空中交通预警与防撞系统C模式目标航迹融合实现方法

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空中交通预警与防撞系统C模式目标航迹融合实现方法
申请号	CN201610456820.0	申请日	2016-06-22	公开(公告)号	CN105894865A	公开(公告)日	2016-08-24
申请人	陕西宝成航空仪表有限责任公司;			发明人	汶攀君; 呼曦; 魏航科; 何海明; 吕婷; 刘成林; 张龙;
摘要	提供一种空中交通预警与防撞系统C模式目标航迹融合实现方法，通过滤除虚假的C模式应答信号、多路径伪航迹及虚假的C模式航迹，提高空中交通预警与防撞系统C模式目标监视跟踪的可靠性，为空中交通预警与防撞系统的防撞功能提供高可靠性的航迹文件数据。本发明可以为空中交通预警与监视系统的监视功能滤除虚假的C模式应答信号、多路径伪航迹和虚假航迹，实现空中交通预警与防撞系统对C模式目标飞机的航迹融合处理，提高空中交通预警与防撞系统监视跟踪功能的可靠性。
权利要求	1.空中交通预警与防撞系统C模式目标航迹融合实现方法，其特征在于包括下述步骤： 1)C模式应答信号数据融合：通过对目标相对距离一致性测试、相对气压高度一致性测试、相对角度一致性测试和功率一致性测试将不一致的C模式应答信号滤除； 2)多路径伪航迹融合：通过对地面镜面反射形成应答的C模式航迹文件的判定滤除伪航迹； 3)C模式航迹文件融合：通过航迹文件数据有效性、目标类型、相对高度有效性、相对距离异常和相对速率异常判定，滤除异常的航迹文件，最终得到有效的航迹文件。 2.根据权利要求1所述的空中交通预警与防撞系统C模式目标航迹融合实现方法，其特征在于：上述步骤1)中，所述C模式应答信号数据融合是通过C模式应答相对距离一致性测试过程、C模式应答相对气压高度一致性测试过程、C模式应答相对角度一致性测试过程和C模式应答功率一致性测试过程完成的。 3.根据权利要求2所述的空中交通预警与防撞系统C模式目标航迹融合实现方法，其特征在于：所述C模式应答信号数据融合，首先对C应答融合数组索引IndexT置0，判断C模式应答数组每个数据元素的数据有效性，将有效数据的数组序号返回到C模式应答数据有效个数IndexT，对数组中除了首个C模式应答数据外的其他C模式应答数据进行有效性判断，对通过有效性判断的C模式应答数据申请存储空间，然后拷贝首个有效地C模式应答数据，将当前其序号传递给首个有效C模式应答数据的索引TempIndex，并将IndexT置1。
说明书全文	空中交通预警与防撞系统C模式目标航迹融合实现方法技术领域 [0001] 本发明属通信/识别/监视技术领域，涉及一种空中交通预警与防撞系统C模式目标航迹融合实现方法，具体应用于对具备C模式应答功能的目标飞机进行跟踪监视。背景技术 [0002] 随着空域环境变得日益繁忙与复杂，空中交通预警与防撞系统越来越广泛地应用于各类飞机上。当飞机近地飞行或周围空域环境较为复杂时，本机会收到同步应答信号、同步应答信号的反射、衍射等信号及异步应答信号、异步应答信号的反射、衍射等信号。这些信号互相交叠，使识别变得复杂，并可能生成多重虚假C模式目标，这些目标在距离、高度或方位上非常接近，从而形成伪航迹、虚假航迹等，使监视跟踪变得困难。目前，空中交通预警与防撞系统的监视跟踪功能对C模式应答信号的处理和C模式航迹文件的处理过程只进行数据有效性的判定，对干扰航迹的处理算法不完善，不能分辨由于各种原因形成的虚假航迹，造成虚警，因此会导致本机监视跟踪到很多虚假的C模式目标飞机，直观表现就是在空中交通预警与防撞系统显示器上可能会显示很多虚假的C模式目标飞机，这样飞行员就难以分辨真实目标和虚假目标，对空中交通状况出现误感知，因此有必要提出在此类复杂条件下精准识别C模式目标并进行稳定监视跟踪的方法。发明内容 [0003] 本发明解决的技术问题：提供一种空中交通预警与防撞系统C模式目标航迹融合实现方法，通过滤除虚假的C模式应答信号、多路径伪航迹及虚假的C模式航迹，提高空中交通预警与防撞系统C模式目标监视跟踪的可靠性，为空中交通预警与防撞系统的防撞功能提供高可靠性的航迹文件数据。 [0004] 本发明采用的技术方案：空中交通预警与防撞系统C模式目标航迹融合实现方法，包括下述步骤： [0005] 1)C模式应答信号数据融合：通过对目标相对距离一致性测试、相对气压高度一致性测试、相对角度一致性测试和功率一致性测试将不一致的C模式应答信号滤除； [0006] 2)多路径伪航迹融合：通过对地面镜面反射形成应答的C模式航迹文件的判定滤除伪航迹； [0007] 3)C模式航迹文件融合：通过航迹文件数据有效性、目标类型、相对高度有效性、相对距离异常和相对速率异常判定，滤除异常的航迹文件，最终得到有效的航迹文件。 [0008] 上述步骤1)中，所述C模式应答信号数据融合是通过C模式应答相对距离一致性测试过程、C模式应答相对气压高度一致性测试过程、C模式应答相对角度一致性测试过程和C模式应答功率一致性测试过程完成的。 [0009] 其中，所述C模式应答信号数据融合，首先对C应答融合数组索引IndexT置0，判断C模式应答数组每个数据元素的数据有效性，将有效数据的数组序号返回到C模式应答数据有效个数IndexT，对数组中除了首个C模式应答数据外的其他C模式应答数据进行有效性判断，对通过有效性判断的C模式应答数据申请存储空间，然后拷贝首个有效地C模式应答数据，将当前其序号传递给首个有效C模式应答数据的索引TempIndex，并将IndexT置1。 [0010] 本发明与现有技术相比可以为空中交通预警与监视系统的监视功能滤除虚假的C模式应答信号、多路径伪航迹和虚假航迹，实现空中交通预警与防撞系统对C模式目标飞机的航迹融合处理，提高空中交通预警与防撞系统监视跟踪功能的可靠性。附图说明 [0011] 图1为本发明的C模式应答数据融合过程原理图； [0012] 图2为本发明的C模式应答相对距离一致性测试过程原理图； [0013] 图3为本发明的C模式应答相对角度一致性测试过程原理图； [0014] 图4为本发明的C模式应答功率一致性测试过程原理图。具体实施方式 [0015] 下面结合附图1-4描述本发明的实施例。 [0016] 空中交通预警与防撞系统C模式目标航迹融合实现方法，包括下述步骤： [0017] 1)C模式应答信号数据融合：通过对目标相对距离一致性测试、相对气压高度一致性测试、相对角度一致性测试和功率一致性测试将不一致的C模式应答信号滤除；所述C模式应答数据融合是通过C模式应答相对距离一致性测试过程、C模式应答相对气压高度一致性测试过程、C模式应答相对角度一致性测试过程和C模式应答功率一致性测试过程完成的。 [0018] 2)多路径伪航迹融合：通过对地面镜面反射形成应答的C模式航迹文件的判定滤除伪航迹； [0019] 3)C模式航迹文件融合：通过航迹文件数据有效性、目标类型、相对高度有效性、相对距离异常和相对速率异常判定，滤除异常的航迹文件，最终得到有效的航迹文件。 [0020] 上述C模式应答信号数据融合，首先对C应答融合数组索引IndexT置0，判断C模式应答数组每个数据元素的数据有效性，将有效数据的数组序号返回到C模式应答数据有效个数IndexT，对数组中除了首个C模式应答数据外的其他C模式应答数据进行有效性判断，对通过有效性判断的C模式应答数据申请存储空间，然后拷贝首个有效地C模式应答数据，将当前其序号传递给首个有效C模式应答数据的索引TempIndex，并将IndexT置1。 [0021] 在C模式监视功能中，增加对C模式应答信号的融合处理过程，如C模式应答信号的功率融合测试、C模式应答信号的相对距离、相对气压高度和相对角度融合判断和C模式航迹文件融合处理，完成空中交通预警与防撞系统对C模式目标航迹融合处理，具体处理过程如下所述： [0022] 1)C应答信号功率的融合测试 [0023] 在一个跟踪周期里，同一个目标可能对多次问询产生应答，原因有问询步进间的覆盖、应答机功率判断的误差等，通过对两个应答的问询功率、抑制功率进行功率测试，判断对应两个应答的两次问询范围是否可能产生覆盖。 [0024] 表1C应答信号的融合功率测试相关参数表 [0025] [0026] 测试结果为可能覆盖的条件： [0027] 一个应答的功率范围完全覆盖另一个的功率范围，公式(1)： [0028] Pa>＝Pb&&Sa<＝Sb (1) [0029] 一个应答的功率范围与另一个的功率范围部分重叠，公式(2)： [0030] Sa>Sb&&Sa [0031] 一个应答的功率范围不超过另一个功率范围10dB，公式(3)： [0032] Sa>Sb&&Pa-Pb<10dB (3) [0033] 2)C模式应答信号相对距离、相对气压高度和相对角度的融合判断[0034] 判断的依据依次为：相对距离、相对气压高度、相对角度和功率测试，C模式应答信号融合的条件为：同时满足下属a)、b)、c)、d)四个条件，各条件定义见如下，具体参数定义如表2所示。 [0035] 表2 C模式应答信号的融合判断相关参数表 [0036]应答A距离 Ra 应答A气压高度 Aa 应答A角度 Ba 应答A时间戳 Ta 应答B距离 Rb 应答B气压高度 Ab 应答B角度 Bb 应答B时间戳 Tb [0037] a)abs(Ra-Rb)<＝max(1200节abs(Ta-Tb),△Rmin) 公式(4)[0038] △Rmin的依据是(TCAS译码处理部件可识别的两个连续应答信号的最小距离差值)； [0039] b)Aa＝＝Ab 公式(5)； [0040] c)abs(Ba-Bb)<＝210度公式(6) [0041] 10度依据是测角误差为±10度； [0042] d)通过功率测试,即通过上述C应答信号的融合功率测试。 [0043] 3)C模式航迹文件的融合处理 [0044] 对符合C模式应答信号融合处理条件的应答数组计算其平均角度，提供给应答融合数组中，融合后的角度采用平均角度，距离则使用最近的距离。 [0045] 通过反射的C模式航迹文件的判定，即对真实目标与镜像目标高度差值判定和真实目标速率与镜像目标速率差值的两个条件的判定，实现滤除多路径伪航迹，完成空中交通预警与防撞系统对多路径伪航迹数据融合处理。 [0046] 通过航迹文件数据有效性、目标类型、相对高度有效性、相对距离异常和相对速率异常判定，滤除虚假的航迹文件，完成空中交通预警与防撞系统对C模式目标航迹融合处理。 [0047] 本方案描述的C模式航迹融合技术主要研究：C模式应答信号数据融合，多路径虚假航迹融合和C模式航迹文件融合的处理过程。 [0048] 1)图1描述了C模式应答融合过程，C模式应答数据融合过程是通过C模式应答相对距离一致性测试过程、C模式应答相对气压高度一致性测试过程、C模式应答相对角度一致性测试过程和C模式应答功率一致性测试过程完成的。 [0049] 首先，对C应答融合数组索引IndexT置0，判断C模式应答数组每个数据元素的数据有效性，将有效数据的数组序号返回到C模式应答数据有效个数IndexT。对数组中除了首个C模式应答数据外的其他C模式应答数据进行有效性判断，对通过有效性判断的C模式应答数据申请存储空间。然后拷贝首个有效地C模式应答数据，将当前其序号传递给首个有效C模式应答数据的索引TempIndex，并将IndexT置1。 [0050] 图2描述了C模式应答相对距离一致性测试过程。对于有效的C模式应答数据，则进入C模式应答距离一致性测试过程，即首先判断有无高度标志ARFlag，如果是有高度目标，即ARFlag为1，然后判断两个应答数据的距离差是否小于两个应答的最大距离差与15m相比较的最大值，见公式(4)，并返回判断结果。如果是无高度目标，即ARFlag为0，则判断两个应答数据的距离差是否小于150英尺，并返回判断结果；最终将C模式应答距离一致性测试过程的处理结果传递给一致性标志AgreeFlag。判断AgreeFlag是否为真，如为真，将该C模式应答数据拷贝到融合后的C模式应答数组，并将其序号一并传递给融合后的C模式应答数组，IndexT自加1。 [0051] C模式应答相对气压高度一致性测试，判断C模式应答相对气压高度是否相等及有无高度标志ARFlag是否为0，如通过判断，则进入相对角度一致性测试过程，否则移除此C模式应答数据，当前应答数组序号自减1，IndexT自减1。 [0052] 图3描述了C模式应答相对角度一致性测试过程，对之前通过C模式应答相对距离一致性测试和C模式应答相对气压高度一致性测试的C应答数据进入C模式相对角度一致性测试过程，即首先判断两个C模式应答的数据有效性，返回判断结果，然后判断两个C模式应答的相对角度差是否小于2*10度，即相对角度差是否小于角度测量差的2倍，见公式(6)，返回判断结果。最终将C模式相对角度一致性测试的结果返回至一致性标志AgreeFlag。判断一致性标志AgreeFlag，如为真则进入C模式应答的功率一致测试过程，否则移除此C模式应答数据，当前应答数组序号自减1，IndexT自减1。 [0053] 图4描述了C模式应答功率一致性测试过程。在一个跟踪周期里，同一个目标可能对多次问询产生应答，原因是步进间的覆盖和应答机功率判断的误差，通过对两个应答的问询功率、抑制功率进行功率一致性测试，判断对应两个应答的两次问询范围是否可能产生覆盖。判断产生覆盖的条件： [0054] a.一个应答的功率范围完全覆盖另一个的功率范围，即同一目标的A应答的问询功率>＝B应答的问询功率且A应答的抑制功率>＝B应答的抑制功率,见公式(1)。 [0055] b.一个应答的功率范围与另一个的功率范围部分重叠，即同一目标的A应答的抑制功率>B应答的抑制功率且A应答的抑制功率 [0056] c.一个应答的功率范围不超过另一个功率范围10dB，即同一目标的A应答的抑制功率>B应答的抑制功率且A应答的问询功率-B应答的问询功率<10dB，见公式(3)。 [0057] 将处理的结果返回一致性标志AgreeFlag。如果AgreeFlag为真，则首先对修改后的数组索引进行融合，即首先判断删除的C模式应答索引是否大于C模式应答最大数，如不是则在整个应答融合数组中判断应答数据的有效性和其索引是否大于删除的索引号，然后移除此C模式应答，融合计数MergCounter自加1，当前总数IndexT自减1；如果AgreeFlag为假，则移除此C模式应答数据，IndexT自减1，然后对下一个C模式应答进行相对功率一致性测试。 [0058] 然后，进行C模式应答信号融合处理，即首先计算C模式应答融合数组角度平均值并赋给融合后的角度，然后通过角度获取融合后C模式应答波束，融合后的距离使用最近的距离，最终返回融合后的C模式应答数据。最终，返回融合后计数MergCounter。 [0059] 接着进行C模式应答信号数组整理。C模式应答信号数组初始值是按照相对距离值进行排序的。首先C模式应答信号数组进行排序，再次对低置信度C模式应答信号数组进行排序，最后得到按照距离由近及远排序后的C模式应答信号数组。 [0060] 2)多路径伪航迹融合 [0061] 多路径伪航迹融合过程主要是处理由于C模式应答信号反射导致的镜像航迹。首先初始化镜像航迹文件，查找所有相关C模式航迹文件，判断航迹文件的目标类型和航迹文件状态，对每个C模式航迹文件查找下一个C模式航迹文件，并要求：(1)真实高度与镜像航迹高度之差小于或等于200英尺；(2)真实速度与镜像航迹速度的速度差值小于或等于40节。如果不能同时满足条件(1)和(2)，则判定其为镜像航迹文件并给其打上镜像标志ImageTrackFlag，否则处理剩余航迹文件。 [0062] 3)C模式航迹文件融合 [0063] 首先对航迹文件进行数据有效性和目标类型判断，将建立的C模式目标航迹文件的距离值赋给相对距离，将建立的C模式目标航迹文件的速度值赋给相对速度。判断C模式目标航迹文件最近应答的高度值有效性，如有效，则将建立的C模式目标航迹文件的高度值赋给相对高度，将建立的C模式目标航迹文件的垂直速度值赋给相对垂直速度。计算距离误差、速度误差、方位误差和垂直速度误差，判断高度误差和垂直速度误差是否在精度范围内，并返回高度判断值PassFlagAltitude，判断距离误差和速度误差是否在精度范围内，如在其内则将融合总数MergIndexT自加，并将此C模式目标移除航迹文件。最终返回融合后的航迹文件。 [0064] 注：词汇释义 [0065] IndexT：C应答融合数组的索引 [0066] TempIndex：C模式应答数组的索引 [0067] ARFlag：有无高度标志 [0068] AgreeFlag:一致性标志 [0069] MergCounter:融合后计数器 [0070] ImageTrackFlag:镜像航迹标志 [0071] PassFlagAltitude：高度判断值 [0072] MergIndexT:融合总数 [0073] 上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明实施范围，故凡以本发明权利要求所述内容所做的等效变化，均应包括在本发明权利要求范围之内。