ADS―B与雷达数据融合在空管自动化系统中的应用

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摘 要：现如今民航事业快速发展，如何可靠准确的获取飞机监视信息，成为空管监视系统研究的重点领域。本文介绍了ads-B（广播式自动相关监视，Automatic Dependent Surveillance-Broadcast）系统的工作原理及主要优势，以及ADS-B与雷达数据融合的关键技术，其目的是将同一目标的ADS-B与雷达监视数据通过数学算法进行融合，从而建立出该目标的系统航迹，以便能够更精准地监视目标，进而扩大空域容量，提高系统的可靠性，进而使空域的利用率和飞行的安全性有所提高。

关键词：ADS-B；雷达；数据融合；自动化

现如今我国民航事业的发展突飞猛进，对空中交通流量的需求不断提高，为保证空中交通飞行安全和维护空中交通秩序，持续增长的飞机数量和空中交通流量，飞速发展的航空交通流量和需求，将使空中交通管理系统在未来数十年面临重大挑战。

目前，基本上都由雷达提供空管监视信息，但是由于各种外界因素的限制，在广阔的海洋空域和边远地区一般雷达监视没有办法覆盖，这样飞机在行驶到这些地区时就存在一定的安全隐患。为了弥补这些不足，一种基于卫星通信、导航和数据链技术的新型监视技术ADS-B应运而生。

ADS-B和雷达融合数据能够从宏观上把握空中飞行状态，全程监控飞机，降低了目标和事件的不确定因素，使数据模糊性降低；并且配合使用多源数据具有内在的冗余度，判决并确认同一目标的时候，能够使监视的可靠性有所提高。

一、ADS-B系统工作原理及主要优势

ADS-B系统主要实施空对空监视，通常仅需要机载电子设备（驾驶舱冲突信息显示器CDTI、GPS接收机、数据链收发机及其天线），就能完成相关功能，而无需再使用任何地面辅助设备。飞机装备ADS-B系统后，运用数据链广播就可以自身所在的精确位置和其它数据（如高度、速度及飞机是否转弯、下降或爬升等）。结合ADS-B接收机、空管系统及其它飞机的机载ADS-B系统，能够在空地实时准确地提供出冲突信息。

若干机载站和地面站构成ADS-B系统，数据双向通信通过多点对多点及网状方式完成。机载ADS-B通信设备在收到机载信息处理单元收集的导航信息后，再以广播形式发送出去，同时接收并处理好来自其他飞机和地面的广播信息，再发送给机舱综合信息显示器。根据收集到的其他地面和飞机的ADS-B信息、导航信息和机载雷达信息，机舱综合信息显示器为飞行员提供飞机周围的态势信息和其他附加信息例如避碰策略、冲突告警信息、气象信息等。

ADS-B系统由信息源、信息传输通道和信息处理与显示三部分组成，是个集监视与通信于一体的系统。飞机的高度、经度、纬度和时间即4维位置信息是ADS-B的主要信息，其它可能附加信息有飞行员输入信息、冲突告警信息、航迹角等信息，以及飞机的类别信息和识别信息。另外还可能包含其他附加信息，如空速、风向、风速和飞机外界温度等。以下航空电子设备可得到以上信息：惯性参考系统（IRS）、全球卫星导航系统（GNSS）、惯性导航系统（INS）、飞行管理器及其它机载传感器。ADS-B以空-地、空-空数据链广播式方式传输报文信息。ADS-B在提取、处理位置信息和其它附加信息的基础上运用数学算法进行信息处理，并以伪雷达画面的形式实时地将数据提供给用户。

ADS-B技术作为新航行系统中重要的通信导航监视技术之一，其结合了冲突避免、冲突探测、冲突解决、ATC监视与一致性监视以及机舱综合信息显示技术，增强并丰富了新航行系统的功能，与此同时也带动了潜在的社会和经济效益。

二、ADS-B与雷达数据融合技术

将同一目标的ADS-B与雷达监视数据通过数学算法进行融合，从而建立出该目标的系统航迹，以便能够更精准地监视目标，进而扩大空域容量，提高系统的可靠性和飞行的安全性。

数据融合的三个关键技术：数据关联、目标估计和航迹融合。

（一）数据关联

数据关联（DA，Data Association）是数据融合的关键技术之一。数据关联就是将对同一目标的观测的多个数据源与已知航迹关联到一起[1]。即确定目标的正确的点迹与航迹，以及对同一目标的航迹之间配对处理的过程。

（二）目标的估计

目标的估计包括状态估计和身份估计[2]。

状态估计是通过对目标过去的状态平滑处理，对现在的状态进行滤波，和对未来的状态进行预测来完成的。这些状态包括目标的速度、加速度、距离和方位等。

（三）航迹融合

航迹融合分为分布式、集中式和混合式三种。ADS-B和雷达数据在融合之前需要对数据进行预处理，其过程是将ADS-B和各个雷达采集到的数据通过坐标变换、时间对准、系统误差补偿等处理，变换成统一的时空参考坐标系统，其目的是在统一的参考坐标系中进行点迹和航迹的数据关联，以减小数据融合时的误差。

三、结论

空中交通管制服务中，在无法部署雷达的区域ADS-B技术可以为航空器提供优于雷达间隔标准的管制服务；在雷达覆盖地区，也能以较低成本提高雷达系统监视能力，扩展航路乃至终端区的飞行容量；多点ADS-B地面设备联网，组成雷达监视网的旁路系统，可提供不低于雷达间隔标准的空管服务；利用ADS-B技术还可以在较大的区域内实现飞行动态监视，进而提升飞行流量的管理能力；利用ADS-B的上行数据广播功能，可以为航空器提供各种类型航行情报服务。ADS-B技术在空管上的逐步应用，预示着新的空中交通监视技术时代的到来。

参考文献：

[1]李旭军.多传感器数据融合及其在潜艇目标识别中的应用[D].武汉：武汉理工大学硕士学位论文，2006.

[2]杨万海.多传感器数据融合及应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2004：1-11，76，104-126.