MLAT多点监视技术介绍

5.4多点定位监视（MLAT）系统5.4.1MLAT概述5.4.2MLAT系统结构5.4.3MLAT基本原理5.4.4MLAT关键技术5.4.5MLAT典型应用和发展趋势现代空中交通管理15.4多点定位监视（MLAT）系统5.4.1MLAT概述5.4.2MLAT系统结构5.4.3MLAT基本原理5.4.4MLAT关键技术5.4.5MLAT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35.4.1MLAT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45.4.1MLAT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5.4.1MLAT技术概述应答信号类型现代空中交通管理5A/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5.4.1MLAT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5.4.1MLAT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75.4多点定位监视（MLAT）系统5.4.1MLAT概述5.4.2MLAT系统结构5.4.3MLAT基本原理5.4.4MLAT关键技术5.4.5MLAT典型应用和发展趋势现代空中交通管理85.4.2MLAT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5.4.2MLAT系统结构现代空中交通管理105.4.2MLAT系统结构远端站现代空中交通管理11接收机：频率：1090MHz+/-3MHz(A/C/S模式以及1090ESADS-B)灵敏度：-90dBm输入阻抗50欧发射机（可选）：•频率：1030MHzA/C/S模式5.4多点定位监视（MLAT）系统5.4.1MLAT概述5.4.2MLAT系统结构5.4.3MLAT基本原理5.4.4MLAT关键技术5.4.5MLAT典型应用和发展趋势现代空中交通管理125.4.3MLAT的基本原理现代空中交通管理12:01:03:00212:01:03:004地面站1地面站2飞机?2ms双曲线5.4.3MLAT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155.4.3MLAT的基本原理,ijiujuctXXXX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；Xi,Xj,Xu分别表示远端站i,j和目标的位置；c为光速。,ijt5.4.3MLAT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1622222,1221122223,13311()()()()()()()()uuuuuuuuctxxyyxxyyctxxyyxxyy5.4多点定位监视（MLAT）系统5.4.1MLAT概述5.4.2MLAT系统结构5.4.3MLAT基本原理5.4.4MLAT关键技术5.4.5MLAT典型应用和发展趋势现代空中交通管理175.4.4MLAT关键技术现代空中交通管理18TDOA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5.4.4MLAT关键技术现代空中交通管理19TDOA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5.4.4MLAT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22222,1221122223,13311()()()()()()()()uuuuuuuuctxxyyxxyyctxxyyxxyy现代空中交通管理21222211(,)()()()()iuuiuiuuufxyxxyyxxyy(,)uuxy5.4.4MLAT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,,(,)(,)uuuuijuijuuufxyfxyctctxyxyxx现代空中交通管理22(,)uuxy,,(,)(,)uuuuijuijuuufxyfxyctctxyxy,uuxy5.4.4MLAT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5.4.4MLAT关键技术现代空中交通管理23TDOA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5.4.4MLAT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Ts；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Te5.4.4MLAT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5.4.4MLAT关键技术现代空中交通管理26TDOA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5.4.4MLAT关键技术基于参考应答机的同步方式现代空中交通管理275.4.4MLAT关键技术基于GNSS共视的同步方式现代空中交通管理285.4.4MLAT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5.4.4MLAT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5.4.4MLAT关键技术现代空中交通管理31TDOA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325.4.4MLAT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5.4.4MLAT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5.4.4MLAT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）11()()TTGDOPtraceWGDOPtraceHHHWH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5.4.4MLAT关键技术现代空中交通管理35TDOA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5.4.4MLAT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5.4.1MLAT概述5.4.2MLAT系统结构5.4.3MLAT基本原理5.4.4MLAT关键技术5.4.5MLAT典型应用和发展趋势现代空中交通管理375.4.5MLAT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39Accuracy10m10Accuracy25Accuracy15025Accuracy1505.4.5MLAT典型应用和发展趋势MLAT典型应用蒙古5.4.5MLAT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7.5m其他20m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405.4.5MLAT典型应用和发展趋势ADS-X多模式远端站ADS-B(Cat21)和MLAT(Cat20)监视数据数据融合Now100%TotalTrafficTime10Years?ADS-BReportsMultilaterationReportsServerADS-BCat21ADS-BModeA/C/SMLATCat205.4.5MLAT典型应用和发展趋势ADS-B•低成本•自主播报位置MLAT•无需机载电子设备•独立信息ADS-X•安全，灵活•航路，进近，场面等谢谢！