基于ADS-B技術的雷達精度評估方法與應用

葛 勇，趙起超，方詩麟

（上海機電工程研究所，上海 201109）

0 引 言

廣播式自動相關監視（Automatic Dependent Surveillance-Broadcast，ADS-B）即航空器自動廣播，是由飛機或飛行器攜帶的機載導航設備和GNSSS定位系統生成的精確定位信息，并進行廣播，地面接收系統可以接收此廣播信息，對飛機或飛行器進行監視[1]。目前，世界各地都在積極推進ADS-B系統建設，歐美等國許多飛機已經安裝該套系統，中國的C919已經確定安裝該套系統。

傳統的雷達測量精度檢驗方法是雷達系統在規定的場地展開布陣，目標飛機攜帶高精度位置采集設備按照試驗方案規定的航路進行飛行，雷達對目標進行跟蹤獲得目標實時的位置數據（距離、角度等），將獲得的數據與高精度位置采集設備獲得的數據進行對比，經過一定算法處理，計算出雷達精度誤差。

本文采用一種新的方法對雷達測量精度進行評估，主要是利用ADS-B技術獲取民航飛機的實時位置信息，與雷達對同一民航目標探測的位置信息進行對比，得出雷達測量精度的誤差值。該誤差值可以用于指導雷達設計師對雷達性能進行評估和改進設計。

1 ADS-B技術

ADS-B技術是基于全球衛星定位系統的航空器（如飛機）的運行監視技術。利用該技術，地面系統能夠獲取飛機的精確導航信息，特別是飛機當前的位置信息。地面系統利用該位置信息，配以實時的絕對時間，就可以形成飛機的運動軌跡，同時也可以利用該位置數據進行精度對比分析。ADS-B定位信息使用GPS的WGS-84坐標系，其定位精度達到10 m量級[2]。圖1為ADS-B系統框圖。

由圖1可知，機載導航設備每隔1 s廣播一次ADS-B信號，它是由112個信息脈沖構成的S模式ADS-B長應答信號，內容包括經度、緯度、方位及速度等信息。地面接收系統接收到信息后進行解碼，即可得到每一秒時間的飛機位置及其他信息。

圖1 ADS-B系統框圖

2 雷達測量原理

雷達是一種電磁波檢測系統，一般至少由發射機、接收機及天線組成。發射機負責發射電磁信號至空間，接收機負責接收被反射的電磁信號。利用電磁波的發射和反射對物體進行檢查和定位。雷達將電磁能量發射至空間，并以光速傳播，如果目標位于波束內，則目標將反射一部分電磁波。返回到雷達的電磁波被雷達收集，不僅可以表明目標的存在，而且通過比較發射信號和反射信號能得出目標位置、特性及其他信息。

3 雷達精度評估方法

圖2為雷達精度評估系統工作原理示意圖。

評估系統利用接收機接收某一民航廣播的ADS-B信號。由于雷達測定目標的坐標常采用極坐標系統，即雷達到目標的直線距離R、目標斜距在水平面上的投影與某一起始方位（一般正北方向）的夾角A及目標斜距與其在水平面上的投影的夾角E，因此提取的ADS-B數據需經過坐標轉換為R、A、E數據格式，作為“真值”發送給評估系統終端計算機。

同時，雷達裝備搜索空中同一民航目標，獲得目標的位置數據，將絕對時間、距離R、方位A和仰角E作為“測量值”發送給評估系統地面加固計算機。

圖2 雷達精度評估示意圖

在評估系統地面加固計算機上，按如下步驟得出不同距離段中雷達測量目標的精度誤差結果。

（1）真值數據坐標轉換。將真值數據轉換至測量雷達的坐標系中。

（2）數據剔野。按任務書提出的均值E和均方差δ，以E±3δ為置信區間，將超出區間的數據剔除。

（3）求一次差。對被檢數據及其處理的基準值進行時差修正，然后求一次差：其中，為第k次進入第j距離段第i點被檢值；為 對應的基準值。（4）求誤差。某次進入第j距離段系統誤差及起伏誤差分別為：

其中，N為第k次進入第j距離段點數。

4 評估應用

圖3為雷達精度評估系統組成。

圖3 雷達精度評估系統組成

由圖3可知，雷達精度評估系統主要由ADS-B地面接收解碼主機和評估軟件組成。目標為民航飛機，或攜帶ADS-B模式信息發射設備的無人機和軍機。圖4為ADS-B地面接收解碼主機組成。

由圖4可知，ADS-B地面接收解碼主機主要由地面加固計算機、高精度定位設備（定位天線和定位模塊）、ADS-B接收解析模塊（接收天線、接收前端和信號采集）及數據處理模塊等組成，主要為設備提供精確的位置信息、地面接收信息及解碼ADS-B信息。

評估軟件運行在地面加固計算機中，是航跡顯示、精度處理及結果評定的軟件，評估軟件的處理流程如圖5所示。

圖4 ADS-B地面接收解碼主機組成

圖5 評估軟件的處理流程

結合某雷達開展檢飛試驗的工作，在地勢開闊處將精度評估系統展開并連接至雷達系統，雷達跟蹤空中某一民航目標，地面設備也接收該民航目標的ADS-B信號，將獲取的數據轉換至以雷達為坐標原點的數據后，利用軟件進行處理，得到精度誤差結果。該精度結果與按傳統方法進行檢飛的精度結果基本一致。

將ADS-B信號的數據與雷達跟蹤目標的數據進行對比，兩者數據趨勢基本一致，數據同一性較好。

5 結 論

本文利用民航飛機的ADS-B信息獲取飛機的實時位置信息，與雷達測量同一飛機的位置數據進行對比分析，得出雷達系統的精度誤差。該精度可以評估雷達對目標的測量精度。