MLAT多点监视技术介绍.ppt

,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,现代空中交通管理,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,现代空中交通管理,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,现代空中交通管理,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,5.4,多点定位监视（,MLAT,）系统,5.4.1 MLAT,概述,5.4.2 MLAT,系统结构,5.4.3 MLAT,基本原理,5.4.4 MLAT,关键技术,5.4.5 MLAT,典型应用和发展趋势,现代空中交通管理,1,5.4,多点定位监视（,MLAT,）系统,5.4.1 MLAT,概述,5.4.2 MLAT,系统结构,5.4.3 MLAT,基本原理,5.4.4 MLAT,关键技术,5.4.5 MLAT,典型应用和发展趋势,现代空中交通管理,2,现代空中交通管理,3,5.4.1 MLAT,技术概述,在,不增加机载设备,的前提下，通过,多点接收,机载应答机信号，利用,到达时间差,(TDOA),定位技术，实现了精确测量定位,解决了一次场面监视雷达系统固有的,无标识问题,以及机场的,雷达覆盖盲区问题,，实现机场区对飞机的精确定位和识别，改善繁忙机场的场面监视能力，提高机场的安全性,地面站,1,地面站,2,地面站,3,现代空中交通管理,4,5.4.1 MLAT,技术概述,对装有以下应答机的目标进行跟踪,S,模式,A/C,模式,ADS-B,通过远端站接收信号的,TDOA,定位,5.4.1 MLAT,技术概述,应答信号类型,现代空中交通管理,5,A/C,模式,S,模式,ADS-B,四位八进制码,(12bits),由,ATC,分发,仅对询问信号应答,6,位,16,进制码,(24bits),机载应答机唯一确定,对于车载设备不唯一确定,周期性发送,对于,A/C,模式和,ID,询问进行应答,周期性广播,ID,和位置等参数,不需要询问信号,5.4.1 MLAT,技术概述,MLAT,系统特点,1s,更新率（可配置）,精确的定位结果,获取飞机,ID,信息,分布式远端站,解决视距化问题,提高系统可行性,可扩展性,比,SSR,造价低；,低维护成本；,被动接受（,正常情况,），,满足无线电寂静,MLAT,系统限制因素,视距,(LOS),RF,信号强度,大气传播特性,RF,信号多径,通信链路状况,现代空中交通管理,6,被动,安装和使用系统,无需通过传输认证,不增加,机场的,1030MHz,的询问信号或,者,1090MHZ,的应答信号,主动,（,可选,）,不依赖其他询问信号使飞机作出应答,询问天线比,MSSR,简单，,无需旋转天线,5.4.1 MLAT,技术概述,MLAT,特点,扩展性,增加接收机或者改变布局即可实现系统扩展,现代空中交通管理,7,5.4,多点定位监视（,MLAT,）系统,5.4.1 MLAT,概述,5.4.2 MLAT,系统结构,5.4.3 MLAT,基本原理,5.4.4 MLAT,关键技术,5.4.5 MLAT,典型应用和发展趋势,现代空中交通管理,8,5.4.2 MLAT,系统结构,现代空中交通管理,服务器,以太网,ADSL,串口,监视数据,参考应答机,远端站,检测接收信号,远端站和中心处理站链路,传输数字化信号,传输所有检测到的码元,询问,中心,/,分布式询问,主动,/,被动,广播,/,一对一,多径修正机制,少远端站，复杂处理机制,多远端站，简单处理机制,5.4.2 MLAT,系统结构,现代空中交通管理,10,5.4.2 MLAT,系统结构,远端站,现代空中交通管理,11,接收机：,频率：,1090 MHz+/-3MHz,(A/C/S,模式以及,1090ES ADS-B),灵敏度：,-90dBm,输入阻抗,50,欧,发射机（可选）：,频率：,1030 MHz,A/C/S,模式,5.4,多点定位监视（,MLAT,）系统,5.4.1 MLAT,概述,5.4.2 MLAT,系统结构,5.4.3 MLAT,基本原理,5.4.4 MLAT,关键技术,5.4.5 MLAT,典型应用和发展趋势,现代空中交通管理,12,5.4.3 MLAT,的基本原理,现代空中交通管理,12:01:03:002,12:01:03:004,地面站,1,地面站,2,飞机,?,2ms,双曲线,5.4.3 MLAT,的基本原理,现代空中交通管理,地面站,1,地面站,2,地面站,3,现代空中交通管理,15,5.4.3 MLAT,的基本原理,对,n,个地面远端站进行,TDOA,测量，产生方程：,i,j,为远端站序号；,表示远端站,i,j,的信号达到时间差；,X,i,X,j,X,u,分别表示远端站,i,j,和目标的位置；,c,为光速。,5.4.3 MLAT,的基本原理,进行,二维,定位时，最少需要,三个,地面接收站；进行,三维,定位时，最少需要,四个,地面接收站。,这里，我们以二维为例说明：,将上述式子表示为方程组,方程组满足求解条件,现代空中交通管理,16,5.4,多点定位监视（,MLAT,）系统,5.4.1 MLAT,概述,5.4.2 MLAT,系统结构,5.4.3 MLAT,基本原理,5.4.4 MLAT,关键技术,5.4.5 MLAT,典型应用和发展趋势,现代空中交通管理,17,5.4.4 MLAT,关键技术,现代空中交通管理,18,TDOA,定位求解技术,到达信号边沿检测,时钟同步,几何精度因子（,DOP,）,接收机布站优化问题,5.4.4 MLAT,关键技术,现代空中交通管理,19,TDOA,定位求解技术,到达信号边沿检测,时钟同步,几何精度因子（,DOP,）,接收机布站优化问题,5.4.4 MLAT,关键技术,TDOA,定位求解,求解方法：,闭合形式解,基于线性化迭代,卡尔曼滤波,现代空中交通管理,现代空中交通管理,21,5.4.4 MLAT,关键技术,TDOA,定位求解,基于,线性化迭代,令,利用,近似位置,可得：,表示,x,的,估计值,表示,x,的估计值和真值的,差,现代空中交通管理,22,5.4.4 MLAT,关键技术,TDOA,定位求解,将近似位置 代入,可得解得,通过进行多次迭代即可得位置估计值,5.4.4 MLAT,关键技术,现代空中交通管理,23,TDOA,定位求解技术,到达信号边沿检测,应答信号检测,自适应脉冲沿检测,时钟同步,几何精度因子（,DOP,）,接收机布站优化问题,5.4.4 MLAT,关键技术,到达信号边沿检测,应答信号检测,现代空中交通管理,24,对输入信号进行幅度比较，即进行,第一门限,Sa,切割,；为了抗异步干扰等，通常一个码元采样多次，这样可以进行,第二门限处理,。第二门限采用,滑窗处理技术,，当连续,K1,个“,1,”，则判为脉冲起始，并以第一个“,1,”的时刻作为该脉冲的起始时刻,T,s,；当连续,K2,个“,0,”，则判为脉冲结束，并以第一个“,0,”的时刻作为该脉冲的结束时刻,T,e,5.4.4 MLAT,关键技术,到达信号边沿检测,自适应脉冲沿检测,现代空中交通管理,25,当脉冲幅度不同时，,固定门限,的测时方法,不是无偏估计,当脉冲沿线性时是无偏的，以,脉冲幅度的固定比例为门,限,的方法，可以提高了测时精度,5.4.4 MLAT,关键技术,现代空中交通管理,26,TDOA,定位求解技术,到达信号边沿检测,时钟同步,参考应答机,基于,GNSS,基于原子时钟,几何精度因子（,DOP,）,接收机布站优化问题,5.4.4 MLAT,关键技术,基于参考应答机的同步方式,现代空中交通管理,27,5.4.4 MLAT,关键技术,基于,GNSS,共视的同步方式,现代空中交通管理,28,5.4.4 MLAT,关键技术,基于原子时钟的同步方式,现代空中交通管理,29,各站通过,高精度的原子钟,获得高精度本地时间信号，再通过数据网络动态校准远端单元的同步时钟，可将系统的时间精度统一做到,ns,级,5.4.4 MLAT,关键技术,基于,参考应答机,的时钟同步技术和基于,GNSS,共视,的时钟同步技术，都需要在,中心处理站进行远端站之间时间偏差的计算和补偿,。需要考虑的误差来源有：,系统自身因素对同步造成的误差，例如：电缆时延、解调器时延、接收天线时延等,外界因素对时钟同步造成的误差，例如：电离层干扰、对流层干扰、传播路径时延、周边电磁干扰等,基于,原子时钟,的同步方式：在机场场面环境下，飞机引起的振动、场面复杂的电磁环境、户外温度的变化等多种因素都会对,远端站的本地频率源造成干扰,，引起时钟抖动,上述三种方法都可实现,纳秒级,的时钟同步精度,但,成本,、,性能,和,技术实现难度,上有显著差异,5.4.4 MLAT,关键技术,现代空中交通管理,31,TDOA,定位求解技术,到达信号边沿检测,时钟同步,几何精度因子（,DOP,）,接收机布站优化问题,现代空中交通管理,32,5.4.4 MLAT,关键技术,几何精度因子（,DOP,）,地面站,1,地面站,3,地面站,2,时间差测量误差的方差,受限于,地面站测时精度,时钟同步,传输路径,现代空中交通管理,5.4.4 MLAT,关键技术,几何精度因子（,DOP,）,地面站,1,地面站,3,地面站,2,现代空中交通管理,5.4.4 MLAT,关键技术,几何精度因子（,DOP,）,MLAT,解的精度,=,（几何因子）,X,（时间差测量误差因子）,远端站几何布局,DOP,：,时间差测量误差：,到达时测量误差,接收机同步误差,传输误差,方向余弦矩阵,加权矩阵,5.4.4 MLAT,关键技术,现代空中交通管理,35,TDOA,定位求解技术,到达信号边沿检测,时钟同步,几何精度因子（,DOP,）,接收机布站优化问题,5.4.4 MLAT,关键技术,接收机布站优化问题,现代空中交通管理,存在较多遮蔽,考虑几何精度因子,DOP,用较少的接收机,5.4,多点定位监视（,MLAT,）系统,5.4.1 MLAT,概述,5.4.2 MLAT,系统结构,5.4.3 MLAT,基本原理,5.4.4 MLAT,关键技术,5.4.5 MLAT,典型应用和发展趋势,现代空中交通管理,37,5.4.5 MLAT,典型应用和发展趋势,MLAT,典型应用,现代空中交通管理,38,首都机场,现代空中交通管理,39,Accuracy 10m,10Accuracy150,25Accuracy150,5.4.5 MLAT,典型应用和发展趋势,MLAT,典型应用,蒙古,5.4.5 MLAT,典型应用和发展趋势,MLAT,的系统性能,更新率,1Hz,覆盖范围,依赖于远端站数量和布局,精度,终端,7.5 m,其他,20 m,目标容量,500,身份认证,对于装载有,S,模式或者,A/C,模式的飞机,通过,24,位的,S,模式地址或者,12,位的,A/C,模式地址,系统提供正确,ID,的概率大于,99.9%,虚假,ID,概率,虚假目标概率低于,10,-6,跟踪初始化,5s,启动时间,5min,切换时间,从主系统切换到备份系统小于,1s,现代空中交通管理,40,5.4.5 MLAT,典型应用和发展趋势,ADS-X,多模式远端站,ADS-B(Cat 21),和,M,LAT,(Cat 20),监视数据,数据融合,Now,100%,Total Traffic,Time,10 Years?,ADS-B Reports,Multilateration Reports,Server,ADS-B Cat 21,ADS-B,Mode A/C/S,MLAT Cat 20,5.4.5 MLAT,典型应用和发展趋势,ADS-B,低成本,自主播报位置,M,LAT,无需机载电子设备,独立信息,A,DS-X,安全，灵活,航路，进近，场面等,谢谢！,