ADS-B與空管監(jiān)視雷達(dá)的融合處理方式綜述

張文菁

摘? 要：雷達(dá)系統(tǒng)在空管監(jiān)視工作中發(fā)揮著重要作用，但也存在一定不足，實(shí)現(xiàn)ADS-B與空管監(jiān)視雷達(dá)的充分有效融合，將能夠良好適應(yīng)飛行流量不斷增加的現(xiàn)狀，提升空域安全管理水平。文章主要是從ADS-B基本情況分析入手，重點(diǎn)介紹了ADS-B在空管監(jiān)視中的優(yōu)勢(shì)，闡明了其和空管監(jiān)視雷達(dá)融合的可行性，并提出了一些科學(xué)合理的融合處理方式，為切實(shí)有效推進(jìn)空管監(jiān)視工作的順利有效開(kāi)展提供了一定的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：ADS-B;雷達(dá);空管監(jiān)視;融合處理

中圖分類(lèi)號(hào)：TN957.52 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）05-0113-02

1 概述

民航空管系統(tǒng)廣泛使用雷達(dá)監(jiān)視航空器，但雷達(dá)存在著一定的應(yīng)用盲區(qū)，無(wú)法安裝在一些特定地區(qū)。為了更好強(qiáng)化監(jiān)視管理空域的整體效果，持續(xù)改善航空器的協(xié)同避撞性能，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)民航系統(tǒng)內(nèi)部已經(jīng)全面啟動(dòng)ADS-B建設(shè)工程。同時(shí)現(xiàn)階段飛行流量持續(xù)增加，對(duì)于空中交通管制的監(jiān)視技術(shù)也提出了較高的要求。ADS-B能夠良好覆蓋雷達(dá)的盲區(qū)，科學(xué)有效融合ADS-B和雷達(dá)，將能夠更好的提升空域監(jiān)視管理的整體水平，保障空域安全。

2 ADS-B在空管監(jiān)視中的優(yōu)勢(shì)

2.1 ADS-B基本情況

ADS-B，廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視，從字面上來(lái)看，表明其不需要人工操作和地面詢(xún)問(wèn)，機(jī)載設(shè)備全面提供各項(xiàng)信息，為目標(biāo)位置和用戶(hù)提供監(jiān)視設(shè)備，并且數(shù)據(jù)傳輸方式是以廣播形式傳遞所有使用合適裝備的用戶(hù)。ADS-B工作原理，機(jī)載設(shè)備使用數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，向地面站、同一區(qū)域內(nèi)其他飛機(jī)傳輸信息，即飛機(jī)的四維位置信息及其他識(shí)別信息，通過(guò)廣播的方式，促進(jìn)管制員能實(shí)時(shí)監(jiān)控飛機(jī)的狀態(tài)。現(xiàn)階段ADS-B的使用，主要是包含UAT、1090ES以及VDL-4這三種傳輸鏈路格式。（1）UAT是為了服務(wù)于ADS-B而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的，采用簡(jiǎn)單的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，擁有著較強(qiáng)的穩(wěn)定性，在單一寬帶信道中運(yùn)行，傳送率為1Mbps。（2）1090ES。這種傳輸鏈路在當(dāng)前國(guó)內(nèi)應(yīng)用程度較高，其傳輸率同樣為1Mbps，下行頻率為1090MHz，脈沖編碼是具體信息格式，傳送報(bào)文過(guò)程中使用Asterix Cat021格式。（3）VDL-4。該這一鏈路形式主要使用VHF頻段，傳輸速率為19.2kbps。

2.2 ADS-B的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

ADS-B充分融合了多種現(xiàn)代信息技術(shù)，如通信技術(shù)、定位導(dǎo)航技術(shù)、地面設(shè)備技術(shù)以及民用航空機(jī)載設(shè)備技術(shù)等，其在良好提升設(shè)備運(yùn)行效用，全方位覆蓋航空監(jiān)視范圍，增強(qiáng)飛行員、管制員風(fēng)險(xiǎn)洞察能力，以及提升整體航空交通安全水平方面發(fā)揮著重要作用。通過(guò)ADS-B能夠?qū)崿F(xiàn)信息共享，使得飛行員能夠及時(shí)感知到周?chē)娘w行環(huán)境，保障了飛行安全。與傳統(tǒng)形式的空管雷達(dá)相比，ADS-B也擁有著十分明顯的優(yōu)勢(shì)：（1）ADS-B地面站能夠適用于多種環(huán)境，不受地形限制，成本低且方便維護(hù)和部署。（2）ADS-B擁有著較高的定位精度，在強(qiáng)化和提升航空器之間協(xié)同能力方面發(fā)揮積極作用，相應(yīng)的其促進(jìn)飛行間隔有效減小，從而增加了空域容量，這在良好應(yīng)對(duì)日益增加的空中流量方面具有積極意義。（3）ADS-B可以給地面管制人員和飛行員提供更多的目標(biāo)信息，實(shí)現(xiàn)一體化監(jiān)視，也就是保障空中與地面、空中與空中以及地面與地面之間的充分監(jiān)視效果。雷達(dá)自身特征決定了其無(wú)法在所有地形環(huán)境中進(jìn)行安裝，通過(guò)使用ADS-B將能夠良好應(yīng)對(duì)這種情況，推進(jìn)空中管制工作的全面有效實(shí)施。

3 ADS-B與空管監(jiān)視雷達(dá)的融合處理方法

實(shí)現(xiàn)ADS-B和空管監(jiān)視雷達(dá)之間的融合，一方面是優(yōu)選法，管制終端只顯示出雷達(dá)或者ADS-B的蹤跡，并使用不同符號(hào)加以區(qū)分，簡(jiǎn)單明了，但是無(wú)法充分實(shí)現(xiàn)兩者的結(jié)合，在ADS-B和雷達(dá)覆蓋區(qū)域方面的系統(tǒng)航跡告警功能得不到實(shí)現(xiàn);另一方面使用融合法，其相較于優(yōu)選法，應(yīng)用效果更為明顯，本文主要研究融合法。

3.1 構(gòu)建ADS-B和雷達(dá)數(shù)據(jù)融合模型

實(shí)現(xiàn)ADS-B和空管監(jiān)視雷達(dá)的良好融合，需要構(gòu)建專(zhuān)門(mén)性的數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)，其中需要擁有著校準(zhǔn)、相關(guān)、識(shí)別以及估計(jì)等功能，識(shí)別和估計(jì)環(huán)節(jié)中是實(shí)現(xiàn)實(shí)際融合的主要環(huán)節(jié)，而校準(zhǔn)和相關(guān)則是主要服務(wù)于識(shí)別和估計(jì)的。以多個(gè)雷達(dá)為基礎(chǔ)，和ADS-B保持著深入融合，構(gòu)建起相應(yīng)的融合模型，在充分保障空域監(jiān)管效果方面起到良好作用。某民航企業(yè)采用三雷達(dá)數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)，作為空管監(jiān)視的主要形式，這三個(gè)雷達(dá)共同監(jiān)視著某個(gè)擁有著不同目標(biāo)的區(qū)域，并將所有的信息加以整合，開(kāi)展數(shù)據(jù)校準(zhǔn)工作，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)相關(guān)，在此基礎(chǔ)上將其納入到狀態(tài)估計(jì)和目標(biāo)識(shí)別環(huán)節(jié)中，最終開(kāi)展行為估計(jì)工作，得到最終的狀態(tài)分析。

3.2 ADS-B和空管監(jiān)視雷達(dá)數(shù)據(jù)融合的方式

3.2.1 分布式融合雷達(dá)系統(tǒng)應(yīng)用情況

常見(jiàn)的數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)中主要是使用了混合式、集中式以及分布式這三種類(lèi)型，分布式融合方式更為適應(yīng)ADS-B和雷達(dá)融合的情況，因而本文就其進(jìn)行重點(diǎn)探討。分布式融合系統(tǒng)運(yùn)行中，是以現(xiàn)有多雷達(dá)空管監(jiān)視系統(tǒng)作為基礎(chǔ)和前提，將ADS-B作為新的信息來(lái)源進(jìn)行整合，這樣將能夠推進(jìn)后續(xù)融合環(huán)節(jié)的良好進(jìn)行。具體使用ADS-B和雷達(dá)分布式融合系統(tǒng)的過(guò)程中，首先，需要將各個(gè)雷達(dá)、ADS-B所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行全面校驗(yàn)，將一些錯(cuò)誤數(shù)據(jù)加以及時(shí)剔除，形成航跡數(shù)據(jù)，得到目標(biāo)狀態(tài)估計(jì)結(jié)果。其次，凡是傳輸?shù)紸DS-B和多雷達(dá)融合系統(tǒng)中的本地航跡，都需要開(kāi)展全面細(xì)致的時(shí)空對(duì)準(zhǔn)和坐標(biāo)變換工作，從而減少信息不夠準(zhǔn)確的情況出現(xiàn)。再者，需要重點(diǎn)關(guān)聯(lián)和融合已經(jīng)得到的各項(xiàng)系統(tǒng)航跡信息，這樣將能夠良好融合ADS-B和雷達(dá)監(jiān)視[1]。

3.2.2 前端雷達(dá)數(shù)據(jù)處理方式

民航空管中心所傳入的各項(xiàng)信息，包含各個(gè)雷達(dá)數(shù)據(jù)和ADS-B數(shù)據(jù)，在格式方面存在著較大差異，還有受到傳統(tǒng)因素影響導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的情況，需要針對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的格式進(jìn)行細(xì)致分析，按照格式處理規(guī)則開(kāi)展統(tǒng)一性的數(shù)據(jù)校驗(yàn)工作，在剔除錯(cuò)誤數(shù)據(jù)之后，處理好各項(xiàng)正確數(shù)據(jù)。

3.2.3 單個(gè)雷達(dá)和ADS-B數(shù)據(jù)融合處理方式

使用單雷達(dá)和ADS-B開(kāi)展數(shù)據(jù)融合處理工作，首先保證信息數(shù)據(jù)格式識(shí)別正確無(wú)誤;其次，需要根據(jù)數(shù)據(jù)格式的情況，解釋各項(xiàng)接收數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行充分有效的轉(zhuǎn)換，使其按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式加以展示，融合數(shù)據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部中使用大地經(jīng)緯度坐標(biāo)系，對(duì)于數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換和整理工作提出了較高要求，除了轉(zhuǎn)換格式之外，還需要變換坐標(biāo)[2]。

3.2.4 多雷達(dá)和ADS-B數(shù)據(jù)融合處理方式

在多雷達(dá)的前提下，實(shí)現(xiàn)空管雷達(dá)監(jiān)視和ADS-B的良好數(shù)據(jù)融合，第一，需要注意到各部雷達(dá)運(yùn)行過(guò)程中，都存在著較大的不同，如時(shí)間參考點(diǎn)、空間、參考坐標(biāo)系等，這些內(nèi)容都不夠統(tǒng)一，這就導(dǎo)致雷達(dá)都是從本雷達(dá)實(shí)際處于的地理位置入手，將其作為參考點(diǎn)，針對(duì)飛行器運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行探測(cè)[3]。

第二，單雷達(dá)和ADS-B航跡，傳輸?shù)胶蠖碎_(kāi)展處理工作，同樣需要做好一系列的預(yù)處理工作，主要是校準(zhǔn)各項(xiàng)數(shù)據(jù)和信息，實(shí)現(xiàn)格式的統(tǒng)一，如校正正北方位、對(duì)準(zhǔn)時(shí)間軸、變換坐標(biāo)等，使得各項(xiàng)數(shù)據(jù)都處于統(tǒng)一的時(shí)空參考坐標(biāo)系統(tǒng)中，將各項(xiàng)數(shù)據(jù)融合過(guò)程中存在著的誤差控制在最小限度內(nèi)[4]。

第三，在單雷達(dá)數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)上，多雷達(dá)和ADS-B數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)已經(jīng)可以轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一格式，這些通過(guò)雷達(dá)探測(cè)的數(shù)據(jù)，想要構(gòu)建融合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型，需要發(fā)揮分布式多傳感器的作用[5]。開(kāi)展航跡處理、跟蹤處理工作，需要判斷各個(gè)雷達(dá)的航跡是否是探測(cè)同一個(gè)目標(biāo)而得到的，同時(shí)還需要將一些不同站點(diǎn)報(bào)告的目標(biāo)進(jìn)行有效合并，當(dāng)然這些站點(diǎn)目標(biāo)包含的類(lèi)型有限：（1）目標(biāo)位置存在相關(guān)性;（2）二次代碼或者24bit地址碼之間有相關(guān)性，且其中存在著唯一且同等的二次代碼;（3）目標(biāo)高度存在著相關(guān)性;（4）目標(biāo)速度存在著一定的相關(guān)性。切實(shí)有效推進(jìn)雷達(dá)數(shù)據(jù)和ADS-B數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)合并，其合并原則較為類(lèi)似，區(qū)別表現(xiàn)在ADS-B中的24bit地址碼相關(guān)性更強(qiáng)[6]。

第四，數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)同時(shí)使用ADS-B、雷達(dá)信息，所提供的系統(tǒng)航跡有最小位置誤差。產(chǎn)生系統(tǒng)航跡之后，系統(tǒng)MST（多傳感器數(shù)據(jù)融合模塊）良好關(guān)聯(lián)飛行計(jì)劃和系統(tǒng)航跡。如果航跡中存在著二次代碼，其和飛行計(jì)劃之間的關(guān)聯(lián)性，使得航跡標(biāo)牌顯示為擁有飛行計(jì)劃的航班號(hào)[7]。

4 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前中國(guó)民航局已經(jīng)全面啟動(dòng)了ADS-B建設(shè)工程，將其作為空中交通管制監(jiān)視工作的重要方式。ADS-B良好適應(yīng)了當(dāng)前空中飛行流量持續(xù)增加的現(xiàn)實(shí)情況，并且能夠彌補(bǔ)雷達(dá)在空管監(jiān)視中的一些不足，以較高的定位精度，提升飛行器的協(xié)同避撞能力，從而給飛行器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)創(chuàng)建出更為安全的環(huán)境。積極實(shí)現(xiàn)ADS-B與空管監(jiān)視雷達(dá)的良好融合，需要注重結(jié)合這兩種監(jiān)視方式的特點(diǎn)，采用數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)建設(shè)的方式，充分提升融合效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃裕文.二次雷達(dá)與ADS-B監(jiān)視中的STCA虛警分析[J].通訊世界，2017（9）：131-132.

[2]盧升云.空管自動(dòng)化系統(tǒng)的多雷達(dá)與ADS-B數(shù)據(jù)融合技術(shù)綜述[J].通訊世界，2016（6）：109-110.

[3]王銳鋒.淺析ADS-B空管監(jiān)視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究[J].科技尚品，2017（9）：154-155.

[4]高永剛.ADS-B監(jiān)視技術(shù)功能探討及特點(diǎn)分析——基于1090ES數(shù)據(jù)鏈[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2018（4）：188-190.

[5]孫薇.ADS-B技術(shù)在空管中的應(yīng)用分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（15）：290-290.

[6]余闐.淺析烏魯木齊空管中心ADS-B接入自動(dòng)化系統(tǒng)優(yōu)化與研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017（31）：193-194.

[7]黃丹珺.ADS-B技術(shù)在INDRA空管自動(dòng)化系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2017（1）：41-43.