蘭州中川國際機(jī)場(chǎng)多點(diǎn)定位地面站選址仿真分析

張海洋

（民航甘肅空管分局技術(shù)保障部雷達(dá)室，蘭州 730087）

1 引言

近年來，隨著國家對(duì)西部經(jīng)濟(jì)的大力投入，以及甘肅省經(jīng)濟(jì)和旅游市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展，蘭州中川國際機(jī)場(chǎng)2016年旅客吞吐量首次突破1000萬人次大關(guān)，標(biāo)志著蘭州中川國際機(jī)場(chǎng)正式跨入全國大型繁忙機(jī)場(chǎng)行列，2018年全年旅客吞吐量達(dá)到1385萬，日均起降達(dá)到300架次。航班量的高速增長，給空管系統(tǒng)管制員工作無疑帶來了巨大的安全壓力和挑戰(zhàn)，如果還是單純依靠管制員自身的目視觀察來監(jiān)控指揮航空器，勢(shì)必會(huì)加重管制員的工作負(fù)荷，為此，有必要在蘭州本場(chǎng)引入多點(diǎn)定位技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)本場(chǎng)航空器地面運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，減輕管制員的工作壓力，本文將以多點(diǎn)定位地面站的站址選取方法來展開探討，完成蘭州中川國際機(jī)場(chǎng)多點(diǎn)定位最佳布站的設(shè)想。

2 多點(diǎn)定位系統(tǒng)原理

機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面多點(diǎn)定位系統(tǒng)通過計(jì)算移動(dòng)目標(biāo)發(fā)射信號(hào)到達(dá)主站和基站的時(shí)間差（TDOA）來估算其空間位置，因此可以精確地對(duì)機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面移動(dòng)或者靜止的目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)視。多點(diǎn)定位系統(tǒng)為機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面提供了一種與傳統(tǒng)一次場(chǎng)面監(jiān)視雷達(dá)不同的技術(shù)手段，其經(jīng)濟(jì)成本較場(chǎng)面監(jiān)視雷達(dá)低、地面站站選址較為靈活，并且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)場(chǎng)面航空器高精度的定位、跟蹤和監(jiān)視，因此，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

3 多點(diǎn)定位系統(tǒng)布站和GDOP仿真分析

從上述分析可知，與GDOP值有關(guān)的變量：移動(dòng)目標(biāo)與各接收站的幾何位置，移動(dòng)目標(biāo)的高度，地面站數(shù)目、地面站天線長度和地面站點(diǎn)的布站形式。因此提高定位精度的方法：增加地面站數(shù)目、增加天線長度、優(yōu)化地面站點(diǎn)的布站形式。以倒三角形、星型的兩種布站形式下的移動(dòng)目標(biāo)高度、天線長度、地面站點(diǎn)位置和定位精度的關(guān)系展開討論，以此為實(shí)際工作中地面站點(diǎn)的設(shè)置，提供科學(xué)的依據(jù)，得到最佳的布站形式。

4 多點(diǎn)定位布站方法在蘭州機(jī)場(chǎng)的運(yùn)用

通過上述對(duì)多點(diǎn)定位的原理及仿真分析，下面將以蘭州中川國際機(jī)場(chǎng)為例，分析如何在蘭州機(jī)場(chǎng)進(jìn)行多點(diǎn)定位的布站。

4.1 多點(diǎn)定位系統(tǒng)硬件組成

多點(diǎn)定位系統(tǒng)硬件有：中心處理站、接收站、參考測(cè)試站和終端顯示。中心處理站和參考測(cè)試站各一個(gè)，接收站有多個(gè)，具體個(gè)數(shù)，需通過仿真進(jìn)行確定。物理連接方式上，各個(gè)接收站和中心站之間通過光纜連接，而參考測(cè)試站以無線方式向外輻射電磁波，與其他站之間沒有通過任何電纜連接。

接收站由一個(gè)1090MHz接收天線、一個(gè)接收機(jī)和一個(gè)低噪聲放大器組成，三者之間通過射頻電纜連接.接收站主要功能：接收目標(biāo)發(fā)射的1090MHz信號(hào)，預(yù)處理之后發(fā)送到中心站處理。

中心處理站由同步單元和數(shù)據(jù)處理單元兩大核心模塊組成，同步單元功能：產(chǎn)生統(tǒng)一的時(shí)鐘信號(hào)和同步信號(hào)，通過光纖傳送至各個(gè)接收站。數(shù)據(jù)處理單元功能：接收來自各個(gè)接收站送來的數(shù)字信號(hào)，然后進(jìn)行相關(guān)處理，計(jì)算目標(biāo)位置，形成目標(biāo)報(bào)告。

參考測(cè)試站是由天線和發(fā)射機(jī)組成，其功能是對(duì)各個(gè)接收站進(jìn)行同步校準(zhǔn)。

多點(diǎn)定位地面站安裝調(diào)試相比場(chǎng)面監(jiān)視雷達(dá)而言簡單易行，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控和管理，占用空間小，無需人員現(xiàn)場(chǎng)值守，節(jié)省大量的人員經(jīng)費(fèi)。其定位精度高、更新速率快，能滿足場(chǎng)面監(jiān)視的性能要求，采用無源的定位技術(shù)，解決了ADS-B易欺騙的安全性問題，同時(shí)還配有二次雷達(dá)詢問機(jī)，以此來解決有些老舊機(jī)型無ADS-B的問題。此外多點(diǎn)定位接收站還兼容ADS-B地面站功能，各個(gè)接收站之間實(shí)現(xiàn)ADS-B的相互備份，多個(gè)接收站實(shí)現(xiàn)ADS-B的多重覆蓋，其還可以與ADS-B相結(jié)合，降低了系統(tǒng)復(fù)雜度和成本，無需加裝或改造機(jī)載設(shè)備，具備大規(guī)?？焖賹?shí)施的基礎(chǔ)。

4.2 最佳布站方法

通過上述比較，可以將倒三角形和星型布站兩種方式結(jié)合起來，能得到更好的定位精度。

移動(dòng)目標(biāo)在70度-130度區(qū)間，定位誤差最小，且還比星型布站低，所以在70度-130度這個(gè)范圍時(shí)，可以采用倒三角形進(jìn)行布站，但在三個(gè)基站的連線上定位誤差增大，甚至出現(xiàn)了盲區(qū)。而星型布站在各個(gè)方向上比較平均，定位誤差變化較小，波動(dòng)較小，從而確保了各個(gè)方向上都有較高的定位精度，該定位方法適合運(yùn)動(dòng)目標(biāo)方向不確定的時(shí)候。因此可以得知，倒三角形布站方向性好，星型布站各個(gè)方向定位精度比較均衡，所以在布置多個(gè)地面站時(shí)，可以采用兩者相結(jié)合的方式，從而得到最優(yōu)的布站效果，因此將該方法運(yùn)用在蘭州中川國際機(jī)場(chǎng)多點(diǎn)定位系統(tǒng)站點(diǎn)的設(shè)置上。

5 結(jié)束語

本文通過比較多點(diǎn)定位系統(tǒng)地面站的布站模型，得出采用倒三角形和星型的布站方式，可以獲得較好的覆蓋和定位精度，并成功運(yùn)用于蘭州中川國際機(jī)場(chǎng)多點(diǎn)定位系統(tǒng)的建設(shè)，這對(duì)日后多點(diǎn)定位系統(tǒng)地面站的選址提供些許參考和幫助。