基于ADS-B技术的雷达精度评估方法与应用

葛 勇，赵起超，方诗麟

（上海机电工程研究所，上海 201109）

0 引 言

广播式自动相关监视（Automatic Dependent Surveillance-Broadcast，ADS-B）即航空器自动广播，是由飞机或飞行器携带的机载导航设备和GNSSS定位系统生成的精确定位信息，并进行广播，地面接收系统可以接收此广播信息，对飞机或飞行器进行监视[1]。目前，世界各地都在积极推进ADS-B系统建设，欧美等国许多飞机已经安装该套系统，中国的C919已经确定安装该套系统。

传统的雷达测量精度检验方法是雷达系统在规定的场地展开布阵，目标飞机携带高精度位置采集设备按照试验方案规定的航路进行飞行，雷达对目标进行跟踪获得目标实时的位置数据（距离、角度等），将获得的数据与高精度位置采集设备获得的数据进行对比，经过一定算法处理，计算出雷达精度误差。

本文采用一种新的方法对雷达测量精度进行评估，主要是利用ADS-B技术获取民航飞机的实时位置信息，与雷达对同一民航目标探测的位置信息进行对比，得出雷达测量精度的误差值。该误差值可以用于指导雷达设计师对雷达性能进行评估和改进设计。

1 ADS-B技术

ADS-B技术是基于全球卫星定位系统的航空器（如飞机）的运行监视技术。利用该技术，地面系统能够获取飞机的精确导航信息，特别是飞机当前的位置信息。地面系统利用该位置信息，配以实时的绝对时间，就可以形成飞机的运动轨迹，同时也可以利用该位置数据进行精度对比分析。ADS-B定位信息使用GPS的WGS-84坐标系，其定位精度达到10 m量级[2]。图1为ADS-B系统框图。

由图1可知，机载导航设备每隔1 s广播一次ADS-B信号，它是由112个信息脉冲构成的S模式ADS-B长应答信号，内容包括经度、纬度、方位及速度等信息。地面接收系统接收到信息后进行解码，即可得到每一秒时间的飞机位置及其他信息。

图1 ADS-B系统框图

2 雷达测量原理

雷达是一种电磁波检测系统，一般至少由发射机、接收机及天线组成。发射机负责发射电磁信号至空间，接收机负责接收被反射的电磁信号。利用电磁波的发射和反射对物体进行检查和定位。雷达将电磁能量发射至空间，并以光速传播，如果目标位于波束内，则目标将反射一部分电磁波。返回到雷达的电磁波被雷达收集，不仅可以表明目标的存在，而且通过比较发射信号和反射信号能得出目标位置、特性及其他信息。

3 雷达精度评估方法

图2为雷达精度评估系统工作原理示意图。

评估系统利用接收机接收某一民航广播的ADS-B信号。由于雷达测定目标的坐标常采用极坐标系统，即雷达到目标的直线距离R、目标斜距在水平面上的投影与某一起始方位（一般正北方向）的夹角A及目标斜距与其在水平面上的投影的夹角E，因此提取的ADS-B数据需经过坐标转换为R、A、E数据格式，作为“真值”发送给评估系统终端计算机。

同时，雷达装备搜索空中同一民航目标，获得目标的位置数据，将绝对时间、距离R、方位A和仰角E作为“测量值”发送给评估系统地面加固计算机。

图2 雷达精度评估示意图

在评估系统地面加固计算机上，按如下步骤得出不同距离段中雷达测量目标的精度误差结果。

（1）真值数据坐标转换。将真值数据转换至测量雷达的坐标系中。

（2）数据剔野。按任务书提出的均值E和均方差δ，以E±3δ为置信区间，将超出区间的数据剔除。

（3）求一次差。对被检数据及其处理的基准值进行时差修正，然后求一次差：其中，为第k次进入第j距离段第i点被检值；为 对应的基准值。（4）求误差。某次进入第j距离段系统误差及起伏误差分别为：

其中，N为第k次进入第j距离段点数。

4 评估应用

图3为雷达精度评估系统组成。

图3 雷达精度评估系统组成

由图3可知，雷达精度评估系统主要由ADS-B地面接收解码主机和评估软件组成。目标为民航飞机，或携带ADS-B模式信息发射设备的无人机和军机。图4为ADS-B地面接收解码主机组成。

由图4可知，ADS-B地面接收解码主机主要由地面加固计算机、高精度定位设备（定位天线和定位模块）、ADS-B接收解析模块（接收天线、接收前端和信号采集）及数据处理模块等组成，主要为设备提供精确的位置信息、地面接收信息及解码ADS-B信息。

评估软件运行在地面加固计算机中，是航迹显示、精度处理及结果评定的软件，评估软件的处理流程如图5所示。

图4 ADS-B地面接收解码主机组成

图5 评估软件的处理流程

结合某雷达开展检飞试验的工作，在地势开阔处将精度评估系统展开并连接至雷达系统，雷达跟踪空中某一民航目标，地面设备也接收该民航目标的ADS-B信号，将获取的数据转换至以雷达为坐标原点的数据后，利用软件进行处理，得到精度误差结果。该精度结果与按传统方法进行检飞的精度结果基本一致。

将ADS-B信号的数据与雷达跟踪目标的数据进行对比，两者数据趋势基本一致，数据同一性较好。

5 结 论

本文利用民航飞机的ADS-B信息获取飞机的实时位置信息，与雷达测量同一飞机的位置数据进行对比分析，得出雷达系统的精度误差。该精度可以评估雷达对目标的测量精度。