廣州區(qū)管ADS—B二級中心數(shù)據處理及配置分析

鄒繼科

摘要：分析ADS-B二級中心監(jiān)視數(shù)據處理及配置的詳細信息。通過單路數(shù)據、多路融合、旁路信號等數(shù)據的分析處理，介紹ADS-B系統(tǒng)輸出數(shù)據的判定方法及配置生效流程。ADS-B二級數(shù)據處理中心可通過多種方式進行數(shù)據校驗，能夠靈活的管理系統(tǒng)軟件及版本參數(shù)。今后，ADS-B系統(tǒng)將會以其穩(wěn)定可靠的數(shù)據輸出，更廣泛的投入民航生產的保障中。

關鍵詞：ADS-B；數(shù)據處理；配置

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2019）05-0001-03

中南地區(qū)空中交通管理局根據民航局統(tǒng)一部署，建立為ADS-B二級數(shù)據處理中心，主要由中南空管局網絡中心研發(fā)。該數(shù)據處理中心主要實現(xiàn)ADS-B數(shù)據處理結果的直觀展現(xiàn)，基于全國地圖背景疊加顯示ADS-B單路及多路融合處理后的航跡目標等信息，為客戶提供便捷、靈活的人機交互操作窗口，呈現(xiàn)基于ADS-B監(jiān)視技術的全新監(jiān)視態(tài)勢畫面。

系統(tǒng)可以處理多種類型的監(jiān)視數(shù)據，通過系統(tǒng)配置管理網站，可以對系統(tǒng)運行需要的軟件和參數(shù)版本進行管理，包括統(tǒng)一的軟件和參數(shù)安裝、配置和升級。系統(tǒng)能保存當前和之前若干運行版本的參數(shù)和軟件，并在特定情況下進行版本或參數(shù)的回滾操作。

1 ADS-B各類監(jiān)視數(shù)據處理

ADS-B數(shù)據融合處理采用數(shù)據幀優(yōu)選機制盡快傳輸數(shù)據幀，數(shù)據處理中心能對每個航跡進行跟蹤，并保持二次代碼、呼號、地速、空速、爬升率，GPS高度，航向等信息（保持時間可通過參數(shù)配置），在數(shù)據幀數(shù)據項缺失時補充數(shù)據項。系統(tǒng)能處理符合 ASTERIX CAT021 格式的 ADS-B 數(shù)據，包括0.26、1.4、2.1等版本；能接收處理地面站的狀態(tài)信息，包括地面站運行狀態(tài)數(shù)據輸入接口：ASTERIX CAT023 V1.2或以上等信息。系統(tǒng)的監(jiān)控處理能把地面站的狀態(tài)信息顯示在畫面上。

1.1監(jiān)視數(shù)據引接

ADS-B系統(tǒng)能同時接收處理多個不同的數(shù)據源經由不同的邏輯數(shù)據通道發(fā)送過來的ADS-B數(shù)據。廣州區(qū)域管制中心ADS-B二級數(shù)據中心，最多可引接處理512路地面站或數(shù)據站數(shù)據。每個數(shù)據源（地面站或數(shù)據站系統(tǒng)）可最多同時接入2個通道的數(shù)據作為冗余，系統(tǒng)可自動或人工選擇其中一個通道作為主通道，參與多路ADS-B數(shù)據融合處理，另一通道作為備通道，只做必要的質量監(jiān)視而不參與多路融合。在系統(tǒng)切換主備通道時，不會影響系統(tǒng)對該數(shù)據源數(shù)據的正常處理。

1.2數(shù)據格式說明

ADS-B系統(tǒng)可引接處理符合 ASTERIX 標準規(guī)范中的021類和023類格式ADS-B數(shù)據，其中021類目標數(shù)據支持0.26、1.4、1.5、2.1等常見版本，023類地面站狀態(tài)數(shù)據支持1.2版本。系統(tǒng)也支持在各通道數(shù)據中混合符合 ASTERIX 標準規(guī)范的247類格式數(shù)據，即格式版本說明信息，系統(tǒng)將檢查247類數(shù)據中聲明的數(shù)據格式版本與系統(tǒng)定義是否一致，不一致時以系統(tǒng)定義為準，同時在監(jiān)控席進行格式不一致提示。每個數(shù)據通道傳輸?shù)腁DS-B目標數(shù)據可以使用不同的格式版本，但同一數(shù)據通道必須是同一版本。攜帶不同SAC和SIC信息的ADS-B數(shù)據必須通過不同的數(shù)據通道進入系統(tǒng)，系統(tǒng)將檢查每個數(shù)據通道的配置定義與實際數(shù)據中聲明的SAC/SIC的一致性，不一致則視為錯誤數(shù)據而進行丟棄。

1.3其他監(jiān)視數(shù)據引接

系統(tǒng)還可引接符合ASTERIX標準規(guī)范的001/002類普通單雷達數(shù)據、048/034類S模式單雷達數(shù)據、062類綜合航跡數(shù)據以及20類MLAT目標數(shù)據等用于和ADS-B目標數(shù)據進行對比驗證

1.4 數(shù)據輸入通道控制

系統(tǒng)對接入的每種監(jiān)視數(shù)據的各個數(shù)據通道都可進行獨立控制。控制方式包括自動或人工切換雙通道中的A/B通道，以及關閉或打開某個通道。如果是ADS-B數(shù)據，還可控制某個通道的目標數(shù)據是否參與多路融合。對于配置為自動切換通道的ADS-B數(shù)據，系統(tǒng)通過實時監(jiān)控通道數(shù)據質量根據算法選擇數(shù)據質量較優(yōu)的通道數(shù)據參與多路融合。

系統(tǒng)自動監(jiān)控通道數(shù)據流量情況，可對通道設置流量上限，超過設置的流量上限可自動中斷改通道數(shù)據輸入，并可配置當該通道數(shù)據流量恢復正常后是否自動恢復對該通道數(shù)據的接收和處理。

1.5 數(shù)據解析處理

ADS-B系統(tǒng)數(shù)據的解析和處理包括單路數(shù)據、多路融合和旁路處理三個方面。

1.5.1 單路ADS-B數(shù)據解析和處理

系統(tǒng)對接收到的各路ADS-B目標數(shù)據進行解析和目標跟蹤處理，過濾異常數(shù)據，形成高質量的穩(wěn)定的單路目標航跡信息，并發(fā)布到目標態(tài)勢界面上，用戶可以選擇單獨觀察任意一路ADS-B的目標態(tài)勢，也可以將多路ADS-B單路目標同時疊加顯示便于互相對比。

1.5.2多路ADS-B數(shù)據融合

系統(tǒng)對接收到多路ADS-B目標數(shù)據，判斷其是否屬于多個地面站同時收到的相同目標的數(shù)據，在數(shù)據質量通過驗證的前提下根據先進先出的原則選擇最先到達的地面站數(shù)據作為融合信號進行輸出，其他地面站數(shù)據則進行過濾不在融合信號中輸出，保證同一個目標在一個周期內只有一個可靠的目標信號輸出。處理流程如圖1所示。

圖1 多路ADS-B數(shù)據融合流程

1.5.3 ADS-B旁路數(shù)據處理

系統(tǒng)配置有一臺旁路處理服務器，與輸出子網和輸出子網直接相連。ADS-B原始數(shù)據接入系統(tǒng)后，除了經由輸入子網進入運行子網進行正常處理之外，也會進入旁路處理服務器同時進行簡化的旁路處理（不做多路融匯、可疑目標驗證、質量監(jiān)視和控制及更新周期調整），如果接入的原始數(shù)據有雙路冗余，則系統(tǒng)將對這兩路進行數(shù)據有無的判斷，自動選擇有數(shù)據的通道（不進行優(yōu)選處理），最后采用專用數(shù)據通道向系統(tǒng)外進行轉發(fā)。

2 ADS-B數(shù)據質量控制

ADS-B系統(tǒng)可以對數(shù)據的質量進行監(jiān)控，包括對異常數(shù)據進行丟棄處理、對通道數(shù)據流量進行控制、對航跡目標數(shù)量控制、對數(shù)據格式及內容判斷等操作，把控高質量的數(shù)據輸送。

2.1異常數(shù)據處理

系統(tǒng)接收到的ADS-B數(shù)據在數(shù)據幀發(fā)送頻率、幀長度、數(shù)據格式等方面發(fā)生異常和錯誤時，系統(tǒng)能進行適當?shù)倪^濾丟棄等處理，不會對其他功能造成不良影響。

2.2 通道數(shù)據流量控制

系統(tǒng)對通道數(shù)據流量實施監(jiān)控，每個通道可設置數(shù)據幀數(shù)量上限，對單位時間系統(tǒng)接收超過設置上限的數(shù)據幀數(shù)量時，系統(tǒng)會自動關閉該通道的數(shù)據接入，并在監(jiān)控頁面進行告警提示。當通道數(shù)據流量恢復正常后用戶可配置是否需要自動恢復該通道數(shù)據的接收和處理。

2.3通道航跡目標數(shù)量控制

系統(tǒng)進行數(shù)據接收時可設置通道接收航跡目標上限，當通道單位時間接收到的航跡目標超過設置的上限時，系統(tǒng)自動中斷該通道數(shù)據的接收和處理，并在監(jiān)控頁面進行告警提示。系統(tǒng)對融合目標超過系統(tǒng)要求上限時，對后續(xù)增加的目標數(shù)據直接丟棄不予處理。

2.4 數(shù)據格式及內容的判斷

系統(tǒng)在處理ADS-B數(shù)據時，會對格式錯誤、長度異常、必要項缺失、SAC/SIC與通道定義不符、數(shù)據延時過大等數(shù)據異常幀進行丟棄，不參與后續(xù)數(shù)據處理流程。對數(shù)據幀質量因子進行解析判斷包括NUC/NIC/SIL/NAC等，根據民航局規(guī)定對質量因子值不達標的數(shù)據進行丟棄。

2.5 重要數(shù)據項保持

系統(tǒng)會根據多個地面站收到的數(shù)據進行解析，對輸出的融合數(shù)據檢查其重要數(shù)據項是否存在，如有缺失則將系統(tǒng)保存的之前收到的存在該項的數(shù)據值填入輸出的融合數(shù)據項中，保證輸出的融合數(shù)據信息的完整性。

3 ADS-B數(shù)據虛假目標判別

ADS-B系統(tǒng)對虛假目標進行覆蓋性符合驗證、覆蓋交叉驗證以及TDOA算法驗證，對于未通過算法驗證的目標，判斷為虛假目標，可以選擇是否對其進行輸出處理。

3.1覆蓋性符合驗證

系統(tǒng)會判斷地面站收到的航跡數(shù)據是否在其設置的最大接收覆蓋范圍內，如超過配置的覆蓋接收范圍，則判斷目標未通過該項驗證。

3.2覆蓋交叉驗證

在ADS-B與雷達或其他監(jiān)視數(shù)據重復覆蓋范圍內，若解析雷達或其他監(jiān)視數(shù)據未得到ADS-B目標，則判斷該目標未通過此項驗證。

3.3 TDOA算法驗證

目標被三個或三個以上地面站同時覆蓋情況下，通過地面站接收數(shù)據記錄的高精度時標利用TDOA算法計算得到一個目標位置，若計算得到的目標位置與解析目標數(shù)據幀得到的目標位置距離差超過設定的門限值，則判斷該目標為通過此項驗證。

使用TDOA為基礎，雷達（雷達綜合航跡）輔助的假目標判定機制。并可配置對外輸出數(shù)據時是否輸出假目標數(shù)據。

3.4虛假目標輸出

對于判斷為虛假的航跡目標，系統(tǒng)會在輸出的融合數(shù)據幀中進行擴展位標識，用戶可在數(shù)據輸出配置中選擇是否對其進行輸出。

4 ADS-B數(shù)據輸出

系統(tǒng)可定義多路邏輯數(shù)據輸出通道（端口），可以選擇單播、組播或廣播輸出，按照相同或不同的過濾或轉換要求，同時向系統(tǒng)外輸出ADS-B數(shù)據。各個通道輸出數(shù)據的來源可以相同或不同，可以是某地面站的單路原始數(shù)據，也可以是系統(tǒng)進行多路融合后的綜合目標數(shù)據。

4.1 可定制的過濾轉換條件

對于每個輸出數(shù)據通道，除了定義其輸出地址及端口等基本參數(shù)外，還可分別定制下列過濾轉換條件：

4.1.1輸出數(shù)據的數(shù)據來源

系統(tǒng)可選擇為融合目標信息或是某單路的原始信息。選擇綜合目標時可以選擇是否過濾可疑目標，當選擇原始數(shù)據時，可以選擇輸出的通道。

4.1.2輸出數(shù)據格式

系統(tǒng)可以輸出ASTERIX標準規(guī)范中的021類格式，版本可選擇0.26、1.4、1.5、2.1其中之一，并支持選擇需要輸出的數(shù)據項。

4.1.3 其他限定條件

系統(tǒng)可設置更新周期（輸出頻率）為即時輸出或定時若干秒輸出；系統(tǒng)可設置為延遲若干秒輸出，即輸出的目標數(shù)據為若干秒之前的數(shù)據；系統(tǒng)輸出限制空域為由一個或多個具有高度限制的三維柱體組合而成的立體空間，可設置為只輸出此空域內的目標或者只輸出此空域外的目標；也可設置為只輸出或不輸出指定航空公司的目標，可以設置多個航空公司三字碼；可設置為只輸出指定24位地址碼的目標，或不輸出指定24位地址碼的目標，可以同時設置多個等多項限制信息。

5 ADS-B 參數(shù)管理

ADS-B系統(tǒng)參數(shù)配置分為系統(tǒng)運行參數(shù)配置管理、數(shù)據輸出參數(shù)配置管理以及參數(shù)發(fā)布管理等功能。運行參數(shù)配置管理用來配置系統(tǒng)內部應用模塊運行的各項參數(shù)；數(shù)據輸出參數(shù)配置管理：配置系統(tǒng)數(shù)據輸出相關參數(shù)；參數(shù)發(fā)布管理：對配置文件進行發(fā)布管理。

系統(tǒng)運行參數(shù)配置管理配置系統(tǒng)各個模塊的運行參數(shù)，可對各個模塊參數(shù)進行增、刪、改、查等操作。對確認修改后的參數(shù)進行發(fā)布操作，參數(shù)發(fā)布完成后對應應用模塊程序將自動重讀配置文件，使得配置文件生效。

旁路參數(shù)管理可配置數(shù)據輸出用戶名稱、數(shù)據傳輸方式、數(shù)據輸出開關、發(fā)送數(shù)據IP和端口、服務器出口網卡IP，選擇需輸出的單站數(shù)據以及備注說明等。

5.1參數(shù)配置頁面介紹

參數(shù)配置界面可以進行輸入回放配置，用以配置回放系統(tǒng)輸入的地面站數(shù)據，可配置的參數(shù)項有：需要進行回放的地面站數(shù)據、地面站通道、數(shù)據發(fā)送IP、數(shù)據發(fā)送端口、回放時間、回放倍數(shù)、回放操作、開始、終止、暫停、恢復等操作。

輸出回放界面配置，用以配置回放系統(tǒng)輸出的ADS-B數(shù)據，可配置的參數(shù)項有：數(shù)據輸出對象、輸出數(shù)據通道、數(shù)據發(fā)送IP、數(shù)據發(fā)送端口等常規(guī)操作。

數(shù)據質量分析參數(shù)配置，用以配置數(shù)據質量分析模塊數(shù)據質量判斷標準值，可配置的參數(shù)項有：數(shù)據質量統(tǒng)計周期、航空器最大速度、判斷航跡消失時間、判斷位置或高度跳變時間范圍、判斷位置跳變距離、判斷高度跳變值、判斷數(shù)據延時時間等信息。

航跡告警參數(shù)配置，可配置24小時內不同時間段航跡數(shù)量下限值，在相應時間段內如果航跡數(shù)量小于設定值則在監(jiān)控界面進行告警提示，可配置的參數(shù)項有：時間段、最小航跡數(shù)、應用參數(shù)配置、對系統(tǒng)各個模塊需要用到的參數(shù)進行匯總配置。

數(shù)據輸出參數(shù)配置包括多邊形參數(shù)配置、區(qū)域配置管理、數(shù)據輸出參數(shù)配置。多邊形配置管理配置數(shù)據輸出需要過濾的多邊形，可配置多邊形高度以及組成多邊形各個點的經緯度坐標，一個多邊形可由多個點構成，用戶可根據需求自行追加構成多邊形的點；區(qū)域配置管理配置多個多邊形組成的區(qū)域進行數(shù)據輸出過濾，選擇組成區(qū)域的多邊形，一個過濾區(qū)域可由多個多邊形組成。數(shù)據輸出基礎參數(shù)配置可配置數(shù)據輸出對象，數(shù)據輸出類型、輸出周期、可疑目標輸出開關、周期輸出開關、周期輸出時長、延遲輸出開關、延遲輸出時長、數(shù)據發(fā)送IP、數(shù)據發(fā)送端口、數(shù)據傳輸方式，選擇組播發(fā)送時需配置組播地址。

數(shù)據輸出時可配置過濾輸出條件，如基站過濾、基站過濾取反，選擇數(shù)據輸出版本，支持數(shù)據高版本轉低版本輸出，可選擇數(shù)據輸出項，可對24位地址碼、公司三字碼、區(qū)域等進行過濾或取反過濾。

5.2參數(shù)發(fā)布

參數(shù)發(fā)布管理時對配置好的參數(shù)需要進行發(fā)布到對應服務器才能生效。系統(tǒng)可以對每個配置文件指定需要發(fā)布的服務器?？梢詫?shù)歷史版本進行回退，對參數(shù)文件修改未發(fā)布的可選擇更新配置文件?？梢圆榭磪?shù)文件詳情、發(fā)布或更新參數(shù)文件，對修改后未發(fā)布的參數(shù)文件進行發(fā)布更新，以及可以選擇歷史參數(shù)版本進行回退。用以指定參數(shù)文件需要發(fā)布的服務器，一份配置文件可以同時發(fā)送到多個服務器。

5.3系統(tǒng)管理

系統(tǒng)管理包括對用戶、菜單、設備、配置等多方面的管理。對系統(tǒng)用戶進行管理，包括對用戶管理和用戶組管理。用戶管理可新增、刪除、修改用戶信息，將用戶分配至需要的用戶組，從而實現(xiàn)對用戶的權限分配。用戶組管理，可增加、刪除、修改用戶組，可對用戶組進行權限分配。菜單管理，支持可以新建、刪除、修改菜單欄。設備管理可以對系統(tǒng)所有設備信息進行管理，包括設備名稱、別名、類型、CPU、硬盤、內存、廠家等。對系統(tǒng)設備網口進行管理，可以記錄每個設備各個網口信息，如：網口編號、網口IP、所屬子網、所屬子網類型等信息。

6 結束語

綜上所述，廣州區(qū)管ADS-B二級中心可以處理ADS-B單路、多路融合、旁路航跡目標等信息。通過多種手段對數(shù)據質量的監(jiān)控和判斷，最終輸送至歐洲貓自動化系統(tǒng)，提供可靠的監(jiān)視源信息。隨著科技的不斷進步和發(fā)展，越來越多的新技術將投入到民航系統(tǒng)中，更好的保障安全生產！

參考文獻：

[1] 呂小平.ADS-B技術介紹[J].空中交通管理，2005（4）.

[2] 中南民航空管通信網絡科技有限公司.ADS-B二級中心技術手冊[Z].

【通聯(lián)編輯：謝媛媛】