ADS-B监视一致性分析

本文主要介绍ADS-B数据安全及监视一致性

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文/朱士新 (民航局空管局 )陈兵李钢 (民航空管技术装备发展有限公司)

A SB D -监视安全性分析A nal ysi DS— sur s of A— B veil lance saf y et

—■ I -

一

l 置

二次雷达校验算法如果需要利用二次雷达参照识别虚

3 )二次雷达航迹与 ADS B航迹—

随着 ADS B建设的进一步展开， - 19 E 0 0 SADSB(u)安全性问题逐— o t的渐浮现，之后国际和国内均对此问题进行了较长时间的研究。在国际上，F AAAD— S APs c ryc r f ain S B C (e ui et i t t ic oa1 c r d t t O1P O e t e )和 1 a c e ia i 1 F c d i s d r

的对比算法必须考虑不同传感器的测量时间差异及传输延迟引起的位置差异 (要按照本文提供的航迹对比算需法执行 )。

假目标，那么识别的方式应该以雷达航迹与 ADS B航迹对比的模式进行，并—可以遵照以下原则进行计算模型的建立。

(一)雷达坐标转换算法 1 )二次雷达位置报告必须形成航

使用地心直角坐标系进行转换，首先将雷达获取的斜距、角度和气压高转换到雷达站站心直角坐标系 (般雷达一站为原点，正北为 X轴，正东为 Y轴， 铅锤线为 Z )中。轴

E rC n o AS AD ( SB一Scry uo o t l C EAD— ) eui rC t

迹，航迹建立的算法与一般自动化系统航迹形成的算法保持一致，但航迹形成的波门窗口参数应该作为系统参数；在

是 2个主要的、针对 AD— SB安全性研究的项目。

F AA认为电子欺骗及无线电干扰问题是 ADS B Ou的主要安全性— t问题，同时 C CADE ( AS ADS B)一 . S c rt eui y对 ADS B安全性的讨论与—F AAADS B S AP有很多共通之处。— C

多雷达情况下，二次雷达航迹滤波算法可使用 ap ab t算法，其滤波的基本 lh/ea参数应该作为系统参数。 2 )二次雷达航迹位置不应该使用投影以后的坐标系。为了与 ADS B航迹对比，二次—雷达航迹的位置应该直

图 1

示为雷达坐标转换示意图，所 通过示意图中表示的几何关系，可以推轴

z

电子欺骗本质上是无意或者恶意的利用 ADS B发射机发射错误飞行器识—别编码或者错误的飞行器位置，如果

ADs B接收机系统没有抗电子欺骗的—能力，将会导致产生连续且无法消除的虚假目标。目前，主要可以通过 2种方法来

接使用 WGS 4坐标系。投影平面 8 雷达本地坐标到 WGS 4 8坐标转换应该使用基于WGS 4椭球体模型的地 8

雷达站雷达站海拔高 p d/ H哪l / 、:,::;一

x轴

R

解决电子欺骗的问题：第 1种是利用现有二次雷达校验 ADSB目标的真实性，— 第 2种是利用双基站时差定位技术校验

心直角坐标三维精密算法，保证雷达坐标转换过程不引入计算误差 (需要按照本文提供的雷达

目标的真实性。本文将分别讨论这 2种方式的具体实现算法并进行分析。

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坐标转换算法执行)。

图 1雷达坐标转换示意图

本文主要介绍ADS-B数据安全及监视一致性

, ... ... . . ., . . . .。

y Z、 1 ●●●●●●,,,.。。,.。, . .。 .

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S

一

S

n

n

C

导出雷达站站心直角坐标系的计算公式 (,Y x,Z为站心直角坐标值，r为雷达斜距，tea为雷达转角) ht(R )+ (+ )"2|+ r 0= ac o— rc s—————

A—迹通过了验证。 DSB航

玩∞ ∞ S,新坐标旋转 l瓯 系的厶

Y与航向一致，旋轴

雷达航迹波门的基础参数是雷达在不同区域的 R MS值，这个值由雷达的角

转可按照公式 ( ) 4进行 (。 Y为航向角度 ),被校验的 ADS B测量位置必须转换到—

度与距离测量精度计算获得，由于雷达普遍存在角度系统误差 ( I误差 ) B AS,需要依据历史经验获取雷达的 BAS修正量。 I 如果考虑飞行器速度及雷达与 ADSB测量误差，理想波门应为一个复—杂封闭曲线，但为了简化计算，按照如图 2所示的方式，可将波门设置为一个

2(+ ) ( F) R+

z F O一 R 1s )圳 ( )=

CS[ (一i+ n0 1

x√。 ‘o (e) ,+ c tt s ha Y√ Z。 n(e ) r+ 2 s tt i ha得到如公式组 ( )表达的雷达站 1

s协 i n￣/ o位置的比较。同时在航向方向，矩形框

站心直角坐标后，将这个坐标系经过旋

转和平移，转换以北极方向为 z轴，本初子午线方向为 x轴，东经 9。方向 0

矩形框，且矩形框长度方向与航向保持一

致。

为 Y轴的地心空间直角坐标值。a

在 W GS 4坐标系中，可将雷达位 8值共同组成，矩形框起始位置由 RMS值确定，这几个值可根据实际情况确定。() 2可能性，矩形框宽度值为 R MS值加上

N=—=:== ==:一

、一 i/ Ps 1 nX=

N H)c s ooL + oB cs o

( )c s 0n oⅣ} oB s L i

Z= (- )s B oN 1e i n n

—

s厶 cs￣ s￣ i ) oBc L n l I 、 o

一

cL cBi, o c o, L1 sJ sl ) s n0 s ( J i ) n口

更新率及飞行器性能确定，这几个值可根据实际情况来决定。图 2雷达航迹波门示意图

㈢得到如公式组 ( )表达的地心 2

民航空管技术装备发展有限公司在

置测量值作为基准点进行投影，将经纬度以极射投影的方式表示，需要校验的 A— DSB航迹位置均需按照此投影计算其平面坐标值。R=

实现了该算法，并在北京机场进近区域的实验中证明该算法计算精度优异。

直角坐标系，地心直角坐标系可通迭代法计算 (代 tn迭 a B值 )地坐标值大和高程，从雷达坐标转换到大地坐标， 才有了通过雷达校验 ADS B目标的—可能。

=、理想条件下双基站位置校验在双基站条件下，通过 T O/S A D AT O

进行位置校验的主要理论推导如下：一

+

( )航迹对比算法二

等 c 2‘ ’

在双基站双重覆盖条件下，如图 3

航迹对比基于航迹自身特征参数进行，由于位置外推法在更新率较高:

+

f 8 sn(,墅 0J i 4 ) 4 8+ 8塑

所示，假定 1目标能够被 2个基站同个时看到假定目标位置为 (,) xY,根据几何定义基站 1的坐标位置为 (,)

0,假 0定基站 2与基站 1的距离为 L,令

的 ADS B数据中引入的误差过大 (—时

l s ( )i(,+csB o(,csL一厶)+ i B s B, o( ) csB )o( n n ) ,

间不确定性 ),不能有效评估航迹之间的差异，因此航迹对比不使用位置外推法。

x k o() s 一0= cs i L) B n

r

Y k.c s o i )s (0=[ ( ) s 一nB) oB n i cs )o -o o( c s L) B】

,=二

,

那么基站 2的坐标为 (,

:

)。可以得到基本方程 x+Y+Z=c () 5

航迹对比应该使用波门判定法，以雷达航迹位置更新为基准，在一个波门范围内寻找 ADS B肮迹，如果 ADS B -—航迹连续进入 3个雷达波门范围，认为 ADSB航迹与雷达航迹相关，同时认为—

参照公式组 ( )可知，由于波门 3与飞行器航向与速度相关，略去数学推

(,十(,+Z=c一 ) Y一 )。 。 其中，C为大气中光速。因此，可以推导出

() 6

导，可以认为波门矩形长度方向与航向一

致，宽度方向与航向垂直。为了简化

数学处理，需要将投影后的坐标系进行

2一2( )c一cY f lX+= 2,

() 7

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