專利名稱：：一種ads-b管制工作站數據處理系統的制作方法
技術領域：
：本發明涉及一種管制工作站的數據處理系統，特別是一種ADS-B管制工作站的數據處理系統，屬于空中交通管制領域。
背景技術：
：空中交通管制的根本目的是使航線上的飛機安全、有效和有計劃的在空域中飛行，管制員需要對管制空域內飛機的飛行動態進行實時監視。傳統的雷達監視手段采用詢問應答方式對目標探測。從長遠來看，雷達系統自身具有很多局限性，限制了監視性能的提高。雷達波束的直線傳播形成了大量雷達盲區，無法覆蓋海洋和荒漠等地區；雷達旋轉周期限制了數據更新率的提高，從而限制了監視精度的提高；無法獲得飛機的計劃航路、速度等態勢數據，限制了跟蹤精度的提高和短期沖突檢測告警STCA的能力。因此，需要開發新的監視手段。廣播式自動相關監視ADS-B利用航空器自動廣播由機載星基導航和定位系統生成的精確定位信息，地面設備和其他航空器通過航空數據鏈接收此信息，衛星系統、飛機以及地基系統通過高速數據鏈實現空天地一體化協同監視。ADS-B不僅克服了傳統雷達監視手段的一些問題，并且具有精度高、更新率高、應用范圍廣、地面設備建設和維護費用低等優勢。空中交通管制工作站是空中交通管制員的一種管制工具，這種管制工具需要具備兩種基本功能監視和通信。監視是指通過特定的監視手段，管制員在特定的顯示屏幕上觀測并獲得實時的飛機位置；通信是指管制員利用話音和數據等通信手段與飛行員進行實時的通信與交流。管制員通過監視和通信可以及時地獲取詳細的飛機位置信息，同時又能夠與飛行員取得及時的聯系，這樣就可以隨時隨'地的對管制區域內的飛機進行空中交通指揮，使飛機能夠按照正確的航路飛行，從而降低空中交通事故率，提高航路飛行安全，管制員也可以有效地調度管制區域內的其他飛機，優化飛機的航路，提高空中交通流量和空域利用率，帶來良好的經濟效益。參照中國民航ADS-B技術政策，ADS-B作為一種新興^J監視技術，將首先應用于地空監視，即起到一種類似于雷達的作用，提供"類雷達"服務。傳統的管制工作站都是基于雷達數據，隨著ADS-B技術的興起，國際上廣泛開展了將ADS-B數據融入現有雷達管制工作站系統的研究。中國的情況與歐美等空管大國有很大區別，歐美等國都有較完善的雷達覆蓋，而中國地域廣大、地形復雜，存在著大量的高山、荒漠地區，尤其是西部地區，在這些地區無法建設雷達。按照中國民航ADS-B技術政策，中國民航將首先考慮在西部無雷達覆蓋的地區建設和推廣應用ADS-B系統，而中國民航在這些地區尚無管制工作站系統，因此亟需研制一套基于ADS-B數據的管制工作站系統。由于ADS-B是基于機載通信導航設施的協同式監視系統，其工作原理從根本上不同于傳統的基于無線電測距的主動式監視系統(雷達)，因此基于ADS-B數據的管制工作站系統與傳統的基于雷達數據的管制工作站系統有較大不同。ADS-B數據的更新率為每秒1次，大大高于傳統雷達的更新率(航路雷達12秒1次，終端區雷達4秒1次)；ADS-B系統使用模式S的擴展電文消息格式，"擴展"是與二次雷達比較而言，將二次雷達的56bit消息擴展到ADS-B的112bit包里。因此，基于ADS-B數據的管制工作站系統需要處理相對于基于雷達數據的管制工作站系統幾倍甚至幾十倍的數據量，而將ADS-B數據直接接入現有的管制工作站系統，僅能處理與雷達數據量相當的ADS-B數據，從而會丟失部分ADS-B數據。ADS-B數據的編碼方式相比于二次雷達要復雜的多ADS-B下發報文的格式為DF17，消息主要包括DF，CA，AA，ME，PI幾個字段，其中，ME是數據段，由56bit組成，其起始的5個bit(33—37bit)稱作TYPE字段，用來標識消息類型，如TYPE值為918時是飛機位置消息，TYPE值為19時是飛機速度消息，TYPE值為14是標識消息，TYPE值為27是飛行趨勢信息等，一個編碼僅傳輸一種特定類型的信息，不同類型消息的發送周期也不同，如位置消息和速度消息每0.4—0.6秒更新一次，標識消息每4.8—5.2秒更新一次，趨勢信息每1.6—1.8秒更新一次。ADS-B這種變速率傳偷數據的方式導致基于ADS-B數據的管制工作站系統的數據處理方式復雜度大大增加，而將ADS-B數據直接接入現有的管制工作站系統，會將ADS-B各種類型的信息更新率默認為雷達數據的更新率，導致錯誤處理；即使手動設置更新率也僅能符合一種類彎(比如位置和速度信息)的需求，無法分別設置。而且ADS-B數據中包含了大量雷達數據所不包含的信息，如飛行趨勢信息、速度信息、ICAO24位地址信息等，基于ADS-B數據的管制工作站需要有效利用并對這些數據進行特殊處理。
發明內容本發明的技術解決問題克服現有技術的不足，提供一種ADS-B管制工作站數據處理系統，該系統能夠針對ADS-B處理，同時處理復雜程度降低，提高了數據處理效率。本發明的技術解決方案一種ADS-B管制工作站數據處理系統，其特點在于包括輸入數據處理模塊、單地面站跟蹤模塊、多地面站跟蹤模塊，其中輸入數據處理模塊，對輸入的ADS-B報文進行預處理，即對輸入的ADS-B報文、系統區域代碼SAC值和系統標識代碼SIC表的離線信息進行分析過濾，丟棄相應的錯誤報文，對經過過濾的ADS-B報文送至單地面站跟蹤模塊，同時對錯誤報文發出相應的告警信息，并將告警信息送至系統控制與監視模塊；單地面站跟蹤模塊，接收從輸入數據處理模塊過濾的后的各個單站ADS-B報文，對其中的狀態報文、模式報文、勤務報文分別進行處理，通過航跡起始建立起各個單站ADS-B航跡，并通過航跡更新與終止維護各單站ADS-B航跡鏈表；多地面站跟蹤模塊，用于根據目標的各個已建立的單站ADS-B航跡跟蹤多個ADS-B地面站，進行系統容量的過載保護，通過航跡起始建立各目標的多站ADS-B系統航跡，并通過航跡更新與航跡終止維護多站ADS-B系統航跡鏈表。所述的輸入數據處理模塊還要對輸入的ADS-B報文進行數據統計、航跡管理、ADS-B系統周期評估，發出相應的告警信息，并將告警信息送至系統控制與監視模塊。本發明與現有技術相比的優點在于(1)由于ADS-B是基于機載通信導航設施的協同式監視系統，其工作原理從根本上不同于傳統的基于無線電測距的主動式監視系統(雷達)。第一，ADS-B數據的更新率為每秒1次，報文長度為112bits，都大大高于傳統雷達，使得基于ADS-B數據的管制工作站系統需要處理相對于基于雷達數據的管制工作站系統幾倍甚至幾十倍的數據量，因此本發明在進療ADS-B數據處理之前進行預處理，實現輸入數據錯誤過濾、數據計數、航跡管理與系統周期評估，為后面的處理幾倍甚至幾十倍于傳統雷達數據的數據量做了準備。(2)ADS-B數據包含各種類型的信息，不同類型消息的發送周期不同，導致基于ADS-B數據的管制工作站系統的數據處理方式復雜度大大增加，本發明針對各種類型信息的特點進行相應的數據處理，定義各自的系統航跡處理規則，包括系統航跡起始、更新與終止，從而增加數據處理的靈活性，提高了數據處理效率。(3)由于ADS-B數據中包含了大量雷達數據所不包含的信息，如飛行趨勢信息、速度信息、ICAO24位地址信息、數據完好性信息等，在數據處理過程中可以合理使用這些信息，從而增加比如數據完好性檢測、通過ICA0地址相關等數據處理功能，提高了數據處理效率。總之，本發明能夠處理幾倍甚至幾十倍于傳統雷達數據的數據量，比傳統雷達管制工作站的數據處理具有更高的靈活性和和處理效率。圖1為本發明的組成框圖2為圖1中輸入數據處理模塊的流程圖3為圖1中單點地面站跟蹤模塊的流程圖4為圖3中航跡起始的流程圖5為圖3中航跡更新的流程圖6為圖3中航跡終止的流程圖7為圖1中的多地面站跟蹤模塊的流程圖8為圖7中的過載保護的流程圖9為圖7中航跡起始的流程圖IO為圖7中航跡更新的流程圖11為圖7中航跡終止的流程圖。具體實施例方式如圖1所示，本發明的ADS-B管制工作站總的數據處理流程，包括3個部分輸入數據處理模塊、單地面站跟蹤模塊、多地面站跟蹤模塊(1)輸入數據處理模塊該模塊功能為對ADS-B報文進行預處理。其輸入為ADS-B報文和離線信息，輸出則為經過預處理的ADS-B報文和相應的告警信息。其詳細過程及所含內容如圖2所示A.輸入數據錯誤過濾用來分析報文錯誤并發出告警，輸入ADS-B報文，SAC值(SystemAreaCode:系統區域代碼)，SIC表(SystemIdentificationCode:系統標識代碼)，輸出經過過濾的ADS-B報文和告警信息。首先檢査報文中是否存在下述情況不明的SIC-SAC地址、缺少必需的數據項、時間戳不連續、目標位于ADS-B地面站探測范圍以外，如果存在上述情況，則丟棄相應的報文，并將告警信息發送給系統控制與監視模塊。B.數據計數用來評估'ADS-B各頂統計數據，輸入ADS-B報文，輸出告警信息'。訐算每個系統周期內從ADS-B地面站接收到的報文總數，每個系統周期內丟棄的報文總數。在預定的幾個系統周期內計算這些數據的平均值，平均值必需低于預定的系統參數，如果超出系統參數，則發送告警信息給系統控制與監視模塊。如果每個系統周期內從ADS-B地面站接收到的報文總數超過預定系統閾值，則發送告警信息給系統控制與監視模塊。C.航跡管理通過測試來監視ADS-B地面站和ADS-B管制工作站數據處理的精度。輸入ADS-B測試報文，輸出告警信息。將探測到的目標位置與標準位置進行比較，如果探測到的目標位置落在標準位置周圍的一個預定范圍內，則認為該ADS-B地面站和ADS-B管制工作站數據處理的精度達到要求。D.ADS-B系統周期評估用來評估ADS-B系統周期。輸入ADS-B報文，輸出告警信息。利用ADS-B報文評估ADS-B的系統周期，并判斷下一份報文是否按時到達，如果沒有按時到達，則發送告警信息到系統控制與監視模塊。(2)單地面站的跟蹤接收從輸入數據處理模塊傳來的各個單站ADS-B報文，其中ADS-B報文主要包括狀態報文(StateVectorR印ort)、模式報文(ModeStatusR印ort)、勤務報文(OnConditionr印oxt)i.狀態報文主要包括目標當前的位置、速度、航向及其精度信息，對于在空中高速運動的飛機，狀態報文具有更新率高、報文內容豐富等特點；模式報文主要包含目標的當前運行信息，如飛機ICA024位地址、呼號等，模式報文更新率較低；勤務報文只有在目標將發生機動時才會出現，是ADS-B所特有的報文段，可作為輔助信息處理。基于對狀態報文數據、模式報文數據、勤務報文數據的處理，通過航跡起始建立起各個單站ADS-B的單ADS-B航跡，并通過航跡更新與終止維護各單站ADS-B航跡鏈表，該鏈表主要包括3個部分狀態報文鏈表、模式報文鏈表和勤務報文鏈表，具體結構分別如表1一表3所示表l狀態報文鏈表<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>單地面站的跟蹤處理流程如圖3所示，具體包括以下步驟A.系統航跡起始如果連續收到m(m》3，可根據用戶需求自行設置)個狀態報文，并且這段時間內模式報文未發生變化；或者連續收到n(n》2，可根據用戶需求自行設置)個狀態報文，并且這段時間內收到p(p》1，可根據用戶需求自行設置)個勤務報文，同時模式報文未發生變化時，可以起始新的系統航跡。具體流程如圖4所示。B.系統航跡更新用來更新系統航跡，在系統航跡起始之后，當收到新的狀態報文或者勤務報文時，則進行系統航跡更新。輸入為系統航跡數據，輸出為更新后的系統航跡數據。具體流程如圖5所示。D.系統航跡終止用來終止系統航跡，輸入為系統航跡數據，輸出為告警信息，如果在m個狀態報文更新周期內既沒收到某個已有記錄的目標的ADS-B狀態報文，也沒收到該目標的ADS-B勤務報文，則認為這個航跡是不可靠的，應該對這個航跡給予報警；如果經過q(q》5，可根據用戶需求自行設置)個狀態報文更新周期仍未收到該飛機的ADS-B狀態報文和勤務報文，則認為此目標的航跡已終止，應清除其記錄。具體流程如圖6所示。(3)多地面站的跟蹤主要功能是根據目標的各個已建立的單個ADS-B地面站航跡跟蹤多個ADS-B地面站。對單個ADS-B航跡首先要進行系統容量的過載保護，另外對同一目標的航跡優先選擇時間上先到的ADS-B航跡，通過航跡起始建立各目標的多站ADS-B系統航跡，并通過航跡更新與航跡終止維護多站ADS-B系統航跡鏈表，鏈表結構與單地面站跟蹤相同，數量上是單地面站系統航跡鏈表數的倍數，可參考表1一表3。多地面站的跟蹤處理流程如圖7所示，具體包括以下步驟A.過載保護當系統航跡數超過系統閾值時發出告警，輸入為系統航跡數據，輸出為告警信息。如果系統航跡數超過系統所能處理的最大系統航跡數的80%,則發送一個預過載"preoverload"告警信息到系統控制與監視模塊；如果系統航跡數達到系統所能處理的最大航跡數，則不能創建新航跡，并發送一個過載"overload"告警信息到系統控制與監視模塊；如果系統航跡數低于系統所能處理的最大航跡數的90%,則發送一個信息給系統控制與監視模塊，取消過載"overload"，如果系統航跡數低于系統所能處理的最大航跡數的7CW，則發送一個信息給系統控制與監視模塊，取消預過載"preoverload"。如果系統接收到NUC值小于等于5的ADS-B航跡數據時，則進行報警，實現完好性監測告警。具體流程如圖8所示。B.系統航跡起始如果連續收到ra個狀態報文，并且這段時間內模式報文未發生變化，另外這m個報文中沒有來自同一目標同時廣播的報文；或者連續收到n個狀態報文，同時這段時間內模式報文未發生變化，并且這段時間內收到p個勤務報文時，另外這n個狀態報文不是來自同一目標同時廣播的報文時，可以起始新的系統航跡。具體流程如圖9所示。C.系統航跡更新用來更新系統航跡，在系統航跡起始之后，當收到新的狀態報文或勤務報文，并且確定它與前面的狀態報文或勤務報文不是來自同一目標同時廣播的報文時，則進行系統航跡更新。輸入為系fS航跡數據，輸出為更新后的系統航跡數據。如果從兩個地面站接收到同一個目標的ADS-B報文，則選擇時間上較新的那個報文為系統更新航跡，并且丟棄時間上較早的ADS-B報文。具體流程如圖10所示。D.系統航跡終止用來終止系統航跡，輸入為系統航跡數據，輸出為告警信息，如果在m個狀態報文更新周期內既沒收到來自任意地面站的某個己有記錄目標的ADS-B狀態報文，也沒收到該目標的ADS-B勤務報文，則認為這個航跡是不可靠的，應該對這個航跡給予報警；如果經過q個狀態報文更新周期仍未收到該目標的ADS-B狀態報文和勤務報文，則認為此目標的航跡已終止，應清除其記錄，具體流程如圖ll所示。權利要求1、一種ADS-B管制工作站數據處理系統，其特征在于包括輸入數據處理模塊、單地面站跟蹤模塊、多地面站跟蹤模塊，其中輸入數據處理模塊，對輸入的ADS-B報文進行預處理，即對輸入的ADS-B報文、系統區域代碼SAC值和系統標識代碼SIC表的離線信息進行分析過濾，丟棄相應的錯誤報文，對經過過濾的ADS-B報文送至單地面站跟蹤模塊，同時對錯誤報文發出相應的告警信息，并將告警信息送至系統控制與監視模塊；單地面站跟蹤模塊，接收從輸入數據處理模塊過濾的后的各個單站ADS-B報文，對其中的狀態報文、模式報文、勤務報文分別進行處理，通過航跡起始建立起各個單站ADS-B航跡，并通過航跡更新與終止維護各單站ADS-B航跡鏈表；多地面站跟蹤模塊，用于根據目標的各個已建立的單站ADS-B航跡跟蹤多個ADS-B地面站，進行系統容量的過載保護，通過航跡起始建立各目標的多站ADS-B系統航跡，并通過航跡更新與航跡終止維護多站ADS-B系統航跡鏈表。2、根據權利要求1所述的ADS-B管制工作站數據處理系統，其特征在于所述的輸入數據處理模塊還要對輸入的ADS-B報文進行數據統計、航跡管理、ADS-B系統周期評估，發出相應的告警信息，并將告警信息送至系統控制與監視模塊。3、根據權利要求1或2所述的ADS-B管制工作站數據處理系統，其特征在于所述的分析過濾的方法為首先檢査報文中是否存在下述情況不明的SIC-SAC地址、或缺少必需的數據項、或時間戳不連續、或目標位于ADS-B地面站探測范圍以外，如果存在上述情況，則丟棄相應的報文，并將告警信息發送給系統控制與監視模塊。4、根據權利要求2所述的ADS-B管制工作站數據處理系統，其特征在于所述的數據計數，用來評估ADS-B各項統計數據，其步驟為計算每個系統周期內從ADS-B地面站接收到的報文總數，每個系統周期內丟棄的報文總數，在預定的幾個系統周期內計算這些數據的平均值，平均值需低于預定的系統參數，如果超出系統參數，則發送告警信息給系統控制與監視模塊；如果每個系統周期內從ADS-B地面站接收到的報文總數超過預定系統閾值，則發送告警信息給系統控制與監視模塊。5、根據權利要求2所述的ADS-B管制工作站數據處理系統，其特征在于所述的航跡管理，對輸入的通過測試來監視ADS-B地面站和ADS-B管制工作站數據處理的精度，其實現為將探測到的目標位置與標準位置進行比較，如果探測到的百標位置落在標準位置周圍的一個預定范圍"內，財認為該ADS-'B地面站和ADS-B管制工作站數據處理的精度達到要求。6、根據權利要求2所述的ADS-B管制工作站數據處理系統，其特征在于所述的ADS-B系統周期評估實現為利用ADS-B報文評估ADS-B的系統周期，并判斷下一份報文是否按時到達，如果沒有按時到達，則發送告警信息到系統控制與監視模塊。7、根據權利要求1或2所述的ADS-B管制工作站數據處理系統，其特征在于所述的狀態報文主要包括目標當前的位置、速度、航向及其精度信息，對于在空中高速運動的飛機，狀態報文具有更新率高、報文內容豐富等特點；所述的模式報文主要包含目標的當前運行信息，模式報文更新率較低；所述的勤務報文只有在目標將發生機動時才會出現，是ADS-B所特有的報文段，作為輔助信息處理。8、根據權利要求1或2所述的ADS-B管制工作站數據處理系統，其特征在于所述的單地面站的跟蹤模塊包括系統航跡起始、系統航跡更新和系統航跡終止，其中系統航跡起始如果連續收到m，m>3個狀態報文，并且這段時間內模式報文未發生變化；或者連續收到n，n》2個狀態報文，并且這段時間內收到p，p》l個勤務報文，同時模式報文未發生變化時，起始新的系統航跡；系統航跡更新，用來更新系統航跡，在系統航跡起始之后，當收到新的狀態報文或者勤務報文時，則進行系統航跡更新；系統航跡終止，用來終止系統航跡，如果在m，m》3個狀態報文更新周期內既沒收到某個已有記錄的目標的ADS-B狀態報文，也沒收到該目標的ADS-B勤務報文，則認為這個航跡是不可靠的，應該對這個航跡給予報警；如果經過q，q》5個狀態報文更新周期仍未收到該飛機的ADS-B狀態報文和勤務報文，則認為此目標的航跡已終止，應清除其記錄。9、根據權利要求1或2所述的ADS-B管制工作站數據處理系統，其特征在于所述的多地面站的跟蹤包括過載保護、系統航跡起始、系統航跡更新和系統航跡終止，其中過載保護，當系統航跡數超過系統閾值時發出告警；系統航跡起始，如果連續收到m，m》3個狀態報文，并且這段時間內模式報文未發生變化，另外這m個報文中沒有來自同一目標同時廣播的報文；或者連續收到n，n》2個狀態報文，同時這段時間內模式報文未發生變化，并且這段時間內收到p，p》1個勤務報文時，另外這n個狀態報文不是來自同一目標同時廣播的報文時，則起始新的系統航跡；系統航跡更新，用來更新系統航跡，在系統航跡起始之后，當收到新的狀態報文或勤務報文，并且確定它與前面的狀態報文或勤務報文不是來自同一目標同時廣播的報文時，則進行系統航跡更新，輸出更新后的系統航跡數據；如果從兩個地面站接收到同一個目標的ADS-B報文，則選擇時間上較新的那個報文為系統更新航跡，并且丟棄時間上較早的ADS-B報文；系統航跡終止，用來終止系統航跡，如果在m，m》3個狀態報文更新周期內既沒收到來自任意地面站的某個己有記錄目標的ADS-B狀態報文，也沒收到該目標的ADS-B勤務報文，則認為這個航跡是不可靠的，應該對這個航跡給予告警；如果經過q，q>5個狀態報文更新周期仍未收到該目標的ADS-B狀態報文和勤務報文，則認為此目標的航跡已終止，應清除其記錄。10、根據權利要求9所述的ADS-B管制工作站數據處理系統，其特征在于所述的過載保護實現為如果系統航跡數超過系統所能處理的最大系統航跡數的80%，則發送一個預過載"preoverload"告警信息到系統控制與監視模塊；如果系統航跡數達到系統所能處理的最大航跡數，則不能創建新航跡，并發送一個過載"overload"告警信息到系統控制與監視模塊；如果系統航跡數低于系統所能處理的最大航跡數的90%，則發送一個信息給系統控制與監視模塊，取消過載"overload"，如果系統航跡數低于系統所能處理的最大航跡數的70%，則發送一個信息給系統控制與監視模塊，取消預過載"preoverlaad"，如果系統接收到NUC值小于等于5的ADS-B航跡數據時，則進行報警，實現完好性監測告警。全文摘要一種ADS-B管制工作站數據處理系統包括輸入數據處理模塊、單地面站跟蹤模塊、多地面站跟蹤模塊，輸入數據處理模塊，對輸入的ADS-B報文進行預處理，同時對錯誤報文發出相應的告警信息；單地面站跟蹤模塊，對各個單站ADS-B報文，對其中的狀態報文數據、模式報文數據、勤務報文分別進行處理，通過航跡起始建立起各個單站ADS-B航跡，并通過航跡更新與終止維護各單站ADS-B航跡鏈表；多地面站跟蹤模塊，用于根據目標的各個已建立的單站ADS-B航跡跟蹤多個ADS-B地面站，進行系統容量的過載保護，通過航跡起始建立各目標的多站ADS-B系統航跡，并通過航跡更新與航跡終止維護多站ADS-B系統航跡鏈表。本發明能夠針對ADS-B處理，同時處理復雜程度降低。文檔編號H04L12/56GK101110164SQ20071012027公開日2008年1月23日申請日期2007年8月15日優先權日2007年8月15日發明者偉劉,軍張,朱衍波,熙林,飛黃申請人:民航數據通信有限責任公司;北京航空航天大學