞艇的空间位置提供了便利。

参考文献：

[1] 李智斌，黄宛宁，张钊.2018年临近空间科学热点回眸 [J].科技导报，2019，37（1）：44-51.

[2] 彭桂林，万志强.中国浮空器遥感遥测应用现状与展望 [J].地球信息科学学报，2019，21（4）：504-511.

[3] 王彦广，姚伟，李勇.平流层飞艇技术发展及其应用前景展望 [J].卫星与网络，2010（4）：18-21.

[4] 王建军，曹泽阳，张建航，等.构建临近空间预警探测体系的思考 [J].飞航导弹，2019（10）：57-60.

[5] 黄宛宁，张晓军，李智斌，等.临近空间科学技术的发展现状及应用前景 [J].科技导报，2019，37（21）：46-62.

[6] 郭劲.临近空间飞行器军事应用价值分析 [J].光机电信息，2010，27（8）：22-27.

[7] 秦利宇，戴秋敏.平流层浮空器的现状和技术趋势 [J].科技创新与应用，2020（1）：156-157.

[8] 李金明，龙飞.国外大型对流层飞艇发展现状、特点与趋势 [J].航空科学技术，2015，26（1）：1-6.

[9] 温伯威.城市应急疏散GIS及关键模型研究与实践 [D].郑州：解放军信息工程大学，2012.

[10] SuperMap图书编委会.GIS工程师训练营：SuperMap Objects组件式开发 [M].北京：清华大学出版社，2011.

作者简介：桑明月（1987—），女，汉族，河南郑州人，工程师，硕士，研究方向：测控通信。