ADS—B與空管監視雷達數據的融合處理研究

嚴景謙

摘 要： 隨著我國經濟的發展和人民生活水平的提高，民航運輸的壓力也在日益增長，與此同時，社會對航空事業發展的關注度也在隨之提升。因此，加快構建全新的飛機航行系統，通過ADS-B與空管監視雷達數據融合技術的應用，提高民航飛行軌跡的觀測精度，促進民航飛行安全穩定性的提升，就成為了值得研究的課題。本文主要從ADS-B與空管監視雷達的涵義入手，對ADS-B與空管監視雷達數據的融合處理進行了分析和研究，旨在為ADS-B與空管監視雷達數據的有效融合提供參考。

關鍵詞： 監視技術；空管；數據；融合

前言

隨著我國航空事業的快速發展，空中航班的交通流量也隨之增長，這就給空中交通管制帶來了全新的壓力與挑戰。新時期背景下，為了確保航班的交通安全，有效提升飛機的航行效率，就必須對空管系統加以升級和優化。目前，我國空中管制多依靠甚高頻通信與雷達監視，然而此模式存有明顯局限性，而ADS-B能夠對雷達覆蓋問題加以有效解決，因此，ADS-B信號與空管監視雷達信號的融合處理就成為了本文所要研究的內容。

1 ADS-B與空管監視雷達概述

1.1 ADS-B概述

ADS-B是自動相關監視與廣播式的英文縮寫，從字面含義來理解，自動指的是該設備無需人工操作；相關指的是信號數據信息內容全部源自機載設備；監視指的是設備主要用于對目標具體位置進行確認；廣播指的是數據傳輸的方式并非針對特定的用戶，而是對具有相關裝備的用戶進廣播通知。

1.2 ADS-B與空管監視雷達概述

數據融合指的是通過數據的綜合處理，實現對實體評估的目的。當前，我國的空中管制多采用雷達進行目標監視，然而雷達存在覆蓋面積有限的明顯缺陷。而通過采用ADS-B技術能夠實現對飛機空地與空空的全面監測，同時采取全向廣播的方式，對機載設備進行監控信息的自動發送與接收，其中，監控信息的內容包括了飛機飛行的經緯度、速度、高度、方向、識別信息等內容。因此，在航空系統中應用ADS-B技術能夠為飛機航行提供可靠的監控數據，同時快速進行地形、天氣等與飛行相關的關鍵性信息和內容的傳送，以此提高飛機飛行的安全性。此外，該項技術的投入成本較低，通常只占雷達系統資金投入的1/10，且具備無盲區、使用壽命長等優勢。因此，ADS-B在我國航空事業發展方面具有廣泛的應用前景。

2 ADS-B與空管監視雷達數據的融合處理

當前，ADS-B和空管監視雷達數據融合通常采用兩種方式，一是優選法，即在管制終端僅顯示ADS-B航跡或是雷達航跡，而非采取不同符號對ADS-B和雷達航跡予以區分，此類方法操作簡單，較為容易實現，它可對雷達覆蓋區域進行雷達航跡的顯示，對雷達未覆蓋區域進行ADS-B航跡的相關顯示。然而，它具有明顯缺陷，即無法對ADS-B和雷達所覆蓋區域進行航跡的及時告警，同時，由于ADS-B與雷達在進行目標相關位置計算時所采用的算法差異，致使目標跨越兩者交疊覆蓋區時常會產生嚴重跳點狀況等。第二種方法則為融合法，采用此法可對優選法所存在的漏洞進行有效彌補。

2.1 構建數據融合模型

通常來講，數據融合的功能主要包括了信息校準、識別、相關與估計等內容，其中，校準與相關主要是為接下來的目標識別與估計進行準備作業，而實際的融合正是在識別與估計當中進行的，圖1為ADS-B與多雷達數據進行融合的構建模型，通過ADS-B和雷達數據信息的有效融合，能夠實現對同一區域不同目標的實時監測。

2.2數據的融合方式

通常來講，數據融合系統可分為分布式、集中式與混合式。其中，分布式作為一種能夠有效避免信息數據出現損失的融合方式，在現有的空管監視系統當中得到了應用與推廣。

在分布式結構的融合系統中，首先會形成各個目標本身的本地航跡，然后將相關處理信息及結果傳遞至融合中心處，再在融合中心處加以融合，從而生成更加精準的系統航跡。

在ADS-B和多雷達的數據處理過程中，首先，需要將各雷達的輸入數據與ADS-B數據加以校驗；其次，對其中所包含的錯誤數據進行剔除，以此形成完整的航跡數據，并給出相關目標的狀態估計；然后，將相關數據信息傳送至多雷達的融合系統當中去，使雷達與ADS-B產生的本地航跡在進行坐標變換及時空校準后，再進行與系統航跡的關聯及融合；最后，實現ADS-B和空管監視雷達相關數據信息的高效融合。

（1）前端雷達的數據處理

由于傳送至航管中心的ADS-B和各雷達數據格式各有差異，且考慮到傳輸過程中的不確定性，極易出現數據信息錯誤的狀況發生，因此，需要對數據的格式進行分析，同時，還需依照預先設定的規則和標準對數據加以校驗，并將其中明顯出現錯誤的數據剔除，最后，才能對數據加以集中處理。

（2）單雷達與ADS-B的數據處理

首先，需進行ADS-B與各雷達數據的格式識別，在確認無誤后，再依照各自的數據格式，對所接收到的數據加以分析和解釋，同時，將數據內容轉換成系統內部所設置的統一數據格式，再采取經緯度坐標系對數據內容進行坐標的同步轉換，以便后續處理。

（3）多雷達與ADS-B的融合處理

由于各臺雷達均將各自所在的地理位置當作參照對象，進行實際目標運動路徑的具體探測，這就導致數據信息缺乏在時間、空間、參照對象及坐標系等方面內容的統一標準。因此，在單雷達和ADS-B將航跡傳送至后端展開多雷達數據的相關處理作業之前。必須對時間軸進行校準，對正北方向加以校正，同時對坐標變換進行系統性的統一處理，在以上預處理工作完成以后，方可進行自動化系統中時空參考坐標的統一化處理，以此降低數據融合過程中所產生的誤差。

在對單雷達數據進行處理后，使相關數據信息格式統一轉換成內部標準格式，經過上述操作，使系統接收到的雷達探測數據均為統一格式，然后再采取分布式傳感器進行融合系統的功能模型構建，同時，還需以各個單雷達所探測的航跡跟蹤為基礎，對源自不同雷達的不同航跡是否表示同一目標加以判斷，并依據下列條件對不同站點發送的目標信息進行合并處理：①速度相關；②位置相關；③高度相關；④24bit的地址碼及二次代碼相關。

由于系統于同一時間會對雷達與ADS-B所發送的兩種數據信息進行判斷，以此為空管中心提供誤差較小的系統航跡，從而確保航跡準確度。在這一過程中，主要通過多路傳感器的數據融合模塊（MST），并采取動態數據進行經度檢測的方式，對ADS-B及雷達數據信息加以平衡，同時，對一個目標相關聯的多個數據采用加權法進行計算，若某傳感器質量出現下降，則系統MST會自動將其權重予以降低，必要時，甚至會完全舍棄。

系統航跡一經產生，系統MST就會將該航跡同飛機現有飛行計劃加以關聯，若航跡內容中含有二次代碼，則此關聯需建立在二次代碼與飛行計劃基礎之上，此時，航跡標牌則會顯示與飛行計劃相關聯的具體航班號。

若系統航跡僅包括含有ADS-B數據信息的相關報告，則建立在飛行計劃與二次代碼相關的準則無法適用于此情況，此時，系統會依據飛行計劃中相應的飛機注冊號及航空公司來對24bit地址碼進行確認，在確認以后，系統MST會將二次代碼予以24bit地址碼的替換操作，之后再與飛行計劃加以相應關聯。

分布式系統能夠有效壓縮數據信息數量，從而降低傳感器與數據融合中心處二者間的信息通訊負荷，同時，中心處理器也能夠對相關航跡數據進行處理，以此降低融合中心的負擔，提高數據處理效率。

3 總結

綜上所述，通過對ADS-B技術的應用，能夠實現與傳統雷達系統的協同作業，以此提升空管中心對飛行目標的監控效率。本文主要對ADS-B與空管監視雷達數據的融合處理方法進行了分析和研究，從而確保飛機的安全穩定飛行。■

參考文獻

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