[发明专利]一种高动态、多元、异步监视系统的误差校准方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种监视系统的误差校准方法，特别是一种高动态、多元、异步监视系统的误差校准方法，属于空中交通管制领域。

背景技术

空中交通管制的根本目的是使航线上的飞机安全、有效和有计划的在空域中飞行，管制员需要对管制空域内飞机的飞行动态进行实时监视。

传统的雷达监视手段采用询问应答方式对目标探测。从长远来看，雷达系统自身具有很多局限性，限制了监视性能的提高。雷达波束的直线传播形成了大量雷达盲区，无法覆盖海洋和荒漠等地区；雷达旋转周期限制了数据更新率的提高，从而限制了监视精度的提高；无法获得飞机的计划航路、速度等态势数据，限制了跟踪精度的提高和短期冲突检测告警STCA的能力。因此，需要开发新的监视手段。

自动相关监视ADS(Automatic Dependent Surveillance)是ICAO(国际民航组织International Civil Aviation Organization)在新航行系统中推荐的监视技术，它是指机载导航系统获得的导航信息，通过卫星数据链或甚高频空-地数据链，自动实时地发送到地面接收和处理系统，然后通过显示设备提供伪雷达画面，供地面监视飞机的运行状态。

自动相关监视ADS根据工作模式又分为合同式自动相关监视ADS-C和广播式自动相关监视ADS-B。合同式自动相关监视ADS-C是在飞机和空中交通管制单位之间建立的端到端连接按需要进行数据通信，飞机位置报告及附加数据按约定周期自动发送，也可由事件触发，它可作为SSR(二次监视雷达Secondary Surveillance Radar)的补充手段，实现对海洋和边远地区的监视。但由于ADS-C数据链多以卫星链路为主，其报文延迟长、数据更新周期慢，并且多用于远程监视，因此实用范围较窄。广播式自动相关监视ADS-B利用航空器自动广播由机载星基导航和定位系统生成的精确定位信息，地面设备和其他航空器通过航空数据链接收此信息，卫星系统、飞机以及地基系统通过高速数据链实现空天地一体化协同监视。ADS-B克服了传统雷达监视手段的一些问题，相对于ADS-C具有延迟较小、更新率高、应用范围更广等优势。

但是如果将ADS-B作为唯一的监视手段，一旦导航系统出现问题，将导致监视功能的丧失。因此，雷达监视和ADS-B监视将在相当长的时间内共存。然而，具有高动态特性的ADS-B与传统雷达监视技术在下行监视数据时，由于更新率的不同会异步到达地面接收端，如何将ADS-B数据与雷达监视数据有效的结合在一起，最大限度地发挥它们的综合效力，提高监视精度，是一个亟待解决的问题。

在监视系统中，目标的相对位置和方位十分重要。当监视源为单数据源时，其距离和方位的偏差对所有飞机的作用一样，对性能没有影响。但当具有覆盖范围互有重叠的两个或两个以上数据源时，要求对同一目标的不同数据进行空间迭合，这就需要对各数据源数据进行校准。作为一种新的监视手段，ADS-B数据具有自身的特殊性，因此，ADS-B与雷达系统的误差校准不同于传统的误差校准。

过去传统的单雷达无法校准自身系统误差，而多雷达系统误差校准的数据均来自雷达数据源，可以直接进行误差校准。

出现ADS-C之后，在雷达与ADS-C的重叠覆盖区域它们可能同时监视到某个目标，此时需要对系统误差校准。二者参考坐标系不同，所以不能直接进行误差校准，已有方法是将ADS-C和雷达系统参照的两个不同坐标系转换为同一个坐标系，然后再在该坐标系下统一计算系统误差，该方法达到了一定的误差校准要求，但是它未考虑时间校准问题，是基于每一次采集点时刻相同的假设。

由于ADS-C空地通信链路使用的卫星数据链，位置数据的更新周期为300秒，而雷达数据在航路的更新率为12秒/次，在理想情况下准确采集到ADS-C和雷达在同一时间点的监视数据至少需要10分钟，而要取到N＝10个这样的数据则至少需要100分钟。雷达的系统误差是随着目标与雷达站距离的变化而不断改变的，尤其是在大范围的距离变化时系统误差变化更加明显。经过100分钟的飞行，目标很可能已经飞离该雷达覆盖区了，但在计算系统误差时仍然使用的原雷达系统误差，这样会使校准精度明显降低。

该过程可通过图1说明，“圆圈”表示采集到的雷达点迹，“叉”则表示采集到的ADS-C点迹。因此，目前的误差校准方法是将原本异步的多元监视数据假设为同步的，并且针对多用于海洋和边远地区的低更新率ADS-C监视数据设计的。基于上述分析，目前的方法无法适用于实际中高动态、多元和异步监视系统的误差校准。