ADS-B自動相關監視系統可疑目標處理分析

劉新生

（華北空管局技術保障中心 北京 100621）

0 引言

ADS-B（Automatic Dependent Surveillance Broadcast）廣播式自動相關監視是國際民航組織確定的未來主要監視技術。ADS-B技術將衛星導航、通信技術、機載設備以及地面設備等先進技術相結合，提供了更加安全、高效的空中交通監視手段，能有效提高管制員和飛行員的運行態勢感知能力，提升航空公司運行控制能力，擴大監視覆蓋范圍，提高空中交通安全水平、空域容量與運行效率。現華北地區已接入ADS-B數據，通過二級數據處理中心信號輸出給自動化系統，為管制員提供使用。本文主要介紹 ADS-B系統可疑目標分析的方法和相關應用。

1 ADS-B原理介紹

ADS-B廣播式自動相關監視是一種基于全球衛星定位系統的技術，主要利用地空和空空數據鏈實現信息傳遞，包括識別信息，位置，高度，速度等。ADS-B接收機與空管系統、其它飛機的機載ADS-B結合起來，提供精確、實時的沖突信息。

ADS-B系統包括地面站和機載設備兩部分，按應用分為兩類：發送（OUT）和接收（IN）。其中OUT功能主要負責將信號從飛機發送方經過視距傳播發送給地面接收站或者其他飛機，無需飛行機組干預即可自動工作。IN是指航空器接收其他航空器發送的ADS-B OUT信息或地面服務設備發送的信息。

飛機上安裝的ADS-B設備使用GPS確定其位置，再通過一臺發射機以快速的時間間隔向外發射自己的位置、高度等數據。ADS-B地面站能夠接收到發射的數據并轉發給管制員以獲取飛機位置。

2 系統主要功能

現在華北地區接入萊斯的 ADS-B系統。對系統主要功能進行模塊化設計，便于系統的升級改造。系統中服務器均采用雙機熱備份方式工作，如圖1所示。系統設計了雙機管理子系統，雙機上的主要功能模塊都同時接收數據，并進行相應的數據處理，只有主機向系統發送處理后的數據，在雙機切換時保證數據的完整性。

圖1：ADS-B雙機架構

系統能處理符合ASTERIXCAT021格式的ADS-B數據，能接收處理地面站的狀態信息，包括地面站運行狀態數據輸入接口等信息。系統的監控處理能把地面站的狀態信息顯示在畫面上。主要功能包括：監視數據處理，可疑目標驗證，系統監控和配置管理以及記錄回放等，系統主要服務器和功能表1所示。

表1：服務器和主要功能

3 可疑目標驗證方式

系統具有目標信息防偽處理功能，通過多種方式來甄別可疑的 ADS-B目標報告。被判定為可疑的目標在本系統的態勢界面上予以醒目的提示，并同時說明判定依據。在向系統外輸出數據時，可人工指定被系統判定為可疑目標的數據是否輸出。可疑目標主要通過基站有效范圍，TDOA（TimeDifference Of Arrival）計算和雷達覆蓋等三種方式進行驗證。最終確定目標的結果為可疑，不可疑或者是未知目標。

3.1 覆蓋符合性驗證

如果數據源定義了最大有效覆蓋范圍，則當其報告的某個目標不在這一范圍內時判定為未通過此項驗證。需要注意的是基站覆蓋范圍的配置不正確或基站中心點配置不正確，會造成誤判。基站范圍應與實際范圍一致或稍偏大。

3.2 TDOA時標定位驗證

距離不同的兩個基站收到信號的時間點是不一樣的，TDOA定位的原理正是利用多個基站接收到信號的時間差來確定目標的位置。因為目標點發送信號到兩基站的時間差為常數，目標點的位置一定處于以這兩點為焦點的雙曲線上。如圖2所示，這樣我們要確定平面上的一個點，需要至少三個基站。基站1和基站3之間確定一個雙曲線，基站2和基站3之間也確定一個雙曲線，兩條雙曲線的交點即為目標點的位置。

圖2：TDOA算法示意圖

3.3 覆蓋交叉驗證

在 ADS-B和雷達等其他監視數據的重疊覆蓋范圍內，ADS-B發現了目標但其他監視數據沒有發現，則此目標判定為未通過此項驗證。但是雷達有效覆蓋范圍不正確或中心點配置不正確，會造成誤判。因此為減少誤判，雷達定義范圍應與實際范圍一致或稍偏小，這樣保證雷達探測出來的目標盡量正確。

3.4 可疑目標判斷邏輯

ADS-B判斷可疑目標主要是通過覆蓋復合性驗證，TDOA時標定位和覆蓋交叉驗證三種方式對目標的可疑性進行判斷。以上三種目標驗證方式在判斷最終目標是否可疑的時候，對目標的驗證順序和影響優先級是不同的。覆蓋符合性驗證具有最高的優先級，TDOA時標定位驗證其次，覆蓋交叉驗證最低。驗證的具體流程如圖2所示。

圖3：可疑目標判斷邏輯圖

首先對ADS-B航跡數據進行覆蓋范圍的驗證，在覆蓋符合性驗證能進行的情況下，對比地面站的覆蓋范圍，覆蓋符合性驗證通過則目標即為有效目標，驗證不通過則目標為可疑目標，此時其他兩種驗證不會對最終結果有任何影響；在覆蓋符合性驗證不能進行，而TDOA時標定位驗證能進行的情況下，TDOA時標定位驗證通過的目標即為有效目標，不通過的目標為可疑目標；在覆蓋符合性驗證能和TDOA時標定位驗證都不能進行的情況下，覆蓋交叉驗證的結果才會直接導致目標是否被判定為可疑目標。

4 可疑目標分析結果

如果系統通過利用覆蓋范圍，TDOA驗證和雷達輔助驗證判斷出該目標為可疑目標，會在標牌上突出顯示，并可以通過詳細信息查看目標可疑的判斷標準。如圖4中，標牌上會現實“FAKE”標記，通過查看詳細信息，可以獲得可疑目標的航班號，24bit碼和目標的高度，速度等信息，同時輸出目標被判斷為可疑目標的詳細原因。

圖4：可疑目標結果圖

ADS-B系統的航跡最終是要輸出到自動化系統供管制員使用，提供可靠的航跡監視數據。當ADS-B系統判斷出可疑目標后，可以通過系統配置相關參數來設置該可疑目標是否輸出給自動化系統。具體配置參數如圖5所示，可以針對ADSB覆蓋有效性，TDOA驗證和覆蓋交叉驗證等可疑目標進行過濾，選擇性的輸出給自動化系統。

圖5：系統配置

5 結語

本文主要討論了華北地區 ADS-B自動相關監視系統的架構和主要功能，并分析了ADS-B系統分析可疑目標的原理和具體實現結果。為日常的值班運行中故障分析和設備維護提供了技術支撐，提高了空管運行的安全保障能力。