兰州中川国际机场多点定位地面站选址仿真分析

2019-02-13张海洋

数字通信世界 2019年6期

张海洋

（民航甘肃空管分局技术保障部雷达室，兰州 730087）

1 引言

近年来，随着国家对西部经济的大力投入，以及甘肃省经济和旅游市场的蓬勃发展，兰州中川国际机场2016年旅客吞吐量首次突破1000万人次大关，标志着兰州中川国际机场正式跨入全国大型繁忙机场行列，2018年全年旅客吞吐量达到1385万，日均起降达到300架次。航班量的高速增长，给空管系统管制员工作无疑带来了巨大的安全压力和挑战，如果还是单纯依靠管制员自身的目视观察来监控指挥航空器，势必会加重管制员的工作负荷，为此，有必要在兰州本场引入多点定位技术，实现对本场航空器地面运行状态的监控，减轻管制员的工作压力，本文将以多点定位地面站的站址选取方法来展开探讨，完成兰州中川国际机场多点定位最佳布站的设想。

2 多点定位系统原理

机场场面多点定位系统通过计算移动目标发射信号到达主站和基站的时间差（TDOA）来估算其空间位置，因此可以精确地对机场场面移动或者静止的目标进行监视。多点定位系统为机场场面提供了一种与传统一次场面监视雷达不同的技术手段，其经济成本较场面监视雷达低、地面站站选址较为灵活，并且可以实现对场面航空器高精度的定位、跟踪和监视，因此，具有很强的实用性。

3 多点定位系统布站和GDOP仿真分析

从上述分析可知，与GDOP值有关的变量：移动目标与各接收站的几何位置，移动目标的高度，地面站数目、地面站天线长度和地面站点的布站形式。因此提高定位精度的方法：增加地面站数目、增加天线长度、优化地面站点的布站形式。以倒三角形、星型的两种布站形式下的移动目标高度、天线长度、地面站点位置和定位精度的关系展开讨论，以此为实际工作中地面站点的设置，提供科学的依据，得到最佳的布站形式。

4 多点定位布站方法在兰州机场的运用

通过上述对多点定位的原理及仿真分析，下面将以兰州中川国际机场为例，分析如何在兰州机场进行多点定位的布站。

4.1 多点定位系统硬件组成

多点定位系统硬件有：中心处理站、接收站、参考测试站和终端显示。中心处理站和参考测试站各一个，接收站有多个，具体个数，需通过仿真进行确定。物理连接方式上，各个接收站和中心站之间通过光缆连接，而参考测试站以无线方式向外辐射电磁波，与其他站之间没有通过任何电缆连接。

接收站由一个1090MHz接收天线、一个接收机和一个低噪声放大器组成，三者之间通过射频电缆连接.接收站主要功能：接收目标发射的1090MHz信号，预处理之后发送到中心站处理。

中心处理站由同步单元和数据处理单元两大核心模块组成，同步单元功能：产生统一的时钟信号和同步信号，通过光纤传送至各个接收站。数据处理单元功能：接收来自各个接收站送来的数字信号，然后进行相关处理，计算目标位置，形成目标报告。

参考测试站是由天线和发射机组成，其功能是对各个接收站进行同步校准。

多点定位地面站安装调试相比场面监视雷达而言简单易行，可以实现远程操控和管理，占用空间小，无需人员现场值守，节省大量的人员经费。其定位精度高、更新速率快，能满足场面监视的性能要求，采用无源的定位技术，解决了ADS-B易欺骗的安全性问题，同时还配有二次雷达询问机，以此来解决有些老旧机型无ADS-B的问题。此外多点定位接收站还兼容ADS-B地面站功能，各个接收站之间实现ADS-B的相互备份，多个接收站实现ADS-B的多重覆盖，其还可以与ADS-B相结合，降低了系统复杂度和成本，无需加装或改造机载设备，具备大规模快速实施的基础。

4.2 最佳布站方法

通过上述比较，可以将倒三角形和星型布站两种方式结合起来，能得到更好的定位精度。

移动目标在70度-130度区间，定位误差最小，且还比星型布站低，所以在70度-130度这个范围时，可以采用倒三角形进行布站，但在三个基站的连线上定位误差增大，甚至出现了盲区。而星型布站在各个方向上比较平均，定位误差变化较小，波动较小，从而确保了各个方向上都有较高的定位精度，该定位方法适合运动目标方向不确定的时候。因此可以得知，倒三角形布站方向性好，星型布站各个方向定位精度比较均衡，所以在布置多个地面站时，可以采用两者相结合的方式，从而得到最优的布站效果，因此将该方法运用在兰州中川国际机场多点定位系统站点的设置上。