CN101110165A - 一种ads-b监视技术的数据评估*** - Google Patents

一种ads-b监视技术的数据评估*** Download PDF

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Abstract

一种ADS－B监视技术的数据评估***，ADS－B飞机比例统计模块，对当前装载有ADS－B机载设备的飞机比例进行统计，判断ADS－B飞机数量；监视精度评估模块，对ADS－B位置报文数据的精度进行评估，比较同一段时间间隔内ADS－B和雷达位置数据与标准位置的方差大小，得出监视精度结论；可靠性评估模块，对ADS－B监视数据的可靠性进行评估，分别计算同一段时间间隔内雷达与ADS－B监视数据的漏点率，进行比较并得到ADS－B监视数据的可靠性结论；数据完好性评估模块，对ADS－B监视数据的完好性进行评估；伪目标概率评估模块，用于对ADS－B位置报文数据的伪目标概率进行评估，进而得出ADS－B监视数据的伪目标概率结论。本发明在工程上容易实施，有效地实现了ADS－B监视技术的数据评估。

Description

一种ADS-B监视技术的数据评估***
技术领域
本发明涉及一种监视技术的数据评估***，特别是一种ADS-B监视技术的数据评估方法，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***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。
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***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***、飞机以及地基***通过高速数据链实现空天地一体化协同监视。ADS-B不仅克服了传统雷达监视手段的一些问题，并且具有精度高、更新率高、应用范围广、地面设备建设和维护费用低等优势。
作为未来新航行***中的一项重要监视技术，在雷达覆盖区域，ADS-B将作为雷达监视手段的有效补充，对其校准或补盲；在非雷达覆盖区域，ADS-B将成为一种独立的监视手段，提供一种新的监视手段。然而，要达到上述目标的重要前提就是ADS-B监视数据的有效性和可靠性，因此亟需一种ADS-B监视数据的评估方法，来验证对ADS-B监视数据的有效性和可靠性起决定性作用的关键参数。
由于过去主要采用雷达作为航空监视手段，因此ADS-B监视数据的比较对象为雷达监视数据，取RTK接收机得到的数据为基准监视数据。ICAO把可以与雷达提供相似的服务称为类雷达服务，目前国际上已经有许多国家和地区开始对采用ADS-B技术提供类雷达服务进行试验和评估，其中美国和澳大利亚已完成了试验和运行评估工作，相关的评估报告也已经公开，但是一方面，这些评估都是针对本国实际情况进行的，对我国的ADS-B评估参考价值不大；另一方面，这些评估都只是公布了最终的评估结果，而具体的评估方法没有公开。中国民航的ADS-B评估需要结合本国实际情况，尽快开展ADS-B应用研究评估工作。而ADS-B应用研究评估工作的关键，就是需要一套行之有效的ADS-B监视技术的数据评估方法，目前国外在该领域对外封锁，而国内在该领域则尚无研究。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种ADS-B监视技术的数据评估***，该***在工程上容易实施，有效地实现了ADS-B监视技术的数据评估。
本发明的技术解决方案：一种ADS-B监视技术的数据评估***，其特点在于包括：ADS-B飞机比例统计模块、监视精度评估模块、可靠性评估模块、数据完好性评估模块和伪目标概率评估模块，其中：
(1)ADS-B飞机比例统计模块，对当前装载有ADS-B机载设备的飞机比例进行统计，通过地面站接收来自飞机的广播ADS-B数据判断ADS-B飞机数量；
监视精度评估模块，对ADS-B位置报文数据的精度进行评估，以RTK提供的位置数据为标准位置数据，比较同一段时间间隔内ADS-B和雷达位置数据与标准位置数据的方差大小，得出监视精度结论；
可靠性评估模块，用于对ADS-B监视数据的可靠性进行评估，分别计算同一段时间间隔内雷达与ADS-B监视数据的漏点率，进行比较并得到ADS-B监视数据的可靠性结论；
数据完好性评估模块，用于对ADS-B监视数据的完好性进行评估，计算一段时间间隔内从ADS-B报文数据中提取完好性质量参数NUC≥5的报文数占总ADS-B报文数的比例，即完好率，得到ADS-B监视数据的完好性结论；
伪目标概率评估模块，用于对ADS-B位置报文数据的伪目标概率进行评估，以RTK提供的位置数据为标准位置数据，首先通过ADS-B和雷达位置数据与标准位置数据的差别程度来判断是否是伪目标，然后计算比较同一段时间间隔内ADS-B和雷达位置数据的伪目标概率并比较其大小关系，得出ADS-B监视数据的伪目标概率结论。
本发明与现有技术相比的优点在于：作为一种新的航空监视手段，ADS-B报文数据中提供了丰富的监视信息，不仅有飞行状态信息，还有状态信息的质量参数，本发明从ADS-B飞机比例、监视精度、可靠性、数据完好性和伪目标概率等5个方面对ADS-B监视数据进行了评估，其中还对不同天气环境、地形环境以及高度层情况的ADS-B监视数据分别进行了评估。该方法在工程上容易实施，可以有效地实现ADS-B监视技术的数据评估。
附图说明
图1为本发明的组成框图；
图2为本发明中的ADS-B飞机比例统计模块的实现流程图；
图3为本发明中的监视精度评估模块的实现流程图；
图4为本发明中的可靠性评估模块的实现流程图；
图5为本发明中的数据完好性评估模块的实现流程图；
图6为本发明中的伪目标概率评估模块的实现流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的ADS-B监视技术的数据评估总体流程，包括5个模块：ADS-B飞机比例统计模块、监视精度评估模块、可靠性评估模块、数据完好性评估模块和伪目标概率评估模块，其处理流程如下：
(1)ADS-B飞机比例统计模块
该模块对当前装载有ADS-B机载设备的飞机比例进行统计，通过地面站接收来自飞机的广播ADS-B数据判断ADS-B飞机数量。具体实现如图2所示：首先从数据库服务器提取整个评估飞行阶段采集到的ADS-B数据，然后基于通过地面站接收来自飞机的广播ADS-B数据，即飞机的ICAO地址，计算发送ADS-B数据的实际飞机架次数，最后计算发送ADS-B数据的飞机占飞机总流量的比例，计算公式为ADS-B飞机比例＝发送ADS-B数据的飞机/飞机总流量。
(2)监视精度评估模块
该模块对ADS-B位置报文数据的精度进行评估，以RTK提供的位置数据为标准位置数据，比较同一段时间间隔内ADS-B和雷达位置数据与标准位置的方差大小，得出监视精度结论。具体实现如图3所示：
首先从数据库服务器分别提取一段时间间隔内来自同一架飞机的相同离散时间点的ADS-B位置信息与通过雷达监视得到的位置信息，并从数据库服务器提取一段时间间隔内来自同一架飞机的相同离散时间点的标准位置信息；然后根据目标距离雷达站的距离分为3个范围，根据目标所在位置的天气、地形以及高度层分为不同情况；最后在目标距离雷达站3种距离、所在位置的天气、地形以及高度层情况下分别计算ADS-B位置信息和通过雷达监视得到的位置信息与标准位置偏差的方差，仅对ADS-B与雷达同时探测到的航迹点求方差，并比较其大小关系，进而得出各种情况下ADS-B监视精度的结论。
(3)可靠性评估模块
该模块对ADS-B监视数据的可靠性进行评估，可靠性是通过漏点率的计算来衡量的，使用的方法是分别计算同一段时间间隔内雷达与ADS-B监视数据的漏点率，进行比较并得到ADS-B监视数据的可靠性结论。具体实现过程如图4所示：
首先给雷达和ADS-B的漏点数分别初始化为0，然后分别在一段时间间隔内从数据库服务器连续提取来自同一架飞机的雷达数据和ADS-B数据，并根据目标距离雷达站的距离分为3个范围，根据目标所在位置的天气、地形以及高度层分为不同情况，分别加以判断；对雷达数据，如果连续3个正北报时间未收到航迹点，则认为雷达探测出现漏点，并将雷达漏点数增加至m个，否则继续提取雷达数据，之后直到时间间隔结束，接着在目标距离雷达站3种距离下、目标所在位置的不同天气、地形以及高度层下，分别计算雷达漏点率，计算公式为雷达漏点率＝漏点数/航迹点总数；类似的，对ADS-B数据，如果连续3个***周期内未收到航迹点，则认为ADS-B探测出现漏点，并将ADS-B漏点数增加至3个，否则继续提取ADS-B数据，之后直到时间间隔结束，接着在目标距离雷达站3种距离下、目标所在位置的不同天气、地形以及高度层下，分别计算雷达漏点率，计算公式同上；最后，在目标距离雷达站3种种距离、目标所在位置的不同天气、地形以及高度层情况下，分别判断雷达与ADS-B漏点率的大小关系，并得到各种情况下的ADS-B可靠性结论。
(4)数据完好性评估模块
该模块对ADS-B监视数据的完好性进行评估，完好性是通过ADS-B报文中的完好性质量参数NUC来衡量的，根据ICAO规定，NUC≥5的ADS-B报文数据符合类雷达服务的数据完好性要求，基于该规定，使用的方法是计算一段时间间隔内从ADS-B报文数据中提取的NUC≥5的报文数占总ADS-B报文数的比例，即完好率，进而得到ADS-B监视数据的完好性结论。具体实现过程如图5所示：
首先从数据库服务器分别提取一段时间间隔内接收到的所有ADS-B位置信息；然后分别提取NUC值，如果NUC＜5，则判断为不符合类雷达服务数据完好性要求；否则，则判断为符合类雷达服务数据完好性要求；最后统计符合类雷达服务数据完好性要求的航迹点数与总点迹数，并按照公式完好率＝符合类雷达服务数据完好性要求的航迹点数/总点迹数，计算ADS-B数据的完好率，得出ADS-B数据完好性的结论。
(5)伪目标概率评估模块
该模块对ADS-B位置报文数据的伪目标概率进行评估，使用的方法是以RTK提供的位置数据为标准位置数据，首先通过ADS-B和雷达位置数据与标准位置数据的差别程度来判断是否是伪目标，然后计算比较同一段时间间隔内ADS-B和雷达位置数据的伪目标概率并比较其大小关系，进而得出ADS-B监视数据的伪目标概率结论。其详细过程及所含内容如图所示：
首先从数据库服务器分别提取一段时间间隔内来自同一架飞机的相同离散时间点的ADS-B位置信息与通过雷达监视得到的位置信息，并从数据库服务器提取一段时间间隔内来自同一架飞机的相同离散时间点的标准位置信息；然后根据目标距离雷达站的距离分为3个范围，根据目标所在位置的天气、地形以及高度层分为不同情况；接着在各个时间点分别判断ADS-B位置信息和雷达位置信息与标准位置信息距离是否小于n＜1000英尺，如果满足则认为是正确监视信息，否则认为是伪目标；最后分别统计目标距离雷达站3种距离、目标所在位置的不同天气、地形以及高度层情况下ADS-B数据和雷达数据的伪目标数与总点迹数并计算按照公式伪目标数/总点迹数计算ADS-B和雷达数据的伪目标概率，并比较其大小关系，进而得出各种情况下ADS-B伪目标概率的结论。

Claims (6)

1.一种ADS-B监视技术的数据评估***，其特征在于包括：ADS-B飞机比例统计模块、监视精度评估模块、可靠性评估模块、数据完好性评估模块和伪目标概率评估模块，其中：
(1)ADS-B飞机比例统计模块，对当前装载有ADS-B机载设备的飞机比例进行统计，通过地面站接收来自飞机的广播ADS-B数据判断ADS-B飞机数量；
监视精度评估模块，对ADS-B位置报文数据的精度进行评估，以RTK提供的位置数据为标准位置数据，比较同一段时间间隔内ADS-B和雷达位置数据与标准位置数据的方差大小，得出监视精度结论；
可靠性评估模块，用于对ADS-B监视数据的可靠性进行评估，分别计算同一段时间间隔内雷达与ADS-B监视数据的漏点率，进行比较并得到ADS-B监视数据的可靠性结论；
数据完好性评估模块，用于对ADS-B监视数据的完好性进行评估，计算一段时间间隔内从ADS-B报文数据中提取完好性质量参数NUC≥5的报文数占总ADS-B报文数的比例，即完好率，得到ADS-B监视数据的完好性结论；
伪目标概率评估模块，用于对ADS-B位置报文数据的伪目标概率进行评估，以RTK提供的位置数据为标准位置数据，首先通过ADS-B和雷达位置数据与标准位置数据的差别程度来判断是否是伪目标，然后计算比较同一段时间间隔内ADS-B和雷达位置数据的伪目标概率并比较其大小关系，得出ADS-B监视数据的伪目标概率结论。
2.根据权利要求1所述的ADS-B监视技术的数据评估***，其特征在于：所述的ADS-B飞机比例统计模块实现过程为：首先从数据库服务器提取整个评估飞行阶段采集到的ADS-B数据，然后基于飞机的ICAO地址计算发送ADS-B数据的实际飞机架次数，最后计算发送ADS-B数据的飞机占飞机总流量的比例。
3.根据权利要求1所述的ADS-B监视技术的数据评估***，其特征在于：所述的监视精度评估模块实现过程为：
(1)首先从数据库服务器分别提取一段时间间隔内来自同一架飞机的相同离散时间点的ADS-B位置信息与通过雷达监视得到的位置信息，并从数据库服务器提取一段时间间隔内来自同一架飞机的相同离散时间点的标准位置信息；
(2)然后将目标距离雷达站的距离分为m，m≥3个范围，根据目标距离雷达站m种距离，在位置的天气、地形和高度层情况下分别计算ADS-B位置信息和通过雷达监视得到的位置信息与标准位置偏差的方差，并比较其大小关系，得出各种情况下ADS-B监视精度的结论。
4.根据权利要求1所述的ADS-B监视技术的数据评估***，其特征在于：所述的可靠性评估模块实现过程为：
(1)首先给雷达和ADS-B的漏点数分别初始化为0；
(2)然后分别在一段时间间隔内从数据库服务器连续提取来自同一架飞机的雷达数据和ADS-B数据，并根据目标距离雷达站的距离分为m个范围，根据目标所在位置的天气、地形以及高度层分为不同情况，分别加以判断；
(3)对雷达数据，如果连续m个正北报时间未收到航迹点，则认为雷达探测出现漏点，并将雷达漏点数增加至m个，否则继续提取雷达数据，之后直到时间间隔结束，接着在目标距离雷达站m种距离下、目标所在位置的不同天气、地形以及高度层下，分别计算雷达漏点率，计算公式为雷达漏点率＝漏点数/航迹点总数；
(4)对ADS-B数据，如果连续m个***周期内未收到航迹点，则认为ADS-B探测出现漏点，并将ADS-B漏点数增加至m个，否则继续提取ADS-B数据，之后直到时间间隔结束，接着在目标距离雷达站m种距离下、目标所在位置的不同天气、地形以及高度层下，分别计算雷达漏点率，计算公式为雷达漏点率＝漏点数/航迹点总数；
(5)最后，在目标距离雷达站m种距离、目标所在位置的不同天气、地形以及高度层情况下，分别判断雷达与ADS-B漏点率的大小关系，并得到各种情况下的ADS-B可靠性结论。
5.根据权利要求1所述的ADS-B监视技术的数据评估***，其特征在于：所述的数据完好性评估模块实现过程为：
(1)首先从数据库服务器分别提取一段时间间隔内接收到的所有ADS-B位置信息；
(2)然后分别提取完好性质量参数NUC值，如果NUC＜5，则判断为不符合类雷达服务数据完好性要求；否则，则判断为符合类雷达服务数据完好性要求；
(3)最后统计符合类雷达服务数据完好性要求的航迹点数与总点迹数，并按照公式完好率＝符合类雷达服务数据完好性要求的航迹点数/总点迹数，计算ADS-B数据的完好率，得出ADS-B数据完好性的结论。
6.根据权利要求1所述的ADS-B监视技术的数据评估***，其特征在于：所述的伪目标概率评估模块实现过程为：
(1)首先从数据库服务器分别提取一段时间间隔内来自同一架飞机的相同离散时间点的ADS-B位置信息与通过雷达监视得到的位置信息，并从数据库服务器提取一段时间间隔内来自同一架飞机的相同离散时间点的标准位置信息；
(2)然后将目标距离雷达站的距离分为m个范围，根据目标所在位置的天气、地形以及高度层的情况，在各个时间点分别判断ADS-B位置信息和雷达位置信息与标准位置信息距离是否小于n，n＜1000英尺，如果满足则认为是正确监视信息，否则认为是伪目标；
(3)最后分别统计目标距离雷达站m种距离、目标所在位置的不同天气、地形以及高度层情况下ADS-B数据和雷达数据的伪目标数与总点迹数并计算按照公式伪目标数/总点迹数计算ADS-B和雷达数据的伪目标概率，并比较其大小关系，得出各种情况下ADS-B伪目标概率的结论。
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