ADS-B在多雷达民航空管安全监视体系中运用分析

摘要：本文以多雷达民航空管安全监视体系为切入点，深度剖析ADS-B技术在其中的实际应用。在简要介绍ADS-B技术运行原理的基础上，明确了多雷达民航空管安全监视体系的整体架构，然后从坐标变换与位置分析、时间对齐、数据联合修正与优化、数据传输几个层面，深度研究了ADS-B技术在民航空管监视工作中的主要工作流程与实际应用方法。旨在为相关从业者提供理论参考和技术借鉴，推动ADS-B技术与航空航天行业的进一步融合发展，实现航空航天行业的可持续发展健康发展。

关键词：ADS-B技术；多雷达；民航空管；安全监视体系

引言：

航空航天行业在现代社会下的持续发展提升了空域管理工作的实施难度，传统雷达监测方法已无法适应当前民航业的实际工作需求。因此，相关从业者需加强对ADS-B技术的应用研究，尽快构建基于ADS-B技术的多雷达民航空管安全监视体系，这对于行业发展与社会运行均具有重要意义和作用。

1.ADS-B技术

广播式自动相关监视ADS-B技术，是一种基于卫星导航和数据联通的现代化航空监视技术手段，该技术主要利用ADS-B发射设备，以导航与其他机载装置的基础信息以及其在实际运行过程中所产生的状态信息作为稳定数据源，借助自动化手段和数据链通信方法完成地空监视与空空监视工作，主要包括信息源（飞机在飞行过程中所产生的空间位置信息）、信息传输通道（基于ADS-B报文形式的数据链广播式传播）和信息处理与显示三部分内容。

2.基于ADS-B技术的多雷达民航空管安全监视体系架构

基于ADS-B技术的多雷达民航空管安全监视体系主要分为三个不同层级。上层中包含现有雷达用户群体和ADS-B用户群体，ADS-B用户群体又分为1090ES用户群与UAT用户群；中层级中的现有雷达与相应用户群体相连，1090ES基站与UAT基站之间通过多链路网关实现互联互通，这三个部分又接入到同一TIS-B网关中，该网关与下层级的ATM管理中心相连。

3.多雷达民航空管安全监视体系中的ADS-B技术

3.1坐标变换与位置精度分析

在坐标位置获取与变换方面，基于ADS-B技术的多雷达民航空管安全监视体系主要根据雷达头所处位置建立笛卡尔坐标系，X轴为该坐标系的正东方向，Y轴为该坐标系的正北方向。为保证ADS-B数据与多雷达数据的有效融合，需要完成对坐标位置的转换，保证不同来源数据能够统一到同一坐标系下。

需要从单个雷达的记录模式角度出发，先对其在实际过程中所获得的位置信息，从基于地球切平面的坐标转变为地心坐标系，然后再将该位置信息变为平面直角坐标系，具体计算与转换步骤如下。

首先，将地球椭圆中心作为坐标原点，利用ADS-B技术建立地心坐标系。其中，可以使用大地经度、大地纬度和大地高度来表示，该坐标系中的空间点位置，Z轴指向地球北极，X轴指向本初子午线与赤道的交点位置，利用地球赤道半径和地球偏扁率来计算不同雷达在现有地心坐标系中的精确位置。

其次，根据不同雷达在实际运行过程中的航线轨迹，确定好其在空间直角坐标系中的精确坐标，由此构建能够将空间直角坐标转变为地心坐标的旋转矩阵，得出坐标结果。

最后，根据上一阶段计算所得的雷达航线轨迹地心坐标，积极构建能够将地心坐标转变为基于信息处理中心的直角坐标旋转矩阵，由此完成高精确度的坐标转换任务，确保不同来源数据信息在空间上的一致性和规范性，为后续数据融合与分析工作奠定基础。

在位置精度分析层面，由于传统基于GPS全球定位系统的数据接收设备，在辅助飞机导航系统的实际工作中主要采取平均值滤除方法来保证各种数据信息均处于正态分布状态中，因此只能在一定程度上缩小测量结果与实际位置之间的精确度，无法对部分时延进行补偿。

ADS-B技术在多雷达民航空管安全监视体系中的应用能够有序完成定位测量和数据信号发送任务，具体应用流程如下图所示[1]。在确定好当前多雷达系统所采集数据信息与实际状况之间的误差值后，经过精密计算来确定实际参数值，由此完成对不可补偿时延的补偿，将实际精度误差控制在民航管控工作的允许范围之内。

3.2时间对齐与同步

时间对齐与同步是保证不同雷达设备所获取数据具有时间一致性的关键技术手段之一。由于ADS-B系统与多雷达民航空管安全监视体系均以独立状态完成日常运行工作，因此为避免因数据偏差而导致的数据融合失误，影响后续对飞行器飞行状态与所处位置的精准判断，需要根据实际工作需求和多雷达民航空管安全监视体系的特点采取一定时间对齐措施[2]。

首先，分别对各种同步雷达、异步雷达、信息处理中心配置相应的GPS时间系统。

其次，各个设备均可利用GPS时间系统来接收卫星信号，按照GPS时间轴，基于现有作业方法，对所获得数据信息进行整合处理与排序，并以其所获取的准确时间信息来完成对自身时钟的调整。

最后，以一个处理周期为单位，将飞行器在该处理周期内的所有巡航轨迹均同步到与其相对应的一个系统周期性阶段内。必要时还可综合网络，时间协议和精确时间协议，尽快建立健全冗余时间同步联络与备份时间服务器，在有效提高多雷达民航空管安全监视体系时间对齐精度和可靠性的同时，完成民航监管与数据融合工作。

3.3数据联合修正

由于基于ADS-B技术的多雷达民航空管安全监视体系在实际应用过程中所产生的数据信息具有多样性和复杂性的特征，因此要想尽可能减少数据误差，需要在深入分析误差数据来源的基础上，完成数据联合修正与误差消除。

飞机回拨中心和数据接收装置会在飞机飞行到一定阶段后出现定位重合现象，此时雷达系统和ADS-B系统所获取的两类数据信息在斜率差方面存在显著不同。随着飞机飞行高度的不断提升，飞机回拨中心与数据接收装置的位置会逐渐出现偏差，此时雷达系统和ADS-B系统所获取的数据信息斜率差趋于一致。当飞机飞行高度不再提升并长期保持稳定运行状态后，飞机回拨中心会由原有的中部位置下降为尾部位置，此时雷达系统和ADS-B系统所获取数据信息的斜率差值在1左右上下浮动。

根据上述所提到的三个不同飞行阶段，可以计算出雷达系统方位与ADS-B系统之间的方位差值，并据此采取相应措施完成数据联合修正，必要时可结合卡尔曼滤波算法和粒子滤波算法，完成对ADS-B技术在实际应用过程中所存在的位置误差修正与优化，实现多雷达民航空管安全监视体系数据质量的持续提升。

3.4信息传输应用

目前，多雷达民航空管安全监视体系中的数据传输架构主要由基于ADS-B技术的空地数据交换和数据传输处理两个部分[3]。

其中，基于ADS-B技术的空地数据交换，主要是利用地面接收装置不断向外发射ADS-B信号，在获得相关监视数据后传输至ADS-B信息网中进行存储。基于ADS-B技术的数据传输处理，主要依靠ADS-B信息网的作用来实现。ADS-B信息网又下分了数据站和数据处理中心两个单元，数据站能够在对任务区域内地面站进行全面实时监控的同时，将其所获得的数据信息有效传输给塔台等空管部门；数据处理中心一方面可利用二级中心来完成数据备份与实时上传，另一方面还可利用一级中心来完成对二级中心所传输数据的深度整合与内容挖掘，同时形成基于当前民航飞机的动态化运行信息，融合多雷达民航空管安全监视体系，保障空域管理和国际间数据交互的稳定性和实时性。

结束语：

综上所述，ADS-B技术在民航空管与监视中的应用已取得了较为不错的成果，其在坐标定位与位置转换、缩小数据误差、时间统一处理，以及信息传输等方面的作用不仅能够满足社会大众的日常出行需要，还能为整个行业的发展赢得更多经济效益与社会效益。

参考文献：

[1]陈敏，王浩楠，陈万通，等.基于ADS-B与Mode-S EHS联合观测的民航空域风场重建方法[J].国外电子测量技术，2024，43（06）：102-109.

[2]李剑.卡尔曼滤波算法在空管二次雷达及ADS-B系统中的应用研究——以呼伦贝尔地区为例[J].呼伦贝尔学院学报，2021，29（05）：121-126.

[3]郭健洋.雷达ADS-B智能监控、巡检和数据分析的研究与应用[J].中国民航飞行学院学报，2020，31（06）：45-47.

作者一姓名：张迈迪 ；性别：女  ； 出生年月：1998.7 ；籍贯：陕西省西安市  民族：汉族 ；最高学历：本科 ；目前职称：助理工程师；研究方向：民航监视类 （一二次雷达 ADS-B 场面监视雷达、多点定位系统等