空管雷达多源数据融合系统设计研究

空管雷达多源数据融合系统设计研究

李璐 杨宇凌 白柯鑫 陈家石

北方自动控制技术研究所，山西省 太原市 030006

摘要：针对空管监视系统特征与信息融合技术发展现状，指出点迹与航迹两级信息融合，建立空管雷达多源数据融合系统设计，其中包含模块功能与处理流程，目的帮助提升空管空防一体化监视能力。

关键词：空管雷达；多源数据融合；系统设计；分析

伴随民航发展，静态管理空域管理模式不能满足民用飞行流量增长需求。空管空防一体化是一种信息化系统管理理念，主要是实现空情态势多重监视和指挥控制具备高效性。伴随监视设备的技术水平的提高，单一化空管监视传感器与国家标准相持平。目前技术难点在于怎样融合多源监视信息确保具备可信性。空管监视体系中，空管雷达是十分关键的监视手段，信息融合利用空管自动化系统多雷达数据处理系统实现。该系统以雷达航迹信息融合为基准，测量精度与对非合作目标探测能力略有不足，不能满足空管空防一体化情报保障需求。因此，要想确保空管雷达体系探测能力来的发挥，利用空管系统多数据标准特点，目的是为了提升情报质量。

1. 系统分析

1.1空管监视数据源分析

空管监视数据源包含较多内容，如空管一次雷达、自动监视与多点定位等等。其中自动监视与多点定位具备一定的优势，如成本低，数据率高等，受到了广泛的重视。和传统雷达技术比较不难发现，自动监视对卫星具有较强的依赖性，多点定位需多个站点协同工作。除了空管一次雷达外，目前形势背景下，相关空管监视技术又为协同式探测技术，需在目标配合下获得目标信息，不能获得非合作目标信息。空管一次雷达获得探测目标的信息，不需要相关对象的辅助，该雷达为独立非协同式探测装备，对控制非合作目标进行主动探测的一种监视手段，为空中交通管理极为关键的装备。除此之外，空管一次雷达具备防空雷达功能作用，在空防系统中是主要骨干力量。因此，空管一次雷达中组建融合系统，真正提升非合作目标探测能力。

1.2空管监视信息融合技术

信息融合也是数据融合，传感器混合由多种传感器形成，完成多信息源关联与综合。信息融合层次分为以下几种等级，分别是实体估计、过程估计与态势估计等。一般而言，高层次融合需以低层次融合为基准，各层融合需外部数据库的有效支持。依据空管监视系统工作流程，信息融合分为多个级别。第一，信息级融合。利用传感器原始信息完成融合，这种融合方式具有良好的融合效果，可实现同步，但配准难，具有较大的计算量，实现具有困难性。第二，分布式检测融合。传感器以自身原始信息为基准进行处理，处理结果传输到融合中心，在这样基础上，融合中心检验所有信息。第三，点迹融合。以传感器质量与可信度点迹信息为主完成融合。和航迹融合比较，具备一定的信息优势，增强了系统精度，具备抗隐身能力。第四，航迹融合。依据传感器航迹信息完成融合。目前形势背景下，是主要的一种利用方式。伴随信息融合技术的不断发展，这种融合方式慢慢会被相关方式取代。

2. 系统组成与功能设计

为了更好的满足军民航目标探测需求，降低探测盲区的出现，增强空中交通系统容量，管制区域中出现了多点定位系统和多部空管雷达，因此，多数据源融合是主流趋势。空管雷达多数据源融合系统中，空管雷达占据一定地位，将自动相关监视与多点定位系统数据源进行融合，组建具备点迹与航迹融合功能为基准的基础探测网，如下图。

图1空管雷达多数据融合系统组成图

从功能角度讲，空管雷达多数据源融合系统包含较多的内容。第一，雷达探测分系统。雷达探测分系统而言，最为主要的是依据探测任务，强化所辖空管雷达传感器，使其具备点迹融合能力与受控能力。此外，为融合系统依据任务优化组合雷达传感器奠定基础，在这样基础上，收集探测区域雷达对目标空域信息，为融合创造一定的条件。第二，ADS-B探测分系统。ADS-B探测分系统以探测任务为基准，强化所辖ADS-B传感器，使其具备一定的受控能力，为融合系统任务，优化组合传感器奠定良好的基础。第三，点迹融合分系统。该系统下收集局部空管雷达点迹，依据融合算法，对探测目标进行跟踪，从而构建目标点迹特点为主的数据库。第四，航迹融合分系统。航迹融合分系统。航迹融合分系统实现了局部传感器航迹的收集，在融合算法下，估计探测目标，建立目标航迹特征数据库。第五，信息分发分系统。信息分发分系统最为主要的任务为做好信息显示与分发，依据实际需求，给予决策者提供商护具与信息等。在这样基础上，做好任务下达与命令下达等。第六，管理和控制分系统。管理和控制分系统下，依据探测效能的实际评估，强化管理雷达与通信网络资源，实现传感器模式的调整，最终提高区域探测效能。第七，通信网络分系统。该系统下以已有数据通信设备为基准，利用有线通信和无线通信的方式，给予融合信息传送以保证。从设计原则角度讲，通信网络分系统利用现有通信线路，增加通信管理设备，一方面使得现空管雷达通信接口与ADS-B设备通信接口具备兼容性，另一方面确保了系统备份与应急通信等。空管雷达多数据源融合系统在管理控制分系统闭环控制下，做好信息分发与跟踪等任务，确保传感器探测具备独立性，提升探测精准度。

3. 点迹融合分系统处理流程设计分析

多源融合系统中，点迹融合分系统占据一定地位，发挥着重要作用。针对雷达点迹信息完成时间配准，利于下面点迹关联与航迹滤波具备一致性。在权重知识库下，点迹关联进行融合处理。融合后的点迹完成航迹跟踪。第一，时间配准，其中包含时间轴对准。不同雷达特点具有差异性，性能各异，融合处理前做好时间配准极为关键，不然会获得不正的融合结果。目前形势背景下，雷达可用的时间基准包含北斗与原子钟，依据空管系统建设情况，系统利用GPS授时方式。第二，点迹时间配准。雷达工作地点不同，开机时间不同，脉冲重复周期具有差异性，数据传播延时也不同，就算以时间轴为基准，雷达对同以目标观测到的时间具有较大区别，因此，需确保雷达测量数据实现同步校准。第三，点迹关联。点迹融合中点迹关联是极为重要的，将雷达观测点迹凝集一起明确每组观测归属于哪种实体目标观测。

结束语：

空管监视情报为空防系统提供预警信息，更好的判明目标属性，有效区分飞行性质。文章深入分析了空管空防一体化建设与空管监视系统，提出了空管雷达多源数据融合系统设计方案，希望给予空管监视系统设计有效的参考。

参考文献：

[1]何桂萍. ADS-B与雷达组合监视数据融合方法研究[D]. 中国民用航空飞行学院, 2018.

[2]刘社. 雷达和AIS目标航迹融合处理方法的研究[D]. 大连海事大学, 2016.