空中交通預警與防撞系統c模式目標航跡融合實現方法
【專利摘要】提供一種空中交通預警與防撞系統C模式目標航跡融合實現方法，通過濾除虛假的C模式應答信號、多路徑偽航跡及虛假的C模式航跡，提高空中交通預警與防撞系統C模式目標監視跟蹤的可靠性，為空中交通預警與防撞系統的防撞功能提供高可靠性的航跡文件數據。本發明可以為空中交通預警與監視系統的監視功能濾除虛假的C模式應答信號、多路徑偽航跡和虛假航跡，實現空中交通預警與防撞系統對C模式目標飛機的航跡融合處理，提高空中交通預警與防撞系統監視跟蹤功能的可靠性。
【專利說明】
空中交通預警與防撞系統C模式目標航跡融合實現方法
技術領域
[0001] 本發明屬通信/識別/監視技術領域，涉及一種空中交通預警與防撞系統C模式目 標航跡融合實現方法，具體應用于對具備C模式應答功能的目標飛機進行跟蹤監視。
【背景技術】
[0002] 隨著空域環境變得日益繁忙與復雜，空中交通預警與防撞系統越來越廣泛地應用 于各類飛機上。當飛機近地飛行或周圍空域環境較為復雜時，本機會收到同步應答信號、同 步應答信號的反射、衍射等信號及異步應答信號、異步應答信號的反射、衍射等信號。這些 信號互相交疊，使識別變得復雜，并可能生成多重虛假C模式目標，這些目標在距離、高度或 方位上非常接近，從而形成偽航跡、虛假航跡等，使監視跟蹤變得困難。目前，空中交通預警 與防撞系統的監視跟蹤功能對C模式應答信號的處理和C模式航跡文件的處理過程只進行 數據有效性的判定，對干擾航跡的處理算法不完善，不能分辨由于各種原因形成的虛假航 跡，造成虛警，因此會導致本機監視跟蹤到很多虛假的C模式目標飛機，直觀表現就是在空 中交通預警與防撞系統顯示器上可能會顯示很多虛假的C模式目標飛機，這樣飛行員就難 以分辨真實目標和虛假目標，對空中交通狀況出現誤感知，因此有必要提出在此類復雜條 件下精準識別C模式目標并進行穩定監視跟蹤的方法。
【發明內容】
[0003] 本發明解決的技術問題：提供一種空中交通預警與防撞系統C模式目標航跡融合 實現方法，通過濾除虛假的C模式應答信號、多路徑偽航跡及虛假的C模式航跡，提高空中交 通預警與防撞系統C模式目標監視跟蹤的可靠性，為空中交通預警與防撞系統的防撞功能 提供高可靠性的航跡文件數據。
[0004] 本發明采用的技術方案:空中交通預警與防撞系統C模式目標航跡融合實現方法， 包括下述步驟：
[0005] 1)C模式應答信號數據融合:通過對目標相對距離一致性測試、相對氣壓高度一致 性測試、相對角度一致性測試和功率一致性測試將不一致的C模式應答信號濾除；
[0006] 2)多路徑偽航跡融合:通過對地面鏡面反射形成應答的C模式航跡文件的判定濾 除偽航跡；
[0007] 3)C模式航跡文件融合:通過航跡文件數據有效性、目標類型、相對高度有效性、相 對距離異常和相對速率異常判定，濾除異常的航跡文件，最終得到有效的航跡文件。
[0008] 上述步驟1)中，所述C模式應答信號數據融合是通過C模式應答相對距離一致性測 試過程、C模式應答相對氣壓高度一致性測試過程、C模式應答相對角度一致性測試過程和C 模式應答功率一致性測試過程完成的。
[0009] 其中，所述C模式應答信號數據融合，首先對C應答融合數組索引IndexT置0,判斷C 模式應答數組每個數據元素的數據有效性，將有效數據的數組序號返回到C模式應答數據 有效個數IndexT，對數組中除了首個C模式應答數據外的其他C模式應答數據進行有效性判 斷，對通過有效性判斷的C模式應答數據申請存儲空間，然后拷貝首個有效地C模式應答數 據，將當前其序號傳遞給首個有效C模式應答數據的索引Templndex，并將IndexT置1。
[0010] 本發明與現有技術相比可以為空中交通預警與監視系統的監視功能濾除虛假的C 模式應答信號、多路徑偽航跡和虛假航跡，實現空中交通預警與防撞系統對C模式目標飛機 的航跡融合處理，提高空中交通預警與防撞系統監視跟蹤功能的可靠性。
【附圖說明】
[0011] 圖1為本發明的C模式應答數據融合過程原理圖；
[0012] 圖2為本發明的C模式應答相對距離一致性測試過程原理圖；
[0013] 圖3為本發明的C模式應答相對角度一致性測試過程原理圖；
[0014]圖4為本發明的C模式應答功率一致性測試過程原理圖。
【具體實施方式】
[0015] 下面結合附圖1-4描述本發明的實施例。
[0016] 空中交通預警與防撞系統C模式目標航跡融合實現方法，包括下述步驟：
[0017] 1)C模式應答信號數據融合:通過對目標相對距離一致性測試、相對氣壓高度一致 性測試、相對角度一致性測試和功率一致性測試將不一致的C模式應答信號濾除;所述C模 式應答數據融合是通過C模式應答相對距離一致性測試過程、C模式應答相對氣壓高度一致 性測試過程、C模式應答相對角度一致性測試過程和C模式應答功率一致性測試過程完成 的。
[0018] 2)多路徑偽航跡融合:通過對地面鏡面反射形成應答的C模式航跡文件的判定濾 除偽航跡；
[0019] 3)C模式航跡文件融合:通過航跡文件數據有效性、目標類型、相對高度有效性、相 對距離異常和相對速率異常判定，濾除異常的航跡文件，最終得到有效的航跡文件。
[0020] 上述C模式應答信號數據融合，首先對C應答融合數組索引IndexT置0，判斷C模式 應答數組每個數據元素的數據有效性，將有效數據的數組序號返回到C模式應答數據有效 個數IndexT，對數組中除了首個C模式應答數據外的其他C模式應答數據進行有效性判斷， 對通過有效性判斷的C模式應答數據申請存儲空間，然后拷貝首個有效地C模式應答數據， 將當前其序號傳遞給首個有效C模式應答數據的索引Templndex，并將IndexT置1。
[0021] 在C模式監視功能中，增加對C模式應答信號的融合處理過程，如C模式應答信號的 功率融合測試、C模式應答信號的相對距離、相對氣壓高度和相對角度融合判斷和C模式航 跡文件融合處理，完成空中交通預警與防撞系統對C模式目標航跡融合處理，具體處理過程 如下所述：
[0022] 1)C應答信號功率的融合測試
[0023] 在一個跟蹤周期里，同一個目標可能對多次問詢產生應答，原因有問詢步進間的 覆蓋、應答機功率判斷的誤差等，通過對兩個應答的問詢功率、抑制功率進行功率測試，判 斷對應兩個應答的兩次問詢范圍是否可能產生覆蓋。
[0024] 表1C應答信號的融合功率測試相關參數表
[0026] 測試結果為可能覆蓋的條件：
[0027] -個應答的功率范圍完全覆蓋另一個的功率范圍，公式(1):
[0028] Pa> = Pb&&Sa〈 = Sb (1)
[0029] -個應答的功率范圍與另一個的功率范圍部分重疊，公式(2):
[0030] Sa>Sb&&Sa〈Pb (2)
[0031] 一個應答的功率范圍不超過另一個功率范圍1 OdB，公式(3):
[0032] Sa>Sb&&Pa_Pb〈10dB (3)
[0033] 2)C模式應答信號相對距離、相對氣壓高度和相對角度的融合判斷
[0034] 判斷的依據依次為:相對距離、相對氣壓高度、相對角度和功率測試，C模式應答信 號融合的條件為：同時滿足下屬a)、b)、c)、d)四個條件，各條件定義見如下，具體參數定義 如表2所示。
[0035]表2 C模式應答信號的融合判斷相關參數表
[0037] a)abs(Ra_Rb)〈=max( 1200節*abs(Ta_Tb)，z\Rmin) 公式（4)
[0038] ARmin的依據是(TCAS譯碼處理部件可識別的兩個連續應答信號的最小距離差值）；
[0039] b)Aa= =Ab 公式（5);
[0040] c)abs(Ba-Bb)〈 = 2*10 度 公式（6)
[00411 10度依據是測角誤差為±10度；
[0042] d)通過功率測試，即通過上述C應答信號的融合功率測試。
[0043] 3)C模式航跡文件的融合處理
[0044]對符合C模式應答信號融合處理條件的應答數組計算其平均角度，提供給應答融 合數組中，融合后的角度采用平均角度，距離則使用最近的距離。
[0045]通過反射的C模式航跡文件的判定，即對真實目標與鏡像目標高度差值判定和真 實目標速率與鏡像目標速率差值的兩個條件的判定，實現濾除多路徑偽航跡，完成空中交 通預警與防撞系統對多路徑偽航跡數據融合處理。
[0046] 通過航跡文件數據有效性、目標類型、相對高度有效性、相對距離異常和相對速率 異常判定，濾除虛假的航跡文件，完成空中交通預警與防撞系統對C模式目標航跡融合處 理。
[0047] 本方案描述的C模式航跡融合技術主要研究：C模式應答信號數據融合，多路徑虛 假航跡融合和C模式航跡文件融合的處理過程。
[0048] 1)圖1描述了 C模式應答融合過程，C模式應答數據融合過程是通過C模式應答相對 距離一致性測試過程、C模式應答相對氣壓高度一致性測試過程、C模式應答相對角度一致 性測試過程和C模式應答功率一致性測試過程完成的。
[0049] 首先，對C應答融合數組索引IndexT置0，判斷C模式應答數組每個數據元素的數據 有效性，將有效數據的數組序號返回到C模式應答數據有效個數IndexT。對數組中除了首個 C模式應答數據外的其他C模式應答數據進行有效性判斷，對通過有效性判斷的C模式應答 數據申請存儲空間。然后拷貝首個有效地C模式應答數據，將當前其序號傳遞給首個有效C 模式應答數據的索引Temp Index，并將IndexT置1。
[0050] 圖2描述了 C模式應答相對距離一致性測試過程。對于有效的C模式應答數據，則進 入C模式應答距離一致性測試過程，即首先判斷有無高度標志ARFlag，如果是有高度目標， 艮PARFlag為1，然后判斷兩個應答數據的距離差是否小于兩個應答的最大距離差與15m相比 較的最大值，見公式(4)，并返回判斷結果。如果是無高度目標，即ARFlag為0,則判斷兩個應 答數據的距離差是否小于150英尺，并返回判斷結果;最終將C模式應答距離一致性測試過 程的處理結果傳遞給一致性標志AgreeFlag。判斷AgreeFlag是否為真，如為真，將該C模式 應答數據拷貝到融合后的C模式應答數組，并將其序號一并傳遞給融合后的C模式應答數 組，IndexT自加1 〇
[0051] C模式應答相對氣壓高度一致性測試，判斷C模式應答相對氣壓高度是否相等及有 無高度標志ARFlag是否為0，如通過判斷，則進入相對角度一致性測試過程，否則移除此C模 式應答數據，當前應答數組序號自減1，IndexT自減1。
[0052]圖3描述了 C模式應答相對角度一致性測試過程，對之前通過C模式應答相對距離 一致性測試和C模式應答相對氣壓高度一致性測試的C應答數據進入C模式相對角度一致性 測試過程，即首先判斷兩個C模式應答的數據有效性，返回判斷結果，然后判斷兩個C模式應 答的相對角度差是否小于2*10度，即相對角度差是否小于角度測量差的2倍，見公式(6)，返 回判斷結果。最終將C模式相對角度一致性測試的結果返回至一致性標志Agr e eF 1 ag。判斷 一致性標志AgreeFlag，如為真則進入C模式應答的功率一致測試過程，否則移除此C模式應 答數據，當前應答數組序號自減1，IndexT自減1。
[0053]圖4描述了C模式應答功率一致性測試過程。在一個跟蹤周期里，同一個目標可能 對多次問詢產生應答，原因是步進間的覆蓋和應答機功率判斷的誤差，通過對兩個應答的 問詢功率、抑制功率進行功率一致性測試，判斷對應兩個應答的兩次問詢范圍是否可能產 生覆蓋。判斷產生覆蓋的條件：
[0054] a. -個應答的功率范圍完全覆蓋另一個的功率范圍，即同一目標的A應答的問詢 功率> =B應答的問詢功率且A應答的抑制功率> =B應答的抑制功率，見公式(1)。
[0055] b.-個應答的功率范圍與另一個的功率范圍部分重疊，即同一目標的A應答的抑 制功率〉B應答的抑制功率且A應答的抑制功率〈B應答的問詢功率，見公式(2)。
[0056] c. 一個應答的功率范圍不超過另一個功率范圍10dB，即同一目標的A應答的抑制 功率〉B應答的抑制功率且A應答的問詢功率-B應答的問詢功率〈1 OdB，見公式(3)。
[0057] 將處理的結果返回一致性標志AgreeFlag。如果AgreeFlag為真，貝lj首先對修改后 的數組索引進行融合，即首先判斷刪除的C模式應答索引是否大于C模式應答最大數，如不 是則在整個應答融合數組中判斷應答數據的有效性和其索引是否大于刪除的索引號，然后 移除此C模式應答，融合計數MergCounter自加1，當前總數IndexT自減1;如果AgreeFlag為 假，則移除此C模式應答數據，IndexT自減1，然后對下一個C模式應答進行相對功率一致性 測試。
[0058]然后，進行C模式應答信號融合處理，即首先計算C模式應答融合數組角度平均值 并賦給融合后的角度，然后通過角度獲取融合后C模式應答波束，融合后的距離使用最近的 距離，最終返回融合后的C模式應答數據。最終，返回融合后計數MergCounter。
[0059]接著進行C模式應答信號數組整理。C模式應答信號數組初始值是按照相對距離值 進行排序的。首先C模式應答信號數組進行排序，再次對低置信度C模式應答信號數組進行 排序，最后得到按照距離由近及遠排序后的C模式應答信號數組。
[0060] 2)多路徑偽航跡融合
[0061] 多路徑偽航跡融合過程主要是處理由于C模式應答信號反射導致的鏡像航跡。首 先初始化鏡像航跡文件，查找所有相關C模式航跡文件，判斷航跡文件的目標類型和航跡文 件狀態，對每個C模式航跡文件查找下一個C模式航跡文件，并要求：（1)真實高度與鏡像航 跡高度之差小于或等于200英尺；（2)真實速度與鏡像航跡速度的速度差值小于或等于40 節。如果不能同時滿足條件（1)和（2)，則判定其為鏡像航跡文件并給其打上鏡像標志 ImageTrackFlag，否則處理剩余航跡文件。
[0062] 3)C模式航跡文件融合
[0063]首先對航跡文件進行數據有效性和目標類型判斷，將建立的C模式目標航跡文件 的距離值賦給相對距離，將建立的C模式目標航跡文件的速度值賦給相對速度。判斷C模式 目標航跡文件最近應答的高度值有效性，如有效，則將建立的C模式目標航跡文件的高度值 賦給相對高度，將建立的C模式目標航跡文件的垂直速度值賦給相對垂直速度。計算距離誤 差、速度誤差、方位誤差和垂直速度誤差，判斷高度誤差和垂直速度誤差是否在精度范圍 內，并返回高度判斷值PassFlagAltitude，判斷距離誤差和速度誤差是否在精度范圍內，如 在其內則將融合總數MerglndexT自加，并將此C模式目標移除航跡文件。最終返回融合后的 航跡文件。
[0064] 注:詞匯釋義
[0065] IndexT :C應答融合數組的索引
[0066] TempIndex:C模式應答數組的索引
[0067] ARFlag:有無高度標志
[0068] AgreeFlag:一致性標志
[0069] MergCounter:融合后計數器
[0070] ImageTrackFlag:鏡像航跡標志
[0071] PassFlagAltitude:高度判斷值
[0072] MerglndexT:融合總數
[0073]上述實施例，只是本發明的較佳實施例，并非用來限制本發明實施范圍，故凡以本 發明權利要求所述內容所做的等效變化，均應包括在本發明權利要求范圍之內。
【主權項】
1. 空中交通預警與防撞系統C模式目標航跡融合實現方法，其特征在于包括下述步驟： 1. c模式應答信號數據融合:通過對目標相對距離一致性測試、相對氣壓高度一致性測 試、相對角度一致性測試和功率一致性測試將不一致的C模式應答信號濾除； 2) 多路徑偽航跡融合:通過對地面鏡面反射形成應答的C模式航跡文件的判定濾除偽 航跡； 3. C模式航跡文件融合:通過航跡文件數據有效性、目標類型、相對高度有效性、相對距 離異常和相對速率異常判定，濾除異常的航跡文件，最終得到有效的航跡文件。2. 根據權利要求1所述的空中交通預警與防撞系統C模式目標航跡融合實現方法，其特 征在于:上述步驟1)中，所述C模式應答信號數據融合是通過C模式應答相對距離一致性測 試過程、C模式應答相對氣壓高度一致性測試過程、C模式應答相對角度一致性測試過程和C 模式應答功率一致性測試過程完成的。3. 根據權利要求2所述的空中交通預警與防撞系統C模式目標航跡融合實現方法，其特 征在于:所述C模式應答信號數據融合，首先對C應答融合數組索引IndexT置O，判斷C模式應 答數組每個數據元素的數據有效性，將有效數據的數組序號返回到C模式應答數據有效個 數IndexT，對數組中除了首個C模式應答數據外的其他C模式應答數據進行有效性判斷，對 通過有效性判斷的C模式應答數據申請存儲空間，然后拷貝首個有效地C模式應答數據，將 當前其序號傳遞給首個有效C模式應答數據的索引Templndex，并將IndexT置1。
【文檔編號】G08G5/04GK105894865SQ201610456820
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月22日
【發明人】汶攀君, 呼曦, 魏航科, 何海明, 呂婷, 劉成林, 張龍
【申請人】陜西寶成航空儀表有限責任公司