适用于ATC系统的ADS—B数据转雷达数据方案研究

唐伟盛+陈强超+张瑞文

摘要：新疆荒漠高山众多，导致雷达建设困难，现有的雷达信号不足以覆盖新疆空域，大部分空域仍为程序管制。为加强空域覆盖能力，新疆已建有15个ADS-B基站，未来计划新增30个ADS-B基站。但其现有的主用Indra自动化系统不支持接入ADS-B数据。该文提出一种方案，把多路ADS-B信号转换为通用雷达信号，接入Indra自动化系统，提高该系统的覆盖能力，加强空管保障能力。

关键词；Indra自动化系统；ADS-B、雷达；Asterix

1转换方案需解决的问题

现有ADS-B数据均采用网络传送到自动化系统，使用UDP协议传输。ADS-B数据的格式为Eurocontrol制定的As-terix CAT021格式。ADS-B数据中目标的更新周期约为0.4～0.6秒。航空器不同的信息通过不同的消息广播，而且更新间隔不一致，因此可能出现部分数据更新的情况。

雷达站输出的雷达数据采用RS232同步串口，使用HDLC协议传输。雷达分为AC模式雷达及S模式雷达，传输的数据包括目标数据和雷达服务数据。AC模式雷达的目标数据为AsterixCAT001，雷达服务数据为CAT002格式。S模式雷达的目标数据格式为Asterix CAT048，雷达服务数据为CAT034格式。雷达数据中目标的更新周期和雷达天线旋转周期一致，通常为4到8秒。

因此转换方案应包括以下几个方面问题：

·传输接口及协议需要从网络接口的UDP协议数据转换为RS232串口HDLC协议数据；

·数据格式需要从Asterix CAT021格式转换为AsterixCAT001/CAT002或者Asterix CAT034/CAT048；

·ADS-B目标更新频率高于雷达目标，要对目标态势进行跟踪，使用最新的信息输出雷达数据；

·雷达数据的雷达服务信息需要自行构造；

·ADS-B数据项更新周期不一致，需要对各个数据项的有效期单独跟踪处理，再决定雷达数据中对应的数据项。

2 ADS-B，雷达信号转换方案

为解决前面描述的问题，设计了ADS-B/雷达信号转换方案，具体实施方案如下。

2.1硬件结构

系统包括一个数据网关、两个ADS-B转雷达处理机、一个录制监控服务器以及一个同步通信设备，同步通信设备把网络信号转换为同步串口。

2.2ADS-B转雷达处理机软件模块及处理流程

ADS-B信号转换为雷达信号的工作有ADS-B转雷达处理机完成。该服务器上的软件模块及处理流程如下：

2.3雷达服务信息生成

雷达服务信息包括正北信息包与扇区信息包，根据AsterixCAT002及Asterix034的定义，每个雷达周期输出1个正北扇区包，天线扫过正北方向时输出正北包；输出32个扇区包，天线扫过扇区边界时输出下一个扇区的扇区包。

2.4航迹关键数据转换

ADS-B数据格式为CAT021，可以转换为AC模式雷达或者s模式雷达的数据。如果转换为AC模式雷达则需转换为CAT001数据，并生成CAT002数据；如果转换为s模式雷达则需转换为CAT048数据，并生成CAT034数据。在数据转换过程中重点关注航迹标识、位置、高度等信息。关键数据在三种数据格式里面对应的信息项对应如下：

1）数据源标识

数据源标识里面使用SAC/SIC码来标识不同的数据源。为区分ADS-B信号源及转换生成的雷达数据源，给转换生成的雷达信号分配唯一的SAC/SIC码。

2）航迹标识与SPI

航班标识用于识别目标数据属于航空器。ADS-B数据和AC模式雷达数据、S模式雷达数据使用了不同的航班标识。

ADS-B数据是否包含二次代码信息是不确定的。在数据转换过程中，如果ADS-B数据包含有效二次代码，可以直接在雷达数据中使用。

ADS-B数据及S模式雷达数据中定义航班呼号及ICAO24bit地址码，而AC模式雷达数据中缺少这两个项目。在数据转换过程中，如果ADS-B数据包含这两项，可以直接在S模式雷达数据中使用。

航迹编号为CAT001航迹及CAT048的必须项。然而，ADS-B数据中是不存在该数据项的，因此在数据转换中，要生成该数据项。

在ADS-B数据中SPI信息保存于102I/040。在AC模式雷达数据中为100I/010，S模式雷达数据中为1048/010。当ADS-B数据中包含可用SPI信息，需要在雷达数据中设置SPI信息可用。

綜上所述，ADS-B数据转换为S模式雷达数据比转换为AC模式数据，可以保留更多地航迹标识信息。

3）位置

ADS-B数据使用的是WGS-84经纬度坐标表示位置。而雷达数据中使用极坐标或者笛卡尔坐标。坐标转换计算方法如图3。

假设0为地球质心，N为真北，A为雷达站，B为目标航迹，则B相对A的极坐标为（p，0），其中p为测量距离，等于线段AB的长度，0为测量角度，等于平面OAB与平面OAN的二面角。计算过程如下：

·使用WGS-84坐标系，把N、A、B的坐标从经纬度和高度转换为以地心直角坐标系坐标。

4）高度

ADS-B数据包含气压高度和飞行高度，飞行高度的编码精度为25英尺。高度有效范围为1500英尺到150000英尺。AC模式雷达和S模式雷达数据中使用Mode C高度。Mode C高度的数据可以来源于AC模式询问或者S模式询问。AC模式询问的高度精度为100英尺，S模式询问的高度精度为25英尺。1001/090、1048/090的编码精度为25英尺。高度有效范围为一1500英尺到126750英尺。

由于ADS-B数据中高度的有效范围与雷达数据不一致，因此在数据转换中需检测高度是否有效。当转换为AC雷达数据是，要考虑精度问题，选择是否把高度转换为100英尺精度。

5）二次代码7500、7600、7700情况

7500、7600、7700为3个紧急情况代码，需要特殊处理。ADS-B数据中标识三种紧急情况的位置有2个，一个是1021/200中的标志位，一个为1021/070的二次代码。其中任意一个位置标识了紧急情况，就要在转换的雷达数据中标记紧急代码情况。具体处理如下：ADS-B数据在1021/200中的标志位有效或者1021/070中二次代码为紧急代码时，需要在雷达数据的1001/020中设置同样的标志位，同时要设置二次代码字段1001/070或1048/070为相应的紧急二次代码。

3结束语

本文提出ADS-B数据转换为通用雷达数据接人自动化系统的转换方案。该方案可以将多路ADS-B信号转换为AC模式雷达或者S模式雷达信号，目前已经部署在新疆Indra系统进行测试。由于ADS-B、AC模式雷达以及S模式雷达三者的数据定义的不一致，在转换过程中会出现一些限制情况，例如转换为AC模式数据，高度精度可能降低，出现缺失二次代码情况；转换为S模式数据，覆盖范围较小等。这些问题处理方法是否合理还要在未来的实际运行中做进一步的研究和检验。