多点相关监视（MLAT）与广播式自动相关监视（ADS-B）系统合装的可行性分析

庞震

民航华北空管局北京100000

摘要：作为先进的监视手段之一，多点相关监视技术（MLAT）在国内被逐渐采用。多点相关监视系统具有建设成本低、高刷新率、信号质量优秀等优点；其独特的监视原理与传统二次雷达截然不同，联合使用可显著提高定位精度。广播式自动相关监视（ADS-B）技术近年来被不断推向新技术应用的前台。如果把二次雷达、多点相关监视技术归为“地基定位”的话，ADS-B 技术就属于“星基定位”的范畴。ADS-B 地面设备相对简单，成本更低，定位精度高，覆盖范围大，有很好的应用前景。

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关键词 ：监视技术；原理；技术分析

1 两种监视技术原理简介

1.1 MLAT 原理。在二维上来说，假设有两个站点F1、F2接收到了同一目标的信号（这个信号可以是飞机对地面二次雷达询问的应答，也可以是飞机自发产生的广播式信号，如Squitter 等），接收信号的时间差即为TDOA（Time Difference of Arrival）。根据数学定义，双曲线上任意一点与两个焦点的距离差的绝对值为定值(|d1-d2|=K)，所以目标就在以这两个接收站为焦点的一组双曲线上（若TDOA 为零，那么目标在距离两个接收站相同距离的一条直线上）。在此基础上，如果再增加一个接收站点F3，那么每两个接收站点都能确定一组双曲线，所有双曲线的交点即为目标的二维位置。如果自动化系统需要的是飞机提供的气压高度，那么三个站点确定的二维位置与解码出来的气压高度就可定位目标的三维位置；此外，若再增加一个接收站点F4，则此系统可自行计算目标的高度，四个站点可对目标完成三维位置定位。

1.2 ADS-B 原理。与我们常用的导航仪类似，支持ADS-B 广播的飞机机载设备中包含gps（Global Positioning System）接收定位设备。通过对不同GPS 卫星报文的接收处理，机载设备可对飞机自身进行定位。定位完成后，机载S 模式应答机（Mode S transponder）通过1090MHz 扩展Squitter（本文只讨论1090ES 数据链,对其他数据链不赘述）数据链将位置信息、航班号、S 模式地址等信息广播出去。

接收到广播信息后，地面站将内容一一解析出来，并按ASTERIX CAT21 标准格式传送数据至终端自动化系统。

2 技术应用现状及前景

2.1 多点相关定位技术。目前首都机场有一套捷克ERA 公司生产的多点相关监视系统（包括场面监视子系统和进近监视子系统）在用。国内部分机场正在计划、建设此类系统。作为空管监视类新技术之一，在国内大部分机场有很大的应用前景。

大型机场场面情况复杂，建筑物较多，考虑到建设成本，单纯依靠场面监视雷达无法完成机场场面的完全覆盖。多点相关系统建设、维护成本较场面监视雷达要低的多，且布站灵活，与场面监视雷达配合使用，可基本覆盖机场场面。场面监视雷达提供的是一次雷达信号，无法提供目标的识别信息；多点相关系统提供二次雷达信号，精度高，有目标识别信息。两种信息融合使用，可向ATC 提供高精度，高刷新率，一次、二次合成的场面监视信号。

国内大部分中、小型机场只有一至两条跑道，一座航站楼，机场场面相对空旷，单独建设多点相关系统是比较好的选择。用较低的成本即可完成机场场面的二次信号覆盖；多点相关系统信号刷新率完全可以满足场面监视的需要。缺点是在未安装车辆监视系统（Vehicle Surveillance System）时，无法监视场面车辆。

2.2 广播式自动相关监视技术。ADS-B 作为空管监视主推的新技术之一，在国内部分机场、航线不断进行监视试验。目前，成都—拉萨航线已经完成布站工作，进行ADS-B 监视下的类雷达管制。

ADS-B 地面设备成本更低，布站灵活，信号刷新率快，精度高，在航路上覆盖范围能达到300KM 以上，非常适合监视非雷达覆盖区域内的目标；在雷达覆盖范围内，ADS-B 信息可用于独立监视或与雷达信号融合使用。

根据原理，不论机场场面还是航路、进近，相比于多点相关系统，ADS-B 地面站布站都要少的多，所以ADS-B 设备适用于绝大部分区域的监视。

3 合装的技术分析

3.1 频率分析。MLAT 与ADS-B 均使用1090MHz 的频点。1090ES 与应答信号均由机载应答机发射，射频信号的参数一致，所以合装地面站的天线、接收机射频前端电路不需单独设计。

在中西部非繁忙地区，雷达配置少，1090MHz 占用情况不严重，ADS-B 接收站配置单独的全向接收天线即可，同时MLAT 接收机天线可与之共用。

在东部繁忙地区，雷达数量众多，相应的飞机应答也非常多，1090MHz 频点占用情况较为严重，单独的ADS-B 天线无法胜任。为解决这个问题，一些ADS-B 生产厂家采用的多个定向天线-多扇区-多接收机的方法来改善信号质量。MLAT 系统在设计时既可以采用一根全向天线也可使用多根定向天线完成覆盖。

MLAT 主动式系统需配置发射机。为触发机载应答机应答，发射机应发射SSR 询问信号，频点为1030MHz。此频点不会对ADS-B 接收机产生干扰。

经以上分析可知，MLAT 系统与ADS-B 系统在频率上完美兼容，可共用天线、接收机射频前端等部件。

3.2 信号接收分析。MLAT 设备可接收处理任意1090MHz 的信号,包括SSR 信号（Mode A/C）和S 模式信号，ADS-B 使用的1090ES数据链格式与112 位的S 模式信号格式相同。也就是说，不考虑ADS-B 的情况下，MLAT 设备就可以接收、处理1090ES 的ADS-B信号。

与检测SSR 应答信号的F1、F2 框架脉冲类似，四个前导脉冲用做应答信号正确性检测。当检测到四个脉冲符合以上要求时，认为此四个脉冲及后面跟随的56/112 位信息为有效S 模式信号，并将56/112 位信息按规定格式解码。

每一个56/112 位脉冲串的前五位（5Bits）为此信号的格式，并用二进制表示。例如UF4，UF5，UF20，UF21 等均用前五位二进制数表示。相应的，ADS-B 的信号格式也由这五位表示。

检测出某个S 模式信号格式之后，就可以按此格式的规定，将这五位之后的信息依次解码，送至处理器处理。MLAT/ADS-B 合装接收机信号解析简要流程如图：

由上图可知，两系统合装时，只需单独配置ADS-B 处理器，将MLAT 接收处理的信号分离出来即可。

按照以上分析，MLAT 接收设备可完美接收、处理ADS-B 信号。

3.3 信号询问分析。首先我们来分析配置信号询问设备的必要性。假设想要覆盖的区域没有雷达覆盖，只有ADS-B 接收设备、MLAT 接收设备，只被动接收可获得的信息较少。根据《1090MHz 扩展Squitter ADS-B 最低工作性能标准（DO-260A）》可知，ADS-B 广播的信息中有：航班号，S 模式地址等。

4 结论

以上可知，MLAT 与ADS-B 合装在技术上是可行的。在工程上，需要综合考虑技术因素、工程实施因素、价格因素等。用户可以根据技术需要及预算情况综合考虑是否进行MLAT 与ADS-B 合装使用。