魯軍

【摘 ?要】ADS-B（Automatic Dependent Surveillance-Broadcast，廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視）技術(shù)是一種空中交通監(jiān)視技術(shù)，利用衛(wèi)星定位數(shù)據(jù)，向其他安裝ADS-B系統(tǒng)的飛機(jī)和地面站自動(dòng)廣播自身的速度和位置等狀態(tài)信息。通過(guò)ADS-B技術(shù)，可以依據(jù)雷達(dá)探測(cè)的飛機(jī)坐標(biāo)數(shù)據(jù)和ADS-B獲取的飛機(jī)位置信息，進(jìn)行雷達(dá)誤差分析和系統(tǒng)誤差校正。

【關(guān)鍵詞】ADS-B技術(shù);雷達(dá);系統(tǒng)誤差

引言

雷達(dá)測(cè)量目標(biāo)的測(cè)量數(shù)據(jù)中包括兩種測(cè)量誤差：一種是隨機(jī)誤差，可以通過(guò)濾波方法消除;另一種是隨機(jī)誤差，在相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間里可以看做是一個(gè)相對(duì)固定的值。為了提升雷達(dá)的探測(cè)精度，降低多雷達(dá)空情信息融合時(shí)系統(tǒng)誤差帶來(lái)的影響，需要及時(shí)地對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)誤差進(jìn)行檢查與校正。ADS-B技術(shù)具有數(shù)據(jù)精度高、使用成本低、監(jiān)視能力強(qiáng)等特點(diǎn)。利用ADS-B數(shù)據(jù)自動(dòng)廣播的特性，可以獲取雷達(dá)周邊所有安裝ADS-B系統(tǒng)的飛機(jī)實(shí)時(shí)位置信息，并用于雷達(dá)系統(tǒng)誤差的標(biāo)定。相對(duì)于雷達(dá)檢飛標(biāo)定的方法，該方法具有快速、簡(jiǎn)單和低成本等優(yōu)勢(shì)。

1.ADS-B技術(shù)概述

ADS-B技術(shù)是一種基于衛(wèi)星定位信息和空-空、地-空數(shù)據(jù)鏈通信的航空器監(jiān)視技術(shù)[1-3]。民航飛機(jī)通過(guò)GNSS（全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)）系統(tǒng)自主獲取高精度的定位信息，并向其它安裝有ADS-B的地面站用戶和飛機(jī)自動(dòng)廣播其位置、速度等信息。ADS-B技術(shù)原理主要是自動(dòng)、廣播、相關(guān)與監(jiān)視。其中，自動(dòng)是指安裝有ADS-B系統(tǒng)的飛機(jī)會(huì)自動(dòng)向外發(fā)送數(shù)據(jù)而不需要地面詢問(wèn)和人工操作;廣播是指ADS-B系統(tǒng)向發(fā)送信采取廣播方式，附近列裝有ADS-B設(shè)備的飛機(jī)和地面站用戶都能接收和處理這些數(shù)據(jù)。相關(guān)是指ADS-B系統(tǒng)獲取的飛機(jī)位置、速度、高度等信息來(lái)自于安裝有ADS-B系統(tǒng)的飛機(jī);監(jiān)視是指利用獲取的位置、速度等信息能夠?qū)︼w機(jī)進(jìn)行監(jiān)視。由于ADS-B使用GNSS（全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)）進(jìn)行定位，對(duì)比雷達(dá)測(cè)量目標(biāo)的坐標(biāo)精度，GNSS對(duì)目標(biāo)的定位精度很高。通過(guò)ADS-B技術(shù)能夠獲取民航飛機(jī)的真實(shí)飛行數(shù)據(jù)，因此，可以利用ADS-B接收機(jī)獲取到的ADS-B數(shù)據(jù)對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)誤差進(jìn)行校正，將能很好地提升雷達(dá)探測(cè)能力。

2.雷達(dá)系統(tǒng)誤差分析

系統(tǒng)誤差是按一定的規(guī)律變化，或者是在多次重復(fù)測(cè)量中保持不變的誤差。雷達(dá)系統(tǒng)誤差是一個(gè)相對(duì)固定的值，其中包括斜距、方位和俯仰等系統(tǒng)誤差，對(duì)于同一部雷達(dá)而言，產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因也多種多樣，性質(zhì)也不同。其中，主要原因包括以下三個(gè)方面：

（1）雷達(dá)設(shè)備誤差

由于沒(méi)有按規(guī)定要求操作雷達(dá)或者雷達(dá)自身設(shè)計(jì)的缺陷以及多次使用后造成雷達(dá)元器件老化而造成的。雷達(dá)方位系統(tǒng)誤差的主要影響因素有：經(jīng)緯儀尋北精度誤差、天線的轉(zhuǎn)臺(tái)不完全水平引起的誤差、機(jī)械軸與電軸的不完全平行引起的誤差;影響距離系統(tǒng)誤差的主要因素有：雷達(dá)定位誤差、接收機(jī)內(nèi)回波延遲誤差、大氣折射引起的誤差;仰角系統(tǒng)誤差的主要影響因素有天線平臺(tái)水平誤差和天線波束指向誤差。

（2）理論計(jì)算誤差

由于雷達(dá)測(cè)量目標(biāo)所依據(jù)的理論公式是理想條件下的，而雷達(dá)實(shí)際使用環(huán)境不能達(dá)到理論公式所規(guī)定的要求所引起的誤差。方位和仰角系統(tǒng)誤差的主要影響因素有：信號(hào)處理方法引起的誤差、測(cè)量量化引起的誤差。距離系統(tǒng)誤差的主要影響因素有：用光速代替空氣中電磁波傳播速度、測(cè)量量化引起的誤差、信號(hào)處理方法引起的誤差。

（3）個(gè)人操作誤差

由于操作者在使用雷達(dá)時(shí)，因其個(gè)人的精神狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)器官的反應(yīng)以及習(xí)慣性動(dòng)作，導(dǎo)致在測(cè)量目標(biāo)時(shí)而產(chǎn)生的誤差。

3.ADS-B技術(shù)在航管雷達(dá)系統(tǒng)誤差校正中的應(yīng)用

雷達(dá)探測(cè)空中目標(biāo)得到的測(cè)量數(shù)據(jù)中主要存在兩種類型的測(cè)量誤差：隨機(jī)誤差與測(cè)量誤差。其中，隨機(jī)誤差，是由雷達(dá)探測(cè)系統(tǒng)中的各類內(nèi)部噪聲引起的，每次探測(cè)目標(biāo)的數(shù)據(jù)中隨機(jī)誤差都是不同的，但可以利用濾波的信號(hào)數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行克服和消除[4-5]。而系統(tǒng)誤差是由外部環(huán)境、雷達(dá)本身和操作手個(gè)人習(xí)慣等引起的，是非隨機(jī)的、復(fù)雜的、慢變的;在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里可以視為“恒定值”，是一種確定性的誤差，難以通過(guò)濾波的方法消除，而需要事先對(duì)雷達(dá)的目標(biāo)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、估計(jì)，進(jìn)而對(duì)各自的目標(biāo)航跡進(jìn)行誤差補(bǔ)償。如果存在系統(tǒng)誤差，不同的雷達(dá)測(cè)量同一個(gè)目標(biāo)就會(huì)產(chǎn)生不同的偏差，給雷達(dá)網(wǎng)系統(tǒng)量測(cè)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和融合帶來(lái)困難，導(dǎo)致雷達(dá)組網(wǎng)探測(cè)系統(tǒng)的性能下降。因此，通過(guò)系統(tǒng)誤差校正，能夠最大限度降低系統(tǒng)誤差對(duì)雷達(dá)獲取空情質(zhì)量的影響。圖中（a）所示為某型雷達(dá)系統(tǒng)誤差校正前跟蹤航跡與ADS-B航跡的航跡對(duì)比圖，圖中紅色“-.-”線為雷達(dá)跟蹤航跡，藍(lán)色“-”線為ADS-B航跡，從圖中對(duì)比可以看出，由于雷達(dá)系統(tǒng)誤差的存在導(dǎo)致兩條航跡存在較大偏差。針對(duì)航跡偏差問(wèn)題，本文利用迭代最近點(diǎn)（ICP）算法[6]對(duì)該型雷達(dá)系統(tǒng)誤差進(jìn)行了校正，其方法主要分為以下幾個(gè)步驟：一是將雷達(dá)測(cè)量數(shù)據(jù)與ADS-B數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，確保兩組數(shù)據(jù)處于同一坐標(biāo)系;二是以ADS-B數(shù)據(jù)作為參考點(diǎn)集，以雷達(dá)測(cè)量數(shù)據(jù)作為目標(biāo)點(diǎn)集;三是利用ICP算法求解雷達(dá)系統(tǒng)誤差。校正結(jié)果如圖中（b）所示，從圖中航跡對(duì)比可以看出，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)誤差校正，ADS-B航跡與該型雷達(dá)的跟蹤航跡實(shí)現(xiàn)較好的吻合，表明利用ADS-B技術(shù)進(jìn)行雷達(dá)系統(tǒng)誤差校正方法可行。經(jīng)過(guò)系統(tǒng)誤差修正，該型雷達(dá)的測(cè)量精度有了較大的提升，探測(cè)、跟蹤目標(biāo)能力進(jìn)一步增強(qiáng)。

4.結(jié)束語(yǔ)

借助ADS-B技術(shù)能夠掌握空中民航飛機(jī)的準(zhǔn)確飛行參數(shù)，可用以消除雷達(dá)系統(tǒng)誤差，提升雷達(dá)測(cè)量精度。與雷達(dá)檢飛相比，依托ADS-B系統(tǒng)開展雷達(dá)系統(tǒng)誤差校正具有成本低、周期短、易操作的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。深化對(duì)ADS-B技術(shù)的研究與運(yùn)用，能夠進(jìn)一步提高雷達(dá)發(fā)現(xiàn)、跟蹤目標(biāo)能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]王銳，謝愷.基于ADS-B的目標(biāo)指示雷達(dá)模擬訓(xùn)練系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)[J].艦船電子工程.2020（5）：77-79+107.

[2]唐鵬.基于ADS-B數(shù)據(jù)監(jiān)視性能評(píng)估技術(shù)研究[D].天津：中國(guó)民航大學(xué)，2015.

[3]邵帥.ADS-B航跡處理及顯示技術(shù)研究[D].哈爾濱：哈爾濱工程學(xué)，2013.

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[6]Pengfei Li，En Fan，Changhong Yuan. A Specific Iterative Closest Point Algorithm for Estimating Radar System Errors [J]. IEEE Access，2020（8）：6417-6428.

（作者單位：陸軍炮兵防空兵學(xué)院鄭州校區(qū)）