鄭祥潘

中國民用航空三亞空中交通管理站

自動相關(guān)監(jiān)視與多雷達數(shù)據(jù)融合的關(guān)鍵技術(shù)分析

鄭祥潘

中國民用航空三亞空中交通管理站

針對ADS與多雷達數(shù)據(jù)融合問題，本文首先對ADS的融合周期進行了介紹；其次對ADS信息向雷達信息的轉(zhuǎn)換進行了詳細介紹；最后對ADS與多雷達航跡融合進行了詳細闡述，希望對相關(guān)工作人員能夠有所幫助。

自動相關(guān)監(jiān)視；多雷達數(shù)據(jù)；關(guān)鍵技術(shù)

利用多雷達數(shù)據(jù)融合可以大幅度的提高對目標監(jiān)視的精準度和連續(xù)性，從而提高監(jiān)視的效果。近幾年，隨著科技的高速發(fā)展，航行系統(tǒng)在全球中得到了推廣，并取得了不錯的應(yīng)用效果。ADS（自動相關(guān)監(jiān)視）已經(jīng)逐漸成為了一種主要的監(jiān)視手段。雷達作為ATC（空中交通管理）系統(tǒng)中的一種主要檢測手段，目前觀測的局限性對系統(tǒng)的功能產(chǎn)生了制約，而ADS恰好對雷達的觀測盲區(qū)和觀測范圍起到了彌補的作用，提高了觀測的精準度和觀測范圍，因此對兩者的融合進行探討是必要的。

一、ADS融合周期

目前應(yīng)用的多數(shù)雷達的掃描周期都處于5-10秒之間。針對一個被觀測的物體而言，如果ADS數(shù)據(jù)的更新周期沒有超過5秒，那么也就意味著被觀測物體數(shù)據(jù)的更新和精準度都優(yōu)于雷達，所以在觀測過程中應(yīng)當以ADS的數(shù)據(jù)為準[1]。因為在時間上存在一定的延遲，如果ADS更新周期處于5-10秒之間，那么在觀測過程中應(yīng)當以雷達數(shù)據(jù)為準，如果超過了10秒，那么其只能在雷達觀測量存在的誤差中進行校準和判別，其主要功能就是降低雷達在測量過程中產(chǎn)生的固定誤差，并不會參與到最后軌跡的融合計算，從而確保系統(tǒng)穩(wěn)定性。

二、ADS信息向雷達信息的轉(zhuǎn)換

ADS信息向雷達信息轉(zhuǎn)換，可以使信息格式發(fā)生轉(zhuǎn)化，從而使融合信息變得統(tǒng)一，不需要對系統(tǒng)的數(shù)量進行改造，從而避免了對原有設(shè)備進行大量處理的浪費局面的出現(xiàn)[2]。在實際操作中，為了解決ADS目標的監(jiān)視問題，可以通過對格式和信息的處理方法，從而將ADS信息合理的轉(zhuǎn)化為具有雷達監(jiān)視特征的目標信息，從而實現(xiàn)對ADS目標的監(jiān)視。該監(jiān)視方法的步驟如下。

1、接受ADS系統(tǒng)發(fā)布的報告，并對其內(nèi)容進行篩選，將ADS信息同飛行器的飛行機進行處理，然后將設(shè)定的雷達位置當作參考點，完成目標投影，從而完成ADS目標軌跡的創(chuàng)建。

2、依據(jù)系統(tǒng)的更新周期推算飛行器的四維位置，并且對新收到的ADS信息中有關(guān)位置的報告對飛行剖面值進行不斷的修正和推算。

3、依據(jù)雷達站的實際位置和雷達的特征參數(shù)，對雷達的探測范圍進行確定，對于飛行器剖面位置的確定應(yīng)當依據(jù)雷達掃扇區(qū)時序完成。

4、依據(jù)雷達信息在格式上的要求，重組目標信息，從而產(chǎn)生標準信息，并將雷達信息輸出接口處。在完成信息轉(zhuǎn)化后，就可以實現(xiàn)雷達融合，整個融合過程中與多雷達數(shù)據(jù)融合十分相似[3]。

三、ADS與多雷達航跡融合

（一）融合過程中誤差配準

數(shù)據(jù)融合前的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是系統(tǒng)誤差配準，操作過程中，隨機誤差主要來自隨機觀測目標的機動和隨機觀測噪音，而系統(tǒng)誤差則主要來自在觀測過程中雷達本身的測距精準度和觀測角度。ADS中使用的導航方式精準度坐標轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)用的是與坐標變換算法偏差相似的方法。中心數(shù)據(jù)融合以及本地跟蹤在隨機誤差的消除上都以軍方估計為準。由于系統(tǒng)存在誤差，因此觀測數(shù)據(jù)于真實值相比將會形成固定偏移，因此在消除系統(tǒng)誤差時，必須要對系統(tǒng)存在的誤差值進行估計，完成估計后要再進行一次數(shù)據(jù)配準。在實際工作中，需要以存在的多雷達系統(tǒng)中的誤差配準法為依據(jù)，對ADS引進后前后融合模型的差異進行考慮，首先對ADS和雷達進行同時應(yīng)用，對同一組目標進行測量，然后依據(jù)測量值構(gòu)造一個方式組，最后對其進行求解，算出最小平方解，獲得最優(yōu)估計值。通過仿真實驗可以發(fā)現(xiàn),通過對該方法的合理應(yīng)用可以對ADS于雷達融合系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)誤差進行消除，從而提高觀測的精準性[4]。

（二）數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)

融合的核心問題就是數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，也是融合中最復雜的問題。以目前的科技來看，航跡關(guān)聯(lián)主要有以下幾種方法：概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、聯(lián)合概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和臨近數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)等。如果觀測目標存在較差、較為密集或機動性較強，在觀測過程中對軌跡關(guān)聯(lián)的可靠性無法確定時，應(yīng)當嘗試著尋找新的方法對問題進行解決，可以通過對模糊聚類算法原理進行引用，從而計算ADS目標和雷達航跡相似的隸屬度，并對航跡關(guān)聯(lián)做出最終判決。

（三）檢測航跡相關(guān)性

航跡數(shù)據(jù)隸屬度矩陣將會給出航跡相關(guān)監(jiān)測的主要數(shù)據(jù)，依據(jù)數(shù)據(jù)可以構(gòu)成相關(guān)性檢測函數(shù)，以閥值和最大隸屬度為基礎(chǔ)，建立航跡關(guān)聯(lián)檢測方法。然后依據(jù)對航跡的相關(guān)性檢測之前，應(yīng)當先通過對粗波門的應(yīng)用以ADS估計點作為中心，對需要進行相關(guān)處理的航跡集進行篩選。波門的大小則有觀測目標的速度最大值、采用周期、進入波門概率等數(shù)據(jù)共同決定。

（四）航跡融合

在航跡融合過程中既可以選擇對目標狀態(tài)融合，也可以選擇對觀測值進行融合。雖然從實際情況來看，對觀測值進行融合效果更好，但是多雷達數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)普遍采用分布式系統(tǒng)，因此對目標狀態(tài)融合也是一種不錯的選擇。在融合過程中，首先通過濾對ADS點的軌跡進行處理，從而生成ADS軌跡，與此同時處理多雷達軌跡的融合，并形成多雷達軌跡，對于航跡融合算法可以通過加權(quán)平均算法完成。

四、結(jié)束語：

ADS和雷達可以說是兩種截然不同的監(jiān)視手段，各自都存在優(yōu)點和缺點，在監(jiān)視過程中，合理的對ADS和多雷達數(shù)據(jù)融合能夠是兩種監(jiān)視手段在應(yīng)用過程中實現(xiàn)互補，ADS周期確保融合的可靠性和精準性信息格式轉(zhuǎn)化技術(shù)的出現(xiàn)為ADS與多雷達數(shù)據(jù)融合提供了技術(shù)支持；誤差配準則為融合提供了更加可靠的數(shù)據(jù)，這些技術(shù)的出現(xiàn)為ADS與多雷達數(shù)據(jù)融合提供了強有力的支持，并且在一定程度上加快了航行系統(tǒng)工程的發(fā)展速度。

[1]羅啟銘.雷達、飛行計劃與ADS-B數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D].電子科技大學,2013.

[2]宮淑麗.機場場面移動目標監(jiān)視系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].南京航空航天大學,2012.

[3]柴昱.自動化系統(tǒng)中多雷達數(shù)據(jù)融合子系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[D].電子科技大學,2010.

[4]程擎,張澍葳.ADS—B和雷達數(shù)據(jù)融合的關(guān)鍵問題分析[J].科學技術(shù)與工程,2011,25:6237-6241.