多點相關監視（MLAT）與廣播式自動相關監視（ADS—B）系統合裝的可行性分析

龐震

摘 要：作為先進的監視手段之一，多點相關監視技術（MLAT）在國內被逐漸采用。多點相關監視系統具有建設成本低、高刷新率、信號質量優秀等優點；其獨特的監視原理與傳統二次雷達截然不同，聯合使用可顯著提高定位精度。

廣播式自動相關監視（ADS-B）技術近年來被不斷推向新技術應用的前臺。如果把二次雷達、多點相關監視技術歸為“地基定位”的話，ADS-B技術就屬于“星基定位”的范疇。ADS-B地面設備相對簡單，成本更低，定位精度高，覆蓋范圍大，有很好的應用前景。

關鍵詞：監視技術；原理；技術分析

1 兩種監視技術原理簡介

1.1 MLAT原理。在二維上來說，假設有兩個站點F1、F2接收到了同一目標的信號（這個信號可以是飛機對地面二次雷達詢問的應答，也可以是飛機自發產生的廣播式信號，如Squitter等），接收信號的時間差即為TDOA（Time Difference of Arrival）。根據數學定義，雙曲線上任意一點與兩個焦點的距離差的絕對值為定值（|d1-d2|=K），所以目標就在以這兩個接收站為焦點的一組雙曲線上（若TDOA為零，那么目標在距離兩個接收站相同距離的一條直線上）。在此基礎上，如果再增加一個接收站點F3，那么每兩個接收站點都能確定一組雙曲線，所有雙曲線的交點即為目標的二維位置。如果自動化系統需要的是飛機提供的氣壓高度，那么三個站點確定的二維位置與解碼出來的氣壓高度就可定位目標的三維位置；此外，若再增加一個接收站點F4，則此系統可自行計算目標的高度，四個站點可對目標完成三維位置定位。

1.2 ADS-B原理。與我們常用的導航儀類似，支持ADS-B廣播的飛機機載設備中包含GPS（Global Positioning System）接收定位設備。通過對不同GPS衛星報文的接收處理，機載設備可對飛機自身進行定位。定位完成后，機載S模式應答機（Mode S transponder）通過1090MHz 擴展Squitter（本文只討論1090ES數據鏈，對其他數據鏈不贅述）數據鏈將位置信息、航班號、S模式地址等信息廣播出去。

接收到廣播信息后，地面站將內容一一解析出來，并按ASTERIX CAT21標準格式傳送數據至終端自動化系統。

2 技術應用現狀及前景

2.1 多點相關定位技術。目前首都機場有一套捷克ERA公司生產的多點相關監視系統（包括場面監視子系統和進近監視子系統）在用。國內部分機場正在計劃、建設此類系統。作為空管監視類新技術之一，在國內大部分機場有很大的應用前景。

大型機場場面情況復雜，建筑物較多，考慮到建設成本，單純依靠場面監視雷達無法完成機場場面的完全覆蓋。多點相關系統建設、維護成本較場面監視雷達要低的多，且布站靈活，與場面監視雷達配合使用，可基本覆蓋機場場面。場面監視雷達提供的是一次雷達信號，無法提供目標的識別信息；多點相關系統提供二次雷達信號，精度高，有目標識別信息。兩種信息融合使用，可向ATC提供高精度，高刷新率，一次、二次合成的場面監視信號。

國內大部分中、小型機場只有一至兩條跑道，一座航站樓，機場場面相對空曠，單獨建設多點相關系統是比較好的選擇。用較低的成本即可完成機場場面的二次信號覆蓋；多點相關系統信號刷新率完全可以滿足場面監視的需要。缺點是在未安裝車輛監視系統（Vehicle Surveillance System）時，無法監視場面車輛。

2.2 廣播式自動相關監視技術。ADS-B作為空管監視主推的新技術之一，在國內部分機場、航線不斷進行監視試驗。目前，成都—拉薩航線已經完成布站工作，進行ADS-B監視下的類雷達管制。

ADS-B地面設備成本更低，布站靈活，信號刷新率快，精度高，在航路上覆蓋范圍能達到300KM以上，非常適合監視非雷達覆蓋區域內的目標；在雷達覆蓋范圍內，ADS-B信息可用于獨立監視或與雷達信號融合使用。

根據原理，不論機場場面還是航路、進近，相比于多點相關系統，ADS-B地面站布站都要少的多，所以ADS-B設備適用于絕大部分區域的監視。

3 合裝的技術分析

3.1 頻率分析。MLAT與ADS-B均使用1090MHz的頻點。1090ES與應答信號均由機載應答機發射，射頻信號的參數一致，所以合裝地面站的天線、接收機射頻前端電路不需單獨設計。

在中西部非繁忙地區，雷達配置少，1090MHz占用情況不嚴重，ADS-B接收站配置單獨的全向接收天線即可，同時MLAT接收機天線可與之共用。

在東部繁忙地區，雷達數量眾多，相應的飛機應答也非常多，1090MHz頻點占用情況較為嚴重，單獨的ADS-B天線無法勝任。為解決這個問題，一些ADS-B生產廠家采用的多個定向天線-多扇區-多接收機的方法來改善信號質量。MLAT系統在設計時既可以采用一根全向天線也可使用多根定向天線完成覆蓋。

MLAT主動式系統需配置發射機。為觸發機載應答機應答，發射機應發射SSR詢問信號，頻點為1030MHz。此頻點不會對ADS-B接收機產生干擾。

經以上分析可知，MLAT系統與ADS-B系統在頻率上完美兼容，可共用天線、接收機射頻前端等部件。

3.2 信號接收分析。MLAT設備可接收處理任意1090MHz的信號，包括SSR信號（Mode A/C）和S模式信號，ADS-B使用的1090ES數據鏈格式與112位的S模式信號格式相同。也就是說，不考慮ADS-B的情況下，MLAT設備就可以接收、處理1090ES的ADS-B信號。

與檢測SSR應答信號的F1、F2框架脈沖類似，四個前導脈沖用做應答信號正確性檢測。當檢測到四個脈沖符合以上要求時，認為此四個脈沖及后面跟隨的56/112位信息為有效S模式信號，并將56/112位信息按規定格式解碼。

每一個56/112位脈沖串的前五位（5Bits）為此信號的格式，并用二進制表示。例如UF4，UF5，UF20，UF21等均用前五位二進制數表示。相應的，ADS-B的信號格式也由這五位表示。

檢測出某個S模式信號格式之后，就可以按此格式的規定，將這五位之后的信息依次解碼，送至處理器處理。MLAT/ADS-B 合裝接收機信號解析簡要流程如圖：

由上圖可知，兩系統合裝時，只需單獨配置ADS-B處理器，將MLAT接收處理的信號分離出來即可。

按照以上分析，MLAT接收設備可完美接收、處理ADS-B信號。

3.3 信號詢問分析。首先我們來分析配置信號詢問設備的必要性。假設想要覆蓋的區域沒有雷達覆蓋，只有ADS-B接收設備、MLAT接收設備，只被動接收可獲得的信息較少。根據《1090MHz擴展Squitter ADS-B最低工作性能標準（DO-260A）》可知，ADS-B廣播的信息中有：航班號，S模式地址等。

4 結論

以上可知，MLAT與ADS-B合裝在技術上是可行的。在工程上，需要綜合考慮技術因素、工程實施因素、價格因素等。用戶可以根據技術需要及預算情況綜合考慮是否進行MLAT與ADS-B合裝使用。