專利名稱：一種雷達(dá)數(shù)據(jù)、飛行計劃數(shù)據(jù)與ads-b數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及民航空管技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種雷達(dá)數(shù)據(jù)、飛行計劃數(shù)據(jù)與ADS-B數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1998年，中國航空為了探索新航行系統(tǒng)發(fā)展之路，促進(jìn)西部地區(qū)航空運輸發(fā)展，啟動了第一條基于ADS技術(shù)的新航行系統(tǒng)航路(L888)建設(shè)。L888航路裝備了 FANS I/A定義的ADS-C監(jiān)視工作站，并在北京建立了網(wǎng)管數(shù)據(jù)中心。2000年，新系統(tǒng)完成了評估和測試并投入運行。2004年，北京、上海、廣州三大區(qū)域管制中心相繼建成。為三大區(qū)管中心配套的空管自動化系統(tǒng)都具備了數(shù)據(jù)自動相關(guān)監(jiān)視航跡的能力，也可以實施“航管員/飛行員數(shù)據(jù)鏈通信”(CPDLC)。這標(biāo)志著中國航空的主要空管設(shè)施已經(jīng)具備了 ADS監(jiān)視能力。中國航空在取得了一些成果的同時，總體上還是沒有突破ADS-C的技術(shù)框架。在ADS-C的技術(shù)體制內(nèi)，ADS的航跡報告是有條件選擇發(fā)送的，因此，對解決空管的突出問題，改善安全與效率，效果并不明顯。ADS-B(Automatic Dependent Surveillance Broadcast)即廣播式自動相關(guān)監(jiān)視。在國際民航組織(ICAO)新的通信、導(dǎo)航、監(jiān)視和空中交通管理(CNS / ATM)方案中，監(jiān)視系統(tǒng)采用二次雷達(dá)監(jiān)視和自動相關(guān)監(jiān)視(ADS)，而ADS-B是在ADS的基礎(chǔ)上發(fā)展的更先進(jìn)的監(jiān)視技術(shù)，它是新航行系統(tǒng)和自由飛行思想的典型代表。從2002年開始，澳大利亞、美國等民航強國都制定了 ADS-B的發(fā)展計劃或發(fā)展政策，在改進(jìn)機(jī)場地面監(jiān)視、改進(jìn)流量管理、增強空-空協(xié)同、支持監(jiān)視數(shù)據(jù)多方共享等方面取得了明顯的成果，受益于這些成果，美國制定了 ADS-B的中長期規(guī)劃。隨著ADS-B技術(shù)的逐步成熟并借鑒于國外先進(jìn)的技術(shù)成果和經(jīng)驗，我國民航空管技術(shù)尋求到了新的突破點，盡管如此，ADS-B技術(shù)在我國的發(fā)展質(zhì)量還是不容樂觀。ADS-B的通信制式是廣播式雙向通信，而我國用來進(jìn)行航跡跟蹤和管制數(shù)據(jù)通信的地空數(shù)據(jù)鏈，采用美國ARINC公司的AEEC618/AEEC622協(xié)議方式，屬應(yīng)答式雙向通信。此通信制式的數(shù)據(jù)刷新率受應(yīng)答協(xié)議制約，其同步性和實時性都不能滿足高密度飛行管制服務(wù)需求，無法與ADS-B技術(shù)兼容。通過多雷達(dá)數(shù)據(jù)融合，提高對目標(biāo)監(jiān)視的連續(xù)性和跟蹤精度，是空中交通管制(ATC)系統(tǒng)常用的數(shù)據(jù)處理方法。隨著新航行系統(tǒng)在全球的推廣應(yīng)用，自動相關(guān)監(jiān)視已經(jīng)成為空中交通管制的一個主要監(jiān)視手段。由于ADS信息內(nèi)容豐富和精度高的特點，ADS已成為決定ATC系統(tǒng)整體監(jiān)視能力的重要因素。自動相關(guān)監(jiān)視是一種由目標(biāo)自主定位，并自動報告自身位置，供外界對其進(jìn)行監(jiān)視的一種監(jiān)視方式。隨著廣播式自動相關(guān)監(jiān)視(ADS-B)技術(shù)的發(fā)展，在飛行重點監(jiān)視地區(qū)，如場面、進(jìn)近和安全敏感地區(qū)，目標(biāo)的ADS-B數(shù)據(jù)已達(dá)到了每秒I次的報告更新率，定位精度和數(shù)據(jù)更新率優(yōu)于地面監(jiān)視雷達(dá)。同時，在大范圍的海洋、沙漠和偏遠(yuǎn)地區(qū)，受地理和技術(shù)條件限制，合約式自動相關(guān)監(jiān)視依然具有廣闊的使用空間，因此，空中交通管制的監(jiān)視手段將面臨陸基雷達(dá)與短周期的廣播式自動相關(guān)監(jiān)視和長周期的合約式自動相關(guān)監(jiān)視長期共存的局面。對空中交通管制(ATC)系統(tǒng)而言，所接收的ADS-B信息的報告周期跨度將從15 min延伸至
10min，且不同的飛行階段、不同的目標(biāo)可以采用不同的報告周期，因此傳統(tǒng)的“松藕合”融合方式將顯現(xiàn)兩個主要問題一是由于ADS信息的報告周期可變，當(dāng)報告周期間隔較大或報告過程中周期變化較大時，因不能形成連續(xù)的ADS航跡使末端融合無法進(jìn)行；二是由于沒有將ADS信息直接用于雷達(dá)航跡的生成和推算，ADS信息位置精度高、信息量大的優(yōu)勢沒有得到充分發(fā)揮，造成大量有效信息的浪費。

實用新型內(nèi)容本實用新型的發(fā)明目的在于針對上述存在的問題，提供一種雷達(dá)數(shù)據(jù)、飛行計劃數(shù)據(jù)與ADS-B數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)，實現(xiàn)ADS目標(biāo)與雷達(dá)目標(biāo)的數(shù)據(jù)融合，充分利用ADS信息位 置精度高、信息量大的優(yōu)勢。本實用新型采用的技術(shù)方案是這樣的一種雷達(dá)數(shù)據(jù)、飛行計劃數(shù)據(jù)與ADS-B數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)，包括監(jiān)視數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(SDP)、飛行數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(FDP)、綜合數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(MDP)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)(BDM)和多臺數(shù)據(jù)顯示終端子系統(tǒng)(DDS)，所述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)(BDM)分別與綜合數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(MDP)、監(jiān)視數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(SDP)、飛行數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(FDP)和數(shù)據(jù)顯示終端子系統(tǒng)(DDS)連接，所述監(jiān)視數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(SDP)、飛行數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(FDP)和數(shù)據(jù)顯示終端子系統(tǒng)(DDS)分別與綜合數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(MDP)連接，所述監(jiān)視數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(SDP)還與數(shù)據(jù)顯示終端子系統(tǒng)(DDS)連接。所述監(jiān)視數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(SDP)負(fù)責(zé)接收各種監(jiān)視數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)內(nèi)部格式，包括以下模塊數(shù)據(jù)接收模塊，負(fù)責(zé)接收來自基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)(BDM)的內(nèi)部數(shù)據(jù)、外部的雷達(dá)數(shù)據(jù)和ADS-B數(shù)據(jù)等各種數(shù)據(jù)，生成子系統(tǒng)的配置文件并重置參數(shù)；監(jiān)視數(shù)據(jù)解析模塊，負(fù)責(zé)對接收到的雷達(dá)數(shù)據(jù)、ADS-B數(shù)據(jù)等監(jiān)視數(shù)據(jù)進(jìn)行解析并作數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)控和校準(zhǔn)；多通道圖形顯示模塊，負(fù)責(zé)將經(jīng)過解析之后的雷達(dá)數(shù)據(jù)通過圖形界面展示出來；數(shù)據(jù)輸出模塊，負(fù)責(zé)對綜合數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(MDP)和數(shù)據(jù)顯示終端子系統(tǒng)(DDS)輸出經(jīng)過格式組裝之后的監(jiān)視數(shù)據(jù)。所述飛行數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(FDP)負(fù)責(zé)對飛行計劃進(jìn)行處理，包括以下模塊數(shù)據(jù)接收模塊，接收來自基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)(BDM)的內(nèi)部數(shù)據(jù)、外部的報文數(shù)據(jù)然后生成子系統(tǒng)配置文件并重置參數(shù)，并且接收綜合數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(MDP)發(fā)出的飛行計劃重發(fā)請求；飛行計劃管理模塊，負(fù)責(zé)飛行計劃的建立、更改、刪除、顯示、查詢和保存；報文處理模塊，負(fù)責(zé)對外部的報文數(shù)據(jù)進(jìn)行解析、格式檢測、管理以及保存；數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，負(fù)責(zé)對對綜合數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(MDP)輸出經(jīng)過格式組裝之后的飛行計劃數(shù)據(jù)。所述綜合數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(MDP)包括以下模塊數(shù)據(jù)接收模塊，負(fù)責(zé)接收來自基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)(BDM)、監(jiān)視數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(SDP)、飛行數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(FDP)和數(shù)據(jù)顯示終端子系統(tǒng)(DDS)等子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)格式進(jìn)行處理；監(jiān)視數(shù)據(jù)處理模塊，負(fù)責(zé)將接收到的雷達(dá)數(shù)據(jù)、ADS-B數(shù)據(jù)分別進(jìn)行處理之后然后融合，并生成多雷達(dá)航跡、ADS-B航跡和系統(tǒng)航跡；航跡與飛行計劃相關(guān)管理模塊，以系統(tǒng)航跡和飛行計劃數(shù)據(jù)為依據(jù)，對航跡和飛行計劃進(jìn)行相關(guān)和去相關(guān)處理；告警模塊，實時對飛行的低高度、短期沖突和偏航情況進(jìn)行判斷并生成告警信息；數(shù)據(jù)輸出模塊，將多雷達(dá)航跡、系統(tǒng)航跡、計劃航跡、告警信息發(fā)送到數(shù)據(jù)顯示終端子系統(tǒng)(DDS)，同時，發(fā)送飛行計劃數(shù)據(jù)重發(fā)請求到飛行數(shù)據(jù)處理 子系統(tǒng)(FDP)。所述數(shù)據(jù)顯示終端子系統(tǒng)(DDS)包括以下模塊接口功能模塊，接受來自基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)(BDM)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以及來自綜合數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(MDP)和監(jiān)視數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(SDP)的數(shù)據(jù)；圖形圖像功能模塊，將接收到的數(shù)據(jù)生成圖像并顯示。所述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)(BDM)包括以下模塊數(shù)據(jù)分發(fā)管理功能模塊，將數(shù)據(jù)分發(fā)到綜合數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(MDP)、監(jiān)視數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(SDP)、飛行數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(FDP)和數(shù)據(jù)顯示終端子系統(tǒng)(DDS)；子系統(tǒng)對時功能模塊，對綜合數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(MDP)、監(jiān)視數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(SDP)、飛行數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(FDP)和數(shù)據(jù)顯示終端子系統(tǒng)(DDS)的校準(zhǔn)時間進(jìn)行管理；系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理功能模塊，將基本數(shù)據(jù)整理成系統(tǒng)庫。綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本實用新型的有益效果是I、在對ADS信息與雷達(dá)信息差異分析的基礎(chǔ)上，通過建立ADS目標(biāo)數(shù)據(jù)與雷達(dá)目標(biāo)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，創(chuàng)建了一個將ADS-B數(shù)據(jù)與多部雷達(dá)數(shù)據(jù)融合處理的過程模型；2、并根據(jù)ADS-B數(shù)據(jù)報告周期變化較大的特點，提出了一個基于ADS目標(biāo)報告周期確定ADS與雷達(dá)航跡權(quán)重因子的可變周期更新算法，較好地解決了 ATC監(jiān)視要求中航跡精度與航跡平滑連續(xù)的統(tǒng)一；3、突破原有國際國內(nèi)監(jiān)視數(shù)據(jù)融合技術(shù)的框架限制，研發(fā)出適應(yīng)符合我國監(jiān)視設(shè)備特點的“多雷達(dá)、ADS-B數(shù)據(jù)優(yōu)選融合技術(shù)”，提高多類型傳感器相關(guān)融合精度，使ADS-B在空中交通自動化系統(tǒng)中有效發(fā)揮自動相關(guān)和精確監(jiān)控作用；4、可以通過其他飛機(jī)以及地面的ADS-B信息給飛機(jī)提供信息，讓飛行員在結(jié)合機(jī)載雷達(dá)信息、導(dǎo)航信息的基礎(chǔ)上更加準(zhǔn)確地判斷出飛機(jī)周圍的態(tài)勢信息和其他附加信息，比如沖突告警信息、避碰策略和氣象信息，實現(xiàn)衛(wèi)星系統(tǒng)、飛機(jī)以及地基系統(tǒng)通過高速數(shù)據(jù)進(jìn)行空、天、地一體化協(xié)同監(jiān)視，管理范圍廣、應(yīng)用成本低。

圖I是本實用新型的流程結(jié)構(gòu)圖。圖2是圖I中SDP子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能模塊圖。圖3是圖I中FDP子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能模塊圖。圖4是圖I中MDP子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能模塊圖。圖5是圖I中DDS子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能模塊圖。[0043]圖6是圖I中BDM子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能模塊圖。圖7是BDM子系統(tǒng)中系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理功能模塊的系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理流程圖。圖8是同類設(shè)備飛機(jī)之間的相互監(jiān)視以及地對空監(jiān)視的原理圖。圖9是飛機(jī)及其地面數(shù)據(jù)傳輸原理圖。圖10是關(guān)于目標(biāo)位置的誤差描述模型。圖11是飛機(jī)的飛行坐標(biāo)示意圖。圖12是飛機(jī)轉(zhuǎn)彎航路示意圖。圖13是飛機(jī)內(nèi)切轉(zhuǎn)彎方式示意圖。圖14是飛機(jī)繞飛轉(zhuǎn)彎示意圖。圖15是計劃航跡修正問題描述示意圖。圖16是切航方式航跡修正示意圖。圖17是直飛目標(biāo)路點航跡修正示意圖。圖18是多種類型數(shù)據(jù)綜合顯示技術(shù)的實現(xiàn)原理。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖，對本實用新型作詳細(xì)的說明。如圖I所示，一種雷達(dá)數(shù)據(jù)、飛行計劃數(shù)據(jù)與ADS-B數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)，包括監(jiān)視數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(SDP)、飛行數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(FDP)、綜合數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(MDP)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)(BDM)和多臺數(shù)據(jù)顯示終端子系統(tǒng)(DDS)，所述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)(BDM)分別與綜合數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(MDP)、監(jiān)視數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(SDP)、飛行數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(FDP)和數(shù)據(jù)顯示終端子系統(tǒng)(DDS)連接，所述監(jiān)視數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(SDP)、飛行數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(FDP)和數(shù)據(jù)顯示終端子系統(tǒng)(DDS)分別與綜合數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(MDP)連接，所述監(jiān)視數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(SDP)還與數(shù)據(jù)顯示終端子系統(tǒng)(DDS)連接。本實用新型中涉及到的ADS-B信息是由機(jī)載星基導(dǎo)航和定位系統(tǒng)生成的精確的定位信息，地面設(shè)備和其他航空器通過航空數(shù)據(jù)鏈路接收此信息，其傳輸方式是以網(wǎng)狀、多點對多點方式完成數(shù)據(jù)雙向通信。機(jī)載ADS-B通信設(shè)備廣播式發(fā)出來自機(jī)載信息處理單元收集到的導(dǎo)航信息，接收其他飛機(jī)和地面的廣播信息后經(jīng)過處理送給機(jī)艙綜合信息顯示器。機(jī)艙綜合信息顯示器根據(jù)收集的其他飛機(jī)和地面的ADS-B信息、機(jī)載雷達(dá)信息、導(dǎo)航信息后給飛行員提供飛機(jī)周圍的態(tài)勢信息和其他附加信息(如沖突告警信息，避碰策略，氣象信息)。衛(wèi)星系統(tǒng)、飛機(jī)以及地基系統(tǒng)通過高速數(shù)據(jù)進(jìn)行空、天、地一體化協(xié)同監(jiān)視。與已有的雷達(dá)技術(shù)相比，ADS-B技術(shù)具有的管理范圍廣、應(yīng)用成本低等優(yōu)點。因此，它能有效的提高空管安全監(jiān)視水平。ADS-B系統(tǒng)的工作原理如圖8、圖9所不。圖8表不了具有同類設(shè)備飛機(jī)之間的相互監(jiān)視以及地面對空監(jiān)視的工作原理。ADS-B信息主要包括飛機(jī)標(biāo)識、飛機(jī)類別、三維位置、速度以及其它附加信息。圖9表示地面向空中廣播空中交通態(tài)勢信息(TIS-B)、飛行情報服務(wù)以及接收和處理ADS-B下行信息的工作原理。ADS-B系統(tǒng)是一個集通信與監(jiān)視于一體的信息系統(tǒng)，由信息源、信息傳輸通道以及信息處理與顯示三部分組成。ADS-B的主要信息是飛機(jī)的四維位置信息(經(jīng)度、緯度、高度和時間)和其它可能附加信息(沖突告警信息，飛行員輸入信息，航跡角，航線拐點等信息)以及飛機(jī)的識別信息和類別信息。此外，還可能包括一些別的附加信息，如航向、空速、風(fēng)速、風(fēng)向和飛機(jī)外界溫度等。這些信息可以由以下航空電子設(shè)備得到(I)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS) ；(2)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS) ；(3)慣性參考系統(tǒng)(IRS) ； (4)飛行管理器；(5)其它機(jī)載傳感器。 ADS-B的信息傳輸通道以ADS-B報文形式，通過空-空、空-地數(shù)據(jù)鏈廣播式傳播。ADS-B的信息處理與顯示主要包括位置信息和其它附加信息的提取、處理及有效算法，并且形成清晰、直觀的背景地圖和航跡、交通態(tài)勢分布、參數(shù)窗口以及報文窗口等，最后以偽雷達(dá)畫面實時地提供給用戶。ADS-B技術(shù)是新航行系統(tǒng)中非常重要的通信和監(jiān)視技術(shù)，把沖突探測、沖突避免、沖突解決、ATC監(jiān)視和ATC —致性監(jiān)視以及機(jī)艙綜合信息顯示有機(jī)的結(jié)合起來，為新航行系統(tǒng)增強和擴(kuò)展了非常豐富的功能。ADS-B技術(shù)在實踐中的運用有幾大優(yōu)勢，首先在機(jī)場地面活動區(qū)的應(yīng)用，可以較低成本實現(xiàn)航空器的場面活動監(jiān)視。在繁忙機(jī)場，即使裝置了場面監(jiān)視雷達(dá)，也難以完全覆蓋航站樓的各向停機(jī)位，空中交通管理“登機(jī)門到登機(jī)門”的管理預(yù)期一直難以成為現(xiàn)實。利 用ADS-B技術(shù)，通過接收和處理ADS-B廣播信息，將活動航空器的監(jiān)視從空中一直延伸到機(jī)場登機(jī)橋，因此能輔助場面監(jiān)視雷達(dá)，實現(xiàn)“門到門”的空中交通管理。ADS-B的報文中包含了轉(zhuǎn)彎率的信息，可以幫助管制員更加有效的對機(jī)場地面活動區(qū)的飛機(jī)進(jìn)行引導(dǎo)。由于ADS-B的巨大技術(shù)優(yōu)勢，甚至可以不依賴場面監(jiān)視雷達(dá)，實現(xiàn)機(jī)場地面移動目標(biāo)的管理。ADS-B技術(shù)能用于加強空-空協(xié)同，提高飛行中航空器之間的相互監(jiān)視能力。ADS-B的報文信息中含有對飛行器的軌跡預(yù)測信息，可以對飛行器的下一步飛行位置進(jìn)行預(yù)測。WGS-84坐標(biāo)系下的飛行器位置、飛行高度、程序飛行高度等信息可以讓飛行員對其他飛行器的位置、高度和其他飛行員的駕駛情況有更詳盡的了解，從而幫助飛行員更加安全的駕駛。ADS-B的位置報告是自發(fā)廣播式的，航空器之間無須發(fā)出問詢即可接收和處理漸近航空器的位置報告，因此能有效提高航空器間的協(xié)同能力，增強機(jī)載避撞系統(tǒng)TCAS的性能，實現(xiàn)航空器運行中即能保持最小安全間隔又能避免和解決沖突的空-空協(xié)同目的。ADS-B系統(tǒng)的這一能力，使保持飛行安全間隔的責(zé)任更多地向空中轉(zhuǎn)移，這是實現(xiàn)“自由飛行”不可或缺的技術(shù)基礎(chǔ)。ADS-B技術(shù)用于空中交通管制，可以在無法部署航管雷達(dá)的大陸地區(qū)為航空器提供優(yōu)于雷達(dá)間隔標(biāo)準(zhǔn)的虛擬雷達(dá)管制服務(wù)；在雷達(dá)覆蓋地區(qū)，即使不增加雷達(dá)設(shè)備也能以較低代價增強雷達(dá)系統(tǒng)監(jiān)視能力，提高航路乃至終端區(qū)的飛行容量；多點ADS-B地面設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，可作為雷達(dá)監(jiān)視網(wǎng)的旁路系統(tǒng)，并可提供不低于雷達(dá)間隔標(biāo)準(zhǔn)的空管服務(wù)；利用ADS-B技術(shù)還在較大的區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)飛行動態(tài)監(jiān)視，以改進(jìn)飛行流量管理；利用ADS-B的上行數(shù)據(jù)廣播，還能為運行中的航空器提供各類情報服務(wù)。ADS-B技術(shù)在空管上的應(yīng)用，預(yù)示著傳統(tǒng)的空中交通監(jiān)視技術(shù)即將發(fā)生重大變革。ADS-B相對于二次雷達(dá)，它包含了更多有效的管制信息。數(shù)據(jù)源信息與飛行器種類信息可以幫助管制員識別衛(wèi)星可控范圍內(nèi)的所有的飛機(jī)及飛機(jī)種類；日期信息可以通過查詢歷史ADS-B報文信息查詢以往的歷史記錄，而且歷史記錄是無縫隙記錄，歷史數(shù)據(jù)更加完整，更加方便管制員研究歷史數(shù)據(jù)，從中學(xué)習(xí)經(jīng)驗教訓(xùn)杜絕安全事故的發(fā)生；目標(biāo)報告描述、目標(biāo)地址信息、速度精度信息、軌跡預(yù)測信息、84坐標(biāo)位置等信息更加準(zhǔn)確的提供了目標(biāo)飛行器的當(dāng)前位置、當(dāng)前狀態(tài)以及下一步出現(xiàn)的位置，極大的提高的管制效率和管制的精確度，有利于推動管制技術(shù)向新型高精度的方向發(fā)展。ADS-B技術(shù)能夠真正實現(xiàn)飛行信息共享?？罩薪煌ü芾砘顒又兴孬@的航跡信息，不僅對于本區(qū)域?qū)嵤┛展苁潜匦璧?，對于跨越飛行情報區(qū)(特別是不同空管體制的情報區(qū))邊界的飛行實施“無縫隙”管制，對于提高航空公司運行管理效率，都是十分寶貴的資源。ADS-B的報文信息中的目標(biāo)地址、飛行器速度精度、軌跡預(yù)測、84坐標(biāo)位置、飛行高度、程序飛行高度等信息可以通過共享，讓飛行員可以了解其他飛行器的飛行位置和飛行狀態(tài)，通過信息共享加強了空-空協(xié)作。同時，通過共享ADS-B報文的其他一些信息，可以使飛行員在起飛和降落機(jī)場的過程中獲得更多可靠有效的周圍飛行器信息和環(huán)境信息，這可以幫助飛行員做出正確的操作，避免安全事故的發(fā)生。但由于傳統(tǒng)的雷達(dá)監(jiān)視技術(shù)的遠(yuǎn)程截獲能力差、原始信息格式紛雜、信息處理成本高，且不易實現(xiàn)指定航跡的篩選，難以實現(xiàn)信息共享。遵循“空地一體化”和“全球可互用”的指導(dǎo)原則發(fā)展起來的ADS-B技術(shù)，為航跡信息共享提供了現(xiàn)實可行性。ADS-B的報文中包含了豐富的信息。站點認(rèn)證信息有站點的唯一標(biāo)識代碼，發(fā)射器 類別信息中包含了飛機(jī)的類別，日期、報文接收時間、精確時間等信息使得歷史有源可溯，方便了對歷史數(shù)據(jù)的查看和維護(hù)，目標(biāo)報文描述對報文的類型和特點進(jìn)行了描述，以上這些信息都極大的提高了管制的效能。再加上空氣速度、磁場方向、垂直氣壓、軌跡預(yù)測、速度精度等更全面的信息，管制員可以更加方便高效的管理空中交通用事物。同時，目標(biāo)地址信息、軌跡預(yù)測、飛行高度、程序飛行高度、轉(zhuǎn)彎速度、目標(biāo)狀況等信息通過上行鏈路共享之后，飛行員完全了解了自己所處的飛行環(huán)境，加強了空-空協(xié)同的能力，再加上管制員的引導(dǎo)，安全事故必將大幅的下降。如圖2所示，所述監(jiān)視數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(SDP)負(fù)責(zé)接收各種監(jiān)視數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)內(nèi)部格式，包括以下模塊數(shù)據(jù)接收模塊，負(fù)責(zé)接收來自基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)(BDM)的內(nèi)部數(shù)據(jù)、外部的雷達(dá)數(shù)據(jù)和ADS-B數(shù)據(jù)等各種數(shù)據(jù)，生成子系統(tǒng)的配置文件并重置參數(shù)。其中，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)(BDM)接收數(shù)據(jù)之后，根據(jù)接收數(shù)據(jù)生成子系統(tǒng)配置文件，并根據(jù)監(jiān)視數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(SDP)的配置文件重置監(jiān)視數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(SDP)參數(shù)，配置最多16路雷達(dá)數(shù)據(jù)及I路ADS-B接收通道屬性。本數(shù)據(jù)接收模塊可接收最多16部雷達(dá)發(fā)送的各種格式的監(jiān)視數(shù)據(jù)，包括歐控標(biāo)準(zhǔn)、雷神、MP2 (新)、MH4008等格式雷達(dá)數(shù)據(jù)。監(jiān)視數(shù)據(jù)解析模塊，負(fù)責(zé)對接收到的雷達(dá)數(shù)據(jù)、ADS-B數(shù)據(jù)等監(jiān)視數(shù)據(jù)進(jìn)行解析并作數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)控和校準(zhǔn)。雷達(dá)數(shù)據(jù)解析方面，根據(jù)本監(jiān)視數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(SDP)配置參數(shù)判斷接收到的雷達(dá)數(shù)據(jù)格式，根據(jù)雷達(dá)數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)對雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，提取各數(shù)據(jù)項內(nèi)容，并轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一的子系統(tǒng)內(nèi)部格式數(shù)據(jù)。ADS-B數(shù)據(jù)解析方面，根據(jù)本子系統(tǒng)配置參數(shù)以及ADS-B數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)對接收到的ADS-B數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，提取各數(shù)據(jù)項內(nèi)容，并轉(zhuǎn)化為子系統(tǒng)內(nèi)部格式數(shù)據(jù)。雷達(dá)數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)控方面，在雷達(dá)數(shù)據(jù)解析過程中對雷達(dá)數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控，監(jiān)控內(nèi)容包括雷達(dá)數(shù)據(jù)幀長度、雷達(dá)數(shù)據(jù)格式、正北信息丟失情況、扇區(qū)信息丟失情況、CRC效驗碼等。ADS-B數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)控方面，在ADS-B數(shù)據(jù)解析過程中對ADS-B數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控，監(jiān)控內(nèi)容包括=ADS-B數(shù)據(jù)幀長度、ADS-B數(shù)據(jù)格式等。監(jiān)視數(shù)據(jù)校準(zhǔn)方面，對接收到的雷達(dá)及ADS-B監(jiān)視數(shù)據(jù)進(jìn)行時間、空間校準(zhǔn)并進(jìn)行數(shù)據(jù)融合預(yù)處理。數(shù)據(jù)輸出模塊，負(fù)責(zé)對綜合數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(MDP)和數(shù)據(jù)顯示終端子系統(tǒng)(DDS)輸出經(jīng)過格式組裝之后的監(jiān)視數(shù)據(jù)。時間校準(zhǔn)即將監(jiān)視數(shù)據(jù)時間統(tǒng)一至本系統(tǒng)內(nèi)部時間，空間校準(zhǔn)即通過坐標(biāo)換算等算法將監(jiān)視數(shù)據(jù)統(tǒng)一至本系統(tǒng)默認(rèn)坐標(biāo)系下。由于ADS信息的定位精度通常比單部雷達(dá)的測量精度高出I 2個數(shù)量級，ADS信息的加入就如同給雷達(dá)引入了一個基準(zhǔn)數(shù)據(jù)源。利用ADS位置報告與相關(guān)的雷達(dá)測量值之間的誤差統(tǒng)計，可以很方便地確定雷達(dá)的正北偏差以及固定的方位和距離偏差，通過誤差修正可以提高單部雷達(dá)測量值的準(zhǔn)確度。利用ADS信息對雷達(dá)測量誤差進(jìn)行修正的前提條件是ADS覆蓋區(qū)與雷達(dá) 探測覆蓋區(qū)有交叉和ADS信息質(zhì)量滿足精度標(biāo)準(zhǔn)，即機(jī)載GPS接收機(jī)在進(jìn)行自主定位時，GPS系統(tǒng)應(yīng)處于完好狀態(tài)。若不滿足這兩個條件，只能利用雷達(dá)間測量值的誤差分布狀態(tài)進(jìn)行相對誤差的修正。利用ADS信息對雷達(dá)測量誤差修正的核心是將ADS的位置信息作為目標(biāo)的近似真實位置，利用統(tǒng)計的方式來計算各雷達(dá)的固定測量偏差。其主要處理過程包括目標(biāo)投影變換，關(guān)聯(lián)目標(biāo)誤差統(tǒng)計以及雷達(dá)配準(zhǔn)。ADS-B系統(tǒng)對目標(biāo)的測量是在大地坐標(biāo)系(Geodetic system)下進(jìn)行的，一般使用WGS-84 (World Geodetic System 1984)坐標(biāo)系統(tǒng)，而雷達(dá)系統(tǒng)是在以雷達(dá)為中心點的笛卡爾坐標(biāo)系或極坐標(biāo)系中完成的。要對ADS-B數(shù)據(jù)與雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理，首先就需要這兩種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到統(tǒng)一坐標(biāo)系地心地固(Earth Centered Earth Fixed, ECEF)坐標(biāo)系中。當(dāng)單個傳感器作為監(jiān)視數(shù)據(jù)源時，目標(biāo)測量的距離和方位所產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差對整個監(jiān)視系統(tǒng)的性能沒有影響。但是當(dāng)對覆蓋范圍互有重疊的多個監(jiān)視源的數(shù)據(jù)進(jìn)行空間同步和融合時，還需要對各個數(shù)據(jù)源進(jìn)行系統(tǒng)誤差校準(zhǔn)。本系統(tǒng)對各個監(jiān)視源的數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)統(tǒng)一轉(zhuǎn)換時，將各個監(jiān)視源的系統(tǒng)誤差考慮進(jìn)去。就單個監(jiān)視數(shù)據(jù)的記錄格式而言，其量測采用的是以監(jiān)視設(shè)備所在位置為坐標(biāo)原點，過該點的地球切平面上的笛卡爾坐標(biāo)系，以正東方向為X軸，正北方向為y軸。因此要把這些監(jiān)視數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到以信息處理中心為原點的坐標(biāo)系中，這就需要進(jìn)行二維轉(zhuǎn)換。假定目標(biāo)按照線形動態(tài)模型運動，其狀態(tài)方程如下
Xk =-I + wM-I其中=Wjfc是具有零均值切協(xié)方差陣為込的白噪聲序列。在極坐標(biāo)系中，監(jiān)視設(shè)備對目標(biāo)真實斜距&和方位角砵的量測分別為
W =咚+4 其中假定量測噪聲1|和式均為零均值的白噪聲序列，標(biāo)準(zhǔn)差分別為ο;和σ,，且兩者互不相關(guān)。將監(jiān)視設(shè)備在極坐標(biāo)系中的量測轉(zhuǎn)換到笛卡兒坐標(biāo)系中，可得
4 = rk CC,S = ( + ) C 05( + 4)
JTfJVψJTfL/j.jtf
-cos A - V1 sm Bi + —n cos A - — n sm R
ΛΛ ΛΛ-KKKA-
A,^[0084]
權(quán)利要求1.一種雷達(dá)數(shù)據(jù)、飛行計劃數(shù)據(jù)與ADS-B數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)，其特征在于包括監(jiān)視數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(SDP)、飛行數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(FDP)、綜合數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(MDP)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)(BDM)和多臺數(shù)據(jù)顯示終端子系統(tǒng)(DDS)，所述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)(BDM)分別與綜合數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(MDP)、監(jiān)視數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(SDP)、飛行數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(FDP)和數(shù)據(jù)顯示終端子系統(tǒng)(DDS)連接，所述監(jiān)視數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(SDP)、飛行數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(FDP)和數(shù)據(jù)顯示終端子系統(tǒng)(DDS)分別與綜合數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(MDP)連接，所述監(jiān)視數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(SDP)還與數(shù)據(jù)顯示終端子系統(tǒng)(DDS)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種雷達(dá)數(shù)據(jù)、飛行計劃數(shù)據(jù)與ADS-B數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)視數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(SDP)負(fù)責(zé)接收各種監(jiān)視數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)內(nèi)部格式，包括以下模塊 數(shù)據(jù)接收模塊，負(fù)責(zé)接收來自基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)(BDM)的內(nèi)部數(shù)據(jù)、外部的雷達(dá)數(shù)據(jù)和ADS-B數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)，生成子系統(tǒng)的配置文件并重置參數(shù)； 監(jiān)視數(shù)據(jù)解析模塊，負(fù)責(zé)對接收到的雷達(dá)數(shù)據(jù)、ADS-B數(shù)據(jù)等監(jiān)視數(shù)據(jù)進(jìn)行解析并作數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)控和校準(zhǔn)； 多通道圖形顯示模塊，負(fù)責(zé)將經(jīng)過解析之后的雷達(dá)數(shù)據(jù)通過圖形界面展示出來；數(shù)據(jù)輸出模塊，負(fù)責(zé)對綜合數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(MDP)和數(shù)據(jù)顯示終端子系統(tǒng)(DDS)輸出經(jīng)過格式組裝之后的監(jiān)視數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種雷達(dá)數(shù)據(jù)、飛行計劃數(shù)據(jù)與ADS-B數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)，其特征在于，所述飛行數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(FDP)負(fù)責(zé)對飛行計劃進(jìn)行處理，包括以下模塊 數(shù)據(jù)接收模塊，接收來自基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)(BDM)的內(nèi)部數(shù)據(jù)、外部的報文數(shù)據(jù)然后生成子系統(tǒng)配置文件并重置參數(shù)，并且接收綜合數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(MDP)發(fā)出的飛行計劃重發(fā)請求； 飛行計劃管理模塊，負(fù)責(zé)飛行計劃的建立、更改、刪除、顯示、查詢和保存； 報文處理模塊，負(fù)責(zé)對外部的報文數(shù)據(jù)進(jìn)行解析、格式檢測、管理以及保存； 數(shù)據(jù)發(fā)送模塊，負(fù)責(zé)對對綜合數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(MDP)輸出經(jīng)過格式組裝之后的飛行計劃數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種雷達(dá)數(shù)據(jù)、飛行計劃數(shù)據(jù)與ADS-B數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)，其特征在于，所述綜合數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(MDP)包括以下模塊 數(shù)據(jù)接收模塊，負(fù)責(zé)接收來自基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)(BDM)、監(jiān)視數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(SDP)、飛行數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(FDP)和數(shù)據(jù)顯示終端子系統(tǒng)(DDS)等子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)格式進(jìn)行處理； 監(jiān)視數(shù)據(jù)處理模塊，負(fù)責(zé)將接收到的雷達(dá)數(shù)據(jù)、ADS-B數(shù)據(jù)分別進(jìn)行處理之后然后融合，并生成多雷達(dá)航跡、ADS-B航跡和系統(tǒng)航跡； 航跡與飛行計劃相關(guān)管理模塊，以系統(tǒng)航跡和飛行計劃數(shù)據(jù)為依據(jù)，對航跡和飛行計劃進(jìn)行相關(guān)和去相關(guān)處理； 告警模塊，實時對飛行的低高度、短期沖突和偏航情況進(jìn)行判斷并生成告警信息；數(shù)據(jù)輸出模塊，將多雷達(dá)航跡、系統(tǒng)航跡、計劃航跡、告警信息發(fā)送到數(shù)據(jù)顯示終端子系統(tǒng)(DDS)，同時，發(fā)送飛行計劃數(shù)據(jù)重發(fā)請求到飛行數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(FDP)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種雷達(dá)數(shù)據(jù)、飛行計劃數(shù)據(jù)與ADS-B數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)顯示終端子系統(tǒng)(DDS)包括以下模塊 接口功能模塊，接受來自基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)(BDM)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以及來自綜合數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(MDP)和監(jiān)視數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(SDP)的數(shù)據(jù)； 圖形圖像功能模塊，將接收到的數(shù)據(jù)生成圖像并顯示。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種雷達(dá)數(shù)據(jù)、飛行計劃數(shù)據(jù)與ADS-B數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)，其特征在于，所述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)(BDM)包括以下模塊 數(shù)據(jù)分發(fā)管理功能模塊，將數(shù)據(jù)分發(fā)到綜合數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(MDP)、監(jiān)視數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(SDP)、飛行數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(FDP)和數(shù)據(jù)顯示終端子系統(tǒng)(DDS)； 子系統(tǒng)對時功能模塊，對綜合數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(MDP)、監(jiān)視數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(SDP)、飛行數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)(FDP)和數(shù)據(jù)顯示終端子系統(tǒng)(DDS)的校準(zhǔn)時間進(jìn)行管理； 系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理功能模塊，將基本數(shù)據(jù)整理成系統(tǒng)庫。
專利摘要本實用新型公開了一種雷達(dá)數(shù)據(jù)、飛行計劃數(shù)據(jù)與ADS-B數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)，其中，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)分別與綜合數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)、監(jiān)視數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)、飛行數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)顯示終端子系統(tǒng)連接，所述監(jiān)視數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)、飛行數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)顯示終端子系統(tǒng)分別與綜合數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)連接，所述監(jiān)視數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)還與數(shù)據(jù)顯示終端子系統(tǒng)連接。本實用新型的有益效果是能夠?qū)DS-B數(shù)據(jù)與多部雷達(dá)數(shù)據(jù)融合處理；解決了ATC監(jiān)視要求中航跡精度與航跡平滑連續(xù)的統(tǒng)一；實現(xiàn)融合定位優(yōu)選慣性融合修正技術(shù)，提高多類型傳感器相關(guān)融合精度；實現(xiàn)衛(wèi)星系統(tǒng)、飛機(jī)以及地基系統(tǒng)協(xié)同監(jiān)視。
文檔編號G08G5/00GK202549080SQ20122009914
公開日2012年11月21日 申請日期2012年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月16日
發(fā)明者楊曉嘉 申請人:中國民用航空總局第二研究所