多雷达与ADS—B数据融合处理方法的研究与优化

肖玉 成捷 贺姿

摘要：监视数据的融合处理是整个空管自动化系统的基础。本文重点研究了NUMEN3000自动化系统对雷达和ADS-B这2种监视数据的融合处理方法，对单路航迹、合成航迹和综合航迹的处理方法进行了论述。对沈阳区管新增ADS-B监视数据参与融合时出现的目标分裂问题进行了分析，提出了高度过滤、降低航班号权重、设置丢弃阀值的解决方案，最终解决了由于目标分裂产生的短期冲突告警的问题。

关键词：空管自动化系统；ADS-B；航迹融合；目标分裂；NUMEN3000

中图分类号：V355.1 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）08-0042-02

1 概述

NUMEN3000自动化系统作为沈阳区管的主用自动化系统，于2015年10月投入使用。在使用初期，系统主要接入雷达信号，ADS-B（广播式自动相关监视）信号一直是应急手段未参与融合。2018年5月，随着沈阳ADS-B二级数据中心的建成，其处理完的ADS-B综合信号作为一路ADS-B信号接入NUMEN3000系统使用。在ADS-B数据接入后，管制界面上的航迹目标就会经常出现短期冲突告警（STCA），给管制工作带来了比较大的麻烦。针对这一情况，在认真研究系统监视数据处理方法的基础上，进行了分析，找到了原因并提出了解决方法。

2 监视数据的处理方法研究

系统接收到各路监视数据后，在前置处理机上进行预处理，预处理后的数据传送给监视数据处理机（SDP）。SDP先进行单路数据处理，生成单路航迹，然后将多个单路航迹进行融合，生成综合航迹。前置处理机包括雷达数据前置处理机（RFP）和ADS-B数据前置处理机（SFP）。

2.1 监视数据的预处理

监视数据的预处理在前置处理机上完成，其中RFP负责普通航管雷达数据的预处理，SFP负责ADS-B数据的预处理，主要对接入的监视数据进行数据项分解，提取有用信息，包括目标属性、位置、高度、速度、地址码、时标等内容，同时对接收到的数据项做合法性检查，有明显问题的数据将被过滤掉。

2.2 监视数据的处理

监视数据的处理在SDP上完成，包括单路航迹和综合航迹的处理。单路航迹是指由每部监视信息源（包括雷达和ADS-B）单独提供，系统进行处理后生成的具有前后关联性的目标信息。综合航迹是指系统将多路的单路航迹进行横向融合，最后生成的能最佳表述目标状态的唯一目标信息。系统把综合航迹分为2种：合成航迹和综合航迹。雷达和ADS-B这2种监视数据首先形成各自的合成航迹，然后再融合成综合航迹，如图1所示。单路航迹和合成航迹只具有监视功能，综合航迹提供所有功能服务。下面进行单路航迹、合成航迹和综合航迹处理方法的详细论述。

2.2.1 单路航迹处理

（1）目标相关。系统接收到预处理的监视数据，首先进行坐标转换，然后进行单路航迹的跟踪处理，包括已存在航迹目标的更新和新航迹目标的生成。如果系统判定出最新接收到的目标信息与上个周期系统中某个航迹目标指的是同一航空器，则认为此次收到的目标信息为此航迹目标的更新信息，此过程即目标相关。

单路航迹的目标相关需要检查6个要素，包括地址码、二次代码（SSR）、航班号（ACID）、航迹号、位置和高度，采用最近领域法[1]和统计加权法[2]，即根据两目标信息在各方面的相似程度，例如地址码、航迹号、航班号或SSR是否一致、位置和高度的接近程度，然后依据这几个要素的权重进行综合考虑，得出是否应该相关。如果目标相关未通过，则建立一个新的单路航迹目标。

（2）其他参数。如果监视数据中包含速度，则采用此速度，如没有则采用系统计算速度。高度采用报告高度。单路航迹信息的更新频率与该路监视数据源的更新周期相同。对于每一路监视数据，系统可以通过覆盖范围、新目标抑制区和ADS-B信号的质量检查等方式来控制单路航迹质量。对于每路单路航迹，可定义其是否参与融合，不参与融合的单路航迹不会影响到综合航迹。

2.2.2 合成航迹处理

（1）目标相关与航迹融合。系统接收经过处理的单路航迹，首先进行目标相关，合成航迹的目标相关与单路航迹的判定方式类似，需要检查5个要素，包括地址码、SSR、航班号、位置和高度，需要判定多个已确认的目标信息是否和某个已存在的合成航迹为同一目标。如属于同一目标则做时空对准处理，然后采用融合式的卡尔曼滤波方法进行综合处理，根据自动动态调整的融合加权系数，选出最能表达实际情况的目标态势描述，来更新合成航迹。如果目标相关没有通过则建立新的合成航迹。

（2）其他参数。合成航迹的速度由系统计算得出，高度是择优选取某单路监视数据的高度，并遵循尽量不切换监视源的原则。雷达合成航迹的更新周期为4秒。ADS-B合成航迹更新周期为1秒。系统可以通过设定参数来控制合成航迹的质量，例如是否参与融合、设置目标报告不可靠区域等方式。

2.2.3 综合航迹处理

（1）目标相关与融合算法。收到系统处理完的合成航迹时，系统首先进行目标相关，算法与合成航迹算法一致。如属于同一目标则再次进行卡尔曼濾波处理，同时更新综合航迹。如果目标相关没有通过则建立新的综合航迹。

（2）其他参数。系统综合航迹的更新周期有两种：如果没有ADS-B合成航迹参与融合，则更新周期为4秒；如果有则更新周期为1秒。系统设置了融合可信度，“高”为参与融合，“低”为不参与融合。现阶段雷达的合成航迹为“高”，ADS-B的为“低”，表示如果2种航迹都能覆盖到某个目标，输出雷达，不输出ADS-B。如果只有ADS-B能发现目标，不再考虑融合可信度，只要ADS-B被允许参与融合，则直接输出ADS-B航迹。

3 新增ADS-B后出现的问题及优化

针对ADS-B参与到系统融合，系统对ADS-B信号进行了控制，检查位置的不确定性（NUCp），如果该值小于VSP（系统可调节参数）值则告警，在标识符上显示空心三角形。同时将ADS-B航迹的融合可信度设置为“低”。虽然经过上述的准备，但是在加入ADS-B信号的短时间内，塔台、进近和区调就出现了多架航班目标分裂的情况。通过分类研究，得出产生目标分裂的原因，下面进行具体的论述。

3.1 塔台航班出现目标分裂

塔台附近有2部雷达覆盖，没有ADS-B地面站，最近的地面站距离约20公里，所以低空的ADS-B信号不稳定，由于某些ADS-B信号没有SSR，即使航班号相同，系统也会判定为2个目标，这2个目标距离非常近所以产生了STCA告警。针对这种情况，对ADS-B二级数据中心输出的数据进行了高度过滤，滤除了1000米以下的ADS-B信号，解决了塔台因为接入ADS-B数据导致的目标分裂问题。

3.2 进近和区调的航班出现目标分裂

对具体航班进行分析，发现雷达合成航迹的航班号与ADS-B的不一致，例如雷达的是CSH9272，ADS-B的是FM9272。由于雷达合成航迹没有地址码，ADS-B的没有SSR，所以融合时使用航班号、位置、高度。由于航班号不一致，即使位置和高度很近，在进行综合航迹处理时系统认为是2个目标，这2个目标距离非常近所以产生了STCA告警。通过告知机组修改ADS-B机载设备的航班号与雷达的一致后，STCA告警消失。针对现阶段ADS-B机载设备航班号不规范的问题，系统降低了航班号在进行融合计算时的权重，该问题得到解决。

3.3 设置ADS-B信号丢弃阀值

现阶段系统对质量不好的ADS-B信号的只告警，不做丢弃处理，所以系统会存在一些质量不好的ADS-B信号。当雷达航迹出现异常使用ADS-B时，可能会出现高度跳变、速度异常等异常情况。针对该种问题，由于东北地区的雷达覆盖情况良好，系统设定ADS-B信号的丢弃阀值，避免这类问题的发生。

通过以上3个方面的处理，再将ADS-B信号参与融合时，系统综合航迹稳定，没有出现由于ADS-B信号的原因产生的STCA告警的情况。

4 结论与展望

本文从技术维护人员的角度出发，重點研究了NUMEN3000自动化系统监视数据处理方法。对新增ADS-B监视数据参与融合时，出现的目标分裂问题进行了研究，提出了高度过滤、降低航班号权重、设置丢弃阀值的解决方案。希望本文对以后的NUMEN3000自动化系统的监视数据的维护有所帮助。

参考文献

[1]M F Hassan.A Decentralized Computational Algorithm for a Decentralized Linear Quadratic Caussian Control Problem[J].IEEE Transaction on Aerospace and Electronic Systems，1982，27（4）：61-65.

[2]王哲明.AeroTrac自动化系统ADS-B信号的接入和配置[J].科技创新导报，2010，（19）：34+36.