嚴景謙

摘 要： 隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，民航運輸?shù)膲毫σ苍谌找嬖鲩L，與此同時，社會對航空事業(yè)發(fā)展的關(guān)注度也在隨之提升。因此，加快構(gòu)建全新的飛機航行系統(tǒng)，通過ADS-B與空管監(jiān)視雷達數(shù)據(jù)融合技術(shù)的應(yīng)用，提高民航飛行軌跡的觀測精度，促進民航飛行安全穩(wěn)定性的提升，就成為了值得研究的課題。本文主要從ADS-B與空管監(jiān)視雷達的涵義入手，對ADS-B與空管監(jiān)視雷達數(shù)據(jù)的融合處理進行了分析和研究，旨在為ADS-B與空管監(jiān)視雷達數(shù)據(jù)的有效融合提供參考。

關(guān)鍵詞： 監(jiān)視技術(shù)；空管；數(shù)據(jù)；融合

前言

隨著我國航空事業(yè)的快速發(fā)展，空中航班的交通流量也隨之增長，這就給空中交通管制帶來了全新的壓力與挑戰(zhàn)。新時期背景下，為了確保航班的交通安全，有效提升飛機的航行效率，就必須對空管系統(tǒng)加以升級和優(yōu)化。目前，我國空中管制多依靠甚高頻通信與雷達監(jiān)視，然而此模式存有明顯局限性，而ADS-B能夠?qū)走_覆蓋問題加以有效解決，因此，ADS-B信號與空管監(jiān)視雷達信號的融合處理就成為了本文所要研究的內(nèi)容。

1 ADS-B與空管監(jiān)視雷達概述

1.1 ADS-B概述

ADS-B是自動相關(guān)監(jiān)視與廣播式的英文縮寫，從字面含義來理解，自動指的是該設(shè)備無需人工操作；相關(guān)指的是信號數(shù)據(jù)信息內(nèi)容全部源自機載設(shè)備；監(jiān)視指的是設(shè)備主要用于對目標具體位置進行確認；廣播指的是數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞讲⒎轻槍μ囟ǖ挠脩?，而是對具有相關(guān)裝備的用戶進廣播通知。

1.2 ADS-B與空管監(jiān)視雷達概述

數(shù)據(jù)融合指的是通過數(shù)據(jù)的綜合處理，實現(xiàn)對實體評估的目的。當(dāng)前，我國的空中管制多采用雷達進行目標監(jiān)視，然而雷達存在覆蓋面積有限的明顯缺陷。而通過采用ADS-B技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對飛機空地與空空的全面監(jiān)測，同時采取全向廣播的方式，對機載設(shè)備進行監(jiān)控信息的自動發(fā)送與接收，其中，監(jiān)控信息的內(nèi)容包括了飛機飛行的經(jīng)緯度、速度、高度、方向、識別信息等內(nèi)容。因此，在航空系統(tǒng)中應(yīng)用ADS-B技術(shù)能夠為飛機航行提供可靠的監(jiān)控數(shù)據(jù)，同時快速進行地形、天氣等與飛行相關(guān)的關(guān)鍵性信息和內(nèi)容的傳送，以此提高飛機飛行的安全性。此外，該項技術(shù)的投入成本較低，通常只占雷達系統(tǒng)資金投入的1/10，且具備無盲區(qū)、使用壽命長等優(yōu)勢。因此，ADS-B在我國航空事業(yè)發(fā)展方面具有廣泛的應(yīng)用前景。

2 ADS-B與空管監(jiān)視雷達數(shù)據(jù)的融合處理

當(dāng)前，ADS-B和空管監(jiān)視雷達數(shù)據(jù)融合通常采用兩種方式，一是優(yōu)選法，即在管制終端僅顯示ADS-B航跡或是雷達航跡，而非采取不同符號對ADS-B和雷達航跡予以區(qū)分，此類方法操作簡單，較為容易實現(xiàn)，它可對雷達覆蓋區(qū)域進行雷達航跡的顯示，對雷達未覆蓋區(qū)域進行ADS-B航跡的相關(guān)顯示。然而，它具有明顯缺陷，即無法對ADS-B和雷達所覆蓋區(qū)域進行航跡的及時告警，同時，由于ADS-B與雷達在進行目標相關(guān)位置計算時所采用的算法差異，致使目標跨越兩者交疊覆蓋區(qū)時常會產(chǎn)生嚴重跳點狀況等。第二種方法則為融合法，采用此法可對優(yōu)選法所存在的漏洞進行有效彌補。

2.1 構(gòu)建數(shù)據(jù)融合模型

通常來講，數(shù)據(jù)融合的功能主要包括了信息校準、識別、相關(guān)與估計等內(nèi)容，其中，校準與相關(guān)主要是為接下來的目標識別與估計進行準備作業(yè)，而實際的融合正是在識別與估計當(dāng)中進行的，圖1為ADS-B與多雷達數(shù)據(jù)進行融合的構(gòu)建模型，通過ADS-B和雷達數(shù)據(jù)信息的有效融合，能夠?qū)崿F(xiàn)對同一區(qū)域不同目標的實時監(jiān)測。

2.2數(shù)據(jù)的融合方式

通常來講，數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)可分為分布式、集中式與混合式。其中，分布式作為一種能夠有效避免信息數(shù)據(jù)出現(xiàn)損失的融合方式，在現(xiàn)有的空管監(jiān)視系統(tǒng)當(dāng)中得到了應(yīng)用與推廣。

在分布式結(jié)構(gòu)的融合系統(tǒng)中，首先會形成各個目標本身的本地航跡，然后將相關(guān)處理信息及結(jié)果傳遞至融合中心處，再在融合中心處加以融合，從而生成更加精準的系統(tǒng)航跡。

在ADS-B和多雷達的數(shù)據(jù)處理過程中，首先，需要將各雷達的輸入數(shù)據(jù)與ADS-B數(shù)據(jù)加以校驗；其次，對其中所包含的錯誤數(shù)據(jù)進行剔除，以此形成完整的航跡數(shù)據(jù)，并給出相關(guān)目標的狀態(tài)估計；然后，將相關(guān)數(shù)據(jù)信息傳送至多雷達的融合系統(tǒng)當(dāng)中去，使雷達與ADS-B產(chǎn)生的本地航跡在進行坐標變換及時空校準后，再進行與系統(tǒng)航跡的關(guān)聯(lián)及融合；最后，實現(xiàn)ADS-B和空管監(jiān)視雷達相關(guān)數(shù)據(jù)信息的高效融合。

（1）前端雷達的數(shù)據(jù)處理

由于傳送至航管中心的ADS-B和各雷達數(shù)據(jù)格式各有差異，且考慮到傳輸過程中的不確定性，極易出現(xiàn)數(shù)據(jù)信息錯誤的狀況發(fā)生，因此，需要對數(shù)據(jù)的格式進行分析，同時，還需依照預(yù)先設(shè)定的規(guī)則和標準對數(shù)據(jù)加以校驗，并將其中明顯出現(xiàn)錯誤的數(shù)據(jù)剔除，最后，才能對數(shù)據(jù)加以集中處理。

（2）單雷達與ADS-B的數(shù)據(jù)處理

首先，需進行ADS-B與各雷達數(shù)據(jù)的格式識別，在確認無誤后，再依照各自的數(shù)據(jù)格式，對所接收到的數(shù)據(jù)加以分析和解釋，同時，將數(shù)據(jù)內(nèi)容轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)內(nèi)部所設(shè)置的統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式，再采取經(jīng)緯度坐標系對數(shù)據(jù)內(nèi)容進行坐標的同步轉(zhuǎn)換，以便后續(xù)處理。

（3）多雷達與ADS-B的融合處理

由于各臺雷達均將各自所在的地理位置當(dāng)作參照對象，進行實際目標運動路徑的具體探測，這就導(dǎo)致數(shù)據(jù)信息缺乏在時間、空間、參照對象及坐標系等方面內(nèi)容的統(tǒng)一標準。因此，在單雷達和ADS-B將航跡傳送至后端展開多雷達數(shù)據(jù)的相關(guān)處理作業(yè)之前。必須對時間軸進行校準，對正北方向加以校正，同時對坐標變換進行系統(tǒng)性的統(tǒng)一處理，在以上預(yù)處理工作完成以后，方可進行自動化系統(tǒng)中時空參考坐標的統(tǒng)一化處理，以此降低數(shù)據(jù)融合過程中所產(chǎn)生的誤差。

在對單雷達數(shù)據(jù)進行處理后，使相關(guān)數(shù)據(jù)信息格式統(tǒng)一轉(zhuǎn)換成內(nèi)部標準格式，經(jīng)過上述操作，使系統(tǒng)接收到的雷達探測數(shù)據(jù)均為統(tǒng)一格式，然后再采取分布式傳感器進行融合系統(tǒng)的功能模型構(gòu)建，同時，還需以各個單雷達所探測的航跡跟蹤為基礎(chǔ)，對源自不同雷達的不同航跡是否表示同一目標加以判斷，并依據(jù)下列條件對不同站點發(fā)送的目標信息進行合并處理：①速度相關(guān)；②位置相關(guān)；③高度相關(guān)；④24bit的地址碼及二次代碼相關(guān)。

由于系統(tǒng)于同一時間會對雷達與ADS-B所發(fā)送的兩種數(shù)據(jù)信息進行判斷，以此為空管中心提供誤差較小的系統(tǒng)航跡，從而確保航跡準確度。在這一過程中，主要通過多路傳感器的數(shù)據(jù)融合模塊（MST），并采取動態(tài)數(shù)據(jù)進行經(jīng)度檢測的方式，對ADS-B及雷達數(shù)據(jù)信息加以平衡，同時，對一個目標相關(guān)聯(lián)的多個數(shù)據(jù)采用加權(quán)法進行計算，若某傳感器質(zhì)量出現(xiàn)下降，則系統(tǒng)MST會自動將其權(quán)重予以降低，必要時，甚至?xí)耆釛墶?/p>

系統(tǒng)航跡一經(jīng)產(chǎn)生，系統(tǒng)MST就會將該航跡同飛機現(xiàn)有飛行計劃加以關(guān)聯(lián)，若航跡內(nèi)容中含有二次代碼，則此關(guān)聯(lián)需建立在二次代碼與飛行計劃基礎(chǔ)之上，此時，航跡標牌則會顯示與飛行計劃相關(guān)聯(lián)的具體航班號。

若系統(tǒng)航跡僅包括含有ADS-B數(shù)據(jù)信息的相關(guān)報告，則建立在飛行計劃與二次代碼相關(guān)的準則無法適用于此情況，此時，系統(tǒng)會依據(jù)飛行計劃中相應(yīng)的飛機注冊號及航空公司來對24bit地址碼進行確認，在確認以后，系統(tǒng)MST會將二次代碼予以24bit地址碼的替換操作，之后再與飛行計劃加以相應(yīng)關(guān)聯(lián)。

分布式系統(tǒng)能夠有效壓縮數(shù)據(jù)信息數(shù)量，從而降低傳感器與數(shù)據(jù)融合中心處二者間的信息通訊負荷，同時，中心處理器也能夠?qū)ο嚓P(guān)航跡數(shù)據(jù)進行處理，以此降低融合中心的負擔(dān)，提高數(shù)據(jù)處理效率。

3 總結(jié)

綜上所述，通過對ADS-B技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)與傳統(tǒng)雷達系統(tǒng)的協(xié)同作業(yè)，以此提升空管中心對飛行目標的監(jiān)控效率。本文主要對ADS-B與空管監(jiān)視雷達數(shù)據(jù)的融合處理方法進行了分析和研究，從而確保飛機的安全穩(wěn)定飛行?！?/p>

參考文獻

[1]劉軒宇. 淺析ADS-B與空管監(jiān)視雷達的融合處理方式[J]. 通訊世界， 2015（16）：246-247.

[2]陳霄. ADS-B與雷達組合監(jiān)視數(shù)據(jù)融合方法研究[J]. 無線互聯(lián)科技， 2015（23）：110-111.

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