S模式雷達與ADS-B融合探討與分析

劉夢琪

摘要：與普通A/C模式雷達相比，S模式雷達已成為二次雷達的最新技術，且在我國已有超過10年的使用經驗。由于S模式雷達探測能力強，詢問策略比較智能，所以其廣泛應用于民航系統中。而ADS-B技術作為一種新型的類似于雷達的監視手段，被納入民航發展“十三五”規劃實施工作中，其可以在降低成本的前提下使數據的收集速率加快，目標定位更加準確，目前全國所有航路、終端區及機場都已具備ADS-B運行能力。將S模式雷達和ADS-B進行融合處理，不僅可以有效提高雷達系統的使用質量，還能使我國形成更多S模式雷達和ADS-B融合的共同覆蓋區域。

引言

由于S模式雷達和ADS-B在實際使用過程中都具備相應優點，所以將 S模式雷達和ADS-B進行融合處理，并且形成共同的覆蓋區域，不僅可以提高空管自動化系統的精度，還能使雷達數據處理、飛行計劃與航跡相關、告警等功能得到優化，提高飛行安全性。本文分別對S模式雷達和ADS-B的工作原理和優缺點進行介紹，探討和分析S模式雷達和ADS-B的具體融合方式。

1、S模式雷達工作原理分析

S模式即選擇模式，有選擇的識別目標。起源于美英，其最初的使用是為每架飛機編上離散地址碼，管制員進行點名式詢問，從而降低雷達詢問率，這樣可以解決所有飛機同時應答引起的異步干擾、同步串擾、系統飽和問題。S模式雷達具有全呼和選呼功能，通過對安裝有S模式應答機的飛機進行選擇性詢問，由于飛機地址是飛機的固有屬性，具有唯一性，所以在選擇性“詢問—應答”過程中，只有相對應地址的飛機進行合理應答，有效降低了異步干擾和同步串擾，且對數據精度處理能力更強，還具備地空數據通信能力。如果被選擇的飛機沒有及時應答，則S模式雷達會根據發出的詢問指令，轉變為其他代碼，從而確保S模式雷達進行鎖定性的詢問。

現階段我國常用的S模式雷達采用的報文格式為CAT034和CAT048，對于民航飛機，S模式雷達可以和自動化數據處理設備進行相關數據交換，還可以將數據的類別進行分類，其中一類則可被用于雷達的目標定位和航空軌跡的報告中，而另一類則可用于傳輸雷達的相關服務信息。對于航空公司，S模式雷達通常使用單雷達目標報告和單雷達服務報告的模式。

2、ADS-B工作原理分析

ADS-B的字面意思是自動相關監視廣播，ADS-B系統在實際的應用過程中已實現了自動化的操作模式，即表明不需要人工操作且全天候運行。“相關”說明了在信息的獲取過程中，需要有記載的設備作為相應的載體。“監視”代表了提供類似于且優于雷達監視的服務，獲得所需監測的目標位置、高度、速度、航向、識別號和其它信息。“廣播”定義了無需應答機，在適當的傳輸范圍內，飛機之間或與地面站之間采用廣播形式互相發送數據，所有裝備ADS-B設備的用戶都可以接收和處理這些數據，而不是專門針對某一特定的用戶進行信息的傳播。

ADS-B報文格式為 CAT021，自動化系統可通過解析、計算將單路ADS-B數據轉化為單路ADS-B航跡，進而融合成 ADS-B航跡，系統把融合后的ADS-B航跡作為一路獨立監視信號源，和其他單路雷達航跡一起，進行多雷達融合運算，生成系統航跡。傳輸鏈路主要包含3種，分別為1090ES、UAT、VDL-4三種數據傳輸鏈。第一種為我國民航系統普遍使用，其下行的頻率為1090兆赫茲，傳輸的速率為1Mbps。在傳輸過程中，它的信號格式主要為脈沖編碼，我國民航系統組織更推薦使用這種標準的脈沖編碼，地面接收設備可以兼容二次雷達中的相關數據量，也可以接受監視系統中的相關數據。同時還可以實現飛行器間與空中防撞系統之間的兼容。

3、S 模式雷達與 ADS-B 的融合分析

3.1 融合方案的選擇

在 S 模式雷達與 ADS-B 融合模式的建立過程中，首先要進行融合方案的選擇，常用的兩種方式有兩種。第一種是優選法，主要工作原理是，在自動化終端只顯示雷達航跡或ADS-B航跡，并用不同符號標記雷達軌跡和ADS-B軌跡，這種方法可以簡化航跡定位操作流程，即雷達覆蓋區域中顯示雷達軌跡，而雷達未覆蓋區域只顯示ADS-B航跡。但是這種方法也具備一定的缺點，即無法為ADS-B覆蓋區域和雷達覆蓋區域中的系統軌跡提供相應的告警提示。由于S模式雷達和ADS-B系統在實際使用過程，用不同的計算方式對目標位置進行定位，所以在進行目標定位的過程中，可能會出現偏出二者信號覆蓋區域，產生嚴重跳變的現象。第二種是融合法，通過這種方法能有效改善優選法中存在的問題，因此，在選擇融合方案的過程中，主要使用融合法進行S模式雷達和ADS-B的融合模式建立。

3.2 融合模型的建立

要想建立S模式雷達和ADS-B的具體融合模式，首先要建立數據融合模型，在模型建立的過程中，模型設計實現思路為，將預先探測的雷達和ADS-B信息全部輸入到預處理系統中，然后將經過預處理系統處理完成的信息，再輸入到數據校準系統中，通過數據的校準，將不準確的信息屏蔽，且將準確的信息傳遞到數據相關處理系統中，通過數據相關信息的分析和處理，將數據相關處理系統中的信息分別進行狀態估計和目標識別，最終對行為進行估計，然后把最終行為估計的結果與狀態傳遞出來。通過分析建立的融合數據模型，運用融合法建立的數據融合系統，主要包含校準、相關、識別及估計4個功能，同時還可以對不同數量的數據源進行融合分析，確保能夠同時監視不同目標的相關區域。

3.3 數據融合的實現

在對多雷達數據進行融合系統的建立過程中，每一個子雷達都可以作為單獨的傳感器使用，并通過數據融合技術，可以將所有子雷達中的傳感器數據進行融合。由于數據在融合的過程中會有不同的方法，所以也決定了雷達數據的處理架構不同，現階段常用的方式為S 模式雷達數據與ADS-B數據的融合，運用多個雷達，然后在雷達基礎上加入ADS-B技術，基于兩者之間聯系加強所構建的融合模型，無論是在自身性能方面或是在空中檢測方面都具有良好功效。在單雷達數據處理的基礎上，S模式雷達數據和ADS-B數據融合系統已經可以轉化為統一格式，這些通過雷達探測的數據，想要構建融合系統結構模型，需要發揮分布式多傳感器的作用。開展航跡處理、跟蹤處理工作，需要判斷不同雷達的航跡是否是由同一個目標探測而得，同時還需要將一些不同地面站報告的目標進行有效合并。S模式雷達數據和ADS-B 航跡，傳輸到后端開展處理工作，同樣需要做好相應的預處理工作，主要是校準各項數據和信息，實現格式的統一，如校正正北方位、對準時間軸、變換坐標等，使得各項數據都處于統一的時空參考坐標系統中，盡量減少融合過程中存在的誤差限度。

4、結語

綜上所述，對于監視效能提升，進行S模式雷達和ADS-B的融合處理，需要確保S模式雷達系統在實際使用過程中能夠進行協作融合，提高空中監視的質量和效率;對于監視應用推廣，應該不斷完善ADS-B系統以適用于更多傳統雷達覆蓋不到的區域，尤其是在洋區、荒漠、山區，需要增加雷達覆蓋的面積，從而提高對盲區的監視能力。

（中國民用航空中南地區空中交通管理局湖北分局，湖北 武漢430000）