ADS-B數(shù)據(jù)處理中心目標(biāo)融合研究

沈爾斌

摘要：ADS-B系統(tǒng)和雷達(dá)系統(tǒng)的融合對空管系統(tǒng)性能提升具有重要意義，本文主要針對雷達(dá)系統(tǒng)和ADS-B系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理中心目標(biāo)融合進(jìn)行研究。首先解析ADS-B數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和相關(guān)新技術(shù)，然后分析其和雷達(dá)系統(tǒng)融合的具體實(shí)時(shí)方式，最終解析ADS-B系統(tǒng)和雷達(dá)系統(tǒng)融合平臺(tái)的構(gòu)建。

關(guān)鍵詞：ADS-B;數(shù)據(jù)處理;雷達(dá)系統(tǒng);融合

ADS-B（Autornatic DependentSurveillance-Broadcast，廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視）實(shí)在航空行業(yè)發(fā)展中逐步發(fā)展起來的新技術(shù)，不僅位置精度高，而且具有更新速率快、建設(shè)成本低的典型優(yōu)勢。我國航空發(fā)展建設(shè)中也不斷加快ADS-B工程建設(shè)，目前已經(jīng)有幾百套在用的ADS-B地面站，尤其是其再中西部地區(qū)的應(yīng)用，很好彌補(bǔ)了傳統(tǒng)雷達(dá)覆蓋范圍不足的問題和缺陷。同時(shí)，ADS-B系統(tǒng)的應(yīng)用也進(jìn)一步體色灰姑娘理論東部地區(qū)冗余設(shè)備的利用率。ADS-B在空管系統(tǒng)中的應(yīng)用及和目前空管系統(tǒng)的融合成為其發(fā)展的瓶頸之一，要想進(jìn)一步提升ADS-B系統(tǒng)的應(yīng)用，充分發(fā)揮其應(yīng)用性能，必須要加強(qiáng)ADS-B數(shù)據(jù)處理中心目標(biāo)融合能力。

1. ADS-B

1.1 ADS-B簡述

ADS-B（Autornatic DependentSurveillance-Broadcast，廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視）應(yīng)用中充分借助載體設(shè)施，和地面設(shè)備以及其他ADS-B載體相互協(xié)同，在自動(dòng)化系統(tǒng)、信息技術(shù)的協(xié)同下實(shí)現(xiàn)新的收集、傳送、獲取等相關(guān)工作。通過ADS-B系統(tǒng)能夠獲得飛行器位置、飛行軌跡、飛行速度以及飛行高度等大量相關(guān)信息，完成信息之后以電文的形式實(shí)現(xiàn)信息的傳遞，完成飛行器、管控系統(tǒng)等相關(guān)設(shè)備及系統(tǒng)之間的信息交流，以此實(shí)現(xiàn)對飛行器的實(shí)時(shí)管控。ADS-B系統(tǒng)的應(yīng)用有效提高了管控效率，同時(shí)提升了飛行器的安全性，減少了事故發(fā)生率。ADS-B技術(shù)源于ADS系統(tǒng)，在實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)越洋飛行器實(shí)時(shí)衛(wèi)星監(jiān)控的基礎(chǔ)上，有效改善了雷達(dá)設(shè)備監(jiān)管區(qū)域局限性，因其在航空領(lǐng)域的優(yōu)勢該技術(shù)得到迅速發(fā)展，并且應(yīng)用范圍逐步增加，ADS-B應(yīng)用優(yōu)勢和功效也逐步凸顯。

1.2 ADS-B運(yùn)行原理

為實(shí)現(xiàn)ADS-B系統(tǒng)中通信功能和監(jiān)視功能的協(xié)同并存，需要從三個(gè)方面著手ADS-B建設(shè)，首先是完善信息源頭建設(shè)，其次是優(yōu)化信息傳遞通道，最后是提升信息設(shè)備功能。簡言之即通過ADS-B系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對源頭航行器信息的采集，然后通過信息傳遞通道進(jìn)行獲取到信息的有效、實(shí)時(shí)傳遞，最后在空管系統(tǒng)等相應(yīng)設(shè)備中完成信息的接收和處理。在信息源頭信息的獲取中要保證信息勘察收集的全面性、完整性，包括飛行器本身位置信息以及環(huán)境、飛行員等相關(guān)附加信息。完成信息收集之后進(jìn)入信息傳輸環(huán)節(jié)，ADS-B主要進(jìn)行信息的發(fā)送和接受，發(fā)送作為ADS-B中的顯著功能，有效實(shí)現(xiàn)了傳輸信息設(shè)備和需求信息、依附載體之間的高效關(guān)聯(lián)。一般ADS-B系統(tǒng)中采用大范圍的傳輸通道，高效傳輸通道和傳輸網(wǎng)絡(luò)有效規(guī)避了信息延遲問題，也規(guī)避了傳統(tǒng)系統(tǒng)中信息遺漏問題，實(shí)現(xiàn)航空和空管系統(tǒng)中信息的高效傳輸。得到傳輸?shù)男畔?shù)據(jù)之后系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選和識(shí)別，并且將最終識(shí)別的有效信息在顯示器中進(jìn)行直觀顯示，將飛行器、飛行員以及環(huán)境信息直觀顯示在雷達(dá)系統(tǒng)中。ADS-B系統(tǒng)在空管系統(tǒng)中的應(yīng)用將相關(guān)空中設(shè)備、工作人員以及管理人員信息進(jìn)行有效關(guān)聯(lián)，保證飛行器實(shí)時(shí)信息、狀態(tài)的高效獲取，同時(shí)有利于下一步工作的安排和部署。

2. ADS-B數(shù)據(jù)處理中心目標(biāo)融合處理方法

2.1 建設(shè)融合模型

為保證雷達(dá)和ADS-B系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合需要提前進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，提出設(shè)計(jì)方案之后利用模型對方案進(jìn)行一一驗(yàn)證。模型構(gòu)建中必須保證其真實(shí)性和有效性，通過模型的評估確定具有最佳融合效果的方案。

在傳統(tǒng)多雷達(dá)空管系統(tǒng)的基礎(chǔ)上引入ADS-B系統(tǒng)，并且實(shí)現(xiàn)兩者之間的高效聯(lián)合和相融，構(gòu)建習(xí)性你的模型和體系，能夠進(jìn)一步提升空管系統(tǒng)性能，同時(shí)還能夠進(jìn)一步提升空管系統(tǒng)的空中監(jiān)測能力、應(yīng)急處理能力。以某航空機(jī)構(gòu)為例，在引入ADS-B系統(tǒng)之后，和三個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)同融合輔助空管系統(tǒng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了對特定區(qū)域所有數(shù)據(jù)的有效獲取。并且空管系統(tǒng)能夠?qū)⑦@些數(shù)據(jù)進(jìn)行完整整合，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的分析和校準(zhǔn)，其效果顯著優(yōu)于傳統(tǒng)一個(gè)信息收納系統(tǒng)的效果。通過對所有數(shù)據(jù)的識(shí)別、校準(zhǔn)和驗(yàn)證之后，保證了最終信息的真實(shí)性、有效性。

2.2 數(shù)據(jù)上的融合方式

2.2.1 分布式融合雷達(dá)系統(tǒng)應(yīng)用情況

數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)主要包括分布式、集中式以及混合式三種類型，其中在ADS和空管系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合中應(yīng)用效果較好的是分布式，能夠滿足空管系統(tǒng)實(shí)際需求。分布式數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)基于現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行工作部署，在原有雷達(dá)空監(jiān)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上引入ADS-B系統(tǒng)信息員，從而有效推進(jìn)空管系統(tǒng)的合理推進(jìn)，有效規(guī)避了中間斷層問題。為保證雷達(dá)系統(tǒng)和ADS-B系統(tǒng)的有效融合，需要對兩大系統(tǒng)獲取的信息進(jìn)行全面整合和識(shí)別校驗(yàn)，對于錯(cuò)誤信息等進(jìn)行剔除，保證獲取信息的有效性和真實(shí)性，在整合基礎(chǔ)上最終獲得航跡數(shù)據(jù)。在雷達(dá)系統(tǒng)和ADS-B系統(tǒng)中數(shù)據(jù)融合處理的時(shí)候，必須及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)更新，完成坐標(biāo)變化，以規(guī)避不準(zhǔn)確信息的出現(xiàn)頻率。同時(shí)，要加強(qiáng)獲取信息和數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)，保證雷達(dá)和空管系統(tǒng)始終處于良好的融合關(guān)聯(lián)狀態(tài)。

2.2.2 前端雷達(dá)數(shù)據(jù)處理方式

空管系統(tǒng)中涉及大量的信息，一般這些信息十分復(fù)雜，在雷達(dá)和ADS-B融合之后這些數(shù)據(jù)也進(jìn)入數(shù)據(jù)庫。但這些數(shù)據(jù)獲取以及來源具有巨大差異，因此數(shù)據(jù)格式和類型也不同。甚至很多數(shù)據(jù)來源于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)，存在很多信息錯(cuò)誤問題。對于這些數(shù)據(jù)問題，需要進(jìn)行調(diào)節(jié)及優(yōu)化，在數(shù)據(jù)整理的基礎(chǔ)上進(jìn)行校驗(yàn)和調(diào)整，剔除無效措施，同時(shí)將有效信息進(jìn)行整合統(tǒng)一處理。

2.2.3 單個(gè)雷達(dá)和 ADS-B 數(shù)據(jù)融合處理方式

ADS-B系統(tǒng)和雷達(dá)系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合處理之前，需要保證信息數(shù)據(jù)格式的統(tǒng)一和正確，基于此才能進(jìn)一步提升目標(biāo)融合數(shù)據(jù)處理的時(shí)效性。保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)歸類，然后按照不同數(shù)據(jù)歸類展示。在單個(gè)雷達(dá)和ADS-B數(shù)據(jù)融合處理的時(shí)候，不僅要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分類，對于不同格式的數(shù)據(jù)融合還需要進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換分析。

2.2.4 多雷達(dá)和 ADS-B 數(shù)據(jù)融合處理方式

多雷達(dá)系統(tǒng)和ADS-B系統(tǒng)之間的融合需要充分考慮不同雷達(dá)之間的差異，需要選取統(tǒng)一的地理位置作為參考點(diǎn)，得到統(tǒng)一的飛行器運(yùn)行參數(shù)。在單雷達(dá)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)上能夠得到統(tǒng)一格式的數(shù)據(jù)信息，基于這些信息最終構(gòu)建融合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型，以此進(jìn)行跟蹤處理工作、航跡處理工作，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)數(shù)據(jù)的有效合并、整合分析。

3. ADS-B數(shù)據(jù)處理中心目標(biāo)融合平臺(tái)研制

3.1 ?ADS-B 數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)測方案

ADS-B數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)測和其作用機(jī)理相互配合，即需要結(jié)合數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件模塊、數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)測模塊以及監(jiān)控終端模塊來實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的分析和質(zhì)量監(jiān)測。ADS-B數(shù)據(jù)接入之后在系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，本文提出的ADS-B數(shù)據(jù)處理中心目標(biāo)融合平臺(tái)中的數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)測綜合利用了航跡野值監(jiān)測、導(dǎo)航完整性監(jiān)測、CRC監(jiān)測以及數(shù)據(jù)必備項(xiàng)監(jiān)測等方法，最終保證ADS-B數(shù)據(jù)質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測、評估，對于異常數(shù)據(jù)、錯(cuò)誤數(shù)據(jù)等進(jìn)行識(shí)別并給出異常告警。同時(shí)在該軟件模塊中還引入站點(diǎn)管理功能，以實(shí)現(xiàn)對較差質(zhì)量站點(diǎn)的有效屏蔽。

3.2ADS-B 雷達(dá)數(shù)據(jù)融合方案

本文提出的ADS-B雷達(dá)數(shù)據(jù)處理中心融合方案如圖2所示，通過圖中能夠看出在該數(shù)據(jù)處理中心中引入了并行化處理技術(shù)，首先獲取并接入雷達(dá)數(shù)據(jù)和ADS-B數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)整合、格式轉(zhuǎn)換、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等預(yù)處理以獲得統(tǒng)一格式的數(shù)據(jù)和信息。在本方案中還引入了不同站點(diǎn)的數(shù)據(jù)源質(zhì)量分析技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量的監(jiān)測和分析，結(jié)合數(shù)據(jù)源權(quán)重因子實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)的回權(quán)融合處理。基于此基礎(chǔ)上分別在顯示終端中將雷達(dá)原始數(shù)據(jù)、ADS-B數(shù)以及融合后數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示輸出。顯示端的相關(guān)設(shè)備本方案采用GIS地理系統(tǒng)平臺(tái)，基于此信息平臺(tái)進(jìn)行航跡情報(bào)信息和地理信息資料的顯示與加載。

3.3ADS-B 數(shù)據(jù)解析

航空器及飛行器運(yùn)行中會(huì)不斷將各種信息、環(huán)境信息以及附加信息等所有的數(shù)據(jù)和信息傳遞回中控系統(tǒng)以及地面設(shè)施。在地面設(shè)施以及中控系統(tǒng)得到這些信息和數(shù)據(jù)之后，會(huì)對數(shù)據(jù)進(jìn)行整合和統(tǒng)一最終實(shí)現(xiàn)對航空器及飛行器的監(jiān)控。目前雷達(dá)系統(tǒng)以及ADS-B系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)主要是基于DF17（空中數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)）和ASTERIX CAT021（地面網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)）進(jìn)行的。因此，在數(shù)據(jù)解析過程中，需要結(jié)合綜合這兩種模式開展。

4結(jié)論

在《中國民用航空 ADS-B 實(shí)施規(guī)劃》中明確指出我國將在2025年之前實(shí)現(xiàn)對終端管制區(qū)域、高空航路航線以及運(yùn)輸塔臺(tái)的全覆蓋、實(shí)時(shí)、可靠監(jiān)控。這樣就對雷達(dá)系統(tǒng)以及ADS-B系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合及處理提出了更高的要求，必須要借助新技術(shù)和新方法建立新一代的空管自動(dòng)化系統(tǒng)，當(dāng)然在這其中也必須要引入ADS-B系統(tǒng)。完成這項(xiàng)工作，也必須要更多工作人員的努力和付出。

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