ADS—B與雷達數據融合在空管自動化系統中的應用

摘 要：現如今民航事業快速發展，如何可靠準確的獲取飛機監視信息，成為空管監視系統研究的重點領域。本文介紹了ADS-B（廣播式自動相關監視，Automatic Dependent Surveillance-Broadcast）系統的工作原理及主要優勢，以及ADS-B與雷達數據融合的關鍵技術，其目的是將同一目標的ADS-B與雷達監視數據通過數學算法進行融合，從而建立出該目標的系統航跡，以便能夠更精準地監視目標，進而擴大空域容量，提高系統的可靠性，進而使空域的利用率和飛行的安全性有所提高。

關鍵詞：ADS-B；雷達；數據融合；自動化

現如今我國民航事業的發展突飛猛進，對空中交通流量的需求不斷提高，為保證空中交通飛行安全和維護空中交通秩序，持續增長的飛機數量和空中交通流量，飛速發展的航空交通流量和需求，將使空中交通管理系統在未來數十年面臨重大挑戰。

目前，基本上都由雷達提供空管監視信息，但是由于各種外界因素的限制，在廣闊的海洋空域和邊遠地區一般雷達監視沒有辦法覆蓋，這樣飛機在行駛到這些地區時就存在一定的安全隱患。為了彌補這些不足，一種基于衛星通信、導航和數據鏈技術的新型監視技術ADS-B應運而生。

ADS-B和雷達融合數據能夠從宏觀上把握空中飛行狀態，全程監控飛機，降低了目標和事件的不確定因素，使數據模糊性降低；并且配合使用多源數據具有內在的冗余度，判決并確認同一目標的時候，能夠使監視的可靠性有所提高。

一、ADS-B系統工作原理及主要優勢

ADS-B系統主要實施空對空監視，通常僅需要機載電子設備（駕駛艙沖突信息顯示器CDTI、GPS接收機、數據鏈收發機及其天線），就能完成相關功能，而無需再使用任何地面輔助設備。飛機裝備ADS-B系統后，運用數據鏈廣播就可以發布自身所在的精確位置和其它數據（如高度、速度及飛機是否轉彎、下降或爬升等）。結合ADS-B接收機、空管系統及其它飛機的機載ADS-B系統，能夠在空地實時準確地提供出沖突信息。

若干機載站和地面站構成ADS-B系統，數據雙向通信通過多點對多點及網狀方式完成。機載ADS-B通信設備在收到機載信息處理單元收集的導航信息后，再以廣播形式發送出去，同時接收并處理好來自其他飛機和地面的廣播信息，再發送給機艙綜合信息顯示器。根據收集到的其他地面和飛機的ADS-B信息、導航信息和機載雷達信息，機艙綜合信息顯示器為飛行員提供飛機周圍的態勢信息和其他附加信息例如避碰策略、沖突告警信息、氣象信息等。

ADS-B系統由信息源、信息傳輸通道和信息處理與顯示三部分組成，是個集監視與通信于一體的系統。飛機的高度、經度、緯度和時間即4維位置信息是ADS-B的主要信息，其它可能附加信息有飛行員輸入信息、沖突告警信息、航跡角等信息，以及飛機的類別信息和識別信息。另外還可能包含其他附加信息，如空速、風向、風速和飛機外界溫度等。以下航空電子設備可得到以上信息：慣性參考系統（IRS）、全球衛星導航系統（GNSS）、慣性導航系統（INS）、飛行管理器及其它機載傳感器。ADS-B以空-地、空-空數據鏈廣播式方式傳輸報文信息。ADS-B在提取、處理位置信息和其它附加信息的基礎上運用數學算法進行信息處理，并以偽雷達畫面的形式實時地將數據提供給用戶。

ADS-B技術作為新航行系統中重要的通信導航監視技術之一，其結合了沖突避免、沖突探測、沖突解決、ATC監視與一致性監視以及機艙綜合信息顯示技術，增強并豐富了新航行系統的功能，與此同時也帶動了潛在的社會和經濟效益。

二、ADS-B與雷達數據融合技術

將同一目標的ADS-B與雷達監視數據通過數學算法進行融合，從而建立出該目標的系統航跡，以便能夠更精準地監視目標，進而擴大空域容量，提高系統的可靠性和飛行的安全性。

數據融合的三個關鍵技術：數據關聯、目標估計和航跡融合。

（一）數據關聯

數據關聯（DA，Data Association）是數據融合的關鍵技術之一。數據關聯就是將對同一目標的觀測的多個數據源與已知航跡關聯到一起[1]。即確定目標的正確的點跡與航跡，以及對同一目標的航跡之間配對處理的過程。

（二）目標的估計

目標的估計包括狀態估計和身份估計[2]。

狀態估計是通過對目標過去的狀態平滑處理，對現在的狀態進行濾波，和對未來的狀態進行預測來完成的。這些狀態包括目標的速度、加速度、距離和方位等。

（三）航跡融合

航跡融合分為分布式、集中式和混合式三種。ADS-B和雷達數據在融合之前需要對數據進行預處理，其過程是將ADS-B和各個雷達采集到的數據通過坐標變換、時間對準、系統誤差補償等處理，變換成統一的時空參考坐標系統，其目的是在統一的參考坐標系中進行點跡和航跡的數據關聯，以減小數據融合時的誤差。

三、結論

空中交通管制服務中，在無法部署雷達的區域ADS-B技術可以為航空器提供優于雷達間隔標準的管制服務；在雷達覆蓋地區，也能以較低成本提高雷達系統監視能力，擴展航路乃至終端區的飛行容量；多點ADS-B地面設備聯網，組成雷達監視網的旁路系統，可提供不低于雷達間隔標準的空管服務；利用ADS-B技術還可以在較大的區域內實現飛行動態監視，進而提升飛行流量的管理能力；利用ADS-B的上行數據廣播功能，可以為航空器提供各種類型航行情報服務。ADS-B技術在空管上的逐步應用，預示著新的空中交通監視技術時代的到來。

參考文獻：

[1]李旭軍.多傳感器數據融合及其在潛艇目標識別中的應用[D].武漢：武漢理工大學碩士學位論文，2006.

[2]楊萬海.多傳感器數據融合及應用[M].西安：西安電子科技大學出版社，2004：1-11，76，104-126.