何帥

摘? 要：研究講述廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)和空管雷達(dá)信標(biāo)系統(tǒng)各自的特長(zhǎng)與不足，研究設(shè)想出將兩者強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合信息高度兼容的系統(tǒng)模式。新模式在任何搭載飛行器中所反饋航跡都能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一，研究監(jiān)測(cè)信息認(rèn)為，新模式能在空管雷達(dá)信標(biāo)系統(tǒng)探測(cè)真實(shí)性與低誤差率的性能下，加強(qiáng)目標(biāo)追蹤準(zhǔn)確度和數(shù)據(jù)刷新頻率，因此保證對(duì)航空器由地面到空中的不間斷跟蹤。

關(guān)鍵詞：廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)? 二次雷達(dá)? 信息交融? 數(shù)據(jù)融合

中圖分類(lèi)號(hào)：TN958.96;TP277? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2020）11（a）-0043-03

Data Fusion and Application of Broadcast Automatic Correlation Surveillance and Secondary Radar

HE Shuai

（Zhongdian Technology Yangzhou Baojun Electronics Co.， Ltd.， Yangzhou， Jiangsu Province， 225003? China）

Abstract： This paper describes the advantages and disadvantages of automatic correlation monitoring system and air traffic control radar beacon system， and proposes a system mode of highly compatible information of the two systems. The new mode can realize the data unification in the flight path feedback of any aircraft on board. According to the research of monitoring information， the new mode can enhance the target tracking accuracy and data refresh frequency under the performance of detection authenticity and low error rate of ATC radar beacon system， so as to ensure the uninterrupted tracking of aircraft from ground to air.

Key Words： Broadcast automatic correlation monitoring system; Secondary radar; Information fusion; Data fusion

當(dāng)前，廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)具備跟蹤準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)刷新快、陸地建設(shè)廉價(jià)以及組裝修理簡(jiǎn)潔等優(yōu)勢(shì)，在非軍事航空器相互跟蹤監(jiān)測(cè)領(lǐng)域日益受到肯定。

ADS-B可以通過(guò)飛行器或地面交通設(shè)備廣播的信息獲取精準(zhǔn)的四位定位信號(hào)（經(jīng)度、緯度、高度、時(shí)間）以及其他關(guān)聯(lián)信息（沖突警告信息、飛行員錄入信息、航跡信息、飛行拐點(diǎn)信息等）甚至飛機(jī)的型號(hào)和所在航空公司的注冊(cè)信息等。

將ADS-B技術(shù)應(yīng)用到航空管制雷達(dá)架設(shè)條件不允許的地區(qū)，ADS-B很好地補(bǔ)充了以上空白缺陷，從而實(shí)現(xiàn)類(lèi)似雷達(dá)的空中管制服務(wù)。ADS-B以其廉價(jià)及性能完美地彌補(bǔ)了雷達(dá)覆蓋盲區(qū)的不足，通過(guò)數(shù)個(gè)網(wǎng)點(diǎn)的ADS-B互聯(lián)監(jiān)視，來(lái)改善空中飛機(jī)來(lái)往數(shù)量管理、和更廣泛范圍內(nèi)對(duì)飛機(jī)的飛行姿態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)視。

1? 二次雷達(dá)的相關(guān)概述

二次雷達(dá)系統(tǒng)由地面設(shè)備（包括天線設(shè)備、詢問(wèn)機(jī)和點(diǎn)跡錄取器）和機(jī)載設(shè)備（應(yīng)答機(jī)、天線）組成。地面站發(fā)射1 030 MHz的詢問(wèn)脈沖，機(jī)載應(yīng)答機(jī)接收并確認(rèn)詢問(wèn)信號(hào)后，以對(duì)應(yīng)的模式通過(guò)全向天線發(fā)射頻率為1 090 MHz的應(yīng)答脈沖。該應(yīng)答脈沖被地面站天線系統(tǒng)接收后，送往接收機(jī)和點(diǎn)跡錄取器，點(diǎn)跡錄取器檢測(cè)到飛機(jī)后再計(jì)算出飛機(jī)方位、距離，經(jīng)過(guò)解碼確定飛機(jī)的應(yīng)答代碼和飛行高度。

按雷達(dá)方位角度定位體制的不同，可以把二次監(jiān)視雷達(dá)分為常規(guī)二次監(jiān)視雷達(dá)（SSR）和單脈沖二次監(jiān)視雷達(dá)（MSSR）。按其詢問(wèn)和識(shí)別處理方法的不同又被劃分為空中交通管制雷達(dá)信標(biāo)系統(tǒng)（ATCRBS）和Mode S系統(tǒng)。

2? ADS-B數(shù)據(jù)鏈路分析

2.1 11090 ES數(shù)據(jù)鏈

發(fā)展二次監(jiān)視雷達(dá)在航空管制系統(tǒng)中的重要性被國(guó)際民航組織提上議事日程，時(shí)至今日二次雷達(dá)在國(guó)際航空領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，由于1090ES是二次監(jiān)視雷達(dá)的延伸功能。目前a/c模式航空管制二次雷達(dá)已經(jīng)大量使用，單這兩種方式的數(shù)據(jù)傳輸內(nèi)容有限，以前研制生產(chǎn)的s模式應(yīng)答機(jī)不能滿足ADS-B飛機(jī)搭載應(yīng)答系統(tǒng)的性能需求，當(dāng)前飛機(jī)通信系統(tǒng)設(shè)備以及內(nèi)置程序的更新?lián)Q代已經(jīng)成為一項(xiàng)緊迫任務(wù)。市場(chǎng)化通信系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)模式完全可以滿足ADS-B工作需求。兩者脈沖頻率已經(jīng)實(shí)現(xiàn)完美兼容，飛機(jī)的個(gè)體身份及運(yùn)行模式信息已經(jīng)完全包含在該系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中。

1090ES編碼模塊通過(guò)脈沖進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼，它發(fā)送的數(shù)據(jù)由前導(dǎo)脈沖和信息模塊組成，并融入1 090 mhz射頻信號(hào)中。前導(dǎo)脈沖有4個(gè)脈沖組成，位置分別是0 μs、1 μs、3.5 μs、4.5 μs。8 μs處開(kāi)始是應(yīng)答數(shù)據(jù)模塊信息，長(zhǎng)度112 μs，每一個(gè)數(shù)據(jù)位的位置傻瓜，都是寬度為1 μs的“有脈沖及無(wú)脈沖”區(qū)間，即“一個(gè)脈沖后跟一個(gè)無(wú)脈沖”表示二進(jìn)制數(shù)1，用“一個(gè)無(wú)脈沖后跟一個(gè)脈沖”表示二進(jìn)制數(shù)0，這種編碼形式對(duì)抗干擾具有非常強(qiáng)的能力。

ADS-B OUT以1 090 mhz的頻率與地面站進(jìn)行數(shù)據(jù)交流通信，其發(fā)射頻率（1 mbit/s）、長(zhǎng)波用于信息交換的中間載體。

2.2 UTA數(shù)據(jù)鏈

UTA作為ads-b專(zhuān)用監(jiān)視數(shù)據(jù)鏈設(shè)備，脫離了傳統(tǒng)系統(tǒng)的束縛。同時(shí)支持ADS-B、FIS-B和TIS-B廣播服務(wù)，這些廣播服務(wù)可以通過(guò)時(shí)分復(fù)用和隨機(jī)訪問(wèn)相結(jié)合的混合介質(zhì)訪問(wèn)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。作為一中寬帶數(shù)據(jù)鏈，它的碼元速率高達(dá)1.041 667 Mbps。報(bào)文類(lèi)型氛圍ADS-B報(bào)文（又可分為基本ADS-B報(bào)文和長(zhǎng)ADS-B報(bào)文）和地面上行報(bào)文。ADS-B報(bào)文用于飛行器廣播信息，地面上行報(bào)文用于地面站廣播信息。UAT報(bào)文的每個(gè)幀長(zhǎng)度為1 s，與UTC時(shí)間保持同步。

2.3 VDL-4概述

VDL-4目前已成為國(guó)際民用航空組織和歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)推薦的規(guī)范化數(shù)據(jù)鏈通信技術(shù)，它的核心為自組織的時(shí)分多址（STDMA）協(xié)議。TDMA在每個(gè)時(shí)隙的起始都會(huì)給予任何一個(gè)平臺(tái)（飛機(jī)、地面站或車(chē)輛）一次利用整個(gè)信道發(fā)射數(shù)據(jù)的機(jī)會(huì)。各平臺(tái)根據(jù)精密時(shí)間同步系統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)時(shí)隙以獲取發(fā)射的機(jī)會(huì)，競(jìng)爭(zhēng)成功的平臺(tái)在某一個(gè)特定的時(shí)隙發(fā)射自己的信息。

VDL-4的基本設(shè)備包括VHF收發(fā)器、GNSS收發(fā)器和數(shù)據(jù)通信處理器。其中VHF收發(fā)器用于接收、發(fā)射VHF射頻信號(hào);GNSS用于獲取位置和時(shí)間信息;數(shù)據(jù)通信處理器用于對(duì)接收到的信息進(jìn)行和對(duì)信道的訪問(wèn)進(jìn)行控制。

3? 融合算法

要想監(jiān)測(cè)飛機(jī)航行軌跡的連續(xù)性就要讓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)按預(yù)先設(shè)計(jì)好的程序來(lái)進(jìn)行濾波（比如對(duì)飛機(jī)抵達(dá)目的地的優(yōu)先順序來(lái)進(jìn)行濾波）這樣就能節(jié)省大量的時(shí)間，從而規(guī)避了ADS-B與SSR在工作時(shí)時(shí)間的不同步。廣播自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視與二次雷達(dá)的數(shù)據(jù)融合分別在完成報(bào)文格式檢查、解碼、剔除野值后進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、時(shí)間對(duì)齊、航跡關(guān)系最后才進(jìn)行數(shù)據(jù)的融合。

假設(shè)系統(tǒng)有N個(gè)數(shù)據(jù)源，現(xiàn)已知數(shù)據(jù)處理中心在k時(shí)刻對(duì)于目標(biāo)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的融合估計(jì)為，誤差的協(xié)方差計(jì)算為，因此，可以預(yù)測(cè)融合中心在目標(biāo)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)在k+1時(shí)的初步預(yù)測(cè)為：

（2）

4? 系統(tǒng)數(shù)據(jù)測(cè)試

信息系統(tǒng)在檢測(cè)過(guò)程中進(jìn)行了信息融合，進(jìn)行對(duì)非國(guó)航的兩處機(jī)場(chǎng)以及四周裝配的n套1090ES ads-b接收設(shè)備，在對(duì)飛機(jī)地面以及一周為數(shù)百千米的領(lǐng)空及天氣進(jìn)行全方位的掌握，ADS-B采集信息經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到信息中心，經(jīng)數(shù)臺(tái)ADS-B陸地全面監(jiān)視，解決高樓、山川等屏障對(duì)飛行器信息交換造成的信號(hào)減弱因素的產(chǎn)生和丟失。

在實(shí)際檢測(cè)中，對(duì)不同數(shù)據(jù)源進(jìn)行分析表明ads-b性能遠(yuǎn)高于SSR的低刷新頻率和跟蹤精度，同樣一個(gè)飛行目標(biāo)在不同（ads-b、SSR）監(jiān)視的狀態(tài)下，其反饋出的準(zhǔn)確度和刷新頻率幾乎接近，但是當(dāng)目標(biāo)被單一設(shè)備（ads-b或者SSR中的任何一個(gè)）監(jiān)視的時(shí)候，數(shù)據(jù)處理中心輸出的只有該監(jiān)視設(shè)備的濾波輸出。

經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理中心融合之后，無(wú)論數(shù)據(jù)源來(lái)自哪個(gè)監(jiān)視系統(tǒng)，都可以輸出一致的航跡。

5? 結(jié)語(yǔ)

此次試驗(yàn)通過(guò)對(duì)機(jī)場(chǎng)周邊安裝數(shù)個(gè)1090ES ads-b接收設(shè)備，同時(shí)對(duì)空中目標(biāo)及地面場(chǎng)站進(jìn)行監(jiān)測(cè)并進(jìn)行數(shù)據(jù)的融合分析驗(yàn)證，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的檢測(cè)驗(yàn)證得出的答案來(lái)看：非同一種航空器裝備的儀器在探測(cè)信息量較少的時(shí)候同樣可以反饋相同的數(shù)據(jù)，和現(xiàn)有的ATC顯示編碼實(shí)現(xiàn)完美融合。實(shí)現(xiàn)了從空中到地面的不間斷數(shù)據(jù)交換。這種集中式序貫濾波融合算法在民用航空領(lǐng)域起到了非常優(yōu)越的作用，值得推廣應(yīng)用。

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