二次雷达参与情况下的ADS—B虚假目标识别
现今中国民用航空正在突飞猛进地发展，广播式自动相关监视ADS-B技术已经在全国开始逐步推广，ADS-B是一种更高效更简单的数据传输方式，但是，它对于虚假目标的识别能力较弱，这样会造成航空管制的极大压力。本文基于这个现状，提出了一种在二次雷达参与情况下的ADS-B虚假目标的识别方法。
【关键词】ADS-B 二次雷达 虚假目标识别 空管
广播式自动相关监视ADS-B作为一种新型的空中交通管理和监视手段，完全区别于一次监视雷达和二次监视雷达，它依靠高精度的卫星导航，能够有效地提高航空管制员和飞行员对于飞机飞行态势的掌控能力，是未来空管发展的趋势。
但是，其对于虚假目标的识别上有一定地劣势，我们这里就提出一种在二次雷达参与情况下的虚假目标的识别方式，主要是以雷达航迹与ADS-B航迹对比的模式进行，并遵照以下原则。
（1）二次雷达位置报告必须形成航迹，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，在多雷达情况下二次雷达航迹滤波算法应该使用alpha/beta算法，其滤波的基本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接使用WGS84坐标系。雷达本地坐标到WGS84坐标转换应该使用基于WGS84椭球体模型的地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坐标转换算法执行）。
（3）二次雷达航迹与ADS-B航迹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（需要对照本文提供的航迹对比算法执行）如图1。
1 雷达坐标转换算法
使用地心直角坐标系进行转换，首先将雷达获取的斜距和角度，气压高转换到雷达站站心直角坐标系（一般雷达站为原点，正北为x轴，正东为y轴，铅锤线为z轴）。
值得注意的是在将斜距和角度，气压高转换到雷达站站心直角坐标系的时候，有必要考虑pulldown的影响。图2是pulldown的示意图，由示意图表示的几何关系中，可以推导出pulldown值的计算公式（x，y，z为站心直角坐标值，r为雷达斜距，θ为雷达转角）。
θ=arccos
pulldown=
z=F·cosθ -（R· （1- sinθ ）+H）
x= ·cosθ
y= ·sinθ
得到雷达站站心直角坐标后，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90度方向为Y轴的地心空间直角坐标值。（a为地球半径， B0和L0为雷达站的纬度和经度）。
N=
X0=（N+H）cosB0 cosL0
Y0=（N+H） cosB0 sinL0
Z0=N· （1- e2 ） sinB0
= +
得到的地心直角坐标系，地心直角坐标系可通过迭代法计算出大地坐标值。
2 航迹对比算法
航迹对比基于航迹自身特征参数进行，由于位置外推在更新率较高的ADS-B数据中引入的误差过大（时间不确定性），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。
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航迹，如果ADS-B航迹连续进入3个雷达波门范围，认为ADS-B航迹与雷达航迹相关，同时认为ADS-B航迹通过了验证。
雷达航迹波门的基础参数是雷达在不同区域的RMS值，这个值由雷达的角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（BIAS误差），需要依据历史经验获取雷达的BIAS修正量。
如果考虑飞行器速度及雷达与ADS-B测量误差，理想波门为一个复杂封闭曲线，为了简化计算，应该将波门设置为一个矩形框，矩形框长度方向与航向保持一致，如图3。
在WGS84坐标系中，可将雷达位置测量值为基准点，将经纬度以极射投影的方式来进行投影，需要校验的ADS-B航迹位置均需按照此投影计算其平面坐标值。（B0和L0为雷达站的纬度和经度，B和L为ADS-B航迹位置的纬度和经度）。
R=
φ≈ B0 -（ ）
+sin2B0（ ） ·sin4B0
k=
x=k·cosB0·sin（L-L0）
y=k·[ cosB0·sinB-sinB0·cosB·cos（L-L0）]
由于波门与飞行器航向与速度相关，略去数学推导，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旋转，新坐标系的y轴与航向一致，旋转可按照以下公式进行（r0为航向角度），被校验的ADS-B测量位置必须转换到新坐标系下。
= +
在航向方向，需要考虑雷达和ADS-B测量时刻的时间差（包括链路传输延迟的时间差），需要设定一个时差门限参数，只有雷达与ADS-B时差小于时差门限参数，才允许雷达与ADS-B测量位置的比较。在航向方向，矩形框长度和由时差门限参数，飞行速度，RMS值共同组成，矩形框起始位置由RMS值确定，这几个值需要做成线下参数，根据实际情况确定。
由于在航向垂直方向，测量值的变化等于测量误差，考虑到飞行器机动的可能性，矩形框宽度值为RMS值加上最大机动值的两倍，最大机动值由雷达更新率及飞行器性能确定，这几个值也需要做成线下参数，根据实际情况来决定。
综上，参照本文中提出的识别原则，并执行文中的雷达转换算法和航迹对比算法，就可以有效地识别ADS-B虚假目标，从而减轻空管自动化系统的处理压力，使得航空管制员能更轻松高效地工作。
参考文献
[1]张军.空域监视技术的新进展及应用[J].航空学报，2011（01）：1-14.
[2]陈桀.空管多源数据融合处理研究与应用[D].北京：北京航空航天大学，2006.
[3]民航局飞标司.ADS-B技术在飞行运行中的应用[M].2008.
作者单位
民航空管技术装备发展有限公司 北京市 100088
