ADS-B与空管监视雷达的融合处理方式研究

ADS-B与空管监视雷达的融合处理方式研究摘 要：在空中交通管制和监视中，雷达系统有着举足轻重的地位，有利于实现ADS-B与空管监视雷达的充分有效融合，很好地解决当今飞行流量不断提高的要求，在提升空域安全管理水平方面发挥着巨大优势。但是，任何事物都有两面，雷达系统也不可避免地存在着一些不足。文章分析了ADS-B的基本情况，重点介绍了ADS-B在空中交通管制中的优势，解释了雷达一体化对空中交通管制的可能性，提出了科学、合理的建议和融合处理方式，以便有效促进空管监视工作的顺利进行。关键词：ADS-B；空管监视雷达；融合处理；综述1 概述

在民航空管系统中，雷达系统多被用于监视航空器，但是在一些特殊地区，雷达系统无法安装使用。为了改善航空器的协同避撞性能，强化监视管理空域的整体效果，现在广播式自动相关监视（Automatic Dependent Surveillance - Broadcast，ADS-B）建设工程已经在航空领域全面启动。同时，随着现在飞行流量的持续增加，空管监视技术的要求也越来越高。ADS-B能够克服雷达的盲区，将ADS-B和雷达有效地融合在一起，大幅度提高了空域监视管理的整体水平，将危险发生的概率维持在较低水平。

2 ADS-B在空管监视中的优势2.1 ADS-B基本情况

如图1所示，ADS-B从表面上看，完全不需要人力的投入，机载设备能够自动提供各种信息，为目标位置和用户提供监控设备，并以广播的方式将数据传输给所有使用合适装备的用户。ADS-B的工作原理是将飞机的四维位置信息及其他识别信息，即机载设备使用数据链系统，向地面站、同一区域内其他飞机传输，通过广播这个传输媒介，传输给管制员，让其能够实时监控飞机的飞行状态。目前，ADS-B的使用主要包括3种传输链路格式：UAT，1 090ES和VDL-4。（1）UAT是专门为ADS-B服务而开发的。它的系统结构不仅十分简单，还非常稳定，可在单个宽带信道上运行，传送率为1 Mb/s。（2）1 090 ES。该传输线在目前国内市场上有很多应用，传输速率也是1 Mbps，下行频率是1 090 MHz。脉冲编码是一种特殊信息格式。Asterix Cat021格式用于消息传递。（3）VDL-4。该通信模式主要使用VHF频段，传输速度为19.2 kb/s。2.2 ADS-B的应用优势

ADS-B充分融合了通信技术、定位导航技术、地面设备技术以及民用航空机载设备技术等多种现代信息技术，大大提高了仪器的性能、观察区域的覆盖率和飞行员、管制员的风险洞察能力，也在提升航空安全水平方面发挥着积极作用。 ADS-B的应用优势具体如下：（1）ADS-B地面站的适应性非常强，不受地形的限制，并且成本也很低，维护和部署工作的

作者简介：何升恒（1990— ），男，广西贵港人，助理工程师，学士；研究方向：空中交通管理。

中国民用航空中南地区空中交通管理局广西分局 何升恒

难度也较小。（2）ADS-B具有较高的定位精度，对于提高和强

化航空器之间的协同能力方面，起着巨大的作用，还有助于减少飞行间隔，从而间接地增加空域容量。（3）ADS-B为地面管制人员和飞行员提供适当的监测信息。换句话说，可以确保空中与空中、地面与地面以及空中与地面之间良好的监视效果。ADS-B能够应对雷达不能在所有地形中进行安装的情况，顺利推进空中管制工作。

图1 系统总体设计UML

3 ADS-B与空管监视雷达的融合处理方法

该方法适用于将ADS-B与航空监视雷达融合。一种是优选法。管制终端选择显示出ADS-B的踪迹或者雷达的踪迹，在显示设备上用不同的符号、颜色简单地加以区分，这种方法使用起来比较简单，但是弊端也很明显，只能显示出一种消息，不能实现两者的有效结合，并且没有办法实现ADS-B和雷达区域系统的航迹警告功能。另一种是使用融合法，这种方法的使用效果要明显优于优选法。因此，本文主要研究融合法。3.1 构建ADS-B和雷达数据融合模型

要想把雷达系统和ADS-B系统很好地融合起来，就必须建构一个专业性非常高的、含有校准、相关、识别、估计等功能的数据融合系统，其中，识别和估计环节是最重要，也是最核心的一环，校准和相关都是为识别和估计做基础的。这个模型必须要有多个雷达系统做支撑，还要和ADS-B系统密切融合，只有这些条件得到保障，才能真正最大限度地发挥空域监管效果。中国某民用航空企业采用了三雷达数据融合系统，并把它作为空管监视的一个主要形式。这3个雷达都各有分工，监测着不同的目标区域，完成监测后，将全部信息进行整合，进行数据校准工作，并确保数据相关，在这个基础上，将它纳入到状态估计和目标识别环节中，为最终开展行为估计工作和提出正确的方案做铺垫。

3.2 ADS-B和空管监视雷达数据融合的方式

监视数据显示（Surveillance Data Display，SDD）系统主要通过飞行器的飞行痕迹，来为相关用户提供一些信息，例如观察飞行器所在地区的气候条件、地理状况等。另外，它可以显示相关的指挥数据，并且可以正确地执行人机交互。已安装SDD的最终用户可以使用SDD更好地了解飞机的飞行条件，以便该系统进行有效的指挥控制。SDD系统拥有3个工作模块：用户命令接口模块、航迹监视视图模块和状态信息显示模块。

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工艺设备科学大众·Popular Science2019年2月

SDD系统模块的分离主要是由于SDD系统的内部功能相对复杂。为了确保系统的正常运行，各方之间的充分互动，系统的性能提高，因此，进行模块划分势在必行。ADS-B在进行报文解析时，主要是针对自己接收到的进行解析，它只能以自己接收到的报文版本信息作为依据，间接地提取报文中的数据。3.2.1 分布式融合雷达系统应用情况

大家普遍了解的数据融合系统的融合方式主要是混合式、集中式、分布式这3种类型，ADS-B和雷达融合更加适用于分布式类型。因此，本文着重讨论这个问题。在分布式融合系统运行期间，以现有的多国空中交通管制系统为基础和前提条件，将ADS-B集成到新的信息源中，以促进信息源的整合。使用ADS-B和雷达分布式融合系统时，首先，需要彻底检查从每个雷达和ADS-B接收的数据，并及时删除一些错误数据，形成航迹数据，以获取需要的目标数据，达到预期结果。其次，不仅需要进行坐标变换，还需要全面细致的时空对准，这样才能降低ADS-B的不准确性，确保所有信息都是科学有效的。最后，为了成功整合ADS-B和雷达监视，需要重点分析已经得到的各

个系统的航迹信息[1]

。

3.2.2 前端雷达数据处理方式

民航管理中心提供的信息包括各种雷达和ADS-B数据，这些数据的格式存在很大差异，再加上传统因素的影响，极容易出现错误数据。因此，需要对现有的各项数据的格式进行细致分析，并进行分类整合，最终制定出统一的格式规则，以便于后续的数据校验工作，也有利于在剔除错误数据之后，提高处理正确数据的效率，如图2所示。

图2 算法说明

3.2.3 单个雷达和ADS-B数据融合处理方式

如果使用单个雷达和ADS-B处理数据融合，（1）要确保正确识别信息数据的格式。（2）根据数据类型，进行分类整理，并对其进行一致有效的转换，使它符合制定的格式规则。融合数据系统内部因为要对飞行器进行定位，所以会涉及大量的经纬度坐标信息，因此，除了要对格式进行统一之外，还需要对坐标进行转换[2]。

3.2.4 多雷达和ADS-B数据融合处理方式

使用的雷达越多，那么空管雷达监视和ADS-B的数据融合程度就越深。在实现它们的融合时，首先，要明确不同雷达的操作存在相当大的差异，例如时间参考点、空间和参考坐标。因此，内容不统一，就会导致缺乏一致的参照标准。其次，单雷达和ADS-B航迹在进行传输信息、开展处理工作前，要做好一系列的准备工作，主要是校准各项信息和数据，确保格式是统一的，例如，校正正东方向、对准时间轴、转换坐标位置等，保证每项数据都能在同一个时空参考坐标系中找到，最大限度地控制数据融合过程中可能产生的误差。多雷达系统和ADS-B数据融合系统可以在单个雷达数据处理的基础上转换成单一格式。为了创建会聚系统的结构模型，雷达收集的这些数据需要发挥分布式传感器的效果。开展航迹处理、跟踪处理工作时，必须确定是否可以通过检测相同目标来获得每个雷达的轨迹，

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同时还需要有效地结合多个地方报告的目标。当然，这些站点

目标包含的类型有限：（1）目标位置存在相关性；（2）二级代码或24 bit地址代码之间有联系，且存在着仅有的一个相同的二次代码；（3）与目标量有相关性；（4）与目标速度有轻微的相关性。要想实现雷达数据ADS-B数据的合并，就要制定相关的合并原则，加强ADS-B中的24 bit地址码的相关性。最后，数据融合系统使用ADS-B和雷达信息时，会存在一些位置误差。在产生所需要的航迹之后，系统MST（多传感器数据融合模块）良好关联飞行计划和系统航迹。如果航迹中存在二次代码，它与飞行计划之间的关联性，使得航迹标牌显示为拥有飞行计划的航班号，如图3所示。

图3 监视数据显示系统架构设计

4 结语

目前，中国民航当局十分重视空中交通管制监视工作，并且已全面开展ADS-B建设项目。对于ADS-B来说，它能很好地适应当前空中飞行流量逐步上涨的情况，并且能够填补雷达系统的漏洞，提高定位的精度，提升飞行器的协同避撞能力，为飞行器的正常飞行创造了一个更加安全的环境。为了加强ADS-B与空管监视雷达的融合深度，必须重点注意这两种监视方式的特点，不断采用先进的数据融合系统建设方式，达到预期的融合目标。

[参考文献]

[1]黄裕文.二次雷达与ADS-B监视中的STCA虚警分析[J].通讯世界，2017（9）：131-132.

[2]卢升云.空管自动化系统的多雷达与ADS-B数据融合技术综述[J].通讯世界，2016（6）：109-110.

[3]王锐锋.浅析ADS-B空管监视系统的设计研究[J].科技尚品，2017（9）：154-155.