多點相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)時差定位精度算法仿真分析

劉義 田明輝

摘要：捷克ERA公司出產(chǎn)的多點相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)運用于場面和進近監(jiān)視，其定位精度影響著目標檢測的可用性，對于技術(shù)人員維護設(shè)備來說尤為重要。本文論述了多點相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)的原理、時差定位精度因子模型并進行了多點進近子系統(tǒng)的時差定位精度仿真實驗，對于了解系統(tǒng)的精度情況提供了一種手段。

關(guān)鍵詞：多點;MSS;MLAT;時差定位精度;GDOP

中圖分類號：V351.3 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）04-0115-02

0 引言

2007年，華北空管局從捷克ERA公司引入了全國首套多點相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)MSS（Multilateration Surveillance System），該系統(tǒng)包含兩套子系統(tǒng)，場面監(jiān)視系統(tǒng)與進近監(jiān)視系統(tǒng)。自投入運行以來，場面監(jiān)視系統(tǒng)有效改善了場面監(jiān)視雷達SMR（Surveillance Monitoring Radar）本身的局限性導(dǎo)致的盲區(qū)，對整個機場地區(qū)場面實現(xiàn)全面覆蓋，提高了場監(jiān)融匯系統(tǒng)的信號質(zhì)量。進近監(jiān)視系統(tǒng)的使用，有效解決了傳統(tǒng)二次雷達MSSR（Monopulse Secondary Surveillance Radar）盲區(qū)內(nèi)信號質(zhì)量差的問題，實現(xiàn)了精密進近雷達的功能。筆者在本文中從分析多點定位原理出發(fā)，著重研究幾何精度稀釋GDOP（Geometric Dilution Precision）的定義，對多點相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)進近子系統(tǒng)的時差定位精度進行了仿真實驗，對于技術(shù)人員了解系統(tǒng)的精度情況提供了一種手段。

1 多點相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)定位原理

隨著國內(nèi)外航空運輸業(yè)的快速發(fā)展，航空運輸量的不斷增長，大型機場及其周邊區(qū)域的飛機數(shù)量急劇增加。高密度的交通流量使得機場及其附近飛機與飛機之間、飛機與場面車輛之間的間距減小，跑道侵入、場面沖突、航空安全等問題日益突出。國際民航組織對于解決問題的辦法則是新一代的場面監(jiān)視系統(tǒng)。目前可選用的場面監(jiān)視技術(shù)包括場面監(jiān)視雷達SMR、廣播式自動相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)ADS-B和多點相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)。

對于多點相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)來說，目前能夠提供多點相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)的國外廠家主要是ERA及THALES，國內(nèi)廠家有民航二所、中電科28所、38所等。各個廠家在北京首都國際機場、廣州白云國際機場、上海虹橋國際機場、成都雙流國際機場、西安咸陽國際機場及桂林機場都開展了多點相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)的相關(guān)應(yīng)用工作，應(yīng)用效果良好。

多點相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)是利用信號到達多個接收站的時間差（TDOA，Time Difference Of Arrival），通過計算多個雙曲面相交形成的交匯點來解算目標位置的一種獨立協(xié)同式技術(shù)。對于地面目標而言，需要三個接收站接收到信號來計算目標位置;而空中目標則至少需要四個接收站的信息來解算位置。

通過多點定位算法可知，在基于信號到達時間差TDOA的定位算法當中，待定位目標的位置坐標的求解最終歸結(jié)于求解由m個距離差方程組成的非線性方程組。

3 多點相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)進近子系統(tǒng)時差定位精度仿真實驗

在北京首都機場安裝的多點相關(guān)監(jiān)視進近子系統(tǒng)共有8個接收站，我們以ERA廠家提供的接收站天線經(jīng)緯高數(shù)據(jù)作為站點位置，使用MATLAB軟件模擬進近子系統(tǒng)的GDOP精度。我們假定時間差測量誤差均方根為定值并使用經(jīng)驗值10ns;各個接收站的測量精度相同。通過GUI界面將給定的8個接收站位置的經(jīng)緯高數(shù)據(jù)導(dǎo)入，設(shè)定相關(guān)參數(shù)。在算法中通過WGS84ToECEF函數(shù)將經(jīng)緯高數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為地心坐標系數(shù)據(jù)（注：ECEF（Earth-Centered，Earth-Fixed），以地球為中心，是一個笛卡爾坐標系。它用來表示X，Y，Z坐標的位置，（0，0，0）點表示地球的質(zhì)心）），通過ECEFToENU2函數(shù)將地心坐標系數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為站心直角坐標系（注：ENU站心坐標系，東-北-天坐標系）。將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)輸入函數(shù)Cal_GDOP（TX，RS，m）計算GDOP幾何定位精度，并給出GDOP幾何定位精度分布圖，如圖1所示。

4 結(jié)語

以上文字論述了多點相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)的原理、時差定位精度因子模型并進行了多點進近子系統(tǒng)的時差定位精度仿真實驗，對于了解首都機場多點進近子系統(tǒng)的精度情況提供了一種手段。由于作者水平所限，文章內(nèi)容僅供參考。

參考文獻

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