CN110888134B - 一种非协作和协作一体化机场场面监视系统 - Google Patents

一种非协作和协作一体化机场场面监视系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种非协作和协作一体化机场场面监视系统，属于机场场面监视技术领域。本发明在机场多处设置非协作接收站和发射站，在运动目标上安装协作接收站，克服了雷达覆盖范围有限的缺陷。对目标划分分为非协作目标和协作目标两种，并根据目标类别进行针对性监视：非协作目标通过非协作接收站进行监视定位；协作目标通过安置在自身的协作接收站进行自主定位。控制中心利用非协作接收站传送的距离和信息降低非协作接收站目标检测的虚警概率，并对非协作接收站和协作接收站传送的位置信息融合处理，实现对场面上存在目标的监视与身份识别，同时协作目标通过与控制中心的通信，获取所在环境的信息，为机场目标的有效调度提供了前提条件。

Description

一种非协作和协作一体化机场场面监视系统
技术领域
本发明涉及一种机场场面监视系统，具体涉及一种分布安装的雷达非协作监视和多点无线协作定位一体化的系统。
背景技术
伴随着航空业的迅速发展，机场飞机的起降架次、内部服务车辆及人员急剧增长，传统的人工监视管理机场方法已然不能满足现代机场的安全需要，现代机场场面监视技术应运而生。场面监视技术利用无线电波能够在有限的空间、多变的天气条件下对地面飞机以及车辆进行合理管理，解决场内交通拥挤和冲突问题，提高机场运行效率。目前主要使用的场面监视系统可分为非协作式系统和协作式系统两种，非协作式系统主动监视目标设备，如场面监视雷达，协作式系统通过在机场场面布置多台接收机与目标设备进行通信，如广播式自动相关监视和多点定位监视系统等。
场面监视雷达通过发射射频脉冲，在不发射的间隔期间接收回波信号，利用发射脉冲与回波信号的间隔时间，达到测定目标距离和方位的目的，但场面监视雷达存在发射功率大、可靠性差，容易受环境影响以及容易发生故障等问题。在中国专利《一种机场场面监视雷达》(CN106597447A)中提出了一种机场场面监视雷达，通过将射频接收机和发射机相互独立以及增加信号处理系统功能，在降低探测性能的前提下降低了场面监视雷达的发射功率。然而该技术方案在实际应用中存在着两方面的问题：一是覆盖范围有限，当在被测目标和雷达超过作用距离时，方位和距离分辨率将不能满足实际需要；二是由于多径效应和地物反射的存在而产生假目标较多的缺陷。
为解决场面监视雷达的覆盖范围和假目标的问题，广播式自动相关监视、多点定位监视等协作式传感器方法被相继提出。多点定位监视系统是近年来国际民航组织大力推广的新型航管监视技术之一，它不仅兼容了广播式自动相关监视的全部功能，而且还能够对进装备普通A/C/S模式应答机的飞机进行实时定位，其基本原理是通过采用多个接收单元接收目标的应答信号并测量出同一目标应答的到达时间，从而求出多个接收单元之间的到达时间差，并通过相关数学运算确定目标位置。中国专利《多点定位方法、系统及中心站》(CN101813763B)提出了一种多点定位方法，中心站在预设时间段内接收来自多个接收机的时标信息，根据接收到的时标信息判断对应于一个监视目标的时标信息的数量，当数量超过或等于3时通过方程组求解得到监视目标的定位。中国专利《一种机场非视距信道环境下的多点定位监视系统和方法》(CN104833953B)提出了一种通过TDOA和航迹双跟踪解算目标位置的方法。但多点定位监视系统依赖目标设备的信号，无法对没有安装应答机或者应答机临时故障的飞机与车辆进行监视。
由此可见，机场场面非协作监视系统和协作监视系统相互独立，并且各类监视系统输出的目标精度、数据率各不相同，不便于后续机场目标的信息融合和跟踪。
发明内容
本发明的目的在于提供一种非协作和协作一体化机场场面监视系统，其可解决现有机场场面监视系统无法兼容实现对协作目标(如:飞机与地勤车辆等)身份识别与定位，以及对非协作目标(如外来入侵车辆和应答机临时故障的地勤车辆等)预警的问题，从而实时有效掌握机场场面运行情况，保证飞机、车辆安全有序调度。
本发明通过下述技术方案实现：
一种非协作和协作一体化机场场面监视系统，包括控制中心、T个发射站、R个非协作接收站和M个协作接收站。
所述发射站与非协作接收站之间通过有线网络连接实现时间精确同步与信息交互，发射站与协作接收站之间通过GNSS模块实现时间粗同步并通过无线网络进行信息交互。
所述发射站安置于地面，用于向非协作接收站、协作接收站发射具有标识的线性调频连续波(LFMCW)信号，其中LFMCW的时宽和带宽均相同但起始频率不同，以此作为发射站标识。
所述非协作接收站安置于地面，其接收机属于阵列接收机，用于接收非协作目标和协作目标的散射信号，并根据散射信号计算目标的距离和、角度信息对目标进行定位，并将定位信息发送至控制中心。
所述协作接收站安置于协作目标上，用于接收发射站的连续波信号，并根据接收到的连续波信号计算协作目标自身的位置，并将位置信息发送至控制中心。
控制中心通过有线网络与各发射站、非协作接收站连接并进行信息交互，获取非协作接收站接收处理的非协作目标定位信息，通过无线网络与各协作接收站连接并进行信息交互，获取各协作接收站接收并解算出的协作目标位置信息，利用各非协作接收站获得的距离和信息对其检测到的目标再次检测验证，将各非协作接收站和各协作接收站获得的非协作和协作目标的位置信息进行数据融合、目标跟踪和图像显示，分离出非协作目标对其进行预警。
所述控制中心包括通信模块G、通信模块C、控制中心信息处理模块和控制中心应用层模块。所述通信模块G，用于将控制中心信息处理模块的发射站控制信息传送给发射站和非协作接收站，接收非协作接收站传送的定位信息；所述通信模块C，用于将控制中心信息处理模块的发射站控制信息传送给协作接收站，接收协作接收站传送的位置信息；控制中心信息处理模块与通信模块G、通信模块C相连，利用非协作接收站传送的距离和信息对非协作接收站检测到的目标进行验证以降低虚警概率，对接收到的非协作接收站的定位信息和协作接收站的位置信息进行数据融合、目标跟踪、信息处理，分离出非协作目标并进行冲突检测；控制中心应用层模块与控制中心信息处理模块相连，在电子地图上进行图像输出和目标综合监视信息显示，对非协作目标进行预警。
作为本发明的进一步改进，非协作和协作一体化机场场面监视系统的发射站包括有线传输模块T、GNSS定时模块T、同步控制器T、频率综合器T和发射模块T。其中，有线传输模块T与同步控制器T相连，用于接收控制中心传送来的发射站控制信息以及通过与非协作接收站交互来实现发射站和非协作接收站的精确时间同步；GNSS定时模块T与同步控制器T连接，用于接收GNSS秒脉冲信号；同步控制器T与有线传输模块T、GNSS模块T和频率综合器T连接，接收有线传输模块T的发射站控制信息，传送带有钟差信息的反馈信号至有线传输模块T，接收GNSS定时模块T的秒脉冲信号，产生同步触发脉冲T至频率综合器T；频率综合器T与发射模块T连接，在同步触发脉冲T的作用下产生LFMCW信号，其中各发射站通过产生、发射时宽和带宽均相同但起始频率不同的LFMCW信号作为本站的标识；发射模块T用于发射LFMCW信号。
所述非协作接收站包括有线传输模块R、同步控制器R、频率综合器R、接收模块R和采集处理模块R。其中，有线传输模块R与同步控制器R、采集处理模块R相连，用于接收控制中心传送来的接收站控制信息，以及通过与发射站交互来实现非协作接收站和发射站的精确时间同步，接收同步控制器R的带有钟差信息的反馈信号，接收采集处理模块R的距离和、位置信息传送至控制中心；同步控制器R与有线传输模块R、频率综合器R连接，用于接收有线传输模块R的接收站控制信号，产生与发射站同步触发脉冲T同步的同步触发脉冲R至频率综合器R；频率综合器R与接收模块R相连，在同步触发脉冲R的作用下产生多路参考信号送至接收模块R；接收模块R与采集处理模块R连接，用于接收散射信号，并对散射信号进行差拍处理，将处理后的差拍信号送至采集处理模块R；采集处理模块R与有线传输模块R连接，对差拍信号进行处理，解算得到非协作和协作目标的距离和、角度信息，利用距离和、角度信息解算得到目标的位置信息，将定位信息送至有线传输模块R。
所述协作接收站包括通信模块M、GNSS定时模块M、同步控制器M、频率综合器M、接收模块M和采集处理模块M。其中，通信模块M与采集处理模块M、同步控制器M连接，无线接收控制中心的发射站标识信息传送至同步控制器M，接收采集处理模块M解算的协作目标位置信息无线传送至控制中心；GNSS定时模块M与同步控制器M连接，用于接收GNSS秒脉冲信号实现协作接收站和发射站的时间粗同步，以保证协作接收站能够基本同步地接收到各发射站的信号；同步控制器M与通信模块M、GNSS定时模块M、频率综合器M连接，接收通信模块M传来的发射站标识信息，接收GNSS定时模块的秒脉冲信号，产生同步触发脉冲M至频率综合器M；频率综合器M与接收模块M连接，在同步触发脉冲M的作用下产生多路参考信号送至接收模块M；接收模块M与采集处理模块M连接，用以差拍接收多路发射信号送至采集处理模块M；采集处理模块M与通信模块M连接，接收并处理接收模块M的差拍信号，解算得到协作目标的位置信息，将处理后的位置信息送至通信模块M。
进一步地，所述发射站的数量大于等于3。
进一步地，所述非协作接收站的数量大于等于3。
进一步地，所述定位信息包括目标的距离和以及目标位置信息，所述目标位置信息由该距离和得到的椭圆方程与其接收站测得的角度信息解算得到。
进一步地，所述位置信息由协作接收站接收到的发射站信号以及发射站位置坐标，通过双曲线方程解算得到。
进一步地，所述控制中心信息处理模块对非协作接收站检测到的目标进行验证的过程为：利用两个及以上距离和得到两个及以上椭圆方程，通过计算两个及以上椭圆的交点来二次获得目标位置信息，将二次获得的目标位置信息与非协作接收站传送的位置信息进行对比由此验证目标定位信息的正确性。
进一步地，所述发射站控制信息包括各发射站的编号、位置坐标、起始频率带宽、时宽。
本方案通过在机场多处安置固定的非协作接收站和发射站，在运动目标上安装协作接收站，克服了机场场面监视雷达覆盖范围有限的缺陷。对场面上存在的目标进行类别划分，将其分为非协作目标和协作目标两种，并根据目标类别进行针对性监视：非协作目标通过非协作接收站进行监视定位；协作目标通过安置在自身的协作接收站进行自主定位。控制中心利用非协作接收站传送的距离和信息降低非协作接收站目标检测的虚警概率，并对非协作接收站和协作接收站传送的非协作和协作目标的位置信息融合处理，实现对场面上存在目标的监视与身份识别，同时协作目标通过与控制中心的通信，获取所在环境的信息，为机场目标的有效调度提供了前提条件。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明提供了一种基于雷达的非协作和协作一体化的机场场面目标监视系统，通过合理的布置发射站和非协作接收站，可以有效地覆盖机场场面的监视范围，消除传统场面监视雷达的监视盲区。
2、本发明相较现有被动式场面监视系统增加了对非协作目标的监视、预警能力，对于非协作目标(如非法入侵车辆等)，机场管制员可快速对其监视定位并进行预警，对于协作接收站损坏的协作目标(如地面车辆等遇到设备故障等情况)，机场管制员可快速知晓故障协作目标的位置信息并通知协作目标，增强了对不安全事件的快速干预能力，提高了地面运行的安全程度。
3、本发明相较现有机场场面监视系统，对两种类型接收站使用一套发射设备、一种发射波形，实现了对非协作目标和协作目标的监视，目标精度和数据率相同，有利于控制中心的数据融合、目标跟踪和信息处理。
附图说明
图1非协作和协作一体化机场场面监视系统的场景示意图。
图2实施例1中控制中心、地面发射站、非协作接收站、协作接收站和目标的位置示意图。
图3发射站的内部结构示意图。
图4非协作接收站的内部结构示意图。
图5非协作接收站接收模块R的内部结构示意图。
图6协作接收站的内部结构示意图。
图7协作接收站接收模块M的内部结构示意图。
图8非协作和协作一体化机场场面监视系统的工作时序图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明做进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1所示，非协作和协作一体化机场场面监视系统包括控制中心、发射站T1、T2、T3、非协作接收站R1、R2和协作接收站M1、M2。
控制中心通过有线网络与发射站T1、T2、T3和非协作接收站R1、R2连接并进行信息交互，获取非协作接收站R1、R2接收处理的非协作和协作目标的定位信息，通过无线网络与协作接收站M1、M2连接并进行信息交互，获取协作接收站M1、M2接收并解算出的协作目标位置信息；发射站T1、T2、T3与非协作接收站R1、R2之间通过有线网络连接。
控制中心，包括通信模块G、通信模块C、控制中心信息处理模块和控制中心应用层模块，其中，通信模块G，用于将控制中心信息处理模块的发射站标识信息传送给发射站和非协作接收站，接收非协作接收站传送的定位信息；通信模块C，用于将控制中心信息处理模块的发射站标识信息传送给协作接收站，接收协作接收站传送的位置信息；控制中心信息处理模块与通信模块G、通信模块C相连，利用非协作接收站传送的距离和信息对非协作接收站检测到的目标进行验证，对接收到的非协作和协作目标的位置信息进行数据融合、目标跟踪、信息处理，分离出非协作目标并进行冲突检测；控制中心应用层模块与控制中心信息处理模块相连，在电子地图上进行图像输出和目标综合监视信息动态实时显示，对非协作目标进行预警，将发射站标识信息传送至控制中心信息处理模块。具体地说，通信模块G接收非协作接收站传送的非协作和协作目标的距离和、位置信息，通信模块C接收协作接收站传送的自身位置信息，控制中心信息处理模块利用通信模块G传送的距离和信息对检测到的目标构建椭圆获得的交点坐标并与通信模块G传送的位置坐标进行对比，以确保目标真实存在，将通信模块G和通信模块C传送的位置信息进行数据融合处理，获得场面监视目标综合监视信息，对场面上的所有目标进行分类，分离出非协作目标和协作目标，获得场面非协作目标预警信息，利用位置信息对非协作和协作目标进行目标跟踪处理和冲突检测，获得场面协作目标告警信息，控制中心应用层模块将控制中心信息处理模块获得的综合监视、预警、告警信息综合显示于电子地图。
发射站用于向非协作接收站、协作接收站发送不同标记的发射信号。具体地说，发射站T1、T2、T3具有各自的站标识频率(即不同的起始频率对应不同的发射站)，发射站T1、T2、T3三站发射的LFMCW信号的起始频率不同，但时宽、带宽均相同。
非协作接收站安置于地面，其接收机采用阵列接收机，用于接收非协作和协作目标的散射信号，并根据接收的信号计算目标的距离和、位置信息，并将定位信息发送给控制中心。具体地说，非协作接收站R1、R2通过阵列天线获得接收散射信号时的天线波束方向，以此作为接收到的目标的角度信息，通过目标检测获得指定发射站到目标以及目标到自身的距离和信息，结合自身位置和发射站的位置信息获得目标所在的椭圆，再根据已获得的目标角度信息就可以确定目标的唯一位置，将所获得的目标位置信息以及距离和信息通过有线网络传送至控制中心。
协作接收站用于接收地面发射站的发射信号，并根据接收的信号计算协作接收站自身的位置，并将位置信息发送给控制中心。具体地说，协作接收站M1、M2通过定位算法分别获得自身与发射站T1、T2、T3的距离差，进而根据发射站T1、T2、T3的位置坐标通过双曲线方程解算出自身位置信息，并将位置信息通过无线网络传送至控制中心。
本实施例中，非协作接收站利用到至少一个及以上发射站信息，协作接收站利用到至少三个及以上发射站信息。
本实施例通过设定非协作接收站、协作接收站两种接收站类型，实现了对机场场面上所有对象的定位监视。
本实施例中，假定安装时所有发射站、协作接收站和非协作接收站在一个水平面上，发射站、协作接收站和非协作接收站相互间的安装关系如图2所示，其中，目标Target属于非协作目标，协作接收站M1、M2属于协作目标，以目标Target和协作接收站M1的定位为例：
非协作接收站R2接收到目标Target的散射信号，通过接收信号的频率判断出散射信号存在发射站T1、T3的信号，通过定位算法，非协作接收站R2测得发射站T1的距离和信息为290.44米，通过非协作接收站R2阵列接收机获得接收信号时的天线波束指向为北偏东63.43°，根据非协作接收站R2和发射站T1安装时的位置坐标，解算出目标Target的位置坐标是(-80.00，-160.00)；同样，非协作接收站R2测得发射站T3的距离和信息为178.89米，获得接收信号时的天线波束指向为北偏东63.43°，根据非协作接收站R2和发射站T3安装时的位置坐标，也可解算出目标Target的位置坐标是(-80.00，-160.00)；非协作接收站R2将目标Target的位置以及距离和信息通过有线网络传送至控制中心的通信模块G，经由控制中心通信处理模块进行数据融合处理，即根据接收站R2与发射站T1、T3之间的位置关系，利用收到的两个距离和得到两个椭圆方程，计算两个椭圆的交点来二次获得Target的位置坐标，然后以此来再次验证所接收的Target位置信息的正确性。位置信息验证正确后，控制中心对目标Target进行分类后确定为非协作目标，获得目标Target的预警信息，同时对目标Target进行航迹跟踪处理和冲突检测，控制中心应用层模块将目标Target的坐标等综合监视信息和预警信息显示于电子地图。协作接收站M1接收信号，通过频率判断出接收信号中存在发射站T1、T2、T3的信号，并测得来自发射站T1和T2的距离差信息151.63米，来自发射站T3和T2的距离差信息61.76米，根据发射站T1、T2、T3安装时的位置坐标，解算双曲线方程求出协作接收站M1的位置坐标是(120.00，40.00)，协作接收站M1将自身解算得到的位置信息通过无线网络传送至控制中心的通信模块C，经控制中心通信处理模块处理进行数据融合处理，对协作站接收站M1进行分类后确定为协作目标，同时对目标Target进行航迹跟踪处理和冲突检测，获得场面协作目标告警信息，控制中心应用层模块将协作接收站M1的坐标等综合监视信息和告警信息显示于电子地图。如图3所示，本实施例所述发射站包括有线传输模块T、GNSS定时模块T、同步控制器T、频率综合器T和发射模块T，其中：
有线传输模块T，与同步控制器T相连，用于将接收到的控制中心发送的发射站控制信息传送至同步控制器T，接收同步控制器T的控制信号，实现发射站和非协作接收站的精确时间同步。
GNSS定时模块T，与同步控制器T连接，用于接收GNSS秒脉冲信号，实现发射站和协作接收站的时间粗同步。
同步控制器T，与有线传输模块T和频率综合器T连接，用于接收有线传输模块T的发射站控制信息，接收有线传输模块T和GNSS定时模块T的秒脉冲信号，传送控制信号至有线传输模块T，产生同步触发脉冲至频率综合器T。
频率综合器T，与发射模块T连接，用于根据同步控制器传送的同步触发脉冲产生本站的LFMCW发射信号。
发射模块T，用于发射频率综合器T产生的发射信号。
发射站具体工作流程可分为时间同步和发射信号产生两部分。时间同步部分即GNSS定时模块T接收GNSS秒脉冲信息，并将秒脉冲信号发送至同步控制器T，实现发射站和协作接收站的时间粗同步；同步控制器T产生控制信号至有线传输模块T，有线传输模块T与非协作接收站有线传输模块R相连，有线传输模块T和有线传输模块R通过时间同步技术对发射站和非协作接收站进行精确时间同步，并将秒脉冲信号传送到同步控制器T，完成发射站和协作接收站、非协作接收站之间的同步；发射信号产生部分即同步控制器T接收有线传输模块T传送的本发射站控制信息，确定本站的发射起始频率及区间，同步控制器T将同步触发脉冲，传送至频率综合器T，频率综合器T根据本站站标识信息产生相应LFMCW信号，经由发射模块T发射。
如图4所示，所述非协作接收站包括有线传输模块R、同步控制器R、频率综合器R、接收模块R和采集处理模块R，其中：
有线传输模块R，与同步控制器R、采集处理模块R连接，用于接收同步控制器R的控制信号以实现非协作接收站和发射站的精确时间同步，接收并传送控制中心的发射站控制信息至同步控制器R，接收采集处理模块R的距离和、位置等定位信息传送至控制中心。
同步控制器R，与有线传输模块R和频率综合器R连接，用于接收有线传输模块R传送的发射站控制信息，接收并传送有线传输模块R的秒脉冲信号，产生同步触发脉冲至频率综合器R。
频率综合器R，与接收模块R相连，用于产生多路参考信号送至接收模块R。
接收模块R，与采集处理模块R连接，用以接收、处理散射信号，将处理后的接收信号送至采集处理模块R。
采集处理模块R，与有线传输模块R连接，包括数字波束形成单元、CFAR单元和信号处理单元，数字波束形成单元用于补偿接收信号，提供接收信号的入射角度，CFAR单元用于检测接收信号，定位解算单元用于解算并输出距离和以及位置信息，将处理后的定位信息送至通信模块R。
接收模块R，包括N个接收天线、N个放大器、N个混频器、N个中频滤波器，其中，接收天线用于接收散射信号；放大器耦接至接收天线，用于放大接收天线接收的散射信号；混频器耦接至放大器，接收频率综合器和放大器的散射信号，将这两路信号混频得到频率为fIFn的中频信号；中频滤波器耦接至混频器，对中频信号滤波并输出至采集处理模块R；中频滤波器的中心频率fIFn对应于频率综合器的起始频率与所接收的发射站的起始频率之差；N值为8时接收模块示意如图5。
非协作接收站具体工作流程可分为时间同步和目标监视两部分。时间同步部分即同步控制器R产生控制信号至有线传输模块R，非协作接收站有线传输模块R与发射站有线传输模块T相连，有线传输模块R和有线传输模块T通过时间同步技术对非协作接收站和发射站进行精确时间同步，并将秒脉冲信号传送到同步控制器T；目标监视部分即同步控制器R接收有线模块R传送的各发射站控制信息，传送至频率综合器R，频率综合器R根据各发射站控制信息产生多路相应的LFMCW信号作为参考信号，接收模块R接收散射信号，数字波束形成单元获得波束方向增益，提供接收信号的入射角度作为目标的角度信息，CFAR单元在恒虚警的条件下检测接收信号，判断散射信号中存在的发射站信息，定位解算单元通过所测得的目标距离和与波束方向解算出目标的位置信息，通过有线网络将距离和、位置信息传送至控制中心。
如图6所示，所述协作接收站包括通信模块M、GNSS定时模块M、同步控制器M、频率综合器M、接收模块M和采集处理模块M，其中：
通信模块M，与采集处理模块M连接，用于接收采集处理模块M的位置信息传送至控制中心，无线接收控制中心的发射站控制信息至同步控制器M。
GNSS定时模块M，与同步控制器M连接，用于接收GNSS秒脉冲信息，实现协作接收站和发射站的时间粗同步，以使接收模块M所接收的信号经过差拍混频以后能够以很小的信号损失通过其中的中频滤波器。
同步控制器M，与通信模块M、GNSS定时模块M、频率综合器M连接，用于接收通信模块M传送的发射站控制信息，接收GNSS定时模块的秒脉冲信号，产生同步触发脉冲至频率综合器M。
频率综合器M，与接收模块M连接，产生多路相应的LFMCW参考信号送至接收模块M。
接收模块M，与采集处理模块M连接，用以接收、处理至少三个及以上通道的信号，将处理后的接收信号送至采集处理模块M；包括接收天线、低噪放大器、N个混频器、N个带通滤波器，其中，接收天线用于接收发射信号；放大器耦接至接收天线，用于放大接收天线接收的发射信号；混频器耦接至放大器，接收频率综合器和放大器的散射信号，将这两路信号混频得到频率为fIFn的差拍信号；带通滤波器耦接至混频器，对差拍信号滤波并输出至采集处理模块R；差拍滤波器的中心频率fIFn对应于频率综合器的起始频率与所接收的发射站的起始频率之差；N值为3时接收模块示意如图7。
采集处理模块M，与通信模块M连接，处理接收模块M的信号，解算得到协作接收站的位置信息，将位置信息送至通信模块M。
协作接收站具体工作流程可分为时间同步和目标定位两部分。时间同步部分即GNSS定时模块M接收GNSS秒脉冲信号，并将秒脉冲信号发送至同步控制器M，实现协作接收站和发射站的时间粗同步；目标定位部分即同步控制器M接收通信模块M传送的各发射站控制信息，并传送至频率综合器M，频率综合器M根据各发射站控制信息产生多路相应的LFMCW信号作为参考信号，接收模块M接收信号和参考信号，采集处理模块R接收参考信号与接收信号，通过定位算法解算获得协作接收站自身的位置信息，将位置信息通过通信模块M传送至控制中心。
非协作和协作一体化机场场面监视系统的工作时序图如图8所示，发射站和非协作接收站所获得秒脉冲信号如L1所示；发射站同步控制器T和非协作接收站同步控制器R输出的同步触发脉冲如L2所示；发射站发射模块T发射信号波形如L3所示为起始频率为fL，信号带宽为fH-fL，周期为T的LFMCW信号；非协作接收站接收信号和本振信号如L4所示，由此可以计算得到目标的距离和信息；协作接收站接收的GNSS秒脉冲信号如L5所示，与发射站秒脉冲信号的时延为τ；协作接收站相应同步触发脉冲如L6所示；协作接收站接收信号和本振信号如L7所示，由此可以计算得到自身的距离信息。
以上所述，仅是本发明的示范实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何应用场景改变、简单修改、变更及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.一种非协作和协作一体化机场场面监视系统，包括控制中心、T个发射站、R个非协作接收站和M个协作接收站；其中，所述发射站的数量大于等于3，所述非协作接收站的数量大于等于3；
所述发射站与非协作接收站之间通过有线网络连接实现时间精确同步与信息交互，发射站与协作接收站之间通过GNSS模块实现时间粗同步并通过无线网络进行信息交互；
所述发射站安置于地面，用于向非协作接收站、协作接收站发射具有标识的线性调频连续波信号，其中线性调频连续波信号的时宽和带宽均相同但起始频率不同，以此作为发射站标识；
所述非协作接收站安置于地面，用于接收非协作目标和协作目标的散射信号，并根据散射信号计算目标的距离和、角度信息对目标进行定位，并将定位信息发送至控制中心；
所述协作接收站安置于协作目标上，用于接收发射站的连续波信号，并根据接收到的连续波信号计算协作目标自身的位置，并将位置信息发送至控制中心；
所述控制中心通过有线网络与各发射站、非协作接收站连接并进行信息交互，获取非协作接收站接收处理的非协作目标定位信息，通过无线网络与各协作接收站连接并进行信息交互，获取各协作接收站接收并解算出的协作目标位置信息，利用各非协作接收站获得的距离和信息对其检测到的目标再次检测，对接收到的非协作接收站的定位信息和协作接收站的位置信息进行数据融合、目标跟踪和图像显示，分离出非协作目标对其进行预警；其中，所述控制中心对非协作接收站检测到的目标进行再次检测的验证过程为：利用两个距离和得到两个椭圆方程，通过计算两个椭圆的交点来二次获得目标位置信息，并由此验证目标定位信息的正确性。
2.如权利要求1所述的一种非协作和协作一体化机场场面监视系统，其特征在于，所述控制中心包括通信模块G、通信模块C、控制中心信息处理模块和控制中心应用层模块；所述通信模块G，用于将控制中心信息处理模块的发射站控制信息传送给发射站和非协作接收站，接收非协作接收站传送的定位信息；所述通信模块C，用于将控制中心信息处理模块的发射站控制信息传送给协作接收站，接收协作接收站传送的位置信息；控制中心信息处理模块与通信模块G、通信模块C相连，利用非协作接收站传送的距离和信息对非协作接收站检测到的目标进行验证以降低虚警概率，对接收到的非协作接收站的定位信息和协作接收站的位置信息进行数据融合、目标跟踪、信息处理，分离出非协作目标并进行冲突检测；控制中心应用层模块与控制中心信息处理模块相连，在电子地图上进行图像输出和目标综合监视信息显示，对非协作目标进行预警。
3.如权利要求1所述的一种非协作和协作一体化机场场面监视系统，其特征在于，所述发射站包括有线传输模块T、GNSS定时模块T、同步控制器T、频率综合器T和发射模块T；其中，有线传输模块T与同步控制器T相连，用于接收控制中心传送来的发射站控制信息以及通过与非协作接收站交互来实现发射站和非协作接收站的精确时间同步；GNSS定时模块T与同步控制器T连接，用于接收GNSS秒脉冲信号；同步控制器T与有线传输模块T、GNSS模块T和频率综合器T连接，接收有线传输模块T的发射站控制信息，传送带有钟差信息的反馈信号至有线传输模块T，接收GNSS定时模块T的秒脉冲信号，产生同步触发脉冲T至频率综合器T；频率综合器T与发射模块T连接，在同步触发脉冲T的作用下产生线性调频连续波信号，其中各发射站通过产生、发射时宽和带宽均相同但起始频率不同的线性调频连续波信号作为本站的标识；发射模块T用于发射线性调频连续波信号。
4.如权利要求1所述的一种非协作和协作一体化机场场面监视系统，其特征在于，所述非协作接收站包括有线传输模块R、同步控制器R、频率综合器R、接收模块R和采集处理模块R；其中，有线传输模块R与同步控制器R、采集处理模块R相连，用于接收控制中心传送来的接收站控制信息，以及通过与发射站交互来实现非协作接收站和发射站的精确时间同步，接收同步控制器R的带有钟差信息的反馈信号，接收采集处理模块R的距离和、位置信息传送至控制中心；同步控制器R与有线传输模块R、频率综合器R连接，用于接收有线传输模块R的接收站控制信号，产生与发射站同步触发脉冲T同步的同步触发脉冲R至频率综合器R；频率综合器R与接收模块R相连，在同步触发脉冲R的作用下产生多路参考信号送至接收模块R；接收模块R与采集处理模块R连接，用于接收散射信号，并对散射信号进行差拍处理，将处理后的差拍信号送至采集处理模块R；采集处理模块R与有线传输模块R连接，对差拍信号进行处理，解算得到非协作和协作目标的距离和、角度信息，利用距离和、角度信息解算得到目标的位置信息，将定位信息送至有线传输模块R。
5.如权利要求1所述的一种非协作和协作一体化机场场面监视系统，其特征在于，所述协作接收站包括通信模块M、GNSS定时模块M、同步控制器M、频率综合器M、接收模块M和采集处理模块M；其中，通信模块M与采集处理模块M、同步控制器M连接，无线接收控制中心的发射站标识信息传送至同步控制器M，接收采集处理模块M解算的协作目标位置信息无线传送至控制中心；GNSS定时模块M与同步控制器M连接，用于接收GNSS秒脉冲信号实现协作接收站和发射站的时间粗同步，以保证协作接收站能够基本同步地接收到各发射站的信号；同步控制器M与通信模块M、GNSS定时模块M、频率综合器M连接，接收通信模块M传来的发射站标识信息，接收GNSS定时模块的秒脉冲信号，产生同步触发脉冲M至频率综合器M；频率综合器M与接收模块M连接，在同步触发脉冲M的作用下产生多路参考信号送至接收模块M；接收模块M与采集处理模块M连接，用以差拍接收多路发射信号送至采集处理模块M；采集处理模块M与通信模块M连接，接收并处理接收模块M的差拍信号，解算得到协作目标的位置信息，将处理后的位置信息送至通信模块M。
6.如权利要求1至5中任一权利要求所述的一种非协作和协作一体化机场场面监视系统，其特征在于，所述发射站控制信息包括各发射站的编号、位置坐标、发送的线性调频连续波信号的起始频率带宽和时宽。
7.如权利要求1至5中任一权利要求所述的一种非协作和协作一体化机场场面监视系统，其特征在于，所述定位信息包括目标的距离和、以及目标位置信息，所述目标位置信息由该距离和得到的椭圆方程与其接收站测得的角度信息解算得到。
8.如权利要求1至5中任一权利要求所述的一种非协作和协作一体化机场场面监视系统，其特征在于，所述位置信息由协作接收站接收到的发射站信号以及发射站位置坐标，通过双曲线方程解算得到。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113406719A (zh) * 2021-06-23 2021-09-17 四川九洲电器集团有限责任公司 一种协作式有源发光型识别标识方法及系统
CN113238185B (zh) * 2021-07-12 2021-09-24 中国人民解放军国防科技大学 一种基于斐波那契散枝搜索的非协作目标定位方法和系统
CN114826933B (zh) * 2022-06-29 2022-09-09 中国人民解放军国防科技大学 一种基于节点位置未知的非协作式拓扑推断方法

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5448243A (en) * 1991-12-30 1995-09-05 Deutsche Forschungsanstalt Fur Luft- Und Raumfahrt E.V. System for locating a plurality of objects and obstructions and for detecting and determining the rolling status of moving objects, such as aircraft, ground vehicles, and the like
CN1190466A (zh) * 1995-05-09 1998-08-12 El－Ar电子技术公司 飞机场地面探测雷达
US6044322A (en) * 1996-05-10 2000-03-28 Deutsche Forschungsantalt Fur Luftund Raumfahrt E.V. Method and arrangement for traffic monitoring
JP2007010367A (ja) * 2005-06-28 2007-01-18 Mitsubishi Electric Corp 空港面監視システムおよびこれに用いる航跡統合装置
JP2008215918A (ja) * 2007-03-01 2008-09-18 Mitsubishi Electric Corp 空港面監視システムおよび空港面監視方法
EP2267476A1 (en) * 2009-06-12 2010-12-29 Thales Deutschland Holding GmbH Secondary surveillance radar system for air traffic control
CN102066972A (zh) * 2007-10-09 2011-05-18 Adb有限责任公司 检测机场跑道上的车辆的装置
JP2011209211A (ja) * 2010-03-30 2011-10-20 Nec Corp マルチラテレーションシステム、マルチラテレーション受信局の信号処理方法、及びその処理プログラム
CN103116158A (zh) * 2013-01-18 2013-05-22 中国人民解放军海军航空工程学院 一种脉冲无源双基地雷达目标定位方法
CN105391975A (zh) * 2015-11-02 2016-03-09 中国民用航空总局第二研究所 一种场面监视中的视频处理方法、装置及场面监视系统
CN105445734A (zh) * 2014-09-19 2016-03-30 德尔福技术有限公司 具有基于相位的多目标检测的雷达系统
CN105812733A (zh) * 2016-03-15 2016-07-27 中国民用航空总局第二研究所 一种民航空中交通管制的场面监视引导系统
CN105873211A (zh) * 2016-04-29 2016-08-17 安徽华米信息科技有限公司 一种定位方法及装置
CN110379210A (zh) * 2019-07-30 2019-10-25 四川九洲空管科技有限责任公司 一种民用航空器异常飞行监测方法及装置

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7495600B2 (en) * 2003-12-29 2009-02-24 Itt Manufacturing Enterprise, Inc. Airfield surface target detection and tracking using distributed multilateration sensors and W-band radar sensors
CN1633050A (zh) * 2005-01-19 2005-06-29 于耕 基于公众移动通信网络实现对空中目标监视的系统及方法
CN1831553A (zh) * 2005-03-11 2006-09-13 中电科技扬州宝军电子有限公司 基于vdl4的先进场面活动目标引导和控制系统
US7868812B2 (en) * 2005-08-12 2011-01-11 Patriot Technologies, Llp Surveillance and warning system
JP5033924B2 (ja) * 2008-11-26 2012-09-26 パイオニア株式会社 受信装置、受信処理方法、受信処理プログラム及び記録媒体
FR2942884B1 (fr) * 2009-03-09 2011-04-01 Onera (Off Nat Aerospatiale) Systeme de radar multistatique de surveillance aeroportuaire
CN101854199B (zh) * 2009-03-31 2015-01-14 株式会社Ntt都科摩 一种无线通信中自适应协作传输的方法、系统和发射机
JP5609032B2 (ja) * 2009-07-15 2014-10-22 三菱電機株式会社 マルチラテレーション装置及び空港面監視システム
CN101655561A (zh) * 2009-09-14 2010-02-24 南京莱斯信息技术股份有限公司 基于联合卡尔曼滤波的多点定位数据与雷达数据融合方法
JP2011164056A (ja) * 2010-02-15 2011-08-25 Mitsubishi Electric Corp 空港面監視方法及び空港面監視システム
KR101289058B1 (ko) * 2011-11-04 2013-07-22 위월드 주식회사 멀티 위성 수신용 자동 포지셔닝 안테나 시스템 및 위성 추적 방법
CN102610127B (zh) * 2012-03-02 2014-01-29 南京航空航天大学 一种机场飞行区场面运行综合监视系统
JPWO2013136648A1 (ja) * 2012-03-14 2015-08-03 日本電気株式会社 広域マルチラテレーションシステム、中央局及びそれらに用いる二次元位置算出方法
CN202549080U (zh) * 2012-03-16 2012-11-21 中国民用航空总局第二研究所 一种雷达数据、飞行计划数据与ads-b数据融合系统
US20130321169A1 (en) * 2012-05-30 2013-12-05 Honeywell International Inc. Airport surface collision-avoidance system (ascas)
CN103325193A (zh) * 2012-12-13 2013-09-25 南京航空航天大学 基于无线传感器网络的机场跑道入侵防御系统及方法
CN104518861B (zh) * 2014-12-25 2017-10-24 西安电子科技大学 基于容量受限的分布式CoMP数据传输方法
CN109274549B (zh) * 2018-09-07 2021-01-26 中国电子科技集团公司第二十八研究所 一种空管监视信息处理系统间组网管理方法
CN109557516B (zh) * 2018-11-28 2022-08-30 四川九洲电器集团有限责任公司 多目标空间信号的快速生成方法
CN110300373B (zh) * 2019-07-12 2020-10-30 中国人民解放军国防科技大学 一种面向移动通信目标的新型主/被动协作定位方法及系统

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5448243A (en) * 1991-12-30 1995-09-05 Deutsche Forschungsanstalt Fur Luft- Und Raumfahrt E.V. System for locating a plurality of objects and obstructions and for detecting and determining the rolling status of moving objects, such as aircraft, ground vehicles, and the like
CN1190466A (zh) * 1995-05-09 1998-08-12 El－Ar电子技术公司 飞机场地面探测雷达
US6044322A (en) * 1996-05-10 2000-03-28 Deutsche Forschungsantalt Fur Luftund Raumfahrt E.V. Method and arrangement for traffic monitoring
JP2007010367A (ja) * 2005-06-28 2007-01-18 Mitsubishi Electric Corp 空港面監視システムおよびこれに用いる航跡統合装置
JP2008215918A (ja) * 2007-03-01 2008-09-18 Mitsubishi Electric Corp 空港面監視システムおよび空港面監視方法
CN102066972A (zh) * 2007-10-09 2011-05-18 Adb有限责任公司 检测机场跑道上的车辆的装置
EP2267476A1 (en) * 2009-06-12 2010-12-29 Thales Deutschland Holding GmbH Secondary surveillance radar system for air traffic control
JP2011209211A (ja) * 2010-03-30 2011-10-20 Nec Corp マルチラテレーションシステム、マルチラテレーション受信局の信号処理方法、及びその処理プログラム
CN103116158A (zh) * 2013-01-18 2013-05-22 中国人民解放军海军航空工程学院 一种脉冲无源双基地雷达目标定位方法
CN105445734A (zh) * 2014-09-19 2016-03-30 德尔福技术有限公司 具有基于相位的多目标检测的雷达系统
CN105391975A (zh) * 2015-11-02 2016-03-09 中国民用航空总局第二研究所 一种场面监视中的视频处理方法、装置及场面监视系统
CN105812733A (zh) * 2016-03-15 2016-07-27 中国民用航空总局第二研究所 一种民航空中交通管制的场面监视引导系统
CN105873211A (zh) * 2016-04-29 2016-08-17 安徽华米信息科技有限公司 一种定位方法及装置
CN110379210A (zh) * 2019-07-30 2019-10-25 四川九洲空管科技有限责任公司 一种民用航空器异常飞行监测方法及装置

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
广播式自动相关监视与二次雷达的数据融合及应用;唐勇;何东林;朱新平;;成都大学学报(自然科学版)(第02期) *
民航场面多点定位监视系统测试基本方案探讨;谢千里;王剑峰;;装备制造技术(第03期) *
空管监视系统展望;危力青;;科学之友(第03期) *

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Publication number Publication date
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