CN202549080U - 一种雷达数据、飞行计划数据与ads-b数据融合系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种雷达数据、飞行计划数据与ADS-B数据融合系统，其中，基础数据管理子系统分别与综合数据处理子系统、监视数据处理子系统、飞行数据处理子系统和数据显示终端子系统连接，所述监视数据处理子系统、飞行数据处理子系统和数据显示终端子系统分别与综合数据处理子系统连接，所述监视数据处理子系统还与数据显示终端子系统连接。本实用新型的有益效果是：能够将ADS-B数据与多部雷达数据融合处理；解决了ATC监视要求中航迹精度与航迹平滑连续的统一；实现融合定位优选惯性融合修正技术，提高多类型传感器相关融合精度；实现卫星系统、飞机以及地基系统协同监视。

Description

一种雷达数据、飞行计划数据与ADS-B数据融合系统
技术领域
本实用新型涉及民航空管技术领域，特别是一种雷达数据、飞行计划数据与ADS-B数据融合系统。
背景技术
1998年，中国航空为了探索新航行系统发展之路，促进西部地区航空运输发展，启动了第一条基于ADS技术的新航行系统航路(L888)建设。L888航路装备了FANS I/A定义的ADS-C监视工作站，并在北京建立了网管数据中心。2000年，新系统完成了评估和测试并投入运行。2004年，北京、上海、广州三大区域管制中心相继建成。为三大区管中心配套的空管自动化系统都具备了数据自动相关监视航迹的能力，也可以实施“航管员/飞行员数据链通信”(CPDLC)。这标志着中国航空的主要空管设施已经具备了ADS监视能力。
中国航空在取得了一些成果的同时，总体上还是没有突破ADS-C的技术框架。在ADS-C的技术体制内，ADS的航迹报告是有条件选择发送的，因此，对解决空管的突出问题，改善安全与效率，效果并不明显。
ADS-B(Automatic Dependent Surveillance Broadcast)即广播式自动相关监视。在国际民航组织(ICAO)新的通信、导航、监视和空中交通管理(CNS／ATM)方案中，监视系统采用二次雷达监视和自动相关监视(ADS)，而ADS-B是在ADS的基础上发展的更先进的监视技术，它是新航行系统和自由飞行思想的典型代表。从2002年开始，澳大利亚、美国等民航强国都制定了ADS-B的发展计划或发展政策，在改进机场地面监视、改进流量管理、增强空-空协同、支持监视数据多方共享等方面取得了明显的成果，受益于这些成果，美国制定了ADS-B的中长期规划。
随着ADS-B技术的逐步成熟并借鉴于国外先进的技术成果和经验，我国民航空管技术寻求到了新的突破点，尽管如此， ADS-B技术在我国的发展质量还是不容乐观。ADS-B的通信制式是广播式双向通信，而我国用来进行航迹跟踪和管制数据通信的地空数据链，采用美国ARINC公司的AEEC618/AEEC622协议方式，属应答式双向通信。此通信制式的数据刷新率受应答协议制约，其同步性和实时性都不能满足高密度飞行管制服务需求，无法与ADS-B技术兼容。
   通过多雷达数据融合，提高对目标监视的连续性和跟踪精度，是空中交通管制（ATC）系统常用的数据处理方法。随着新航行系统在全球的推广应用，自动相关监视已经成为空中交通管制的一个主要监视手段。由于ADS信息内容丰富和精度高的特点，ADS 已成为决定ATC系统整体监视能力的重要因素。自动相关监视是一种由目标自主定位，并自动报告自身位置，供外界对其进行监视的一种监视方式。
随着广播式自动相关监视（ADS-B）技术的发展，在飞行重点监视地区，如场面、进近和安全敏感地区，目标的ADS-B数据已达到了每秒1次的报告更新率，定位精度和数据更新率优于地面监视雷达。同时，在大范围的海洋、沙漠和偏远地区，受地理和技术条件限制，合约式自动相关监视依然具有广阔的使用空间，因此，空中交通管制的监视手段将面临陆基雷达与短周期的广播式自动相关监视和长周期的合约式自动相关监视长期共存的局面。对空中交通管制（ATC）系统而言，所接收的ADS-B信息的报告周期跨度将从15 min延伸至10 min，且不同的飞行阶段、不同的目标可以采用不同的报告周期，因此传统的“松藕合”融合方式将显现两个主要问题:一是由于ADS信息的报告周期可变，当报告周期间隔较大或报告过程中周期变化较大时，因不能形成连续的ADS航迹使末端融合无法进行；二是由于没有将ADS信息直接用于雷达航迹的生成和推算，ADS信息位置精度高、信息量大的优势没有得到充分发挥，造成大量有效信息的浪费。
实用新型内容
本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种雷达数据、飞行计划数据与ADS-B数据融合系统，实现ADS目标与雷达目标的数据融合,充分利用ADS信息位置精度高、信息量大的优势。
本实用新型采用的技术方案是这样的：一种雷达数据、飞行计划数据与ADS-B数据融合系统，包括监视数据处理子系统（SDP）、飞行数据处理子系统（FDP）、综合数据处理子系统（MDP）、基础数据管理子系统（BDM）和多台数据显示终端子系统（DDS），所述基础数据管理子系统（BDM）分别与综合数据处理子系统（MDP）、监视数据处理子系统（SDP）、飞行数据处理子系统（FDP）和数据显示终端子系统（DDS）连接，所述监视数据处理子系统（SDP）、飞行数据处理子系统（FDP）和数据显示终端子系统（DDS）分别与综合数据处理子系统（MDP）连接，所述监视数据处理子系统（SDP）还与数据显示终端子系统（DDS）连接。
所述监视数据处理子系统（SDP）负责接收各种监视数据并将其转化为系统内部格式，包括以下模块：
数据接收模块，负责接收来自基础数据管理子系统（BDM）的内部数据、外部的雷达数据和ADS-B数据等各种数据，生成子系统的配置文件并重置参数；
监视数据解析模块，负责对接收到的雷达数据、ADS-B数据等监视数据进行解析并作数据质量监控和校准；
多通道图形显示模块，负责将经过解析之后的雷达数据通过图形界面展示出来；
数据输出模块，负责对综合数据处理子系统（MDP）和数据显示终端子系统（DDS）输出经过格式组装之后的监视数据。
所述飞行数据处理子系统（FDP）负责对飞行计划进行处理，包括以下模块：
数据接收模块，接收来自基础数据管理子系统（BDM）的内部数据、外部的报文数据然后生成子系统配置文件并重置参数，并且接收综合数据处理子系统（MDP）发出的飞行计划重发请求；
飞行计划管理模块，负责飞行计划的建立、更改、删除、显示、查询和保存；
报文处理模块，负责对外部的报文数据进行解析、格式检测、管理以及保存；
数据发送模块，负责对对综合数据处理子系统（MDP）输出经过格式组装之后的飞行计划数据。
所述综合数据处理子系统（MDP）包括以下模块：
数据接收模块，负责接收来自基础数据管理子系统（BDM）、监视数据处理子系统（SDP）、飞行数据处理子系统（FDP）和数据显示终端子系统（DDS）等子系统的数据并对数据格式进行处理；
监视数据处理模块，负责将接收到的雷达数据、ADS-B数据分别进行处理之后然后融合，并生成多雷达航迹、ADS-B航迹和系统航迹；
航迹与飞行计划相关管理模块，以系统航迹和飞行计划数据为依据，对航迹和飞行计划进行相关和去相关处理；
告警模块，实时对飞行的低高度、短期冲突和偏航情况进行判断并生成告警信息；
数据输出模块，将多雷达航迹、系统航迹、计划航迹、告警信息发送到数据显示终端子系统（DDS），同时，发送飞行计划数据重发请求到飞行数据处理子系统（FDP）。
所述数据显示终端子系统（DDS）包括以下模块：
接口功能模块，接受来自基础数据管理子系统（BDM）的基础数据以及来自综合数据处理子系统（MDP）和监视数据处理子系统（SDP）的数据；
图形图像功能模块，将接收到的数据生成图像并显示。
所述基础数据管理子系统（BDM）包括以下模块：
数据分发管理功能模块，将数据分发到综合数据处理子系统（MDP）、监视数据处理子系统（SDP）、飞行数据处理子系统（FDP）和数据显示终端子系统（DDS）；
子系统对时功能模块，对综合数据处理子系统（MDP）、监视数据处理子系统（SDP）、飞行数据处理子系统（FDP）和数据显示终端子系统（DDS）的校准时间进行管理；
系统数据管理功能模块，将基本数据整理成系统库。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：
1、在对ADS信息与雷达信息差异分析的基础上，通过建立ADS目标数据与雷达目标数据的关联关系，创建了一个将ADS-B数据与多部雷达数据融合处理的过程模型；
2、并根据ADS-B数据报告周期变化较大的特点，提出了一个基于ADS目标报告周期确定ADS与雷达航迹权重因子的可变周期更新算法，较好地解决了ATC监视要求中航迹精度与航迹平滑连续的统一；
3、突破原有国际国内监视数据融合技术的框架限制，研发出适应符合我国监视设备特点的“多雷达、ADS-B数据优选融合技术”，提高多类型传感器相关融合精度，使ADS-B在空中交通自动化系统中有效发挥自动相关和精确监控作用；
4、可以通过其他飞机以及地面的ADS-B信息给飞机提供信息，让飞行员在结合机载雷达信息、导航信息的基础上更加准确地判断出飞机周围的态势信息和其他附加信息，比如：冲突告警信息、避碰策略和气象信息，实现卫星系统、飞机以及地基系统通过高速数据进行空、天、地一体化协同监视，管理范围广、应用成本低。
附图说明
图1是本实用新型的流程结构图。
图2是图1中SDP子系统的结构与功能模块图。
图3是图1中FDP子系统的结构与功能模块图。
图4是图1中MDP子系统的结构与功能模块图。
图5是图1中DDS子系统的结构与功能模块图。
图6是图1中BDM子系统的结构与功能模块图。
图7是BDM子系统中系统数据管理功能模块的系统数据管理流程图。
图8是同类设备飞机之间的相互监视以及地对空监视的原理图。
图9是飞机及其地面数据传输原理图。
图10是关于目标位置的误差描述模型。
图11是飞机的飞行坐标示意图。
图12是飞机转弯航路示意图。
图13是飞机内切转弯方式示意图。
图14是飞机绕飞转弯示意图。
图15是计划航迹修正问题描述示意图。
图16是切航方式航迹修正示意图。
图17是直飞目标路点航迹修正示意图。
图18是多种类型数据综合显示技术的实现原理。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。
如图1所示，一种雷达数据、飞行计划数据与ADS-B数据融合系统，包括监视数据处理子系统（SDP）、飞行数据处理子系统（FDP）、综合数据处理子系统（MDP）、基础数据管理子系统（BDM）和多台数据显示终端子系统（DDS），所述基础数据管理子系统（BDM）分别与综合数据处理子系统（MDP）、监视数据处理子系统（SDP）、飞行数据处理子系统（FDP）和数据显示终端子系统（DDS）连接，所述监视数据处理子系统（SDP）、飞行数据处理子系统（FDP）和数据显示终端子系统（DDS）分别与综合数据处理子系统（MDP）连接，所述监视数据处理子系统（SDP）还与数据显示终端子系统（DDS）连接。
本实用新型中涉及到的ADS-B信息是由机载星基导航和定位系统生成的精确的定位信息，地面设备和其他航空器通过航空数据链路接收此信息，其传输方式是以网状、多点对多点方式完成数据双向通信。机载ADS-B通信设备广播式发出来自机载信息处理单元收集到的导航信息，接收其他飞机和地面的广播信息后经过处理送给机舱综合信息显示器。机舱综合信息显示器根据收集的其他飞机和地面的ADS-B信息、机载雷达信息、导航信息后给飞行员提供飞机周围的态势信息和其他附加信息(如：冲突告警信息，避碰策略，气象信息)。卫星系统、飞机以及地基系统通过高速数据进行空、天、地一体化协同监视。与已有的雷达技术相比，ADS-B技术具有的管理范围广、应用成本低等优点。因此，它能有效的提高空管安全监视水平。
ADS-B系统的工作原理如图8、图9所示。图8表示了具有同类设备飞机之间的相互监视以及地面对空监视的工作原理。ADS-B信息主要包括：飞机标识、飞机类别、三维位置、速度以及其它附加信息。图9表示地面向空中广播空中交通态势信息(TIS-B)、飞行情报服务以及接收和处理ADS-B下行信息的工作原理。
ADS-B系统是一个集通信与监视于一体的信息系统，由信息源、信息传输通道以及信息处理与显示三部分组成。ADS-B的主要信息是飞机的四维位置信息(经度、纬度、高度和时间)和其它可能附加信息(冲突告警信息，飞行员输入信息，航迹角，航线拐点等信息)以及飞机的识别信息和类别信息。此外，还可能包括一些别的附加信息，如航向、空速、风速、风向和飞机外界温度等。这些信息可以由以下航空电子设备得到：（1）全球卫星导航系统(GNSS)；（2）惯性导航系统（INS）；（3）惯性参考系统（IRS）；（4）飞行管理器；（5）其它机载传感器。
ADS-B的信息传输通道以ADS-B报文形式，通过空-空、空-地数据链广播式传播。ADS-B的信息处理与显示主要包括位置信息和其它附加信息的提取、处理及有效算法，并且形成清晰、直观的背景地图和航迹、交通态势分布、参数窗口以及报文窗口等，最后以伪雷达画面实时地提供给用户。ADS-B技术是新航行系统中非常重要的通信和监视技术，把冲突探测、冲突避免、冲突解决、ATC监视和ATC一致性监视以及机舱综合信息显示有机的结合起来，为新航行系统增强和扩展了非常丰富的功能。
ADS-B技术在实践中的运用有几大优势，首先在机场地面活动区的应用，可以较低成本实现航空器的场面活动监视。在繁忙机场，即使装置了场面监视雷达，也难以完全覆盖航站楼的各向停机位，空中交通管理“登机门到登机门”的管理预期一直难以成为现实。利用ADS-B技术，通过接收和处理ADS-B广播信息，将活动航空器的监视从空中一直延伸到机场登机桥，因此能辅助场面监视雷达，实现“门到门”的空中交通管理。ADS-B的报文中包含了转弯率的信息，可以帮助管制员更加有效的对机场地面活动区的飞机进行引导。由于ADS-B的巨大技术优势，甚至可以不依赖场面监视雷达，实现机场地面移动目标的管理。
ADS-B技术能用于加强空-空协同，提高飞行中航空器之间的相互监视能力。ADS-B的报文信息中含有对飞行器的轨迹预测信息，可以对飞行器的下一步飞行位置进行预测。WGS-84坐标系下的飞行器位置、飞行高度、程序飞行高度等信息可以让飞行员对其他飞行器的位置、高度和其他飞行员的驾驶情况有更详尽的了解，从而帮助飞行员更加安全的驾驶。ADS-B的位置报告是自发广播式的，航空器之间无须发出问询即可接收和处理渐近航空器的位置报告，因此能有效提高航空器间的协同能力，增强机载避撞系统TCAS的性能，实现航空器运行中即能保持最小安全间隔又能避免和解决冲突的空-空协同目的。ADS-B系统的这一能力，使保持飞行安全间隔的责任更多地向空中转移，这是实现“自由飞行”不可或缺的技术基础。
ADS-B技术用于空中交通管制，可以在无法部署航管雷达的大陆地区为航空器提供优于雷达间隔标准的虚拟雷达管制服务；在雷达覆盖地区，即使不增加雷达设备也能以较低代价增强雷达系统监视能力，提高航路乃至终端区的飞行容量；多点ADS-B地面设备联网，可作为雷达监视网的旁路系统，并可提供不低于雷达间隔标准的空管服务；利用ADS-B技术还在较大的区域内实现飞行动态监视，以改进飞行流量管理；利用ADS-B的上行数据广播，还能为运行中的航空器提供各类情报服务。ADS-B技术在空管上的应用，预示着传统的空中交通监视技术即将发生重大变革。
ADS-B相对于二次雷达，它包含了更多有效的管制信息。数据源信息与飞行器种类信息可以帮助管制员识别卫星可控范围内的所有的飞机及飞机种类；日期信息可以通过查询历史ADS-B报文信息查询以往的历史记录，而且历史记录是无缝隙记录，历史数据更加完整，更加方便管制员研究历史数据，从中学习经验教训杜绝安全事故的发生；目标报告描述、目标地址信息、速度精度信息、轨迹预测信息、84坐标位置等信息更加准确的提供了目标飞行器的当前位置、当前状态以及下一步出现的位置，极大的提高的管制效率和管制的精确度，有利于推动管制技术向新型高精度的方向发展。
ADS-B技术能够真正实现飞行信息共享。空中交通管理活动中所截获的航迹信息，不仅对于本区域实施空管是必需的，对于跨越飞行情报区(特别是不同空管体制的情报区)边界的飞行实施“无缝隙”管制，对于提高航空公司运行管理效率，都是十分宝贵的资源。ADS-B的报文信息中的目标地址、飞行器速度精度、轨迹预测、84坐标位置、飞行高度、程序飞行高度等信息可以通过共享，让飞行员可以了解其他飞行器的飞行位置和飞行状态，通过信息共享加强了空-空协作。同时，通过共享ADS-B报文的其他一些信息，可以使飞行员在起飞和降落机场的过程中获得更多可靠有效的周围飞行器信息和环境信息，这可以帮助飞行员做出正确的操作，避免安全事故的发生。
但由于传统的雷达监视技术的远程截获能力差、原始信息格式纷杂、信息处理成本高，且不易实现指定航迹的筛选，难以实现信息共享。遵循“空地一体化”和“全球可互用”的指导原则发展起来的ADS-B技术，为航迹信息共享提供了现实可行性。
ADS-B的报文中包含了丰富的信息。站点认证信息有站点的唯一标识代码，发射器类别信息中包含了飞机的类别，日期、报文接收时间、精确时间等信息使得历史有源可溯，方便了对历史数据的查看和维护，目标报文描述对报文的类型和特点进行了描述，以上这些信息都极大的提高了管制的效能。再加上空气速度、磁场方向、垂直气压、轨迹预测、速度精度等更全面的信息，管制员可以更加方便高效的管理空中交通用事物。同时，目标地址信息、轨迹预测、飞行高度、程序飞行高度、转弯速度、目标状况等信息通过上行链路共享之后，飞行员完全了解了自己所处的飞行环境，加强了空-空协同的能力，再加上管制员的引导，安全事故必将大幅的下降。
如图2所示，所述监视数据处理子系统（SDP）负责接收各种监视数据并将其转化为系统内部格式，包括以下模块：
数据接收模块，负责接收来自基础数据管理子系统（BDM）的内部数据、外部的雷达数据和ADS-B数据等各种数据，生成子系统的配置文件并重置参数。其中，基础数据管理子系统（BDM）接收数据之后，根据接收数据生成子系统配置文件，并根据监视数据处理子系统（SDP）的配置文件重置监视数据处理子系统（SDP）参数，配置最多16路雷达数据及1路ADS-B接收通道属性。本数据接收模块可接收最多16部雷达发送的各种格式的监视数据，包括：欧控标准、雷神、MP2（新）、MH4008等格式雷达数据。
监视数据解析模块，负责对接收到的雷达数据、ADS-B数据等监视数据进行解析并作数据质量监控和校准。雷达数据解析方面，根据本监视数据处理子系统（SDP）配置参数判断接收到的雷达数据格式，根据雷达数据格式标准对雷达数据进行解析，提取各数据项内容，并转化为统一的子系统内部格式数据。ADS-B数据解析方面，根据本子系统配置参数以及ADS-B数据格式标准对接收到的ADS-B数据进行解析，提取各数据项内容，并转化为子系统内部格式数据。雷达数据质量监控方面，在雷达数据解析过程中对雷达数据质量进行监控，监控内容包括：雷达数据帧长度、雷达数据格式、正北信息丢失情况、扇区信息丢失情况、CRC效验码等。ADS-B数据质量监控方面，在ADS-B数据解析过程中对ADS-B数据质量进行监控，监控内容包括：ADS-B数据帧长度、ADS-B数据格式等。监视数据校准方面，对接收到的雷达及ADS-B监视数据进行时间、空间校准并进行数据融合预处理。
数据输出模块，负责对综合数据处理子系统（MDP）和数据显示终端子系统（DDS）输出经过格式组装之后的监视数据。
时间校准即将监视数据时间统一至本系统内部时间，空间校准即通过坐标换算等算法将监视数据统一至本系统默认坐标系下。由于 ADS信息的定位精度通常比单部雷达的测量精度高出1～2个数量级，ADS信息的加入就如同给雷达引入了一个基准数据源。利用ADS位置报告与相关的雷达测量值之间的误差统计，可以很方便地确定雷达的正北偏差以及固定的方位和距离偏差，通过误差修正可以提高单部雷达测量值的准确度。利用 ADS信息对雷达测量误差进行修正的前提条件是ADS覆盖区与雷达探测覆盖区有交叉和ADS信息质量满足精度标准，即机载GPS接收机在进行自主定位时，GPS系统应处于完好状态。若不满足这两个条件，只能利用雷达间测量值的误差分布状态进行相对误差的修正。利用ADS信息对雷达测量误差修正的核心是将ADS的位置信息作为目标的近似真实位置，利用统计的方式来计算各雷达的固定测量偏差。其主要处理过程包括目标投影变换，关联目标误差统计以及雷达配准。ADS-B系统对目标的测量是在大地坐标系（Geodetic system）下进行的，一般使用WGS-84（World Geodetic System 1984）坐标系统，而雷达系统是在以雷达为中心点的笛卡尔坐标系或极坐标系中完成的。要对ADS-B数据与雷达数据进行融合处理，首先就需要这两种数据转换到统一坐标系地心地固（Earth Centered Earth Fixed，ECEF）坐标系中。
当单个传感器作为监视数据源时，目标测量的距离和方位所产生的系统误差对整个监视系统的性能没有影响。但是当对覆盖范围互有重叠的多个监视源的数据进行空间同步和融合时, 还需要对各个数据源进行系统误差校准。本系统对各个监视源的数据进行坐标统一转换时，将各个监视源的系统误差考虑进去。
就单个监视数据的记录格式而言，其量测采用的是以监视设备所在位置为坐标原点，过该点的地球切平面上的笛卡尔坐标系，以正东方向为X轴，正北方向为y轴。因此要把这些监视数据转换到以信息处理中心为原点的坐标系中,这就需要进行二维转换。
假定目标按照线形动态模型运动，其状态方程如下：
Figure 2012200991462100002DEST_PATH_IMAGE002
其中：是具有零均值切协方差阵为
Figure 2012200991462100002DEST_PATH_IMAGE006
的白噪声序列。
在极坐标系中，监视设备对目标真实斜距和方位角
Figure DEST_PATH_IMAGE010
的量测分别为
Figure DEST_PATH_IMAGE012
其中：假定量测噪声
Figure DEST_PATH_IMAGE014
和
Figure DEST_PATH_IMAGE016
均为零均值的白噪声序列，标准差分别为
Figure DEST_PATH_IMAGE018
和
Figure DEST_PATH_IMAGE020
，且两者互不相关。
将监视设备在极坐标系中的量测转换到笛卡儿坐标系中，可得
Figure DEST_PATH_IMAGE022
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE026
这样，监视设备在极坐标中对目标运动状态的非线性量测方程就可以表示为
Figure DEST_PATH_IMAGE028
如果已知目标在
Figure DEST_PATH_IMAGE030
时刻状态的BLUE估计为
Figure DEST_PATH_IMAGE032
，相应的误差协方差阵为
Figure DEST_PATH_IMAGE034
，则目标在时刻的运动状态可用如下递推BLUE滤波器进行最优估计：
假定
Figure DEST_PATH_IMAGE014A
和
Figure DEST_PATH_IMAGE016A
服从Gauss分布，可得
Figure DEST_PATH_IMAGE040
由于和
Figure DEST_PATH_IMAGE044
相互独立，所以
Figure DEST_PATH_IMAGE046
和
Figure DEST_PATH_IMAGE044A
也是相互独立的。又由于
Figure DEST_PATH_IMAGE048
是白噪声序列，所以
Figure DEST_PATH_IMAGE050
从而可得：
Figure DEST_PATH_IMAGE052
其中：
Figure DEST_PATH_IMAGE060
的各元素不仅依赖于目标真实位置的非线性函数的数学期望，而且依赖于目标真实位置的一步预测值的二阶矩，无法直接应用，所以在实际过程中，需要做一些近似，
    接下来就要考虑关于跟踪门的问题。跟踪门是整个跟踪空域中的一块区域，它将目标数据划分为可能源于目标和不可能源于目标。其中心位于被跟踪目标的预测位置，大小由接收正确目标数据的概率决定。
 本实用新型采用椭圆跟踪门，设
Figure DEST_PATH_IMAGE066
为椭圆跟踪门的门限大小，为距离，如果综合航迹数据
Figure DEST_PATH_IMAGE070
满足
则
Figure DEST_PATH_IMAGE070A
为候选回波。上式即是椭圆跟踪门规则。
根据椭圆跟踪门规则，可以确定其极大似然门限，以便使得位于跟踪门内的正确回波最大可能来自被跟踪的目标，而不是多余回波。最优跟踪门限的表达式为
。
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE078
为检测概率，
Figure DEST_PATH_IMAGE080
为新回波；密度，
Figure DEST_PATH_IMAGE082
为观测维数，
Figure DEST_PATH_IMAGE084
为残差协方差矩阵的行列式。
如果一个回波落入该目标的跟踪门内，则此回波直接用于航迹更新；如果多于一个以上的回波落入被跟踪目标的跟踪门内，那么通过跟踪门逻辑可以粗略确定用于航迹更新的回波集合。然后通过最短路径方法确定目标回波。
由于现阶段各监视设备对航空器目标的监视相互独立，监视设备输出综合航迹数据信息的周期往往不相同，因此各监视设备输出综合航迹数据的时刻往往也不相同。在融合过程中需要将不同周期、不同时刻的综合数据进行时间同步。本实用新型采用最小二乘时间配准法对不同监视设备输出的综合数据进行时间同步运算。
 a、b为相邻的监视设备，其综合航迹数据输出周期分别为
Figure DEST_PATH_IMAGE086
和
Figure DEST_PATH_IMAGE088
，且2者之比为
Figure DEST_PATH_IMAGE090
，如果监视设备a对目标状态最近一次综合航迹输出时刻为
Figure DEST_PATH_IMAGE092
，下一次综合航迹输出时刻为
Figure DEST_PATH_IMAGE094
，这就意味着监视设备a连续2次对目标状态综合航迹输出之间监视设备b有
Figure DEST_PATH_IMAGE096
次综合航迹输出。采用最小二乘法对这
Figure DEST_PATH_IMAGE096A
次综合航迹数据进行融合，来消除由于时间偏差而引起的综合航迹输出的不同步，从而消除时间偏差对多雷达间综合航迹数据融合造成的影响。
用
Figure DEST_PATH_IMAGE098
表示
Figure DEST_PATH_IMAGE100
至
Figure DEST_PATH_IMAGE102
时刻雷达b的
Figure DEST_PATH_IMAGE096AA
次综合航迹数据构成的集合，和
Figure DEST_PATH_IMAGE102A
时刻雷达a的量测值同步，若用
Figure DEST_PATH_IMAGE106
表示
Figure DEST_PATH_IMAGE108
融合以后的综合航迹数据及其导数构成的列向量，则雷达b的综合航迹数据可以表示成
，
Figure DEST_PATH_IMAGE114
其中：
Figure DEST_PATH_IMAGE116
表示综合航迹数据的噪声。
将上式改写成向量形式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE118
其中：
Figure DEST_PATH_IMAGE120
，其均值为零，协方差阵为：
Figure DEST_PATH_IMAGE122
，
Figure DEST_PATH_IMAGE124
为融合以前的位置量测噪声方差，同时
根据最小二乘准则有目标函数：
Figure DEST_PATH_IMAGE128
对
Figure DEST_PATH_IMAGE130
求偏导并令其等于零得
Figure DEST_PATH_IMAGE132
从而有
相应的误差协方差阵为
Figure DEST_PATH_IMAGE136
所以：
Figure DEST_PATH_IMAGE138
Figure DEST_PATH_IMAGE140
其中：
Figure DEST_PATH_IMAGE142
，
Figure DEST_PATH_IMAGE144
采用该方法有效的对各雷达输出的综合航迹数据进行了时间同步处理，为综合航迹数据的融合作好准备。
 下面是对雷达数据与ADS-B数据进行空间同步的具体过程：
 将雷达数据从WGS-84坐标系统转换至ECEF坐标系统下，令雷达探测得到的目标位置为
Figure DEST_PATH_IMAGE148
，其中r为斜距，α为方位角，β为仰角，雷达本身的系统误差
Figure DEST_PATH_IMAGE152
，由此可得以雷达为中心的本地笛卡尔坐标令。，则：
Figure DEST_PATH_IMAGE156
Figure DEST_PATH_IMAGE158
Figure DEST_PATH_IMAGE160
将本地坐标L转换为ECEF中坐标
Figure DEST_PATH_IMAGE164
，则：
Figure DEST_PATH_IMAGE166
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE170
为雷达在ECEF中的坐标，λ为雷达的经度，φ为雷达的纬度。
将ADS-B数据从WGS-84坐标系统转换至ECEF坐标系统下,设 ADS-B测量的目标位置为
Figure DEST_PATH_IMAGE174
,其中λ为目标的经度，Φ为目标的纬度，h为目标的高度，设转换后的ECEF坐标为
Figure DEST_PATH_IMAGE178
,则：
Figure DEST_PATH_IMAGE180
Figure DEST_PATH_IMAGE182
其中，α是地球椭球长半径，e为地球椭球扁率，。
下面是对雷达数据与ADS-B数据进行时间同步的具体过程：航迹滤波，除已知的雷达航迹滤波外，ADS航迹由于其目标报告周期变化的范围跨度较大，也需要对其航迹进行相应的平滑滤波和状态估计，使两种信息源反映的目标位置处于同一时刻。
在雷达的航迹滤波和状态估计中，采用交互多模目标跟踪算法可以得到目标不同机动状态下较好的估值效果。ADS航迹可以利用目标下传的姿态和飞行意图信息，提高其估值的准确性和可信度。同样，通过ADS-B数据与雷达数据的关联关系，也可将目标下传的姿态和意图信息用于对雷达跟踪中模型概率的初选，进一步提高了多模航迹滤波的准确性。
对一个目标进行跟踪，其动态方程可以用随机微分方程表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE190
其中：
Figure DEST_PATH_IMAGE192
是系统维状态向量；
Figure DEST_PATH_IMAGE196
,
Figure DEST_PATH_IMAGE198
是
Figure DEST_PATH_IMAGE200
维的系数矩阵；
Figure DEST_PATH_IMAGE202
是具有零均值和单位增量协方差阵的Wiener过程。
设
Figure DEST_PATH_IMAGE204
是
Figure DEST_PATH_IMAGE196A
对应的状态转移矩阵，
Figure DEST_PATH_IMAGE206
为融合中心的采样周期，则对上式所描述的时间连续线性系统进行离散化得：
Figure DEST_PATH_IMAGE208
在上式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE210
，
Figure DEST_PATH_IMAGE212
， 
Figure DEST_PATH_IMAGE214
易知，的协方差阵为：
                    
假定有
Figure DEST_PATH_IMAGE220
个监视设备对目标运动状态独立进行量测，监视设备
Figure DEST_PATH_IMAGE222
的采样周期为
Figure DEST_PATH_IMAGE224
；假定在时间间隔中，所有监视设备共量测到了
Figure DEST_PATH_IMAGE228
个量测。在这一时间间隔中，某监视设备可能提供了一个或多个量测，也可能没有提供任何量测。令
Figure DEST_PATH_IMAGE230
为监视设备
Figure DEST_PATH_IMAGE222A
在时间间隔
Figure DEST_PATH_IMAGE226A
提供的量测数，则
Figure DEST_PATH_IMAGE232
。
令
Figure DEST_PATH_IMAGE234
为和量测
Figure DEST_PATH_IMAGE238
产生时刻之间的时间间隔，在
Figure DEST_PATH_IMAGE226AA
时间间隔上，所有的量测都传送到融合中心后，对所有量测按量测时间先后顺序进行排序，可以得到
Figure DEST_PATH_IMAGE240
。量测
Figure DEST_PATH_IMAGE222AA
可以表示为：
   ，
Figure DEST_PATH_IMAGE244
其中：
Figure DEST_PATH_IMAGE246
为
Figure DEST_PATH_IMAGE248
到
Figure DEST_PATH_IMAGE250
的状态转移矩阵。
如图3所示，所述飞行数据处理子系统（FDP）负责对飞行计划进行处理，包括以下模块：
数据接收模块，接收来自基础数据管理子系统（BDM）的内部数据、外部的报文数据然后生成子系统配置文件并重置参数，并且接收综合数据处理子系统（MDP）发出的飞行计划重发请求。BDM配置数据接收方面，根据接收数据生成子系统配置文件，并根据子系统配置文件重置飞行数据处理子系统（FDP）参数；AFTN报文数据接收方面，根据飞行数据处理子系统（FDP）配置参数，接收指定空中交通管制系统（ATC）传输过来的AFTN报文数据；飞行计划数据重发请求接收方面，接收综合数据处理子系统（MDP）发出的飞行计划重发请求，并通过数据发送模块向综合数据处理子系统（MDP）发送飞行计划数据，保证综合数据处理子系统（MDP）启动后与飞行数据处理子系统（FDP）的飞行数据保持一致。
飞行计划管理模块，负责飞行计划的建立、更改、删除、显示、查询和保存。飞行计划的建立方面，建立新的飞行计划，并通过数据发送模块通知其他子系统；飞行计划的更改方面，更新已有的飞行计划，并通过数据发送模块通知其他子系统；飞行计划的删除方面删除已建立的飞行计划，并通过数据发送模块通知其他子系统；飞行计划的显示方面，通过界面窗口的形式显示飞行数据处理子系统（FDP）内当前飞行计划，显示内容包括：呼号、二次代码、起飞时间、起飞机场、降落时间、降落机场、巡航数据、当前状态等；飞行计划的查询方面，通过便捷的方式查找飞行数据处理子系统（FDP）内当前的飞行计划和历史飞行计划；飞行计划的保存方面，对飞行数据处理子系统（FDP）所有处理过的飞行计划数据已文件的进行保存。
报文处理模块，负责对外部的报文数据进行解析、格式检测、管理以及保存。报文的解析方面，解析16种格式的AFTN报文，提取报文中内容，并通过飞行计划管理模块对飞行计划进行更新。报文格式检测方面，在解析过程中对AFTN 报文进行语法检测，对错误格式的报文进行提示；报文管理方面，对飞行数据处理子系统（FDP）内的AFTN报文进行管理，通过手工方式对报文进行添加、删除和更改，并以便捷的方式实现报文的查找；报文保存方面，以文件的形式保存飞行数据处理子系统（FDP）处理过的所有AFTN报文。
数据发送模块，负责对对综合数据处理子系统（MDP）输出经过格式组装之后的飞行计划数据。数据组装方面，以飞行数据处理子系统（FDP）内部格式监视数据为数据源，提取飞行计划信息组装成系统内部格式飞行计划数据，并根据系统内部协议将系统内部格式数据组装成字符串数据；飞行计划数据的发送方面，根据飞行数据处理子系统（FDP）配置参数将组成好的字符串数据发送至指定的综合数据处理子系统（MDP）端口。
接下来对飞机航迹的预测调整技术进行具体描述。
 如图11所示，将飞机视为一质点，
Figure DEST_PATH_IMAGE252
为
Figure DEST_PATH_IMAGE254
时刻飞机的坐标，
Figure DEST_PATH_IMAGE256
为
Figure DEST_PATH_IMAGE254A
时刻飞机的飞行方向（轴正向为0，
Figure DEST_PATH_IMAGE260
轴正向为
Figure DEST_PATH_IMAGE262
），
Figure DEST_PATH_IMAGE264
为时刻飞机的速率。则
Figure DEST_PATH_IMAGE254AAA
时刻飞机沿轴方向的速度，沿轴方向的速度为
Figure DEST_PATH_IMAGE268
。
 若已知飞机在某一时刻
Figure DEST_PATH_IMAGE270
的坐标
Figure DEST_PATH_IMAGE272
、速度
Figure DEST_PATH_IMAGE274
、方向，可知
Figure DEST_PATH_IMAGE254AAAA
时刻飞机坐标
Figure DEST_PATH_IMAGE278
                 
式中：。
 假设飞机在飞行过程中保持恒定的切向加速度
Figure DEST_PATH_IMAGE282
和法向加速度
Figure DEST_PATH_IMAGE284
，因此：，当
Figure DEST_PATH_IMAGE288
时，飞机沿一对数螺线飞行。此时：，因此：
Figure DEST_PATH_IMAGE292
，
Figure DEST_PATH_IMAGE294
                             
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE296
为飞机从
Figure DEST_PATH_IMAGE298
时刻到
Figure DEST_PATH_IMAGE254AAAAA
时刻沿
Figure DEST_PATH_IMAGE300
方向转动的角度。此时飞机坐标
Figure DEST_PATH_IMAGE302
          
当飞机切向加速度时飞机匀速飞行。
当飞机法向加速度时飞机直线飞行。
 通过上述算法计算飞机飞行过程不同时间的位置状态，仿真军民航飞行的飞行过程。
 根据航路点数据所包含的信息，本算法采用序列决策方法判断飞机在各航路段的飞行方式，提取飞行状态信息运用微分组建立运动模型描述飞机在该航路的飞行事件，通过对该运动模型的求解得到飞机沿该航路飞行的计划航迹。 
飞机在航路飞行方式包括直飞和转弯两种。
飞机在航段上直飞，根据航段上各航线点的信息建立运动方程描述飞机的运动状态，通过对该运动方程的求解得到飞机在该直飞航段内的状态。
转弯航路如图12所示，飞机由A点出发，经过B点区域，到达C点。
 参照飞行的实际飞行状态，本算法采用内切转弯和绕飞转弯2种方式模拟飞机转弯。
内切转弯：如图13所示。
a． 飞机从A点出发，沿航段AB飞行。
b． 当到达AB航段上B1点，飞机以角速度w开始转弯。
c． 到达BC航段上B2点，转弯结束，飞机沿BC航段继续飞行。
绕飞转弯：如图14所示。
a． 飞机从A点出发，沿航段AB飞行。
b． 飞机到达B点，以角速度w开始转弯。
c． 转至B1点，以角速度－w的反方向转弯。
d． 到达航段BC上B2点，转弯结束，飞机沿着BC航段继续飞行。
本算法得到的飞行脚本包含飞机整个沿航线飞行事件中的速度、加速度、角速度、飞行方向、高度、爬升率，以及到达航线上个航线点的时间。准确的描述了整个飞行时间，达到很高的精度和效率，能够满足实时运算的需要。
   基于ADS-B等监视数据的计划航迹修正：如图15所示，ADS-B监视到目标在A点处，偏离航路中心线k，飞行方向为箭头所指方向，目标航路点位B。
本算法以ADS-B等监视数据为依据，结合空域实际情况，实时对计划航迹进行修正。在本实用新型中采用切航路方式航迹修正和直飞目标航路点航迹修正2种计划航迹修正方式。
   切航路方式航迹修正：如图16所示，飞行由A点开始转弯，向航路中心线k飞行，在C点切入航路中心线，且沿航路方向飞行。
 直飞目标航路点航迹修正：如图17所示，飞机在A点开始转弯，转至飞行方向指向目标航路B点停止转弯，开始直飞目标航路点B点。
 系统根据报告点类型和飞机飞行方式选在不同的计划航迹修正方式，提高了计划航迹的预测的准确性。
 本系统采用的基于飞行计划、ADS-B的计划航迹预测方法，充分提取飞行计划所携带的信息，建立符合实际飞行情况的计划航迹；并以ADS-B等监视数据为基础实时对计划航迹进行修正，充分考虑实际飞行过程中出现的特殊情况，更加准确的预测飞机未来飞行状态。
如图4所示，所述综合数据处理子系统（MDP）包括以下模块：
数据接收模块，负责接收来自基础数据管理子系统（BDM）、监视数据处理子系统（SDP）、飞行数据处理子系统（FDP）和数据显示终端子系统（DDS）等子系统的数据并对数据格式进行处理。接收基础数据管理子系统（BDM）输出的配置数据方面，接收基础数据管理子系统（BDM）输出的配置数据，根据接收数据生成子系统配置文件，并根据子系统配置文件重置综合数据处理子系统（MDP）参数；接收监视数据处理子系统（SDP）输出的监视数据方面，接收监视数据处理子系统（SDP）输出的监视数据，并将其转化为子系统内部数据格式；接收飞行数据处理子系统（FDP）输出的飞行计划数据方面，接收飞行数据处理子系统（FDP）输出的飞行计划数据，并根据接收到得数据管理子系统内部飞行计划数据；接收数据显示终端子系统（DDS）操作信息方面，如航迹与飞行计划相关操作、航班接管操作等，并根据操作信息维护子系统内部数据；接收数据显示终端子系统（DDS）数据重发请求方面，接收数据显示终端子系统（DDS）发出的数据重发请求，并通过数据发送模块向数据显示终端子系统（DDS）发送数据，保证数据显示终端子系统（DDS）启动后与综合数据处理子系统（MDP）的数据保持一致。
监视数据处理模块，负责将接收到的雷达数据、ADS-B数据分别进行处理之后然后融合，并生成多雷达航迹、ADS-B航迹和系统航迹。雷达数据处理方面，雷达数据处理负责对雷达数据进行系统误差配准，并对多雷达数据进行融合生成多雷达航迹；ADS-B数据处理方面，ADS-B数据处理负责对ADS-B数据质量进行验证，并对ADS-B数据进行滤波处理，生成ADS-B航迹；雷达、ADS-B数据融合方面，根据雷达航迹数据和ADS-B航迹数据进行融合，生成系统航迹。
航迹与飞行计划相关管理模块，以系统航迹和飞行计划数据为依据，对航迹和飞行计划进行相关和去相关处理。航迹与飞行计划相关方面，以系统航迹和飞行计划数据为依据，通过呼号、二次代码、目标位置等信息判断航迹与飞行计划的相关性，对航迹和飞行计划进行相关和去相关处理；计划航迹管理方面，对计划航迹数据进行管理，根据飞行计划数据建立计划航迹。对已经相关的航迹和飞行计划，根据系统航迹数据对计划航迹进行实时修正。
告警模块，实时对飞行的低高度、短期冲突和偏航情况进行判断并生成告警信息。低高度告警方面，实时对低高度告警进行判断，并通过数据输出模块通知数据显示终端子系统（DDS）；短期冲突告警方面，实时对短期冲突告警进行判断，并通过数据输出模块通知数据显示终端子系统（DDS）；偏航告警方面，实时对偏航告警进行判断，并通过数据输出模块通知数据显示终端子系统（DDS）。
数据输出模块，将多雷达航迹、系统航迹、计划航迹、告警信息发送到数据显示终端子系统（DDS），同时，发送飞行计划数据重发请求到飞行数据处理子系统（FDP）。多雷达航迹输出方面，将根据雷达监视数据融合出的多雷达航迹输出至数据显示终端子系统（DDS）进行显示；系统航迹输出方面，将根据雷达、ADS-B监视数据融合出的系统航迹输出至数据显示终端子系统（DDS）进行显示；计划航迹输出方面，将根据飞行计划和监视数据运算出的计划航迹输出至数据显示终端子系统（DDS）进行显示；告警信息输出方面，将告警模块实时运算出的告警信息输出至数据显示终端子系统（DDS）；飞行计划数据重发请求方面，向飞行数据处理子系统（FDP）发送飞行计划数据重发请求，保存综合数据处理子系统（MDP）启动后与飞行数据处理子系统（FDP）的飞行数据的一致性。
监视数据处理模块对监视设备输出的监视数据主要存在两种类型的误差：随机误差和系统误差。随机误差由于监视设备的本身的精度误差因素产生；系统误差由坐标转换公式采用近似算法等因素产生。随机误差可以在融合过程中通过融合算法很好的消除，而系统误差是一种固定的误差，不能利用融合算法自动消除，必须在实现过程中进行估计，对各监视设备进行误差补偿，从而消除配准误差。
由于监视设备存在斜距和方位角偏差等配准误差，导致跟踪均方根误差比理论值要大。由于系统偏差太大，融合数据甚至不如单个监视设备输出的综合航迹数据效果好。最坏的情况是配准误差导致来自同一目标的多个综合航迹数据关联失败，产生了同一目标的多条综合航迹。
首先对问题进行建模，关于目标位置的误差描述如图10所示。
Figure DEST_PATH_IMAGE308
表示综合航迹目标在公共坐标系下的位置；
Figure DEST_PATH_IMAGE310
表示综合航迹数据；
Figure DEST_PATH_IMAGE312
表示目标在监视设备局部坐标系下的实际方位角和斜距；
Figure DEST_PATH_IMAGE314
表示目标在监视设备局部坐标系下的实际坐标。
易知：
Figure DEST_PATH_IMAGE316
不考虑观测噪声的影响：
Figure DEST_PATH_IMAGE318
忽略二阶微量得：
Figure DEST_PATH_IMAGE322
对于同一目标有：
Figure DEST_PATH_IMAGE324
即：
Figure DEST_PATH_IMAGE326
因此：
Figure DEST_PATH_IMAGE328
接下来采用最小二乘法对系统误差进行配准。
 假设在一段时间内两管制区域重叠区域有
Figure DEST_PATH_IMAGE330
个目标。对于第个综合航迹数据有： 
Figure DEST_PATH_IMAGE334
 对总共
Figure DEST_PATH_IMAGE330A
个综合航迹数据，有
Figure DEST_PATH_IMAGE336
个方程，当
Figure DEST_PATH_IMAGE338
时足以用来求解上面4个未知量。用矩阵形式表示上述
Figure DEST_PATH_IMAGE336A
个方程得：
Figure DEST_PATH_IMAGE340
其中：
Figure DEST_PATH_IMAGE342
这是一线性矛盾方程组，其法方程为：
Figure DEST_PATH_IMAGE344
在最小二乘意义下求解得：
Figure DEST_PATH_IMAGE346
为计算方便，令：
Figure DEST_PATH_IMAGE348
Figure DEST_PATH_IMAGE350
Figure DEST_PATH_IMAGE352
Figure DEST_PATH_IMAGE354
则：
Figure DEST_PATH_IMAGE356
。
经过上述处理之后，消除了系统误差对综合航迹数据融合的影响，从而提高了融合精度。
接下来，建立异步融合算法模型：
由
Figure DEST_PATH_IMAGE358
得目标运动方程：
   
根据
Figure DEST_PATH_IMAGE362
，
Figure DEST_PATH_IMAGE244A
  和
Figure DEST_PATH_IMAGE360A
  ，得
   
Figure DEST_PATH_IMAGE364
  
令：
   
Figure DEST_PATH_IMAGE366
  
易知：
     
令：
   
Figure DEST_PATH_IMAGE370
则有：
   
Figure DEST_PATH_IMAGE372
   
Figure DEST_PATH_IMAGE374
Figure DEST_PATH_IMAGE376
   
建立滤波方程：
   
Figure DEST_PATH_IMAGE378
  
其中：
Figure DEST_PATH_IMAGE380
为时刻系统状态一步预测。
   
Figure DEST_PATH_IMAGE384
其中：
Figure DEST_PATH_IMAGE386
为
Figure DEST_PATH_IMAGE388
时刻预测误差协方差矩阵，
Figure DEST_PATH_IMAGE390
为
Figure DEST_PATH_IMAGE382A
时刻误差协方差矩阵一步预测。
令：
   
Figure DEST_PATH_IMAGE392
  
   
   
Figure DEST_PATH_IMAGE396
  
则
Figure DEST_PATH_IMAGE382AA
时刻状态估计和误差协方差矩阵为：
   
Figure DEST_PATH_IMAGE398
  
   
Figure DEST_PATH_IMAGE400
。
    通常从不同雷达传送扫描到本实用新型系统时，由于数据率较高，网络传输存在随机的时间滞后，且各雷达综合航迹预处理时间有所不同，则来自同一目标的较早的综合航迹在较晚的综合航迹之后到达本实用新型所述系统的情况有可能发生，这就是非顺序数据的情形。
    对一个目标进行跟踪，其动态方程可以用随机微分方程表示为：
其中：
Figure DEST_PATH_IMAGE404
；
Figure DEST_PATH_IMAGE406
,
Figure DEST_PATH_IMAGE408
是适当维数的系数矩阵；
Figure DEST_PATH_IMAGE410
是具有零均值和单位增量协方差阵的Wiener过程。
    设
Figure DEST_PATH_IMAGE412
是
Figure DEST_PATH_IMAGE406A
对应的状态转移矩阵，
Figure DEST_PATH_IMAGE088A
为系统的采样周期，则对上式所描述的时间连续线性系统进行离散化得：
其中：
Figure DEST_PATH_IMAGE416
Figure DEST_PATH_IMAGE420
易知，
Figure DEST_PATH_IMAGE422
的协方差阵为：
Figure DEST_PATH_IMAGE424
从而雷达综合航迹数据的方程为：
Figure DEST_PATH_IMAGE426
其中：是均值为零，协方差阵为
Figure DEST_PATH_IMAGE430
的白色噪声。
    假设来自时刻
Figure DEST_PATH_IMAGE432
的综合航迹数据为
Figure DEST_PATH_IMAGE436
步滞后，也就是说
Figure DEST_PATH_IMAGE438
，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE440
，
Figure DEST_PATH_IMAGE442
为各雷达综合航迹数据到达本系统的最大滞后时间。可以得到：
Figure DEST_PATH_IMAGE444
所以：
Figure DEST_PATH_IMAGE446
在时刻
Figure DEST_PATH_IMAGE448
的和
Figure DEST_PATH_IMAGE452
，得到来自时刻的较早的综合航迹数据
    
Figure DEST_PATH_IMAGE454
    用这个综合航迹数据来更新
Figure DEST_PATH_IMAGE450A
和
Figure DEST_PATH_IMAGE452A
。
非顺序数据问题的主要算法可分为：重新滤波法、数据缓存法、丢弃滞后数据法、直接更新法4种。本实用新型采用直接更新法。
直接更新法是在已经得到时刻
Figure DEST_PATH_IMAGE448A
的
Figure DEST_PATH_IMAGE450AA
和
Figure DEST_PATH_IMAGE452AA
以后，得到来自时刻
Figure DEST_PATH_IMAGE432AA
的较早的综合航迹数据
Figure DEST_PATH_IMAGE434A
，用综合航迹数据
Figure DEST_PATH_IMAGE434AA
修正
Figure DEST_PATH_IMAGE450AAA
和
Figure DEST_PATH_IMAGE452AAA
。这种方法，输出没有滞后，同时也具有很高的精度。
两个非顺序滞后综合航迹数据
Figure DEST_PATH_IMAGE456
，
Figure DEST_PATH_IMAGE458
，发生时刻分别为
Figure DEST_PATH_IMAGE460
，
Figure DEST_PATH_IMAGE462
，综合航迹数据到达本系统的时间分别为
Figure DEST_PATH_IMAGE464
，
Figure DEST_PATH_IMAGE466
。
其中：，即表示在非顺序滞后综合航迹数据
Figure DEST_PATH_IMAGE458A
发生时，非顺序滞后综合航迹数据
Figure DEST_PATH_IMAGE456A
已经到达本系统，并对
Figure DEST_PATH_IMAGE464A
时刻的状态估计作了更新。在这种情况下对非顺序综合航迹数据序贯的使用单个非顺序数据多步滞后滤波来完成对状态的更新。
但如果
Figure DEST_PATH_IMAGE456AA
在
Figure DEST_PATH_IMAGE460A
时刻之后到达本系统或者
Figure DEST_PATH_IMAGE458AA
比先到达本系统，则不能使用上述方法简单的应用两次单个非顺序综合航迹数据多步滞后滤波。在这种情况下用直接更新法（即
Figure DEST_PATH_IMAGE470
算法）更新状态估计，需要利用先到达的综合航迹数据
Figure DEST_PATH_IMAGE472
对其发生时刻和到达时刻之间的所有的状态估计与估计协方差
Figure DEST_PATH_IMAGE474
，
Figure DEST_PATH_IMAGE476
进行更新。更新，
Figure DEST_PATH_IMAGE478
的方法即是把
Figure DEST_PATH_IMAGE472A
看作是在时间间隔
Figure DEST_PATH_IMAGE480
，之间到达本系统的。
如图5所示，所述数据显示终端子系统（DDS）包括以下模块：
接口功能模块，接受来自基础数据管理子系统（BDM）的基础数据以及来自综合数据处理子系统（MDP）和监视数据处理子系统（SDP）的数据。基础数据（航路、航路点、机型、机场、管制区、告警区）和各子系统数据传输协议（各数据显示终端子系统（DDS）传输协议地址端口号、监视数据处理子系统（SDP）传输协议地址端口号、综合数据处理子系统（MDP）传输协议地址端口号）由基础数据管理子系统（BDM）向多个数据显示终端子系统（DDS）分发，数据显示终端子系统（DDS）基础数据接口将各种基础数据下载至本地并装载内存。
如图18所示，数据显示终端（DDS）是实时监听端口，接收由监视数据处理子系统（SDP）发送来的ADS-B数据与雷达数据、由综合数据处理子系统（MDP）发送来的融合系统航迹数据与融合雷达航迹数据以及由基础数据管理子系统（BDM）传来的系统配置信息与航路、机场、航路点、飞机类型、控制区、告警区基础数据。
并将接收到的数据进行解析，按不同数据类型和不同的通道展示出对应数据的信息，实现用户通过界面操作向MDP发送飞行计划和航路相关与去相关控制信息。
界面右下方是控制显示数据信息的一些按钮。界面总共显示ADS-B、16部雷达数据（按钮用1-16数字表示）、系统融合当前航迹与雷达融合当前航迹信息。这些数据分为不同的通道显示。当需要显示某个单通道雷达数据时，则按下与这个通道相对应的数字按钮，按下后，按钮上方的指示灯显示为绿色。
系统界面接收到某一通道的雷达信息，信息用标牌形式表示出来。标牌包含通道号，呼号，二次代码，航行速度与航行高度。用户可以对标牌进行拖动、控制显隐等操作。
多通道雷达融合数据在系统界面上的显示，代表多通道雷达融合数据的按钮为按下状态，同时上方的指示灯显示为绿色。系统可将16个通道的雷达数据融合后在界面上的显示也可将雷达数据与ADS-B数据融合后的结果数据同事显示，界面标牌包含了通道号、呼号、二次代码、航行速度与航行高度信息。用户可以对标牌进行拖动、控制显隐等操作。
传统的数据显示技术不能在一个界面上同时显示多雷达数据信息、ADS-B数据信息、多雷达融合数据信息以及系统融合数据信息，有些传统技术只能显示其中2-3种数据，有些传统技术显示这么多种类的数据需要切换好几个界面，给管制员的实际操作带来许多的不方便。传统的航迹信息标牌只能显示飞行器的速度和高度，而多种类数据综合显示技术在标牌显示上有了很大进步，不仅显示飞行器的速度和高度，同时还显示通道号、呼号、二次代码等信息。
多种类数据综合显示技术实现了单一界面多功能显示和一站式标牌显示，在席位控制、管制区移交等方面为管制员的实际操作提供了大大的便利。
 由于ADS-B中含有监视目标的爬升率、转弯率等运动态势比率，以及该监视数据源所采用的坐标系参照标准等信息。融合含有多种数据源（ADS-B、雷达、飞行计划）航迹信息的综合输出，为管制自动化系统之间或主/备用系统间，实现大信息量、高信息密度和高精度数据共享提供可靠依据。同时该融合输出也为自动化系统的自我侦测提供更全面准确的数据来源。
 具有ADS-B信息的融合航迹，除了包含MH4008所特别规定指出的数据项目（呼号、经纬度、坐标、C模式高度、地速、航向、二次代码、航迹号、呼号、日期、时间等），还应包括该飞行器运动态势比率（爬升、下降率，加速、减速率，）和参照坐标系（国际地理信息系统GIS标准坐标系统G84）。
 格式组装：以监视数据处理子系统（SDP）内部格式监视数据为据源，提取呼号、经纬度、坐标、C模式高度、地速、航向、二次代码、航迹号、呼号、日期、时间等信息组装成系统内部格式数据。并根据系统内部协议将系统内部格式数据组装成字符串数据。
 国内当前空管自动化系统具有MH/T4008-3的输入接口，有一些中小型航迹中心为实现和三大管制中心系统的数据输出，实现了DOD（网络模型）的数据接口输入，而有一些管制中心系统只有雷达数据输入接口方式。为满足未来空管自动化系统的需要，综合航迹融合数据需根据需要进行设置，建立不同的数据融合需求，适应不同自动化系统的综合航迹输出机制。
  在DOD和ADS-B数据格式中，由于带有更多飞行计划信息，在综合数据的输出中需要进行飞行计划信息的分析和相关。
  在NESACC雷达数据处理（RDP）功能中产生雷达数据记录，航班数据处理（FDP）功能中产生航班数据记录，关联的自动监控（ADS）功能产生ADS-B数据记录。
  多路雷达跟踪（MRT）即相关的来自于分散雷达的多路局部跟踪产生的复合系统跟踪。关联的自动监控（ADS）建立和管理着与飞行中的飞机的数据交换，交换的数据包括与地理位置相关的数据及用于为相关的每一架计算ADS跟踪。
 将特定航班的航班计划数据的获取、产生、更新及结束。获取使用的信息来自经由航空固定的电信网络或经由光纤电缆或在ATS中心内局部产生的信息。航班计划数据是动态更新以至于最新的信息始终供给外部接口。EUROCAT-X系统提供航班计划空中位置显示（FPSAD）设备去显示飞机的位置，甚至于没有已经存在的相应的雷达跟踪或ADS跟踪。这些跟踪叫航班计划跟踪。
  EUROCAT-X/DOD接口将定期的提供雷达数据（系统跟踪），航班计划数据及ADS-B数据，从EUROCAT-X系统到外部系统，在两条没有通常的失败点的独立的数据流，每条跟踪数据信息的更新率是能被外部系统在线修改的，通过传送控制信息。
 建立飞行计划信息数据提取，根据综合航迹的数据输出方式，把系统中的飞行计划信息和计划相关的航路信息，组装到输出综合航迹里。
1）数据类型判定
由于各管制中心接受的数据各不相同，本系统可向管制中心输出雷达、DOD、ADS-B等各种格式数据。在数据组装过程中首先根据用户设定判断说组装数据的数据类型。
2）数据格式选择
相同类型数据也有不同的格式，如雷达数据就有一次\二次之分，不同厂家的数据格式也不尽相同。系统提供灵活的数据格式设定模式，可以对各种类型数据分别设定组装格式。并能够设定错误数据格式。
3）组装数据项
提取融合综合航迹数据中飞机二次代码、呼号、位置、高度、速度、飞行方向等信息，匹配相应意图信息，根据所选择的数据格式对该数据类型中各数据项进行组装。并可根据设定参数组装跳变、丢失、乱码等错误数据项。
4）计算数据长度
依据组装出的数据项及数据设定的格式，计算该综合航迹数据的数据长度。并可根据设定参数返回错误数据长度。
5）组装综合航迹数据
 根据选取的数据格式以及计算出的数据长度对数据项数据进行组装，得到系统综合航迹数据。
综合航迹输出
１）区域数据过滤
 根据区域设定输出数据的范围，可指定输出到不同管制中心的数据被限定在一定的区域范围内，合理规范数据信息。区域数据过滤采用地理位置经纬度和飞行目标位置经纬度进行匹配，符合地理位置要求的数据才会被组装到输出数据帧里面，送到设定的管制中心空管自动化系统输入前置端口。
２）二次代码过滤
 二次代码过滤功能根据设定的需要对二次代码进行判断，如果有符合有过滤条件的二次代码飞行目标，将不会被组装到指定的综合航迹通道输出格式里。
３）高度过滤
 高度过滤功能设定的高度层进行飞行目标的过滤，只有满足要求或没有被设定过滤的高度层飞行目标才能被组装到指定的综合航迹通道输出格式里。
４）速度过滤
速度过滤功能设定的速度范围进行飞行目标的过滤，只有满足要求或没有被设定过滤的飞行速度范围的飞行目标才能被组装到指定的综合航迹通道输出格式里。
如图6所示，所述基础数据管理子系统（BDM）包括以下模块：
数据分发管理功能模块，将数据分发到综合数据处理子系统（MDP）、监视数据处理子系统（SDP）、飞行数据处理子系统（FDP）和数据显示终端子系统（DDS）。
子系统对时功能模块，对综合数据处理子系统（MDP）、监视数据处理子系统（SDP）、飞行数据处理子系统（FDP）和数据显示终端子系统（DDS）的校准时间进行管理。
系统数据管理功能模块，将基本数据（航路、航路点、飞行器类型、GIS数据、机场、机型参数）整理成系统库，为其他模块提供必要的基础数据库，具体流程图如图7所示。对基础数据库的操作主要有：导入、添加、编辑、查找、删除、保存。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种雷达数据、飞行计划数据与ADS-B数据融合系统，其特征在于：包括监视数据处理子系统（SDP）、飞行数据处理子系统（FDP）、综合数据处理子系统（MDP）、基础数据管理子系统（BDM）和多台数据显示终端子系统（DDS），所述基础数据管理子系统（BDM）分别与综合数据处理子系统（MDP）、监视数据处理子系统（SDP）、飞行数据处理子系统（FDP）和数据显示终端子系统（DDS）连接，所述监视数据处理子系统（SDP）、飞行数据处理子系统（FDP）和数据显示终端子系统（DDS）分别与综合数据处理子系统（MDP）连接，所述监视数据处理子系统（SDP）还与数据显示终端子系统（DDS）连接。
2.根据权利要求1所述的一种雷达数据、飞行计划数据与ADS-B数据融合系统，其特征在于，所述监视数据处理子系统（SDP）负责接收各种监视数据并将其转化为系统内部格式，包括以下模块：
数据接收模块，负责接收来自基础数据管理子系统（BDM）的内部数据、外部的雷达数据和ADS-B数据等数据，生成子系统的配置文件并重置参数；
监视数据解析模块，负责对接收到的雷达数据、ADS-B数据等监视数据进行解析并作数据质量监控和校准；
多通道图形显示模块，负责将经过解析之后的雷达数据通过图形界面展示出来；
数据输出模块，负责对综合数据处理子系统（MDP）和数据显示终端子系统（DDS）输出经过格式组装之后的监视数据。
3.根据权利要求1所述的一种雷达数据、飞行计划数据与ADS-B数据融合系统，其特征在于，所述飞行数据处理子系统（FDP）负责对飞行计划进行处理，包括以下模块：
数据接收模块，接收来自基础数据管理子系统（BDM）的内部数据、外部的报文数据然后生成子系统配置文件并重置参数，并且接收综合数据处理子系统（MDP）发出的飞行计划重发请求；
飞行计划管理模块，负责飞行计划的建立、更改、删除、显示、查询和保存；
报文处理模块，负责对外部的报文数据进行解析、格式检测、管理以及保存；
数据发送模块，负责对对综合数据处理子系统（MDP）输出经过格式组装之后的飞行计划数据。
4.根据权利要求1所述的一种雷达数据、飞行计划数据与ADS-B数据融合系统，其特征在于，所述综合数据处理子系统（MDP）包括以下模块：
数据接收模块，负责接收来自基础数据管理子系统（BDM）、监视数据处理子系统（SDP）、飞行数据处理子系统（FDP）和数据显示终端子系统（DDS）等子系统的数据并对数据格式进行处理；
监视数据处理模块，负责将接收到的雷达数据、ADS-B数据分别进行处理之后然后融合，并生成多雷达航迹、ADS-B航迹和系统航迹；
航迹与飞行计划相关管理模块，以系统航迹和飞行计划数据为依据，对航迹和飞行计划进行相关和去相关处理；
告警模块，实时对飞行的低高度、短期冲突和偏航情况进行判断并生成告警信息；
数据输出模块，将多雷达航迹、系统航迹、计划航迹、告警信息发送到数据显示终端子系统（DDS），同时，发送飞行计划数据重发请求到飞行数据处理子系统（FDP）。
5.根据权利要求1所述的一种雷达数据、飞行计划数据与ADS-B数据融合系统，其特征在于，所述数据显示终端子系统（DDS）包括以下模块：
接口功能模块，接受来自基础数据管理子系统（BDM）的基础数据以及来自综合数据处理子系统（MDP）和监视数据处理子系统（SDP）的数据；
图形图像功能模块，将接收到的数据生成图像并显示。
6.根据权利要求1所述的一种雷达数据、飞行计划数据与ADS-B数据融合系统，其特征在于，所述基础数据管理子系统（BDM）包括以下模块：
数据分发管理功能模块，将数据分发到综合数据处理子系统（MDP）、监视数据处理子系统（SDP）、飞行数据处理子系统（FDP）和数据显示终端子系统（DDS）；
子系统对时功能模块，对综合数据处理子系统（MDP）、监视数据处理子系统（SDP）、飞行数据处理子系统（FDP）和数据显示终端子系统（DDS）的校准时间进行管理；
系统数据管理功能模块，将基本数据整理成系统库。
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