基于ADS-B技术的雷达精度评估方法与应用

2019年5月25日第36卷第5期Telecom Power TechnologyＭａｙ．　　２５，２０１９，Ｖｏｌ．　３６　Ｎｏ．　５　ｄｏｉ：１０．１９３９９／ｊ．ｃｎｋｉ．ｔｐｔ．２０１９．０５．０２３研制开发基于ADS-B技术的雷达精度评估方法与应用葛　勇，赵起超，方诗麟（上海机电工程研究所，上海 201109）摘要：传统的雷达精度检验方法具有较多劣势，因此提出了一种基于ADS-B技术的雷达精度评估方法，并进行了可行性应用。关键词：ADS-B；雷达精度；评估Radar Accuracy Evaluation Method and Application Based on ADS-B TechnologyGE Yong，ZHAO Qi-chao，FANG Shi-Lin（Shanghai Electro-Mechanical Engineering Institute，Shanghai 201109，China）Abstract：The traditional method of radar accuracy testing has many disadvantages. Therefore，a method of radar accuracy evaluation based on ADS-B technology is proposed，and its feasibility application is carried out.Key words：ADS-B；radar accuracy；evaluation0　引　言ADS-BADS-B信号，它是由长应答信号，内容包括经度、纬度、方位及速112个信息脉冲构成的S模式广播式自动相关监视（Automatic Dependent Surveillance- Broadcast，ADS-B）即航空器自动广播，是由飞机或度等信息。地面接收系统接收到信息后进行解码，即飞行器携带的机载导航设备和GNSSS定位系统生成的可得到每一秒时间的飞机位置及其他信息。精确定位信息，并进行广播，地面接收系统可以接收此广播信息，对飞机或飞行器进行监视[1]。目前，世界各地都在积极推进ADS-B系统建设，欧美等国许多飞机已经安装该套系统，中国的C919已经确定安装该套系统。传统的雷达测量精度检验方法是雷达系统在规定的场地展开布阵，目标飞机携带高精度位置采集设备按照试验方案规定的航路进行飞行，雷达对目标进行跟踪获得目标实时的位置数据（距离、角度等），将图1　ADS-B系统框图获得的数据与高精度位置采集设备获得的数据进行对比，经过一定算法处理，计算出雷达精度误差。2　雷达测量原理本文采用一种新的方法对雷达测量精度进行评估，主要是利用ADS-B技术获取民航飞机的实时位置信息，雷达是一种电磁波检测系统，一般至少由发射机、与雷达对同一民航目标探测的位置信息进行对比，得接收机及天线组成。发射机负责发射电磁信号至空间，出雷达测量精度的误差值。该误差值可以用于指导雷接收机负责接收被反射的电磁信号。利用电磁波的发达设计师对雷达性能进行评估和改进设计。射和反射对物体进行检查和定位。雷达将电磁能量发射至空间，并以光速传播，如果目标位于波束内，则1　ADS-B技术目标将反射一部分电磁波。返回到雷达的电磁波被雷ADS-B技术是基于全球卫星定位系统的航空器（如达收集，不仅可以表明目标的存在，而且通过比较发飞机）的运行监视技术。利用该技术，地面系统能够射信号和反射信号能得出目标位置、特性及其他信息。获取飞机的精确导航信息，特别是飞机当前的位置信3　雷达精度评估方法息。地面系统利用该位置信息，配以实时的绝对时间，就可以形成飞机的运动轨迹，同时也可以利用该位置图2为雷达精度评估系统工作原理示意图。数据进行精度对比分析。ADS-B定位信息使用GPS的评估系统利用接收机接收某一民航广播的ADS-BWGS-84坐标系，其定位精度达到10 m量级[2]。图1信号。由于雷达测定目标的坐标常采用极坐标系统，为ADS-B系统框图。即雷达到目标的直线距离R、目标斜距在水平面上的由图1可知，机载导航设备每隔1 s广播一次投影与某一起始方位（一般正北方向）的夹角A及目标斜距与其在水平面上的投影的夹角E，因此提取的ADS-B数据需经过坐标转换为R、A、E数据格式，作收稿日期：2019-02-15为“真值”发送给评估系统终端计算机。作者简介：葛　勇（1985-），男，江西九江人，硕士研究生，同时，雷达装备搜索空中同一民航目标，获得目工程师，主要研究方向为雷达系统设计。标的位置数据，将绝对时间、距离R、方位A和仰角·　６６　·葛　勇，等：基于ADS-B技术的 Telecom Power Technology 2019年5月25日第36卷第5期雷达精度评估方法与应用Ｍａｙ．　　２５，２０１９，Ｖｏｌ．　３６　Ｎｏ．　５　E作为“测量值”发送给评估系统地面加固计算机。信号采集）及数据处理模块等组成，主要为设备提供民航目标精确的位置信息、地面接收信息及解码ADS-B信息。评估软件运行在地面加固计算机中，是航迹显示、雷达装备评估系统精度处理及结果评定的软件，评估软件的处理流程如搜索目标接收ADS-B广播信息图5所示。测量值真值数据对比雷达装备评估系统精度评估空情上报图4　ADS-B地面接收解码主机组成图2　雷达精度评估示意图开始在评估系统地面加固计算机上，按如下步骤得出不同距离段中雷达测量目标的精度误差结果。跟踪目标（1）真值数据坐标转换。将真值数据转换至测量雷达的坐标系中。雷达（2）数据剔野。按任务书提出的均值E和均方差数据采集ADS-B数据采集δ，以E±3δ为置信区间，将超出区间的数据剔除。雷达（3）求一次差。对被检数据及其处理的基准值进数据解析ADS-B数据解析行时差修正，然后求一次差： 精度处理~ΔXijk=X~—ijk-Xijk （1）加固计算机—其中，XX~ijk为第k次进入第j距离段第i点被检值；ijk为Xijk对应的基准值。ADS-B数据（4）求误差。某次进入第j距离段系统误差及起坐标转换伏误差分别为：数据剔野 mjk1N∑N=∆Xiijk （2）=1求一次差 δjk=0.674　51NN−1.5∑(∆Xijk−mjk)2 （3）求误差i=1（精度结果）其中，N为第k次进入第j距离段点数。图5　评估软件的处理流程4　评估应用结合某雷达开展检飞试验的工作，在地势开阔处将图3为雷达精度评估系统组成。精度评估系统展开并连接至雷达系统，雷达跟踪空中某一民航目标，地面设备也接收该民航目标的ADS-B信号，将获取的数据转换至以雷达为坐标原点的数据后，利用软件进行处理，得到精度误差结果。该精度结果与按传统方法进行检飞的精度结果基本一致。将ADS-B信号的数据与雷达跟踪目标的数据进行对比，两者数据趋势基本一致，数据同一性较好。5　结　论 地面接收解码主机 评估软件本文利用民航飞机的ADS-B信息获取飞机的实时图3　雷达精度评估系统组成位置信息，与雷达测量同一飞机的位置数据进行对比分析，得出雷达系统的精度误差。该精度可以评估雷由图3可知，雷达精度评估系统主要由ADS-B地达对目标的测量精度。面接收解码主机和评估软件组成。目标为民航飞机，或携带ADS-B模式信息发射设备的无人机和军机。图参考文献：4为ADS-B地面接收解码主机组成。[1] 戴超成.广播式自动相关监视（ADS-B）关键技术及仿由图4可知，ADS-B地面接收解码主机主要由地真研究[D].上海：上海交通大学，2011.面加固计算机、高精度定位设备（定位天线和定位模[2] 李白俊.ADS-B广播式自动相关监视原理及未来的发展和块）、ADS-B接收解析模块（接收天线、接收前端和应用[J].中国民航飞行学院学报，2008，19（5）：11-14.·　６７　·