多点相关监视系统时差定位精度算法仿真分析

刘义 田明辉

摘要：捷克ERA公司出产的多点相关监视系统运用于场面和进近监视，其定位精度影响着目标检测的可用性，对于技术人员维护设备来说尤为重要。本文论述了多点相关监视系统的原理、时差定位精度因子模型并进行了多点进近子系统的时差定位精度仿真实验，对于了解系统的精度情况提供了一种手段。

关键词：多点;MSS;MLAT;时差定位精度;GDOP

中图分类号：V351.3 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）04-0115-02

0 引言

2007年，华北空管局从捷克ERA公司引入了全国首套多点相关监视系统MSS（Multilateration Surveillance System），该系统包含两套子系统，场面监视系统与进近监视系统。自投入运行以来，场面监视系统有效改善了场面监视雷达SMR（Surveillance Monitoring Radar）本身的局限性导致的盲区，对整个机场地区场面实现全面覆盖，提高了场监融汇系统的信号质量。进近监视系统的使用，有效解决了传统二次雷达MSSR（Monopulse Secondary Surveillance Radar）盲区内信号质量差的问题，实现了精密进近雷达的功能。笔者在本文中从分析多点定位原理出发，着重研究几何精度稀释GDOP（Geometric Dilution Precision）的定义，对多点相关监视系统进近子系统的时差定位精度进行了仿真实验，对于技术人员了解系统的精度情况提供了一种手段。

1 多点相关监视系统定位原理

随着国内外航空运输业的快速发展，航空运输量的不断增长，大型机场及其周边区域的飞机数量急剧增加。高密度的交通流量使得机场及其附近飞机与飞机之间、飞机与场面车辆之间的间距减小，跑道侵入、场面冲突、航空安全等问题日益突出。国际民航组织对于解决问题的办法则是新一代的场面监视系统。目前可选用的场面监视技术包括场面监视雷达SMR、广播式自动相关监视系统ADS-B和多点相关监视系统。

对于多点相关监视系统来说，目前能够提供多点相关监视系统的国外厂家主要是ERA及THALES，国内厂家有民航二所、中电科28所、38所等。各个厂家在北京首都国际机场、广州白云国际机场、上海虹桥国际机场、成都双流国际机场、西安咸阳国际机场及桂林机场都开展了多点相关监视系统的相关应用工作，应用效果良好。

多点相关监视系统是利用信号到达多个接收站的时间差（TDOA，Time Difference Of Arrival），通过计算多个双曲面相交形成的交汇点来解算目标位置的一种独立协同式技术。对于地面目标而言，需要三个接收站接收到信号来计算目标位置;而空中目标则至少需要四个接收站的信息来解算位置。

通过多点定位算法可知，在基于信号到达时间差TDOA的定位算法当中，待定位目标的位置坐标的求解最终归结于求解由m个距离差方程组成的非线性方程组。

3 多點相关监视系统进近子系统时差定位精度仿真实验

在北京首都机场安装的多点相关监视进近子系统共有8个接收站，我们以ERA厂家提供的接收站天线经纬高数据作为站点位置，使用MATLAB软件模拟进近子系统的GDOP精度。我们假定时间差测量误差均方根为定值并使用经验值10ns;各个接收站的测量精度相同。通过GUI界面将给定的8个接收站位置的经纬高数据导入，设定相关参数。在算法中通过WGS84ToECEF函数将经纬高数据转换为地心坐标系数据（注：ECEF（Earth-Centered，Earth-Fixed），以地球为中心，是一个笛卡尔坐标系。它用来表示X，Y，Z坐标的位置，（0，0，0）点表示地球的质心）），通过ECEFToENU2函数将地心坐标系数据转换为站心直角坐标系（注：ENU站心坐标系，东-北-天坐标系）。将转换后的数据输入函数Cal_GDOP（TX，RS，m）计算GDOP几何定位精度，并给出GDOP几何定位精度分布图，如图1所示。

4 结语

以上文字论述了多点相关监视系统的原理、时差定位精度因子模型并进行了多点进近子系统的时差定位精度仿真实验，对于了解首都机场多点进近子系统的精度情况提供了一种手段。由于作者水平所限，文章内容仅供参考。

参考文献

[1] 白敏.基于TDOA的陆基多点定位系统设计与定位算法研究[D].重庆大学，2010.

[2] 白敏.陆基导航定位系统中的HDOP模型与计算方法[J].数字通信，2010，37（2）：51-54.

[3] 王洪，刘昌忠，汪学刚，等.多点定位混叠信号的盲分离[J].电讯技术，2009，49（12）：1-4.