ADS-B自动相关监视系统可疑目标处理分析

刘新生

（华北空管局技术保障中心 北京 100621）

0 引言

ADS-B（Automatic Dependent Surveillance Broadcast）广播式自动相关监视是国际民航组织确定的未来主要监视技术。ADS-B技术将卫星导航、通信技术、机载设备以及地面设备等先进技术相结合，提供了更加安全、高效的空中交通监视手段，能有效提高管制员和飞行员的运行态势感知能力，提升航空公司运行控制能力，扩大监视覆盖范围，提高空中交通安全水平、空域容量与运行效率。现华北地区已接入ADS-B数据，通过二级数据处理中心信号输出给自动化系统，为管制员提供使用。本文主要介绍 ADS-B系统可疑目标分析的方法和相关应用。

1 ADS-B原理介绍

ADS-B广播式自动相关监视是一种基于全球卫星定位系统的技术，主要利用地空和空空数据链实现信息传递，包括识别信息，位置，高度，速度等。ADS-B接收机与空管系统、其它飞机的机载ADS-B结合起来，提供精确、实时的冲突信息。

ADS-B系统包括地面站和机载设备两部分，按应用分为两类：发送（OUT）和接收（IN）。其中OUT功能主要负责将信号从飞机发送方经过视距传播发送给地面接收站或者其他飞机，无需飞行机组干预即可自动工作。IN是指航空器接收其他航空器发送的ADS-B OUT信息或地面服务设备发送的信息。

飞机上安装的ADS-B设备使用GPS确定其位置，再通过一台发射机以快速的时间间隔向外发射自己的位置、高度等数据。ADS-B地面站能够接收到发射的数据并转发给管制员以获取飞机位置。

2 系统主要功能

现在华北地区接入莱斯的 ADS-B系统。对系统主要功能进行模块化设计，便于系统的升级改造。系统中服务器均采用双机热备份方式工作，如图1所示。系统设计了双机管理子系统，双机上的主要功能模块都同时接收数据，并进行相应的数据处理，只有主机向系统发送处理后的数据，在双机切换时保证数据的完整性。

图1：ADS-B双机架构

系统能处理符合ASTERIXCAT021格式的ADS-B数据，能接收处理地面站的状态信息，包括地面站运行状态数据输入接口等信息。系统的监控处理能把地面站的状态信息显示在画面上。主要功能包括：监视数据处理，可疑目标验证，系统监控和配置管理以及记录回放等，系统主要服务器和功能表1所示。

表1：服务器和主要功能

3 可疑目标验证方式

系统具有目标信息防伪处理功能，通过多种方式来甄别可疑的 ADS-B目标报告。被判定为可疑的目标在本系统的态势界面上予以醒目的提示，并同时说明判定依据。在向系统外输出数据时，可人工指定被系统判定为可疑目标的数据是否输出。可疑目标主要通过基站有效范围，TDOA（TimeDifference Of Arrival）计算和雷达覆盖等三种方式进行验证。最终确定目标的结果为可疑，不可疑或者是未知目标。

3.1 覆盖符合性验证

如果数据源定义了最大有效覆盖范围，则当其报告的某个目标不在这一范围内时判定为未通过此项验证。需要注意的是基站覆盖范围的配置不正确或基站中心点配置不正确，会造成误判。基站范围应与实际范围一致或稍偏大。

3.2 TDOA时标定位验证

距离不同的两个基站收到信号的时间点是不一样的，TDOA定位的原理正是利用多个基站接收到信号的时间差来确定目标的位置。因为目标点发送信号到两基站的时间差为常数，目标点的位置一定处于以这两点为焦点的双曲线上。如图2所示，这样我们要确定平面上的一个点，需要至少三个基站。基站1和基站3之间确定一个双曲线，基站2和基站3之间也确定一个双曲线，两条双曲线的交点即为目标点的位置。

图2：TDOA算法示意图

3.3 覆盖交叉验证

在 ADS-B和雷达等其他监视数据的重叠覆盖范围内，ADS-B发现了目标但其他监视数据没有发现，则此目标判定为未通过此项验证。但是雷达有效覆盖范围不正确或中心点配置不正确，会造成误判。因此为减少误判，雷达定义范围应与实际范围一致或稍偏小，这样保证雷达探测出来的目标尽量正确。

3.4 可疑目标判断逻辑

ADS-B判断可疑目标主要是通过覆盖复合性验证，TDOA时标定位和覆盖交叉验证三种方式对目标的可疑性进行判断。以上三种目标验证方式在判断最终目标是否可疑的时候，对目标的验证顺序和影响优先级是不同的。覆盖符合性验证具有最高的优先级，TDOA时标定位验证其次，覆盖交叉验证最低。验证的具体流程如图2所示。

图3：可疑目标判断逻辑图

首先对ADS-B航迹数据进行覆盖范围的验证，在覆盖符合性验证能进行的情况下，对比地面站的覆盖范围，覆盖符合性验证通过则目标即为有效目标，验证不通过则目标为可疑目标，此时其他两种验证不会对最终结果有任何影响；在覆盖符合性验证不能进行，而TDOA时标定位验证能进行的情况下，TDOA时标定位验证通过的目标即为有效目标，不通过的目标为可疑目标；在覆盖符合性验证能和TDOA时标定位验证都不能进行的情况下，覆盖交叉验证的结果才会直接导致目标是否被判定为可疑目标。

4 可疑目标分析结果

如果系统通过利用覆盖范围，TDOA验证和雷达辅助验证判断出该目标为可疑目标，会在标牌上突出显示，并可以通过详细信息查看目标可疑的判断标准。如图4中，标牌上会现实“FAKE”标记，通过查看详细信息，可以获得可疑目标的航班号，24bit码和目标的高度，速度等信息，同时输出目标被判断为可疑目标的详细原因。

图4：可疑目标结果图

ADS-B系统的航迹最终是要输出到自动化系统供管制员使用，提供可靠的航迹监视数据。当ADS-B系统判断出可疑目标后，可以通过系统配置相关参数来设置该可疑目标是否输出给自动化系统。具体配置参数如图5所示，可以针对ADSB覆盖有效性，TDOA验证和覆盖交叉验证等可疑目标进行过滤，选择性的输出给自动化系统。

图5：系统配置

5 结语

本文主要讨论了华北地区 ADS-B自动相关监视系统的架构和主要功能，并分析了ADS-B系统分析可疑目标的原理和具体实现结果。为日常的值班运行中故障分析和设备维护提供了技术支撑，提高了空管运行的安全保障能力。