ADS-B數據在空管自動化系統中的處理方法分析

鄒國政

（南京萊斯信息技術股份有限公司，南京 210000）

0 引言

ADS－B技術最初是為越洋飛行的飛機在無法進行雷達監視的情況下，希望利用衛星實施監視所提出的。隨著ADS－B技術的不斷發展與完善，其性能與傳統雷達監視相比，具有使用成本低、精度誤差小、監視能力強等明顯優勢，已被民航組織確定為未來監視技術發展的主要方向。結合民航局空管局下發的《民航空管自動化系統應用ADS－B數據的技術和功能要求》及《民航空管ADS－B及S模式雷達數據應用實施計劃》，ADS－B數據應用于空管自動化系統是大勢所趨，本文從實際出發，提出的一種在自動化系統接入ADS－B數據后的處理流程以及與雷達數據進行融合的處理辦法，給系統提供更穩定的目標航跡，給管制員提供更多關于飛機和機載設備的信息，最終在實際管制工作中得以驗證及應用。

1 ADS－B數據預處理

自動化系統在接入ADS－B數據后，對接入的監視數據按照對應的格式規范進行數據項分解，提取其中的有用信息，包括目標屬性、目標位置、目標高度、目標速度、航空器呼號、二次代碼、時標等內容，同時對接收到的數據項做必要的合法性檢查，長度錯誤的數據幀、組裝格式錯誤（或不符合已定義的數據格式）的數據幀等明顯有問題的數據將被過濾掉[1－2]，以此保證異常的監視數據不會對后續的單路航跡處理和多路航跡融合造成不良影響。

2 ADS－B數據處理功能

2.1 單路監視數據處理

自動化系統的單監視數據處理包括單雷達航跡的形成和單ADS－B航跡的形成，單ADS－B航跡的形成集成到系統的單航跡數據處理功能中。生成并維護單路ADS－B航跡的處理過程稱為單路ADS－B監視數據處理[3]。

自動化系統的監視數據處理模塊將接收到的雷達數據根據格式定義進行數據項的分解，提取出主要信息，包括目標的屬性、位置信息、二次代碼、高度數據、目標狀態告警等信息。對這些數據項進行合法性檢查后，將通過質量檢查的目標信息轉換其坐標系并投影到系統平面上，根據不同的相關因子和模型，形成單雷達目標，并且對這些目標進行跟蹤形成單雷達航跡。

自動化系統在接收來自于ADS－B數據，根據數據格式對數據的完好性進行必要的檢查。在目標做相關時，主要考慮航空器呼號、位置、二次代碼、高度信息、告警信息、目標標識等屬性的相關，這里主要是考慮目標航空器相關因子，其它的二次代碼相關、位置相關、速度相關、高度相關等相關因子都可以作為輔助因子，航空器呼號的相關所占的因子很大，其它目標的屬性所占的比例很小。當確定ADS－B目標報告的身份后，根據位置、高度、速度等信息對目標進行實時跟蹤，形成單路ADS－B航跡[4－5]。

2.2 多路數據融合處理

自動化系統數據融合的監視源包括雷達和ADS－B數據等監視信息，系統的融合處理包括相關和跟蹤。相關就是把不同監視源發現的目標經過相關模型的處理，形成唯一的目標身份標志。在相關模型中不僅需要考慮雷達的各種狀態屬性，包括位置、二次代碼、高度、速度、航跡特性等，還需要考慮ADS－B信息的各種狀態屬性，包括航空器呼號、位置、二次代碼、高度、速度、航跡特性等，相關因子和模型會隨著監視源的不同而做適應性地調整；當有ADS－B參加融合的時，狀態轉移矩陣和過程噪聲分布矩陣也會是自適應的，跟蹤周期也可以和ADS－B數據周期一致。

系統能夠接收多類多路監視數據，對經過單路監視數據處理的單路航跡報告；在判別后，確定這些航跡信息是否屬于同一個目標，如屬同一目標則時空對準后采用融合式方法進行綜合處理，根據自動動態調整的融合加權系數，選出最能表達實際情況的目標態勢描述，最終生成新綜合航跡或更新舊綜合航跡，并盡可能保證綜合航跡的連續、平滑，不因某路監視數據的異常而造成綜合航跡異常[6]。

2.3 ADS－B數據項處理方法

（1）航空器呼號處理

空管自動化系統處理ADS－B數據中的航空器呼號數據項后，根據數據格式以及內部約定傳輸要求，提取其中的航空器呼號；根據目標屬性以及相關因子的關系，為航空器呼號分配合理的相關因子，使得同一批航跡信息都能正確地相關為同一目標，形成單航跡信息，并且根據這些單航跡信息來對多路航跡信息進行相關處理，形成融合方式下唯一且正確的目標身份；同時單航跡跟蹤和多航跡跟蹤會對目標進行跟蹤更新，形成最新最真實的單跟蹤航跡和多跟蹤航跡。

（2）位置信息處理

空管自動化系統處理ADS－B數據中的經緯度數據項后，根據數據格式以及內部約定傳輸要求，提取其中的經緯度位置信息或者高精度位置信息，根據目標屬性以及相關因子的關系，為航空器的目標信息分配合理的相關因子；根據綜合相關因子的結果，使得同一批航跡信息都能正確地相關為同一目標，形成單航跡信息，并且根據這些單航跡信息來對多路航跡信息進行相關處理，形成融合方式下唯一且正確的目標身份；同時單航跡跟蹤和多航跡跟蹤會對根據接收到的最新位置信息，對目標當前的狀態，特別是位置進行跟蹤更新，形成最新、最真實的單跟蹤航跡和多跟蹤航跡[7]。系統的綜合信息的更新可以根據設定的允許參加融合的權限來對目標的位置進行更新處理。

（3）二次代碼處理

空管自動化系統處理ADS－B數據中的二次代碼數據項后，根據數據格式提取其中的二次代碼，并且根據每個比特位的特性，分析改二次代碼是否有效，當二次代碼有效的時候，根據目標屬性以及相關因子的關系，為航空器的目標信息分配合理的二次代碼相關因子；根據綜合相關因子的結果，使得同一批航跡信息都能正確地相關為同一目標，形成單航跡信息，并且根據這些單航跡信息來對多路航跡信息進行相關處理，形成融合方式下唯一且正確的目標身份；同時單航跡跟蹤和多航跡跟蹤會對根據接收到的二次代碼信息，對目標當前的狀態屬性進行更新，形成最新、最真實的單跟蹤航跡和多跟蹤航跡。當二次代碼無效的時候，系統會對此次二次代碼的可信度保持待定狀態，等待其他信息源以及后續周期的數據檢驗。

（4）高度信息處理

空管自動化系統處理ADS－B數據中的有關高度數據項后，根據數據格式以及內部約定傳輸要求，提取其中的目標飛行高度信息，并且正確識別高度來源，根據目標屬性以及相關因子的關系，為航空器的目標信息分配合理的高度信息相關因子；根據綜合相關因子的結果，使得同一批航跡信息都能正確地相關為同一目標，形成單航跡信息，并且根據這些單航跡信息來對多路航跡信息進行相關處理，形成融合方式下唯一且正確的目標身份；同時單航跡跟蹤和多航跡跟蹤會對根據接收到的高度信息，對目標當前的高度狀態屬性進行更新，形成最新、最真實的單跟蹤航跡和多跟蹤航跡。

（5）告警信息處理

空管自動化系統處理ADS－B數據中的目標告警狀態項后，對每個數據位進行解析，從中獲取最詳盡的告警信息，包括緊急情況、非法干擾、通信失效等告警信息，系統的單航跡信息處理和多融合航跡信息處理都能及時地更新這些告警信息，并在發出告警時顯示在標牌上。

3 監視數據融合

對于目標融合使用了基于場景的模糊層次分析法（FAHP，運籌學中的著名算法）。當ADS－B信號參與自動化系統的融合后，系統目標的來源就不再是單一的雷達信號，圖1所示為自動化系統在接入ADS－B數據后與雷達數據的融合處理結構?？展茏詣踊到y獲得一個新的目標報告后，不論是雷達目標還是ADS－B目標，必須判定其是否和已存在的其他多個目標報告為同一目標描述，先綜合各方面因素確定當前場景，再根據當前場景下各因素（例如目標之間的位置距離、高度差等情況）對于最終判定結果的不同影響程度；綜合考慮后計算出新目標報告是否和某個已存在目標為同一目標描述的可能性，并與自動化系統設定的門限值進行比較，判定是否是已存在目標還是新建立目標[8]?？紤]到的因素有目標所在區域、地址碼、航班號、二次代碼、位置（時空對準后的水平距離）高度差（垂直距離）、歷史融合記錄。

圖1 雷達數據與ADS－B數據融合處理結構

在目標融合判定中，同一因素在不同場景下，對于最終結果的影響程度不同。例如在機場附近區域中，二次代碼/地址碼等ID的異同對融合結果影響很大，地址碼不同的多個目標絕對不會融合為同一目標，地址碼相同的將被融合；如果沒有報告地址碼，則二次代碼將被著重考慮，二次代碼不一致不會進行目標融合。同樣是地址碼相同，如果目標位于高空航路，也并非一定融合為一個目標（例如目標之間距離較遠）；二次代碼的情況也類似，此時需要綜合考慮距離、高度差等情況，二次代碼的異同并非決定因素（巡航飛行時目標有時會修改二次代碼，或是某監視源報告錯誤）。因此，各個因素之間并非簡單的“與”或者“或”的關系，目標融合時需要考慮各種因素對其的影響[9－10]。

4 結束語

本文從實際應用出發，基于傳統一、二次雷達數據處理辦法，提出了一種在增加ADS－B數據后的多監視源數據的數據處理辦法，通過對兩種監視源數據的特點進行靈活地合理設計，使得空管自動化系統能更好地使用好ADS－B數據，實現自動化系統對低空區域及無雷達覆蓋區域的監視，ADS－B技術被大范圍應用到民航系統，利用GPS定位和數據流技術并集成到空管自動化系統中，對空、地目標飛機進行監視和指揮，將極大地保障飛行安全，提高運行效率，增大空中交通流量。