新疆增水作业地空通信指挥系统研制

　　    摘要：新疆人影办1978年以来一直坚持开展飞机人工增水作业，为了实现“空情下达”和“地情上传”，使决策指挥和作业的实施能够更加紧密的结合，研制了基于北斗卫星和GPS技术的通信系统。该系统的地面指挥中心通过加载雷达原始扫描数据、MICAPS云图和机上传送回的飞机GPS信息及温湿数据进行分析，通过短信方式向空中的作业飞机发送指令指挥其作业，具有实时作业轨迹显示、航线设计、地图服务等功能。不但使人工增水作业更为科学，还增强飞机作业的效果和安全系数。

　　人工影响天气[1]是指在适当的天气条件下，通过人工干预，使天气过程向符合人类愿望的方向发展。如果说科学研究的目的是认识自然和改造自然，那么人工影响天气就是在认识自然的基础上，去改造自然。

　　人工影响天气作业主要是指人工增雪和人工消雹，当然也可以扩展到人工消雨、消雾、防霜、人工引雷等方面。目前，国内目前采用高炮、火箭及飞机等催化工具进行增作业。飞机作业范围大、作业时间长，可以直接进入云层指定位置进行播撒作业。

　　为了保护冬小麦安全越冬和缓解春旱，自1978年冬季以来，新疆人影办一直坚持开展飞机人工增雪作业试验。由于飞机人工增雪作业需要和多个部门协调，而天气系统的变化又很快，人影办作业飞机使用的传统通讯设备是电台，但是电台的传输方式受距离、电磁波等诸多要素的限制。如果飞机到其它地市作业，还要架设电台的基站等，这在人力、物力等投资是很大的，也给作业带来极大的不便，在实际的作业中就经常会出现作业和指挥之间具有一定的时间滞后性。因此为了减小指挥与作业间的时间间隔，并且能够及时

　　按照实际天气情况调整作业方案，提高飞机人工增雪的效果，使决策指挥和作业的实施能够更加紧密的结合，特别需要建设一套地空通信系统。另外，中国气象局提出的“人工影响天气工作要实现从注重规模发展向注重提高科技水平、技术含量和作业效益的转变；以及从传统作业技术向应用高、新技术转变”的战略思想，也要求我们的飞机人工增雪工作采用更新的技术手段与工具。为此，新疆人影办联合北京神州星宇科技有限公司开发设计了适合新疆实际情况的基于北斗卫星和GPS技术[2]的地空通信指挥系统。

　　1项目的总体设计方案

　　目前新疆维吾尔自治区人工影响天气办公室的人工作业飞机共有两架运—8型飞机，起降机场分别设在南疆的库尔勒军民两用机场和北疆的克拉玛依民用机场，指挥部设在乌鲁木齐的人影业务中心。考虑到现中国北斗一号系统现已逐步在无人气象站、人工增雪推广等气象领域；得到应用，其优点是[3]覆盖范围广、容量大、抗干扰强、安装维护简单、兼容性强。应用在作业飞机上，使飞机作业时地面空中的相互联系更为简便、快捷。将极大地提高了飞机作业时通讯的现代化水平。所以决定采用基于北斗卫星的通信系统。系统采用中国北斗卫星进行三处地面（库尔勒、克拉玛依、乌鲁木齐，其中乌鲁木齐人影中心的为通信系统指挥机）和两架空中作业飞机的通信(不受距离限制)。在每架作业飞机上安装一台工控机、北斗1号用户机一台、GPS接收机一台、空对地通信软件一套。空中飞机可以通过工控机[4]实时采集GPS信息及温湿仪的数据存储，可以按需定时把空中采集到的数据通过北斗1号用户机[5]发送到地面指挥中心；以方便地面指挥中心监控飞机作业时的路线；地面指挥中心安装北斗指挥机和中心服务软件通过加载雷达原始扫描数据和MICAPS云图和机上传送回的飞机位置及温湿信息进行分析，通过短信方式向空中的作业飞机发送指令，指挥其作业。地面服务软件可同时带多个客户端，客户端可以实时监控飞机轨迹和回放以前的轨迹功能。空中和地面可以通过短信方式进行文字通信。

　　(http://www.boraid.com)|/darticle3/list.asp?id=171473|46

　　系统架构图：

　　图1基于北斗卫星的飞机作业监控系统系统实现的主要功能

　　2系统实现的主要功能

　　2.1实时作业轨迹显示

　　主要应用在增雪作业飞机，主要实现飞机的实时轨迹显示和实时通信指挥，主要利用北斗的通信功能，利用GPS进行实时定位，由北斗回传信息，在电子地图上显示飞机、车辆的实时轨迹并进行实时的短信互通，实现大规模、大范围增雪作业飞机的实时调度指挥。

　　图2增雪飞机飞行轨迹界面图

　　(注：红色为飞机飞行时无作业颜色，蓝色为：飞行中使用的碘化银焰弹作业颜色)

　　2.2雷达原始数据体扫叠加

　　通过调用雷达的原始数据，进行解算，并显示出PPI、CAPPI、RHI。其中PPI、CAPPI要求显示其三个要素包括强度、速度、谱宽及三要素在14个不同的仰角的具体信息；用不同的颜色在相应的位置标识出。当显示出PPI或CAPPI中的一个要素信息后，同时可以查看RHI的信息。根据雷达的回波信息可以指挥飞机避开较强的回波，以保证飞行机的安全。

　　图3雷达数据叠加实时监控

　　2.3云图叠加

　　通过调用Micaps云图进行分析，显示，可以供地面指挥人员分析飞机所处的位置云层的情况；同时也可以作为预报人员作增雪飞行计划时参考。

　　图4叠加云图效果图