ADS—B與雷達數(shù)據(jù)融合在空管自動化系統(tǒng)中的應用

摘 要：現(xiàn)如今民航事業(yè)快速發(fā)展，如何可靠準確的獲取飛機監(jiān)視信息，成為空管監(jiān)視系統(tǒng)研究的重點領域。本文介紹了ADS-B（廣播式自動相關監(jiān)視，Automatic Dependent Surveillance-Broadcast）系統(tǒng)的工作原理及主要優(yōu)勢，以及ADS-B與雷達數(shù)據(jù)融合的關鍵技術，其目的是將同一目標的ADS-B與雷達監(jiān)視數(shù)據(jù)通過數(shù)學算法進行融合，從而建立出該目標的系統(tǒng)航跡，以便能夠更精準地監(jiān)視目標，進而擴大空域容量，提高系統(tǒng)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(shù)據(jù)融合；自動化

現(xiàn)如今我國民航事業(yè)的發(fā)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(xù)增長的飛機數(shù)量和空中交通流量，飛速發(fā)展的航空交通流量和需求，將使空中交通管理系統(tǒng)在未來數(shù)十年面臨重大挑戰(zhàn)。

目前，基本上都由雷達提供空管監(jiān)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(qū)一般雷達監(jiān)視沒有辦法覆蓋，這樣飛機在行駛到這些地區(qū)時就存在一定的安全隱患。為了彌補這些不足，一種基于衛(wèi)星通信、導航和數(shù)據(jù)鏈技術的新型監(jiān)視技術ADS-B應運而生。

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

一、ADS-B系統(tǒng)工作原理及主要優(yōu)勢

ADS-B系統(tǒng)主要實施空對空監(jiān)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(shù)據(jù)鏈收發(fā)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(tǒng)后，運用數(shù)據(jù)鏈廣播就可以發(fā)布自身所在的精確位置和其它數(shù)據(jù)（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(tǒng)及其它飛機的機載ADS-B系統(tǒng)，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(tǒng)，數(shù)據(jù)雙向通信通過多點對多點及網(wǎng)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(fā)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(fā)送給機艙綜合信息顯示器。根據(jù)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(tài)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(tǒng)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(jiān)視與通信于一體的系統(tǒng)。飛機的高度、經(jīng)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(tǒng)（IRS）、全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GNSS）、慣性導航系統(tǒng)（INS）、飛行管理器及其它機載傳感器。ADS-B以空-地、空-空數(shù)據(jù)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(shù)學算法進行信息處理，并以偽雷達畫面的形式實時地將數(shù)據(jù)提供給用戶。

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

二、ADS-B與雷達數(shù)據(jù)融合技術

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

數(shù)據(jù)融合的三個關鍵技術：數(shù)據(jù)關聯(lián)、目標估計和航跡融合。

（一）數(shù)據(jù)關聯(lián)

數(shù)據(jù)關聯(lián)（DA，Data Association）是數(shù)據(jù)融合的關鍵技術之一。數(shù)據(jù)關聯(lián)就是將對同一目標的觀測的多個數(shù)據(jù)源與已知航跡關聯(lián)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(tài)估計和身份估計[2]。

狀態(tài)估計是通過對目標過去的狀態(tài)平滑處理，對現(xiàn)在的狀態(tài)進行濾波，和對未來的狀態(tài)進行預測來完成的。這些狀態(tài)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(shù)據(jù)在融合之前需要對數(shù)據(jù)進行預處理，其過程是將ADS-B和各個雷達采集到的數(shù)據(jù)通過坐標變換、時間對準、系統(tǒng)誤差補償?shù)忍幚恚儞Q成統(tǒng)一的時空參考坐標系統(tǒng)，其目的是在統(tǒng)一的參考坐標系中進行點跡和航跡的數(shù)據(jù)關聯(lián)，以減小數(shù)據(jù)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(qū)域ADS-B技術可以為航空器提供優(yōu)于雷達間隔標準的管制服務；在雷達覆蓋地區(qū)，也能以較低成本提高雷達系統(tǒng)監(jiān)視能力，擴展航路乃至終端區(qū)的飛行容量；多點ADS-B地面設備聯(lián)網(wǎng)，組成雷達監(jiān)視網(wǎng)的旁路系統(tǒng)，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(qū)域內(nèi)實現(xiàn)飛行動態(tài)監(jiān)視，進而提升飛行流量的管理能力；利用ADS-B的上行數(shù)據(jù)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(jiān)視技術時代的到來。

參考文獻：

[1]李旭軍.多傳感器數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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.