CN1234575A - 空中交通管制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在一空中交通管制系统中用来联系交叉目标的设备和技术。该技术采用了一种目标/航迹联系方法,它是在以下三个条件下做出的:(1)一目标对之间的间隔距离;(2)目标极性和(3)一界限间隔值指示项的值。

Description

空中交通管制系统
本发明一般涉及空中交通管制系统，尤其涉及用来跟踪空中交通管制系统所检测到的交叉目标的方法和装置。
如本领域所公知，空中交通管制是一种用来发展安全、有序和迅速的空中交通流量的服务。安全性是如下作用的主要因素：防止与其他飞机、故障物或地碰撞；帮助飞机避开危险的天气；确保飞机不在禁飞空间飞行；和帮助遇难的飞机。有序和迅速的流量确保了飞机沿驾驶员选定的航线飞行的效率。一般根据先来先服务原则，合理配置系统资源的为各次航班提供这种服务。
众所周知，空中交通管制服务由空中交通管制系统提供。空中交通管制系统是一种计算机与显示系统，这种系统处理从检测和跟踪飞机的空中监视雷达系统接收到的数据。空中交通管制系统用于民用和军用，以确定飞机在特定地区中的身份和位置。这种检测和跟踪对通知相互飞近的飞机和警告出现于碰撞航线上的飞机来说是必要的。这一点尤其适用于机场周围，机场周围有较多的飞机在一较小的地区内飞行。最好是跟踪飞机以确保和证实专门的飞机正沿专门的航线飞行。这样，可以减小飞机之间相互碰撞的可能性。因而空中交通管制系统一般根据空中监视雷达所提供的数据提供关于机场附近飞机的信息，还根据航线监视雷达所提供的数据提供关于在机场间飞行飞机的信息。
空中交通管制系统采用一个或多个雷达系统监视其责任区内的飞机位置，并监视降落飞机多的区域。每个雷达系统一般包括天线、发射机和接收机。雷达信息用来制定出入时间和在仪表飞行规则下使飞机按飞行计划间隔飞行的指令，还用来向仪表飞行规则飞机提供交通报告并向视觉飞行规则飞机提供交通咨询服务。两种主要的雷达，即副或信标雷达和主雷达用于民用空中交通管制。
副雷达是指应答系统。在这种系统中，位于地面站的定向天线向飞机上的应答器发射一脉冲对。脉冲间隔对以下两段信息的一段进行编码：“发送你的高度”(C模式询问)或“发送你的身份”(3/A模式询问)。飞机应答器发射出一响应于第一询问的编码压强高度回答和响应于第二询问的四位数身份码，四位数身份码由空中交通管制系统分配并由飞行员输入应答器中。飞机显示于管制塔的平面图显示装置上，处于与天线的指向相对应的方向，并在与发送询问和收到回答之间的往返时间相对应的距离内。空中交通管制计算机接收来自于雷达位置的编码回答数据，将相应的信号放入数据组中，它们就在表示飞机在显示装置上位置的符号之后。使空中交通管制系统所分配的身份码与飞行计划计算机的数据库相联系，以显示数据组中的雷达呼叫标志，飞行计划是在仪表飞行规则下提供的。飞机压强高度显示于几百英尺之内。
另一方面，主雷达通过从定向天线发射较高功率的射频(RF)脉冲而工作。能量从任何飞机上反射于定向束中并由天线接收。飞机显示于与天线的指向相对应的方向上，并在与脉冲发射和收到反射信号之间的往返时间相对应的范围内。
一般将该雷达系统接至空中交通管制自动(ATCA)系统上。
一个或多个雷达系统中的每一个都将目标数据信号输入ATCA系统。ATCA系统常包括多个处理器，每个处理器以一特定方式处理目标数据信号。其中，ATCA系统保持和更新输入其中的目标数据，由此准确地保持空中交通管制系统雷达系统部分所检测和跟踪的目标位置与速度。在执行该功能时，ATCA系统一般将一个唯一的识别码或“标号”分配给每个被跟踪目标。
在传统的空中交通管制系统中，根据如上述离散信标码或C模式应答之类的判别式使新雷达报告与飞机航迹联系。若这些判别式都不存在，则通过最近邻计算技术来使新雷达报告与飞机航迹联系，在该技术中，根据目标与其航迹预测位置的接近度而使其联系。当两个目标与两个航迹联系时，计算每个目标报告位置与每个航迹预测位置之间的距离。
在间隔最短距离的目标与航迹之间建立联系而剩下的目标与航迹形成另一联系。遗憾的是，当在测量精度范围内目标和一个航迹的距离与和另一航迹的距离相同时，这种联系方法可能产生模糊的结果。这种情况可能发生于两目标到达一个交叉点的短时前后，这时称作交叉区域。
在交叉区域内，由于信标码和C模式应答可能会混淆，所以甚至有多次离散信标码或C模式目标无法明确地联系。这样，联系技术无法采用最近邻计算技术。尽管如此，其中可能发生多次误联系的大交叉区域可能导致航迹一致、永久标号交换和最终的航迹漏失。
由此当空中交通管制系统跟踪多个目标时，产生的一个问题是能够维持和更新多个目标的目标数据，这多个目标相互接近地飞行，由此阻止各个目标有确定的身份。这样，若交叉目标没有可辨别出的特征，则交叉目标的标号可频繁地交换。这种目标是主监视雷达(PSR)报告和不带报告高度(C模式)的相同副监视雷达(SSR)信标码。标号交换由最近邻技术中固有的缺点引起，最近邻技术用来使新雷达报告与所建立的航迹相联系。
当目标和航迹以它们之间的距离为基础相联系时，连续联系以该距离并未超出界限值的条件为基础，该距离称作联系搜索区域的半径。换句话说，只有在目标位于预定半径的搜索区域(门)内时目标才与航迹相联系，该区域以航迹的预测位置为中心。当两个航迹相交时，它们的搜索区域相交叠。当它们相交叠时，若发现至少有一个目标在两区域中，则存在标号交换的可能性。当正在使用最近邻技术时，认为目标处于模糊联系区域(ARC)。
为使ACR最小，应使联系搜索区域尺寸最小。但是，搜索区域越小，在目标出现在ACR中时航迹漏失的可能性越大，原因在于作为误联系引起的航迹破坏的结果，每个目标和其航迹之间的距离增大，目标不再落入搜索区域之内。实际上，若搜索区域尺寸是控制联系处理的唯一方法，则防止标号交换和航迹漏失为互斥结果。
因此，最好是提供一种技术，该技术能使搜索区域尺寸增大，以防止航迹漏失，而不会增大交换的可能性。再有，最好是提供一种系统，该系统使新雷达数据与原有飞机航迹相联系，并能使误联系、航迹一致、永久标号交换和目标航迹漏失最小。
根据本发明，一种用来跟踪交叉目标的设备，包括：用来得到多个目标坐标的装置；用来从这多个目标中选择第一目标对的装置；用来计算第一目标对一复合航线的装置；用来计算第一目标对一极性值的装置；用平均航线和极性值来解决使模糊联系区内的航迹数据与交叉目标联系的模糊问题。通过这种特定设置，提供了一种使新雷达数据与现有飞机航迹联系的设备，它使误联系、航迹一致、永久标号交换和航迹漏失最小。对复合航线和目标极性值的计算提供了一种含附加自由度的设备，从而使增大搜索区域尺寸以防止航迹漏失而不会相应增大交换可能性成为可能。这产生了一种设备，其中使发生标号交换的情况最少，在某些情况下，完全消除了这种情况。
对复合航线的计算和采用识别出：当从目标复合航线的坐标中减去每个目标的坐标时，结果数字符号相反。在一个特定实施例中，复合航线与通过使两航线坐标平均所得到的平均航线相对应。例如，若T1和T2是两个有交叉航线的目标飞机，其地平面坐标分别为(X1(t),Y1(t))和(X2(t),Y2(t))。其平均航线是点(Xm(t),Ym(t))的轨迹，可如下计算这些点：
Xm(t)=(X1(t)+X2(t))/2
Ym(t)=(Y1(t)+Y2(t))/2
应指出的是，也可用其它技术来计算点(Xm(t),Ym(t))的轨迹，这些点产生复合航线。还应指出的是，计算为Xm-X1和Xm-X2的差值的符号应相反。类似地，计算为Ym-Yl和Ym-Y2的差值的符号也应相反。把这些不同值称作极性，若差值(Xm-X1)产生一负数，则将飞机T1的x极性定义为正，而把T2的x极性定义为负。类似地，若差值(Ym-Y1)为正，则将飞机T1的y极性定义为正，反之亦然。极性指示目标位于复合航线的哪一侧。当一目标经过交叉点时，其极性反向。通过获知一个目标的极性和它是否已经过交叉点，可将其唯一区别于该对的另一目标。
根据本发明的另一方面，一种跟踪交叉目标的方法，包括以下步骤：(a)得到多个目标的坐标；(b)从这些多个目标中选择第一目标对；(c)计算该目标对的复合航线；(d)计算该目标对的极性值；(e)采用该复合航线和极性值来解决使新雷达数据与现有飞机航迹相联系中的模糊问题。采用这种特殊技术，提供了一种使新雷达数据与现有飞机航迹相联系的方法，该方法使误联系、航迹一致、永久标号交换和航迹漏失最小。
应指出的是，本发明可用于商用也可用于军用。例如，在跟踪不友好的无法识别飞机的军用系统中，本发明的技术增强了在这样飞机飞近时的联系性能。另外，本发明的技术提供了一种较低成本的技术，它比其他技术采用更少的计算机资源。本发明的技术适用于有一要求的系统，即，要求其中飞行速度在400节的第一目标超过飞行速度在300节的第二目标的情况将显示九十五个Monte Car1o回应航线中无交换。
根据本发明的又一方面，通过采用一种模糊惯性飞行技术提供一种避免在交叉区内交换的方法。本发明的这种模糊惯性飞行技术使标号交换最小或防止它们发生，并如下所述避免了可导致航迹漏失的误联系。当上述复合航线技术产生一中间结果时，该系统抑制显示该目标对的标绘图，而是显示该目标对的航迹位置，这些位置由表示从一航迹表中检索的飞机识别标号(ID)的标号标记。只有在两目标都落入同一搜索区域中时才通过推断航迹来跟踪航迹本身。否则，即使联系不准确，也要更新这些航迹。该技术使其中不更新航迹的连续距离数目最小，从而防止航迹偏离航线太远。这在某些情况下尤为重要，这些情况要花很长时间穿过交叉区。例如，当一个目标仅超过另一目标100节，并且搜索区域半径为一海里时，这些区域将交叠达144秒。
根据以下对附图的详述，本发明的前述特征及发明本身可得到更完全的理解，附图中：
图1是空中交通管制系统的框图；
图1A是表示一对交叉目标的标绘图；
图1B是表示对表和航迹表的图；
图1C-1F是一系列标绘图，它们表示交叉目标的航线；
图2是一组处理步骤的流程图，这组步骤进行处理交叉目标的信息；
图3是表示进行处理新目标对信息的流程图；
图4、4A是一系列流程图，它们表示进行处理所建立的一对目标信号的处理过程；
图5、5A是一系列流程图，它们表示发生于模糊惯性飞行处理中的处理过程。
参见图1，总的来说，空中交通管制系统10包括一个或多个雷达系统12a-12N，它们总的由12表示且经网络14连接到空中交通管制自动(ACTA)系统16上，例如可以将网络14设置成局域网。在存在多个雷达系统12的情况下，可将每个雷达系统12置于不同的自然位置，以便提供整个一个地区内基本连续的雷达检测区，该地区大于由任意单个雷达系统12所覆盖的地区。
在工作中，每个雷达系统12通过众所周知的天线18a-18N中相应的一个将射频(RF)信号发射到预定的空间区域内。部分所发射的RF信号截击目标20、22，目标20、22可以例如对应于在该预定空间内飞行的飞机。所发射的RF信号中这些截击目标20、22的部分从目标20、22发射回来，作为回波或目标信号由各自的雷达12接收。
在某些情况下，目标20、22包括一个应答器，而由雷达系统12所发射的RF信号包括所谓的询问信号。询问信号询问目标20、22上的应答器且响应于一适当询问信号，该应答器从目标20、22将相应信号发送给各个雷达系统12。这样，由各个雷达12所收到回波或目标信号的第一部分可对应于从目标20、22反射的部分RF信号，而目标信号的第二部分可对应于从目标上应答器发射出的响应信号。
一个或多个雷达系统12中的每一个都将目标数据信号发送给ATCA系统16。ATCA系统16包括一个或多个处理器24a-24M，每个处理器执行众所周知的特定功能。这里示出ATCA系统16包括：飞行数据处理器24a，它用来处理机组人员提交的飞行数据计划以规定航线；控制面板处理器24b，它用来适当提供处理过的信息，以使其显示于一个或多个显示装置2aa-28K上；和雷达数据处理器24c，它以一特定方式处理目标数据信号。那些本领域中的普通技术人员当然可知，ATCA系统16可以根据特定用途而包括另外或更少的处理器。例如，在某些实施例中，最好是可采用单一处理器来同时执行由ATCA系统16所要执行的所有功能。
处理器24通过网络32接至一般由27所表示的一个或多个输入/输出(I/O)系统27a-27K上。把I/O系统27a看作系统27b-27K的代表，每个I/O系统27a包括处理器和图形用户接口(GUI)所必须的任何其他硬件和软件。每个I/O系统包括显示装置28a，可有一输入装置30接至显示装置28a上，输入装置30可以设置为例如键盘和本领域普通技术人员所公知的定向装置，该输入装置30与显示装置28的图形用户接口(GUI)相接。本领域的普通技术人员当然可知，也可采用其他的输入装置。可将显示装置28置于不同的自然位置。
其中，ATCA系统16保持和更新送入其中的目标数据，从而保持了空中交通管制系统中雷达系统部分所检测和跟踪到的位置和速度。在执行这一功能时，ATCA系统一般将唯一的识别码或“标号”分配给每个被跟踪的目标。
空中交通管制系统10定期生成新雷达报告，这些报告与以判别式如离散信标码或C模式为基础的目标航迹联系。若这些判别式并不存在，则根据本发明，用复合航线联系技术来执行联系功能。
不存在判别式的情况一般发生于交叉点前后不久，其中将此称作交叉区。在交叉区中，有多次甚至C模式目标的离散信标码不能清楚联系，这是由于可能混淆了信标码和C模式，而联系算法采用复合航线技术，以使雷达报告与目标航迹联系。
空中交通管制系统10跟踪多个目标，为简单和便于描述起见，这里显示出两个目标20、22。两个相互接近飞行的目标20、22形成目标对23，从而阻止ATCA系统16可靠地识别各个目标20、22。这样，尽管目标20、22没有可辨别的特征，RD处理器24c所执行的复合航线处理步骤减小并在某些情况下消除了交叉目标20、22的标号交换现象。
复合航线处理过程计算目标20、22的复合航线，而且还计算目标20、22的极性值。以下将结合图2-4A描述一种特定方式，其中可计算复合航线值和极性值。只要对目标20、22复合航线与极性值的计算提供了额外的自由度就足够了，该自由度能使目标无法明确联系的区域最小，从而使误联系、航迹一致和永久标号交换发生的可能性最小或防止上述现象发生，同时在目标20、22从区域中显现时航迹漏失的趋势最小。这样，复合航线处理过程减少或防止发生目标标号交换，同时也减少或防止发生航迹漏失。
参见图1A、1B，其中把与图1类似的部件设为有类似的参考标记，由目标20、22形成的目标对23具有各自的航迹40、42和复合航线44。如可在图1中看到的那样，航迹40、42交叉于交点46。
复合航线44为(Xm(t),Ym(t))的轨迹并可如下得到计算：
Xm(t)=(X1(t)+X2(t))/D
Ym(t)=(Y1(t)+Y2(t))/D
其中：
Xm(t)对应于时间t处复合航线的x值；
Ym(t)对应于时间t处复合航线的y值；
X1(t)对应于时间t处目标1地平面坐标的x值；
X2(t)对应于时间t处目标2地平面坐标的x值；
Y1(t)对应于时间t处目标1地平面坐标的y值；
Y2(t)对应于时间t处目标2地平面坐标的y值；
D对应于预定数值。
在本文以下给出的描述中，将D值选为等于二的常值，这样，复合航线就对应于平均航线(即，通过求两个航线坐标的平均值所得到的航线)。当然，本领域中那些普通技术人员可知，也可用其他技术计算复合航线。例如，可将D值选为除了二以外的整数或实数。
应指出的是，平均航线Xm的x值与表示为X1的第一目标地平面坐标之间的差和平均航线Xm与第二目标地平面坐标X2之间的差符号相反。同样，平均航线Ym的y值与第一目标地平面坐标Y1的y值之间的差和平均值Ym与第二目标地平面坐标Y2之间的差符号相反。这里将这些差称作极性。
因而，若平均值Xm与第一目标地平面坐标X的值之间的差(即Xm-X1)为正，则把飞机T1的X极性定义为正，而把目标T2的X极性定义为负。类似地，若差值Ym-Y1为正，则目标1的Y极性为正，反之亦然。极性表示与平均航线有关的每个目标位置(即，极性值表示目标位于平均航线的哪一侧)。
当一目标经过交叉点时，其极性反向。这样，通过了解一个目标的极性和该目标是否通过交叉点，可专门将该目标与另一目标区分开。
图1A中所示的区域47对应于无法明确联系目标20、22的区域。在采用最近邻技术的传统系统中，将该区域称作模糊交叉区(ACR)，该区域由搜索区域交叠的区域限定。另一方面，本发明的复合航线技术不在搜索区域的基础上联系。ATC系统16(图1)在时间t1、t2、…t9接收雷达报告。在时间t1时，当目标20、22仍离明确联系足够远(即在区域47之外)但距处于相互之间预定界限距离内足够近时，将目标20、22识别为目标对23。根据把目标20、22识别为目标对，雷达数据处理器24c(图1)生成目标对记录，并将该记录存储为目标对表的一部分。
简要参见图1B，示出对表50包括目标对记录52，该记录52有多个字段52a-52z。这里仅示出单个记录52，但实际上对表50一般包括多个相关的目标对记录52，这些记录52作为对表50中的链接表。将对表50存入RD处理器24c(图1)的存储部分，在一个特殊的实施例中，将对表50作为存储器常驻对表存入RD处理器24c的随机存取存储器中。
每个目标对记录52包括：一对标识符52a(表示为pair-id)；指针值52b(表示为pt、ptr)，它指到对表50中的下一记录；和一对指针52c、52d(表示为trkpt.a和trkpt.b)，它们指到航迹表58中的入口，尤其指到航迹表58中的记录60a、60c。航迹表记录60a、60c标识出对应于目标对23中目标的航迹数据。
目标对记录52还包括目标20、22中一个的初始x极性值和y极性值52e、52f(表示为pxo、pyo)。在一个特定的实施例中，x、y极性值52e、52f对应于目标20、22的那些值，它们与第一指针52c(trkpt.a)正指向的航迹有关。在以下描述中将采用这种传统方式。当然本领域的那些普通技术人员可知，也可采用其他传统方式，而且对采用一个目标对中一个目标与另一目标之间关系的初始x和y极性的选择也并不是本发明的中心。但是，一旦做了这样一个选择，则始终将所选的传统方式用于其余的处理步骤就很重要了。
目标对记录50还包括x和y间隔52g、52h的标志(表示为fx、fy)，它们表示x和y方向上最小间隔距离是否保持在目标对23中目标之间，而用来确保模糊惯性飞行的模糊惯性飞行终止计数器52i(表示为amb-cst)并未被过早终止。
再参见图1、1A，一旦目标20、22靠近交叉点46，就不可能依靠通过雷达系统12接收的信号数据来准确地使每个目标20、22与其航迹联系。为确定目标20、22是否已经过交叉点46，由雷达数据处理器24c(图1)所执行的复合航线处理过程分别计算目标20、22之间x方向和y方向上的间隔值Dx和Dy。可以根据下式1和式2计算间隔值Dx和Dy：
Dx(t)=|X1(t)-X2(t)|    式1
Dy(t)=|Y1(t)-Y2(t)|    式2
其中：
X1(t)对应于时间t处第一目标(例如图1A中的目标20)的x坐标；
X2(t)对应于时间t处第二目标(例如图1A中的目标22)的x坐标；
Y1(t)对应于时间t处第一目标的y坐标；
Y2(t)对应于时间t处第二目标的y坐标；
随着两目标20、22相互接近，间隔值Dx和Dy的幅值一般减小，直到目标20、22到达交点46为止，之后间隔值Dx和Dy的幅值增大。通过将间隔值Dx和Dy的幅值与预定界限值THx和THy分别作比较，并保持跟踪间隔值Dx和Dy的幅值是否已分别小于预定界限值THx和THy，就可以确定是否在任意给定时间目标20、22都有交叉航线。
分别表示为Fx和Fy的x与y方向的两个逻辑变量或间隔标志用来保持跟踪间隔值Dx和Dy的幅值是否已分别小于预定界限值THx和THy，还将间隔标志Fx、Fy作为变量fx、fy保存到对表字段52g、52h中。最初将字段52g、52h设定得表示尚未确定间隔值Dx和Dy的幅值已分别小于预定界限值THx和THy。例如，这可通过将间隔标志变量Fx、Fy的值设定为一逻辑假条件来完成。
当首先将两个目标20、22定义为目标对23时，这两个目标仍分开一定距离，以致间隔值Dx、Dy大于各个间隔界限值THx、THy(即，Dx≥THx和Dy≥THy)。随着目标20、22距离接近，间隔值Dx、Dy的一个或两个都将减小到一点，它们在该点的幅值小于各个间隔界限值THx和THy的幅值，这样就表示间隔值已进入它们的交叉区中，分别由Dx＜THx和Dy＜THy所限定。
第一次经过每个界限值，将界限值经过指示标志Fx、Fy中相应的设定得如此表示。例如，指示项可以从一逻辑假值变为一逻辑真值。将该标志的值维持在变化的值，以用于目标对23的剩余时间。这样，采用这种方法，在目标20、22交叉前后有限的时间内，间隔值Dx或Dy超出其各自的界限值；通过结合目标20、22的相应极性值来检验相应标志Fx、Fy，不用一搜索区域就可准确地使每个目标20、22与其航迹联系。因此，可单虫选择搜索区域的大小以避免航迹漏失。
这样，在以下三个条件的基础上进行目标/航迹联系：(1)极性；(2)间隔；和(3)界限值经过指示项的状态(例如，标志Fx、Fy)。可将这些条件中每个的可能值和基于这些值所得到的判定结果制成一判别表。因此，在以下的判别表中说明这些条件和最终联系的所有组合。
该判别表由四部分组成：X分量、Y分量、辅助条件和判定。X分量包括一组三个逻辑参数，这些参数与目标位置的x坐标有关。同样，Y分量包括一组三个逻辑参数，这些参数与y坐标有关。每三个一组对应于三个前述条件：极性、间隔和标志。通过检验X分量和Y分量的参数组，可在除五种情况(Nos.3、5、13、14和18)之外所有情况下进行明确的联系。在这五种情况中的两种情况(Nos.13和18)下，必须评价其他条件，这些包括在该表的辅助条件(Aux、)栏中剩下的三种情况(Nos.3、5和14)需要模糊惯性飞行。第四部分是联系判定，它可以有以下三个结果中的一个：
A=使目标与航迹A相联系
B=使目标与航迹B相联系
C=不确定；转换到；或保持模糊惯性飞行。[表1]
Figure A9812409600221
为在模糊惯性飞行和复合航线联系之间提供一段“干净的”(无振荡)过渡区，前者只有在复合航线处理过程能做出三个连续复合航线联系(由判别表最右栏中的A或B表示)之后才终止。该计数值由模糊惯性飞行终止计数器维持，每当技术转换到模糊惯性飞行，就将该计数值设定为零，而每当该技术产生一个复合航线联系，就将该计数值加一。计数值三提供一界限值，以确保并未过早终止模糊惯性飞行。将该计数值保持在对表50(图1B)内字段52i中amb-cst所指代的变量中。
为说明如何使用判别表，设想图1A所示的情况。在时间t1计算极性并使它们与航迹相联系。目标20(目标1或T1)的正x极性与负y极性与航迹A相联系。这些是初始极性，分别由pxo和pyo表示。在时间t1，通过定义，表的入口no.1用于目标20，而no.16用于目标22(目标2或T2)。在时间t2，选择两目标中的一个，并计算其极性(Px,Py)和间隔(Dx,Dy)。若入口1起作用，则使目标与航迹A联系；否则，若入口16起作用，则使目标与航迹B联系。该过程一直持续到时间t6为止，此时Dy落到其界限值THy以下，而Dx保持在THx以上。Fy此时为真值，而Fy保持假值。对于目标1来说，这时将其用入口no.4，而入口no.7用于目标2。在时间t7，Dx也落到其界限值以下，Fx变成真值。此时这两个目标都接近明确分辨，算法由表入口no.5指定切换到模糊惯性飞行。在t8,Dy升至高于其界限值，但Dx仍保留在交叉区。Fx和Fy都为真值，算法移至入口10或17。在t9,Dx从交叉区移出。若发现入口11或19中有一个起作用，则易于进行复合航线联系。但是，若入口13或18起作用，则必须首先检查辅助条件。后面的入口主要用于交叉区的附近。由于目标继续间隔，入口11和19将确定联系类型。
参见图1B-1E，示出一系列标绘图，它们表示引起模糊问题的不同的可能航线与条件。这里所述的复合航线技术使所示每个航线及其变型的目标交换与航迹漏失最小或消失。
图2-5A是一系列流程图，它们表示出作为空中交通管制自动系统10(图1)一部分的雷达数据处理器2c所执行的处理过程，该处理过程用来计算交叉目标的复合航线、极性值和模糊惯性飞行值。这里所称“处理框”的矩形单元(以图2中单元80为代表)表示计算机软件指令或指令组。这里所称“判别框”的菱形单元(以图2中单元90为代表)表示影响执行处理框所表示计算机软件指令的计算机软件指令或指令组。
另一方面，处理框和判别框表示由功能上的等效电路所执行的步骤，这些电路例如是一数字信号处理电路或一专用集成电路(ASIC)。这些流程图并未示出任何特定编程语言的语法。相反，这些流程图示出功能性的信息，本领域的一个普通技术人员需要构造电路或生成计算机软件来执行特定装置所需的处理过程。应指出的是，并未示出许多例行程序单元，如环节和变量的初始化以及暂时变量的使用。那些本领域的普通技术人员可以理解的是，除非本文另有指示，所述步骤的特定顺序只是用来说明，在不脱离本发明实质的情况下，可改变该顺序。
现在转到图2，用来跟踪穿过模糊联系区目标的处理过程从步骤80开始，在步骤80中得到多个目标T1-TN的坐标。然后处理过程前进到步骤82，在步骤82中从多个目标T1-TN中选择第一目标对Tj,Tk。接着，如步骤84中所示，计算目标对Tj,Tk的复合航线，在步骤86中计算目标对23的极性值。可以如上结合图1-1B所述计算复合航线和极性值。
然后处理过程前进到判别框90，在判别框90中确定目标对是一新目标对(即，以前尚未识别过的目标对)还是一现有目标对。若判定目标对是一新目标对，则处理过程前进到步骤92，在步骤92处理新目标对。以下将结合图3描述涉及处理新目标对的专门步骤。
若另一方面判定目标对是一现有目标对，则处理过程转至处理步骤96，在步骤96中处理现有目标对。以下将结合图4、4A描述涉及处理现有目标对的专门步骤。总之，响应于极性指示项、间隔指示项和交叉区指示项的值，现有目标对的处理使第一和第二目标的每一个都与第一和第二航迹数据中相应的一个相联系。
在步骤92或96中进行了适当处理之后，处理过程转至判别框94，在该判别框94中确定是否有更多的目标对存在。若不存在尚未处理的目标对，则该处理过程结束。若另一方面存在尚未处理的目标对，则处理过程转至步骤98，在步骤98中选择下一目标对，重复步骤84-96，直到处理了所有的目标为止。
参见图3，用来处理新目标对雷达数据的处理过程开始于步骤100，在步骤100中，将该目标对的初始x和y极性设定到预定值。然后处理过程前进到步骤102，在步骤102中生成新目标对的新对表记录。
接着，在将该对表设置成一链接表的情况下，将新对表记录链接到对表中。也可通过如上结合图1B所述的指针，或通过本领域普通技术人员所公知的任何其他技术将新对比记录链接到对表上。在未将对表设置成链接表的情况下，可省略该步骤，可以采用本领域普通技术人员公知的任何其他方法以使新对表记录包含于对表中。
然后，处理过程前进到步骤106，在步骤106中使新对表记录与航迹表中的适当入口相联系。例如，可以通过在对表中为特定航迹建立一指针并在航迹表中包含一对指针来完成这项任务，特定航迹目标对中的目标相联系，而后一对指针指向如图1B所示设置于对表中的目标对识别码。当然，本领域的普通技术人员可理解的是，可以用各种不同的技术使对表记录与航迹表记录相联系，而且对任可特定技术的选择结果在功能上一致于这里所述的实现过程。
之后，为以后的处理过程保存初始x和y极性值。然后处理过程前进到步骤110和112，在步骤110和112中，将x和y间隔与模糊惯性飞行终止计数器的标志初始化为预定值。然后，新目标对的处理过程结束。
参见图4、4A，从步骤114开始一表示一处理过程的系列流程图，该处理过程用来处理所建立的目标对信息，在步骤114中，从对表的适当记录中检索x和y极性值、x和y间隔值和模糊惯性飞行终止计数值。然后处理过程前进到步骤116，在步骤116中，根据所检索的值更新x和y间隔标志。之后处理过程前进到步骤118，在步骤118中，分析判别表的x分量，并将判别表分量指示项dec-x-1和dec-x-2设定为适当的值。通过当时现有的条件建立起分量指示项被设定的特定值。在上述判别表中列出了所有的可能条件。
随后处理过程前进到步骤120，在步骤120中分析判别表的y分量，并将分量指示项dec-x-1和dec-x-2设定为适当的值。然后处理过程前进到步骤122，在步骤122中，对处理后的特定目标对的指针定位，由此使航迹表中正确的入口能受到识别。
接着，处理过程前进到判别框124，在判别框124中确定是否显示出模糊惯性飞行。若显示出模糊惯性飞行，则处理过程前进到处理框126，在处理框中执行模糊惯性飞行技术。以下将结合图5、5A详细描述模糊惯性飞行技术。
若判别框124中判定并未显示模糊惯性飞行，则处理过程前进到判别框128，在判别框128中判定是否应终止模糊惯性飞行。若在判别框128中判定应终止模糊惯性飞行，则处理过程前进到处理步骤130，在步骤130中，使航迹与各自的目标1、2相联系。然后处理过程返回复合航线处理过程中的适当步骤。
参见图5、5A，图中示出表示对模糊惯性飞行进行处理的流程图。在详细描述该处理步骤之前，首先提供一些背景资料。
在交叉区中，联系可以是：(1)模糊的，或(2)明确和准确的，或(3)明确但不准确的。若两个目标都位于一个或两个搜索区域内，则联系是模糊的。若至少一个搜索区域只含一个目标，则联系是明确的。不准确联系和航迹交换的可能性随着搜索区域相互靠近而增大。
尽管以上结合图1-4A所述的复合航线技术确保了在交叉目标从交叉区中移出之后准确地使交叉目标联系，不过根据本发明的另一方面，可以通过使目标惯性航行来避免交叉区内的交换。下文将这种跟踪称作模糊惯性飞行技术，以便使该技术处理过程区别于传统的跟踪技术。
简言之，传统惯性航行技术的目的在于在没有检测的情况下估计飞机的位置。
另一方面，本发明模糊惯性飞行技术的目的在于使标号交换最小或防止它发生，并能回避可引起航迹漏失的误联系。
总之，模糊惯性飞行如下工作。当复合航线技术产生一中间结果(由判别表最右栏中的c表示)时，系统抑制显示该对目标的标绘图，而显示其航迹位置，这些位置由表示从航迹表中检索的飞机识别标号(ID)的标号来标记。仅在两目标都落入相同搜索区域时才使航迹本身惯性航行。否则即使联系无法准确，也更新航迹。该方案使连续间距数目最小，在连续间距中未更新航迹，由此防止航迹改变得离航向过远。这在某些情况下尤其重要，这些情况要花长时间经过交叉区。例如，当一个目标超过另一目标仅100节且搜索区域的半径为一海里时，这些区域将交叠达144秒。
现在转至图5、5A，如步骤140中所述，模糊惯性飞行处理从选择一航迹对开始。然后处理过程前进到步骤142，在步骤142中，从航迹表中该目标对的适当入口中检索模糊惯性飞行标志值和航迹惯性航行时间值。之后处理过程前进到判别框144，在判别框144中确定是否显示模糊惯性飞行。若显示模糊惯性飞行，则处理过程前进到判别框146，在判别框146中判定航迹中的第一个(例如航迹j)是否仅与目标1相联系。若航迹j并不仅与目标1相联系，则处理过程前进到判别框148，在判别框148中判定航迹k是否仅与目标1相联系。
若在判别框148中判定航迹k并不仅与目标1相联系，则如步骤150中所示显示航迹惯性航行，之后，处理过程前进到步骤152，在步骤152中保存目标j和k航迹表入口中的惯性航行时间值。接着处理过程前进到判别框156，在判别框156中确定是否应处理更多的航迹对。若在判别框156中无航迹对应受到处理，则如图所示处理过程结束。另一方面，若应处理更多的航迹对，则处理过程前进到步骤158，在步骤158中选择下一航迹对，处理过程返回步骤142。
在判别框146中，若判定航迹j仅与目标1联系，则处理过程转至判别框160，在判别框160中确定航迹k是否仅与目标1联系。若航迹k仅与目标1联系，则处理过程前进到步骤162，在步骤162中显示航迹惯性航行。另一方面，若判定航迹k并不仅与目标1联系，则处理过程前进到步骤164，在步骤164中使航迹j、k与各自的目标1、2相联系，使惯性航行时间复位。
在执行了步骤162、164中适当一步之后，处理过程前进到判别框166，在判别框166中确定是否显示航迹惯性航行。若显示航迹惯性航行，则如步骤168中所示显示航迹位置。另一方面，若判定不显示航迹惯性航行，则处理过程转至处理框170、172，在这两个处理框中更新航迹并显示标绘位置。然后，处理过程前进到判别框174，在判别框174中确定是否应处理更多的航迹。若没有更多的航迹应受到处理，则如图所示处理过程结束。另一方面，若应处理更多的航迹，则处理过程前进到步骤176，在步骤176中选择下一航迹，重复步骤166-174。
如至此所述，本发明的诸方面与可在计算机系统上实现的特殊“方法”和“方法功能”有关。本领域的普通技术人员应易理解的是，限定这些功能的计算机代码可以许多形式传输给计算机：这些形式包括但不限于：(a)永久存储于不可写存储介质(例如计算机内的只读存储器装置或可由计算机I/O附件识读的CD-ROM盘)上的信息；(b)可改变地存储于可写存储介质(例如软盘和硬驱)上的信息；或(c)通过通信媒体如电话网或其他通信网传输给计算机的信息。因此，当然这种介质在载有这些信息时代表本发明的替代实施例。
以上已描述了本发明的优选实施例，此时对本领域的普通技术人员来说，可采用结合其原理的其他实施例是显而易见的。因此，感觉上这些实施例不应限于所公开的实施例，而是应仅由所附权利要求书的实质和范围所限定。

Claims (30)

1．一种跟踪一对接近目标的方法，包括以下步骤：
(a)得到多个目标的坐标；
(b)从该多个目标中选择第一目标对；
(c)计算该目标对的复合航线；
(d)计算该目标对的极性值；以及
(e)若目标交叉，则利用该复合航线和这些极性值使目标与其航迹相联系。
2．根据权利要求1的方法，还包括以下步骤：
(f)确定该目标对是否是一新目标对；
(g)响应于该目标对是一新目标对，执行新目标对处理过程，该处理过程包括初始化对表中新记录的步骤；和
(h)响应于该目标对不是一新目标对，执行已建立目标对处理过程，该处理过程包括以下步骤：分析判别表以确定是否目标对中的一个目标处于交叉区，和是否应执行模糊惯性飞行处理过程。
3．根据权利要求1的方法，还包括以下步骤：
(f)从该多个目标中选择下一目标对；
(g)对下一目标对重复步骤(c)-(e)；和
(h)对多个不同的目标对重复步骤(f)与(g)。
4．根据权利要求1的方法，还包括以下步骤：
(f)从多个目标中选择下一目标对；和
(g)对能由多个目标形成的多个不同目标对中每个可能目标对重复步骤(c)-(e)。
5．根据权利要求1的方法，其中计算复合航线的步骤包括以下步骤：
(c1)将第一目标的第一航线坐标加到第二目标的第一航线坐标中，得到第一坐标和；
(c2)用一预定值除第一坐标和，得到第一复合值；
(c3)将第一目标的第二航线坐标加到第二目标的第二航线坐标中，得到第二坐标和；以及
(c4)用一预定值除第二坐标和，得到第二复合值。
6．根据权利要求5的方法，其中计算该目标对的极性值的步骤包括以下步骤：
(d1)从第一复合坐标值中减去第一目标的第一航线坐标，得到第一极性值；以及
(d2)从第一复合坐标值中减去第一目标的第二航线坐标，得到第二极性值。
7．根据权利要求2的方法，其中执行新目标对处理过程的步骤包括以下步骤：
(g1)设定初始x、y极性值；
(g2)生成新对表记录；
(g3)将该新对表记录链接到对表链接表中；
(g4)使该对表记录与对应于该目标对中目标航迹表入口的第一和第二航迹表入口联系；
(g5)初始化第一与第二间隔标志；以及
(g6)初始化模糊惯性飞行终止计数器。
8．根据权利要求2的方法，其中执行已建立目标对处理过程的步骤包括以下步骤：
(h1)检索第一与第二极性值、第一与第二间隔值和模糊惯性飞行终止计数器；
(h2)更新第一与第二间隔标志值；
(h3)分析判别表的x分量，并将一判别表分量指示项设定为一适当值；
(h4)分析判别表的y分量，并将该判别表分量指示项设定为一适当值；
(h5)确定是否显示模糊惯性飞行；
(h6)响应于显示模糊惯性飞行，执行模糊惯性飞行处理过程；以及
(h7)响应于不显示模糊惯性飞行，确定是否应终止模糊惯性飞行。
9．根据权利要求1的方法，其中在步骤(b)之后，该方法包括以下步骤：确定是否应对从步骤(b)中选出的目标对计算复合航线。
10．根据权利要求9的方法，其中确定是否应计算平均航线的步骤包括以下步骤：
计算目标对之间的间隔值；以及
将该间隔值与一预定界限值作比较。
11．根据权利要求10的方法，其中计算间隔值的步骤包括以下步骤：
计算与目标对之间x间隔相对应的第一间隔值；
计算与目标对之间y间隔相对应的第二间隔值；
将第一间隔值与第二间隔值相比较；以及
将第一间隔值和第二间隔值中较小的一个与预定界限值距离值相比较。
12．根据权利要求11的方法，还包括以下步骤：
根据第一间隔值和第二间隔值中较小的一个并不小于预定界限值距离值，显示应对该目标对计算平均航线；以及
根据第一间隔值和第二间隔值中较小的一个小于预定界限值距离值，显示不应对该目标对计算平均航线。
13．一种用来跟踪一对接近目标的设备，包括：
(a)用来得到多个目标坐标的装置；
(b)用来从该多个目标中选择第一目标对的装置；
(c)用来计算该目标对一复合航线的装置；
(d)用来计算该目标对一极性值的装置；
(e)用来利用平均航线和极性值确定目标是否交叉的装置。
14．根据权利要求13的设备，还包括：
(f)用来确定该目标对是否是新目标对的装置；
(g)响应于目标对是新目标对的装置，用来执行包括初始化对表中新记录步骤的新目标对处理过程；和
(h)响应于目标对不是新目标对的装置，用来执行已建立目标对处理过程，该过程包括分析判别表以确定目标对中的一个目标是否处于交叉区内以及是否应执行模糊惯性飞行处理过程。
15．根据权利要求14的设备，还包括用来从多个目标中选择下一目标对的装置。
16．根据权利要求15的设备，其中用来计算复合航线的装置包括：
(c1)用来将第一目标的第一航线坐标加到第二目标的第一航线坐标中以得到第一坐标和的装置；
(c2)用来用一预定值除第一坐标和以得到第一复合值的装置；
(c3)用来将第一目标的第二航线坐标加到第二目标的第二航线坐标中以得到第二坐标和的装置；和
(c4)用来用一预定值除第二坐标和以得到第二复合值的装置。
17．根据权利要求16的设备，其中用来计算该目标对极性值的装置包括：
(d1)用来从第一复合坐标值中减去第一目标的第一航线坐标以得到第一极性值的装置；和
(d2)用来从第一复合坐标值中减去第一目标的第二航线坐标以得到第二极性值的装置。
18．根据权利要求17的设备，其中所述用来执行新目标对处理过程的装置包括：
用来初始化x、y极性值的装置；
用来生成新对表记录的装置；
用来将该新对表记录链接到对表链接表中的装置；
用来使该对表记录与第一和第二航迹表入口联系的装置；
用来初始化第一和第二间隔标志的装置；和
用来初始化模糊惯性飞行终止计数器的装置。
19．根据权利要求18的设备，其中用来执行已建立目标对处理过程的装置包括：
用来从存储器件中检索第一和第二极性值、第一和第二间隔值以及模糊惯性飞行终止计数值的装置；
用来更新第一和第二间隔标志值的装置；
用来分析判别表的x分量和将一判别表分量指示项设定为一适当值的装置；
用来分析判别表的y分量和将该判别表分量指示项设定为一适当值的装置；
用来确定是否显示模糊惯性飞行的装置；
响应于所述用来确定是否显示模糊惯性飞行装置的装置，用来响应于显示模糊惯性飞行执行模糊惯性飞行处理过程，以及响应于所述用来确定是否显示模糊惯性飞行的装置不显示的模糊惯性飞行通过将目标与对表中相应记录相联系来更新一适当时间处的航迹。
20．根据权利要求19的设备，还包括用来确定是否应对目标对计算复合航线的装置，该目标对由所述用来选择一目标对的装置选择。
21．根据权利要求20的设备，其中用来确定是否应计算复合航线的装置包括：
用来计算该目标对之间一间隔值的装置；和
第一比较器，用来将该间隔值与一预定界限值作比较。
22．根据权利要求21的设备，其中所述用来计算一间隔值的装置包括：
用来计算与该目标对之间一x间隔相对应的第一间隔值的装置；
用来计算与该目标对之间一y间隔相对应的第二间隔值的装置；
用来将第一间隔值与第二间隔值作比较的装置；
用来将第一和第二间隔值中较小的一个与一预定界限值距离值作比较的装置。
23．根据权利要求22的设备，还包括响应于第一和第二间隔值中较小的一个的装置，用来根据该较小值小于预定界限值距离值而显示应该对该目标对计算复合航线，还用来根据第一和第二间隔值中较小的一个不小于预定界限值距离值而显示不应对该目标对计算复合航线。
24．一种空中交通管制系统，包括：
雷达系统；
雷达数据处理器，它接至所述雷达系统，所述雷达数据处理器包括：
目标对处理器，用来从所述雷达系统接收数据；
目标对生成器，接至所述目标对处理器；
复合航线生成器，接至所述目标对处理器；
极性识别器，接至所述目标对处理器；
间隔识别器，接至所述目标对处理器；和
交叉区识别器，接至所述目标对处理器。
25．根据权利要求24的空中交通管制系统，还包括接至所述目标对处理器的模糊惯性飞行处理器。
26．根据权利要求25的空中交通管制系统，还包括：
对表，具有多个记录，每个记录具有多个字段，这些字段中的第一个对应于对识别字段、航迹指针字段、极性字段、交叉区指示项字段和模糊惯性飞行字段；和
航迹表，具有多个记录，每个记录具有多个字段，这些字段中的第一个对应于一个航迹数据字段，这些字段中的第二个对应于一个对表指针字段。
27．一种跟踪两个接近目标的方法，包括以下步骤：
(a)接收识别多个目标的一个或多个雷达报告；
(b)使该一个或多个雷达报告中识别出的多个目标中第一和第二目标与各个第一和第二航迹数据明确联系；
(c)将这些目标识别为一目标对；
(d)计算该目标对的复合航线；
(e)计算该目标对中第一和第二目标的每一个的极性指示项；
(f)计算该目标对中第一和第二目标的间隔值；
(g)将该间隔值与一预定界限值作比较；
(h)根据比较步骤，将一间隔指示项设定为第一和第二值中的第一值，显示该间隔值是否小于预定界限值；
(i)将一交叉区指示项设定为一第一值，显示该目标对是否已进入交叉区；以及
(j)根据极性指示项的值、间隔指示项的值和交叉区指示项的值，使第一和第二目标中的每一个与第一和第二航迹数据中相应的一个联系。
28．根据权利要求27的方法，其中使第一和第二目标中的每一个与第一和第二航迹数据中相应一个联系的步骤包括以下步骤：
将数据输入一目标对表；和
使该目标对表中的数据与一航迹表中的数据联系。
29．根据权利要求28的方法，其中使第一和第二目标中的每一个与第一和第二航迹数据中相应的一个联系的步骤包括以下步骤：利用一判别表确定是否应执行模糊惯性飞行处理过程。
30．一种用于模糊惯性飞行的方法，包括以下步骤：执行以下部分的第一个：(a)不使一目标与一航迹联系；和(b)使一目标与一航迹联系；
更新一航迹；以及
通过用一目标速度和航线推断一目标位置，以显示该目标运动。
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