劉義 田明輝

摘要：捷克ERA公司出產(chǎn)的多點(diǎn)相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)運(yùn)用于場(chǎng)面和進(jìn)近監(jiān)視，其定位精度影響著目標(biāo)檢測(cè)的可用性，對(duì)于技術(shù)人員維護(hù)設(shè)備來說尤為重要。本文論述了多點(diǎn)相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)的原理、時(shí)差定位精度因子模型并進(jìn)行了多點(diǎn)進(jìn)近子系統(tǒng)的時(shí)差定位精度仿真實(shí)驗(yàn)，對(duì)于了解系統(tǒng)的精度情況提供了一種手段。

關(guān)鍵詞：多點(diǎn);MSS;MLAT;時(shí)差定位精度;GDOP

中圖分類號(hào)：V351.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）04-0115-02

0 引言

2007年，華北空管局從捷克ERA公司引入了全國首套多點(diǎn)相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)MSS（Multilateration Surveillance System），該系統(tǒng)包含兩套子系統(tǒng)，場(chǎng)面監(jiān)視系統(tǒng)與進(jìn)近監(jiān)視系統(tǒng)。自投入運(yùn)行以來，場(chǎng)面監(jiān)視系統(tǒng)有效改善了場(chǎng)面監(jiān)視雷達(dá)SMR（Surveillance Monitoring Radar）本身的局限性導(dǎo)致的盲區(qū)，對(duì)整個(gè)機(jī)場(chǎng)地區(qū)場(chǎng)面實(shí)現(xiàn)全面覆蓋，提高了場(chǎng)監(jiān)融匯系統(tǒng)的信號(hào)質(zhì)量。進(jìn)近監(jiān)視系統(tǒng)的使用，有效解決了傳統(tǒng)二次雷達(dá)MSSR（Monopulse Secondary Surveillance Radar）盲區(qū)內(nèi)信號(hào)質(zhì)量差的問題，實(shí)現(xiàn)了精密進(jìn)近雷達(dá)的功能。筆者在本文中從分析多點(diǎn)定位原理出發(fā)，著重研究幾何精度稀釋GDOP（Geometric Dilution Precision）的定義，對(duì)多點(diǎn)相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)進(jìn)近子系統(tǒng)的時(shí)差定位精度進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，對(duì)于技術(shù)人員了解系統(tǒng)的精度情況提供了一種手段。

1 多點(diǎn)相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)定位原理

隨著國內(nèi)外航空運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展，航空運(yùn)輸量的不斷增長(zhǎng)，大型機(jī)場(chǎng)及其周邊區(qū)域的飛機(jī)數(shù)量急劇增加。高密度的交通流量使得機(jī)場(chǎng)及其附近飛機(jī)與飛機(jī)之間、飛機(jī)與場(chǎng)面車輛之間的間距減小，跑道侵入、場(chǎng)面沖突、航空安全等問題日益突出。國際民航組織對(duì)于解決問題的辦法則是新一代的場(chǎng)面監(jiān)視系統(tǒng)。目前可選用的場(chǎng)面監(jiān)視技術(shù)包括場(chǎng)面監(jiān)視雷達(dá)SMR、廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)ADS-B和多點(diǎn)相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)。

對(duì)于多點(diǎn)相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)來說，目前能夠提供多點(diǎn)相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)的國外廠家主要是ERA及THALES，國內(nèi)廠家有民航二所、中電科28所、38所等。各個(gè)廠家在北京首都國際機(jī)場(chǎng)、廣州白云國際機(jī)場(chǎng)、上海虹橋國際機(jī)場(chǎng)、成都雙流國際機(jī)場(chǎng)、西安咸陽國際機(jī)場(chǎng)及桂林機(jī)場(chǎng)都開展了多點(diǎn)相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)的相關(guān)應(yīng)用工作，應(yīng)用效果良好。

多點(diǎn)相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)是利用信號(hào)到達(dá)多個(gè)接收站的時(shí)間差（TDOA，Time Difference Of Arrival），通過計(jì)算多個(gè)雙曲面相交形成的交匯點(diǎn)來解算目標(biāo)位置的一種獨(dú)立協(xié)同式技術(shù)。對(duì)于地面目標(biāo)而言，需要三個(gè)接收站接收到信號(hào)來計(jì)算目標(biāo)位置;而空中目標(biāo)則至少需要四個(gè)接收站的信息來解算位置。

通過多點(diǎn)定位算法可知，在基于信號(hào)到達(dá)時(shí)間差TDOA的定位算法當(dāng)中，待定位目標(biāo)的位置坐標(biāo)的求解最終歸結(jié)于求解由m個(gè)距離差方程組成的非線性方程組。

3 多點(diǎn)相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)進(jìn)近子系統(tǒng)時(shí)差定位精度仿真實(shí)驗(yàn)

在北京首都機(jī)場(chǎng)安裝的多點(diǎn)相關(guān)監(jiān)視進(jìn)近子系統(tǒng)共有8個(gè)接收站，我們以ERA廠家提供的接收站天線經(jīng)緯高數(shù)據(jù)作為站點(diǎn)位置，使用MATLAB軟件模擬進(jìn)近子系統(tǒng)的GDOP精度。我們假定時(shí)間差測(cè)量誤差均方根為定值并使用經(jīng)驗(yàn)值10ns;各個(gè)接收站的測(cè)量精度相同。通過GUI界面將給定的8個(gè)接收站位置的經(jīng)緯高數(shù)據(jù)導(dǎo)入，設(shè)定相關(guān)參數(shù)。在算法中通過WGS84ToECEF函數(shù)將經(jīng)緯高數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為地心坐標(biāo)系數(shù)據(jù)（注：ECEF（Earth-Centered，Earth-Fixed），以地球?yàn)橹行?，是一個(gè)笛卡爾坐標(biāo)系。它用來表示X，Y，Z坐標(biāo)的位置，（0，0，0）點(diǎn)表示地球的質(zhì)心）），通過ECEFToENU2函數(shù)將地心坐標(biāo)系數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為站心直角坐標(biāo)系（注：ENU站心坐標(biāo)系，東-北-天坐標(biāo)系）。將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)輸入函數(shù)Cal_GDOP（TX，RS，m）計(jì)算GDOP幾何定位精度，并給出GDOP幾何定位精度分布圖，如圖1所示。

4 結(jié)語

以上文字論述了多點(diǎn)相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)的原理、時(shí)差定位精度因子模型并進(jìn)行了多點(diǎn)進(jìn)近子系統(tǒng)的時(shí)差定位精度仿真實(shí)驗(yàn)，對(duì)于了解首都機(jī)場(chǎng)多點(diǎn)進(jìn)近子系統(tǒng)的精度情況提供了一種手段。由于作者水平所限，文章內(nèi)容僅供參考。

參考文獻(xiàn)

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