自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視與多雷達(dá)數(shù)據(jù)融合的關(guān)鍵技術(shù)分析

鄭祥潘

中國(guó)民用航空三亞空中交通管理站

自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視與多雷達(dá)數(shù)據(jù)融合的關(guān)鍵技術(shù)分析

鄭祥潘

中國(guó)民用航空三亞空中交通管理站

針對(duì)ADS與多雷達(dá)數(shù)據(jù)融合問(wèn)題，本文首先對(duì)ADS的融合周期進(jìn)行了介紹；其次對(duì)ADS信息向雷達(dá)信息的轉(zhuǎn)換進(jìn)行了詳細(xì)介紹；最后對(duì)ADS與多雷達(dá)航跡融合進(jìn)行了詳細(xì)闡述，希望對(duì)相關(guān)工作人員能夠有所幫助。

自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視；多雷達(dá)數(shù)據(jù)；關(guān)鍵技術(shù)

利用多雷達(dá)數(shù)據(jù)融合可以大幅度的提高對(duì)目標(biāo)監(jiān)視的精準(zhǔn)度和連續(xù)性，從而提高監(jiān)視的效果。近幾年，隨著科技的高速發(fā)展，航行系統(tǒng)在全球中得到了推廣，并取得了不錯(cuò)的應(yīng)用效果。ADS（自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視）已經(jīng)逐漸成為了一種主要的監(jiān)視手段。雷達(dá)作為ATC（空中交通管理）系統(tǒng)中的一種主要檢測(cè)手段，目前觀測(cè)的局限性對(duì)系統(tǒng)的功能產(chǎn)生了制約，而ADS恰好對(duì)雷達(dá)的觀測(cè)盲區(qū)和觀測(cè)范圍起到了彌補(bǔ)的作用，提高了觀測(cè)的精準(zhǔn)度和觀測(cè)范圍，因此對(duì)兩者的融合進(jìn)行探討是必要的。

一、ADS融合周期

目前應(yīng)用的多數(shù)雷達(dá)的掃描周期都處于5-10秒之間。針對(duì)一個(gè)被觀測(cè)的物體而言，如果ADS數(shù)據(jù)的更新周期沒(méi)有超過(guò)5秒，那么也就意味著被觀測(cè)物體數(shù)據(jù)的更新和精準(zhǔn)度都優(yōu)于雷達(dá)，所以在觀測(cè)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)以ADS的數(shù)據(jù)為準(zhǔn)[1]。因?yàn)樵跁r(shí)間上存在一定的延遲，如果ADS更新周期處于5-10秒之間，那么在觀測(cè)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)以雷達(dá)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，如果超過(guò)了10秒，那么其只能在雷達(dá)觀測(cè)量存在的誤差中進(jìn)行校準(zhǔn)和判別，其主要功能就是降低雷達(dá)在測(cè)量過(guò)程中產(chǎn)生的固定誤差，并不會(huì)參與到最后軌跡的融合計(jì)算，從而確保系統(tǒng)穩(wěn)定性。

二、ADS信息向雷達(dá)信息的轉(zhuǎn)換

ADS信息向雷達(dá)信息轉(zhuǎn)換，可以使信息格式發(fā)生轉(zhuǎn)化，從而使融合信息變得統(tǒng)一，不需要對(duì)系統(tǒng)的數(shù)量進(jìn)行改造，從而避免了對(duì)原有設(shè)備進(jìn)行大量處理的浪費(fèi)局面的出現(xiàn)[2]。在實(shí)際操作中，為了解決ADS目標(biāo)的監(jiān)視問(wèn)題，可以通過(guò)對(duì)格式和信息的處理方法，從而將ADS信息合理的轉(zhuǎn)化為具有雷達(dá)監(jiān)視特征的目標(biāo)信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)ADS目標(biāo)的監(jiān)視。該監(jiān)視方法的步驟如下。

1、接受ADS系統(tǒng)發(fā)布的報(bào)告，并對(duì)其內(nèi)容進(jìn)行篩選，將ADS信息同飛行器的飛行機(jī)進(jìn)行處理，然后將設(shè)定的雷達(dá)位置當(dāng)作參考點(diǎn)，完成目標(biāo)投影，從而完成ADS目標(biāo)軌跡的創(chuàng)建。

2、依據(jù)系統(tǒng)的更新周期推算飛行器的四維位置，并且對(duì)新收到的ADS信息中有關(guān)位置的報(bào)告對(duì)飛行剖面值進(jìn)行不斷的修正和推算。

3、依據(jù)雷達(dá)站的實(shí)際位置和雷達(dá)的特征參數(shù)，對(duì)雷達(dá)的探測(cè)范圍進(jìn)行確定，對(duì)于飛行器剖面位置的確定應(yīng)當(dāng)依據(jù)雷達(dá)掃扇區(qū)時(shí)序完成。

4、依據(jù)雷達(dá)信息在格式上的要求，重組目標(biāo)信息，從而產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)信息，并將雷達(dá)信息輸出接口處。在完成信息轉(zhuǎn)化后，就可以實(shí)現(xiàn)雷達(dá)融合，整個(gè)融合過(guò)程中與多雷達(dá)數(shù)據(jù)融合十分相似[3]。

三、ADS與多雷達(dá)航跡融合

（一）融合過(guò)程中誤差配準(zhǔn)

數(shù)據(jù)融合前的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是系統(tǒng)誤差配準(zhǔn)，操作過(guò)程中，隨機(jī)誤差主要來(lái)自隨機(jī)觀測(cè)目標(biāo)的機(jī)動(dòng)和隨機(jī)觀測(cè)噪音，而系統(tǒng)誤差則主要來(lái)自在觀測(cè)過(guò)程中雷達(dá)本身的測(cè)距精準(zhǔn)度和觀測(cè)角度。ADS中使用的導(dǎo)航方式精準(zhǔn)度坐標(biāo)轉(zhuǎn)換過(guò)程中應(yīng)用的是與坐標(biāo)變換算法偏差相似的方法。中心數(shù)據(jù)融合以及本地跟蹤在隨機(jī)誤差的消除上都以軍方估計(jì)為準(zhǔn)。由于系統(tǒng)存在誤差，因此觀測(cè)數(shù)據(jù)于真實(shí)值相比將會(huì)形成固定偏移，因此在消除系統(tǒng)誤差時(shí)，必須要對(duì)系統(tǒng)存在的誤差值進(jìn)行估計(jì)，完成估計(jì)后要再進(jìn)行一次數(shù)據(jù)配準(zhǔn)。在實(shí)際工作中，需要以存在的多雷達(dá)系統(tǒng)中的誤差配準(zhǔn)法為依據(jù)，對(duì)ADS引進(jìn)后前后融合模型的差異進(jìn)行考慮，首先對(duì)ADS和雷達(dá)進(jìn)行同時(shí)應(yīng)用，對(duì)同一組目標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，然后依據(jù)測(cè)量值構(gòu)造一個(gè)方式組，最后對(duì)其進(jìn)行求解，算出最小平方解，獲得最優(yōu)估計(jì)值。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn),通過(guò)對(duì)該方法的合理應(yīng)用可以對(duì)ADS于雷達(dá)融合系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)誤差進(jìn)行消除，從而提高觀測(cè)的精準(zhǔn)性[4]。

（二）數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)

融合的核心問(wèn)題就是數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，也是融合中最復(fù)雜的問(wèn)題。以目前的科技來(lái)看，航跡關(guān)聯(lián)主要有以下幾種方法：概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、聯(lián)合概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和臨近數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)等。如果觀測(cè)目標(biāo)存在較差、較為密集或機(jī)動(dòng)性較強(qiáng)，在觀測(cè)過(guò)程中對(duì)軌跡關(guān)聯(lián)的可靠性無(wú)法確定時(shí)，應(yīng)當(dāng)嘗試著尋找新的方法對(duì)問(wèn)題進(jìn)行解決，可以通過(guò)對(duì)模糊聚類算法原理進(jìn)行引用，從而計(jì)算ADS目標(biāo)和雷達(dá)航跡相似的隸屬度，并對(duì)航跡關(guān)聯(lián)做出最終判決。

（三）檢測(cè)航跡相關(guān)性

航跡數(shù)據(jù)隸屬度矩陣將會(huì)給出航跡相關(guān)監(jiān)測(cè)的主要數(shù)據(jù)，依據(jù)數(shù)據(jù)可以構(gòu)成相關(guān)性檢測(cè)函數(shù)，以閥值和最大隸屬度為基礎(chǔ)，建立航跡關(guān)聯(lián)檢測(cè)方法。然后依據(jù)對(duì)航跡的相關(guān)性檢測(cè)之前，應(yīng)當(dāng)先通過(guò)對(duì)粗波門的應(yīng)用以ADS估計(jì)點(diǎn)作為中心，對(duì)需要進(jìn)行相關(guān)處理的航跡集進(jìn)行篩選。波門的大小則有觀測(cè)目標(biāo)的速度最大值、采用周期、進(jìn)入波門概率等數(shù)據(jù)共同決定。

（四）航跡融合

在航跡融合過(guò)程中既可以選擇對(duì)目標(biāo)狀態(tài)融合，也可以選擇對(duì)觀測(cè)值進(jìn)行融合。雖然從實(shí)際情況來(lái)看，對(duì)觀測(cè)值進(jìn)行融合效果更好，但是多雷達(dá)數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)普遍采用分布式系統(tǒng)，因此對(duì)目標(biāo)狀態(tài)融合也是一種不錯(cuò)的選擇。在融合過(guò)程中，首先通過(guò)濾對(duì)ADS點(diǎn)的軌跡進(jìn)行處理，從而生成ADS軌跡，與此同時(shí)處理多雷達(dá)軌跡的融合，并形成多雷達(dá)軌跡，對(duì)于航跡融合算法可以通過(guò)加權(quán)平均算法完成。

四、結(jié)束語(yǔ)：

ADS和雷達(dá)可以說(shuō)是兩種截然不同的監(jiān)視手段，各自都存在優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，在監(jiān)視過(guò)程中，合理的對(duì)ADS和多雷達(dá)數(shù)據(jù)融合能夠是兩種監(jiān)視手段在應(yīng)用過(guò)程中實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)，ADS周期確保融合的可靠性和精準(zhǔn)性信息格式轉(zhuǎn)化技術(shù)的出現(xiàn)為ADS與多雷達(dá)數(shù)據(jù)融合提供了技術(shù)支持；誤差配準(zhǔn)則為融合提供了更加可靠的數(shù)據(jù)，這些技術(shù)的出現(xiàn)為ADS與多雷達(dá)數(shù)據(jù)融合提供了強(qiáng)有力的支持，并且在一定程度上加快了航行系統(tǒng)工程的發(fā)展速度。

[1]羅啟銘.雷達(dá)、飛行計(jì)劃與ADS-B數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].電子科技大學(xué),2013.

[2]宮淑麗.機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面移動(dòng)目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].南京航空航天大學(xué),2012.

[3]柴昱.自動(dòng)化系統(tǒng)中多雷達(dá)數(shù)據(jù)融合子系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].電子科技大學(xué),2010.

[4]程擎,張澍葳.ADS—B和雷達(dá)數(shù)據(jù)融合的關(guān)鍵問(wèn)題分析[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2011,25:6237-6241.