多点相关系统与传统监视技术对比及未来发展方向分析 摘要：分析目前各个大中型机场使用较多的监视技术现状，研究了多点相关系统的技术优劣势，行成了多点相关系统与其他监视技术的对比优劣势分析。多点相关系统建设成本较低，监视精度较高，地面站建设灵活不易受地形限制，冗余性和可扩展性更强，适合周边地形较为复杂的机场提高监视覆盖率。同时，分析了多点相关系统目前国内外的多点定位技术的现状。 关键字：多点定位系统；雷达；ADS-B； 引言 随着机场快速发展，航班量与日俱增，对空管保障能力和监视水平的要求越来越高，若是军民合用机场，场面运行的复杂度会更高，对监视技术的要求更为苛刻。为了提高机场的监视水平，选择适合机场的监视技术，将展开对目前比较成熟的监视技术：雷达、ADS-B系统、MLAT系统等的分析，从而确定较优的建设方案和建设内容。 1 多点相关系统技术概要 多点相关系统简称为MLAT，也叫做双曲定位，是通过精确计算物体向三个以上接收器发出信号的到达时间差（TDOA）来定位该物体的过程。也可以通过计算从三个以上同步传输器传输出的信号的到达时间差来定位接收器。 脉冲从发射平台发出后，到达两个不同地点的接收站点时略有时间差，这个到达时间差是由于每个接收站点与发射平台的不同距离所造成的。事实上，若已知两个接收器的位置，将有一系列的发射地点的到达时间差都是相同的。若已知两个接收器的位置和到达时间差，发射点所在位置的轨迹是一组双曲面中的半面。 在此基础上再考虑加入第三个接收站点。这样就能计算出另两个到达时间差值，从而可以在另一组双曲面上定位发射器。发射器位置就位于这两组双曲面的相交线上。 在实际应用中，多于四个接收站点可以增强脉冲到达时间差值的精确度。一般来说，N个接收站点可以计算出个双曲面。假设模型和测算都是理想的，当N>4时，这N-1个双曲面就应该交于一点。但事实上，由于多种误差，这些面很少相交。在这种情况下，定位问题可以作为优化问题来解决，比如说可以使用最小二乘法或扩展卡尔曼滤波器来进行优化。 一般来说，MLAT技术在物体定位方面比起其他技术，例如三角测量，具有更高的精确度。MLAT技术的精确度是一个含有多个变量的函数，包括： （1）接收器和传输器的几何位置。 （2）接收器系统的计时精确度。 （3）传输站点和接收站点同步的精确度。若被不明传输影响，精确度会降级。 （4）发射脉冲的带宽。 （5）接收器所在地点的不确定因素。 2 雷达技术概要 一次雷达可以分成三类： 机场监视雷达（ASR：Airport Surveillance Radar），它的作用距离为100海里，主要是塔台管制员或进近管制员使用。 航路监视雷达（ARSR:Air Route Surveillance Radar），设置在航管控制中心或相应的航路点上。它的探测范围在250海里以上，高度可达13000米。 场面监视雷达，它的功率小，作用距离一般为1英里，主要用于繁忙机场的地面监控，保证安全。 3 ADS-B技术概要 ADS-B中文名称为广播式自动相关监视，是一种基于全球卫星定位系统和利用空地、空空数据链实现交通监控和信息传递的空管监视新技术。 它不需要飞行员干预以及地面询问，航空器或车辆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、车辆以及地基系统通过高速数据链进行空天地一体化协同监视。 4 多点相关系统、ADS-B和雷达优缺点分析 二次雷达、多点定位系统、ADS-B系统优缺点情况见表所示。 表1 二次雷达、MLAT系统和ADS-B系统优缺点对比情况 通过对比表可以看出，二次雷达、多点定位系统和ADS-B系统均可实现终端（进近）管制区的监视，其中ADS-B系统的定位精度比较稳定，因此将ADS-B系统作为主要的监视手段。 5 多点相关系统与场面监视雷达系统的区别 多点相关系统对比传统的雷达场面监视具备以下优势： （1）精度确保性能佳 传统雷达的精度为几十米，国际民航组织对场面监视的定位精度要求为7米，而多点相关系统场面监视的精度可以做到更高，完全满足国际民航组织的要求，远远高于传统雷达。随着作用距离的增大，传统雷达的精度愈加低于多点相关系统。 （2）可侦测A/C模式、S模式和ADS-B目标 未来，ADS-B（自动相关监视广播系统）将逐步取代A/C模式和S模式，能提供更多的信息，包括航空器的标识、航向、速度和预警处理的输入，其接收器的成本更低。多点相关可同时接收A/C模式，S模式和ADS-B信号，并通过中央服务器以MLAT和ADS-B两种形式输出。从现在开始多点相关技术将与ADS-B技术逐渐融合，在未来十年内，形成ADS-X系统。 （3）覆盖范围更大、更灵活 场面监视雷达（SMR）对地面目标的覆盖受天线高度和建筑遮蔽影响。由于场面监视雷达天线一般选择在塔台上，而塔台的高度和位置都是固定的，因此，盲区不可避免。但场区内建设几十米高的天线塔在用地和净空限制方面都很难解决，即使能够解决，成本也过高。 多点相关系统依靠多个接收机接收飞机及车辆车载应答机的二次应答信号来确定目标位置。通过增加接收机数量和位置就可以补盲，且成本相对低得多。多点相关系统可覆盖传统雷达被地形或者建筑物遮盖的区域，若通过适当的布点，在理论上可覆盖任何区域。 （4）分布式部署，冗余性和可扩展性更强 多点相关系统同时有十几个或者几十个站点工作，完全可以保证对覆盖区域的监视，当一个或少数几个站点出现故障时，不影响整体系统的运行。并可随着机场的改造或扩建进行扩展，覆盖更广的区域。 6 多点定位技术国内外现状 目前，采用多点定位技术且比较成熟的机场场面监视产品有美国Sensis公司生产的MDS，美国Era公司生产的MSS等。 经过近十年的研发和试验，MDS具有较高的可靠性和准确性，同时通过了欧洲和美国民航当局的技术认证，完全能够满足空中交通管制的严格要求。MSS系统则将分布计时结构与中央计时结构相结合，以满足从场面监视到广域监视的所有方案的要求。 截止目前国内多个机场均已建设了多点定位系统。北京首都机场、广州机场、成都机场、武汉机场、重庆机场、桂林机场、郑州机场、长沙机场、海口机场、深圳机场、乌鲁木齐机场等陆续建设了多点定位系统。目前国内的多点定位系统设备厂家主要有民航二所、南京莱斯等单位，技术越来越趋于成熟，并在国内多个机场有投入使用。 参考文献： [1]宫峰勋，雷艳萍，许跃，马艳秋. 机场场面多点定位系统定位精度研究[A].计算机工程,2011.8. [2]吴宏刚，刘昌忠，黄忠涛.机场场面多点定位系统优选方法[D]. 电讯技术,2009（49）.12. [3]冯军红. 关于小机场场面监视的多点定位技术[J]. 计算机仿真,2016. 本文来源：https://www.wddqw.com/doc/2a0905e5393567ec102de2bd960590c69ec3d8ac.html