引言 

    空域监视系统是民航实施空中交通管制、保障航 空运输安全高效有序运行的核心系统［1］。ADS-B ( Automatic Dependant Surveillance Broadcast，自动广播 相关监视)是依靠GNSS( 全球导航卫星系统) 来确定 空中飞行目标的精确位置及航行参数，是未来空域监 视系统的发展方向。ADS-B信息具有更新速度快的 特点，但不包含飞行计划信息、气象信息、发动机状态 等信息。ACAＲS( Aircraft Communication Addressing and Ｒeporting System，飞机通信寻址报告系统) 同样作 为空域监视的手段，具有信息丰富的特点，但存在报文 更新比较慢的问题。目前国内外研究雷达与ADS-B 信息融合处理的较多［2－6］，尚未将ACAＲS 与ADS-B 进行融合。将ACAＲS融合到空域监视中，对有效、全 面地掌握飞机信息有重要意义。 

    本文针对ADS-B/ACAＲS 目前存在的问题，基于数据融合的思想，采用ADS-B/ACAＲS 进行组合空域 监视。在ADS-B短时间丢点严重、信息不足时，融合 ACAＲS 数据，确保监视的连续性、丰富性。ADS-B/ ACAＲS 组合空域监视系统有利于提高监视的时空覆 盖能力，有利于用户掌握当前空域飞机更全面的信息， 能够为民航单位及科研人员提供数据支持。 

    1 系统总体设计 ADS-B/ACAＲS 组合空域监视系统主要从量测融 合与航迹融合的角度进行了设计。对数据预处理，从 飞行目标的具体数据出发， 研究数据之间的相关性从而进行数据的融合。具体包括ADS-B/ACAＲS数据链 路研究、数据接收、数据预处理、数据匹配算法、监视软 件设计等方面的研究。研究框图如图1所示。

    2 ADS-B/ACAＲS 数据链路

     2． 1 ADS-B 数据链路 

    ADS-B 是空中和场面航空器或车辆的一项监视 技术，它以先进的地空、空空数据链为通信手段，以先 进的导航系统及其他机载设备产生的信息为数据源， 通过对外发送自身的状态参数，并接收其他飞机的广 播信息，达到飞机间的相互感知，进而实现对周边空域 交通状况全面、详细的了解。应用ADS-B 技术，能够 更好地利用空域，降低高度和能见度的限制，提高场面 监测能力，增强航空安全［7］。

    目前ADS-B 数据链技术有三种:1090ES(1 090 MHz Extended Squitter) ，UAT( Universal Access Trans ceiver) ，VDL 4( Very High Frequency Data Link Mode 4) ［7］。其中，1090ES 数据链技术是国际民航组织推荐 的应用于商业运输的ADS-B技术。它基于S模式数 据链，能够提供的最大数据带宽为1 Mb/s，可提供航 空器的航班号、ICAO 地址码、位置、高度、速度、航向、 飞行意图等相关丰富的信息。ADS-B监视信息的更 新频率是雷达的4～5倍，成本却是雷达系统的十分之 一，本文主要针对1090ES数据链进行研究。

    通过现有1090ES地面接收机监视航迹，发现由于 接收机误差、数据链误差、系统延时等误差的存在［8］， 飞机飞行过程中的航迹异常、丢点现象比较突出，有效 补充丢点信息对空域监视有重要意义。基于此，本文 提出了应用丰富的ACAＲS数据信息去弥补ADS-B信 息的不足。

    2． 2 ACAＲS数据链路研究 

    ACAＲS 是通过飞机的甚高频通信系统(VHF) 实 现空地之间的数据和信息的自动传输交换的。我国民 航已从2005 年起，要求100座以上的飞机必须强制安 装并使用ACAＲS 系统［9］。凭借丰富的数据信息，通 过ACAＲS系统可以有效实现对航空器远距离位置监 控，便于及早发现飞行冲突，合理调配空中交通流量， 保证在更大范围内规划空中交通流，在保障运输量增 长的同时，减少航班延误［10］。

    虽然ACAＲS信息丰富，但是ACAＲS的报文信息 更新比较慢，制约了ACAＲS在航空中的应用。为此提 出了将其作为空域监视的辅助手段来丰富监视数据的 信息。

    2． 3 两种数据链路比较分析 

    通过研究两种数据链的特性，总结了ADS-B与ACAＲS 报文特点，如表1和表2分别列出了两种数据 链路的监视性能比较和监视信息比较。从表1和表2 可以得出ADS-B 信息更新速度快、ACAＲS信息丰富 的特点。

    3 数据融合方法 

    针对两种数据链路的特点，本文从数据的预处理、 时间校准、数据的关联匹配统一三方面进行了数据融 合。数据融合整体流程图，如图2所示。

    3． 1 数据预处理 

    通过数据滤波将采集的数据预处理，可以增加数 据的可信度，提高目标的识别率，最终提高数据融合的 效率。在融合前首先滤波剔除错误点，消除其对后续计算的影响。本文采取FX相关处理常用的野值剔除 算法［11］，以测量数据的均值代替真值，求取标准差，按 照正态分布理论如公式(1)所示:

    当误差大于3σ的概率约为0．3%，为小概率事 件。当该小概率时间发生的时候，就认为是野值，并将 其剔除。 

    3． 2 时间校准 

    时间校准是实现ADS-B/ACAＲS数据融合的关键 技术之一。因为ADS-B报文中没有UTC时间，只能 靠卫星给ADS-B设备单独授时，而ACAＲS设备中的 报文信息是含有UTC时间的。将两个数据链路的数 据融合，必须建立在同一时间上，否则融合后数据可用 性不高。基于此，本文从以下步骤对时间提取和校准。 

    接收一定数量的数据，将两种数据的UTC时间进 行对比，检测跟踪目标的时间一致性。具体校准方法 如下:

    1) 读取ADS-B设备的UTC时间，当获取成功后， 记录下该时间。 

    2) 以上步骤中记录下来的UTC时间为搜索标识， 搜索ACAＲS设备报文中的UTC时间。当时间落入一 定时间域Δt( Δt≤5 min) 时，认为时间匹配上。

    3． 3 数据关联匹配 

    数据关联是ADS-B/ACAＲS信息融合的关键。在将ADS-B 航迹和ACAＲS 相关联时，把相关信息( 即 用来判断是否关联的信息)划分为三类:一类是标识信 息，即飞机的呼号信息;另一类是飞机状态信息，包括 飞机的位置、高度、航向和时间信息;第三类是飞机意 向信息，包含飞行计划信息、飞行意图信息。这三类中 标识信息，是数据融合的关键。 

    根据ADS-B/ACAＲS 监视信息的特点，总结发现 ADS-B 信息是通过24 位的ICAO地址来区分每条报 文的，而ACAＲS是通过飞机注册号来区分报文的。进 行数据匹配，必须进行标识信息的关联。系统从以下 三个方面进行了关联:

    1) 对ADS-B 航迹中某个航迹点的呼号和ACAＲS 的呼号进行比较，如果两个呼号相同，则判断呼号关 联，否则判断为呼号不相关。由于相关信息还包含状 态和意图信息，此时还无法确定最终的相关性结论。 

    2) 呼号关联成功后，分别获取ADS-B和ACAＲS 的状态信息，主要从经纬度、高度、航向、时间上进行比 较，状态的相关判断由状态相关系数ρ决定，其值由位 置相关系数fph 、时间相关系数fsc 、航向相关系数ffx 共 同设定［1］。 

    设相关判断次数为m(m≥n)，则fph ，fsc ，ffx 分别定 义为: 

    设dn 为航迹点到飞行计划行路段的垂直距离，

    最终，如果呼号相同并且通过上述判断方法确定 状态相关联，则确定该条ADS-B航迹与ACAＲS报文 相关;如果呼号不同并且通过上述判断方法确定状态 也不相关联，则确定该条ADS-B航迹与ACAＲS不相关。

     3) 当状态相关成功后，认为两数据链已经关联上，将ADS-B的意图变更的信息，ACAＲS 的飞行计划信 息、气象信息、OOOI时间信息关联到信息报文中，输出 给用户界面。

     4 软件实现

    实时接收天津滨海机场上空的ADS-B/ACAＲS数 据，采用VB编写程序对软件进行设计。主要包括数 据接收函数的设计、数据融合及分发设计、地图的显示 设计。具体监视系统图如图3所示。

    4． 1 数据接收 

    ADS-B 地面站接口采用串口转USB接口模块，设 计波特率为3M来满足数据链信息传输速率。ACAＲS 地面站接口采用232 串口接口模块，设计波特率为 115 200 来满足数据链路。利用VB 调用系统串口控 件MSComm，编写串口事件消息处理函数，实现大数据 量的接收。 

    4． 2 数据融合及分发 

    采用3节中的数据融合方法，编写数据野值剔除 函数、时间校准函数、呼号关联函数、状态关联函数，实 现数据融合。为达到数据共享的目的，调用Winsock 控件，采用UDP定点广播的方式，为数据用户提供服务。

     4． 3 地图显示 

    为能够直观显示空域监视状况，利用VB自带的 PictureBox 加载天津上空的google 地图，采用不同的颜 色代表不同飞机的航迹，用飞机的24位ICAO地址码 标识每一条航迹

    5 结束语 

    空域监视技术是保障飞行安全、提高空管运行效 率的关键，是空中交通管制系统的核心。国内外对雷 达与ADS-B数据融合研究的较多，将ACAＲS数据融 合到监视系统中的较少。为了提高监视系统信息的丰 富性、精度，进一步提高空域监视能力，本文提出将 ADS-B 与ACAＲS 两种数据源融合的思想，设计了数 据融合的方法;采用VB编程实现了基于数据融合的 ADS-B/ACAＲS 组合空域监视系统。

    张召悦，韩邦村，高春燕 ( 中国民航大学空中交通管理学院，天津300300)

参考文献: 

［1］ 张军．空地协同的空域监视新技术［M］北京:航空工业出 版社，2011． 

［2］ 阳宇．多源相关监视雷达数据融合研究［D］．成都:电子 科技大学，2012． 

［3］ 孙沂，吴仁彪．空管自动化系统的多雷达与ADS-B数据 融合技术综述［A］．天津市电子学会、天津市仪器仪表学 会． 第二十五届中国(天津)2011'IT、网络、信息技术、电 子、仪器仪表创新学术会议论文集［C］．天津市电子学 会、天津市仪器仪表学会，2011:5． 

［4］ Baud O，Honor N，Taupin O． Ｒadar/ADS-B data fusion ar chitecture for experimentation purpose［C］． Proceedings of the 9th International Conference on Information Fusion． 2006: 1－6． 

［5］ 杨荣盛，程擎，罗军．一种ADS-B和多雷达数据融合方案 研究［J］． 苏州科技学院学报( 工程技术版)，2009，26 ( 4) :58－61．

［6］ Campbell S D，Grappel Ｒ D，Flavin J M． Multi-sensor pro cessing for aircraft surveillance in mixed radar/ADS-B envi ronments［C］． Proceedings of ESAV'08． 2008:1－6． 

［7］ 何桂萍，徐亚军．ADS-B数据链的比较及特性研究［J］． 中国民航飞行学院学报，2010，21(4) :3－6． 

［8］ 孙立新，陈亚青，刘国毅．ADS-B空管监视系统误差分析 与研究［J］． 武汉理工大学学报(交通科学与工程版)， 2011，35( 4) :798－801． 

［9］ 袁树德，曹力，邓雪云，等． 基于二码元长度的实时 ACAＲS 信号分析算法［J］． 信息技术，2012，36(7) :6 10． 

［10］ 张昕．飞机通信寻址报告系统(ACAＲS) 简介及常见故 障分析［J］．江苏航空，2010，30(1) : 41－42．

［11］ 路伟涛，杨文革，洪家财，等．FX型相关处理方案及野值 剔除算法［J］．中国空间科学技术，2012，32(6) :54－61