机场无源监视系统以及空中交通管理系统的制作方法
机场无源监视系统以及空中交通管理系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种机场无源监视系统以及包含该机场无源监视系统的空中交通管 理系统。
【背景技术】
[0002] 为了确保飞机在机场上的安全调度（例如飞机入库等），需要对即将入库的飞机 进行精确定位。目前常用的是机场无源监视系统。
[0003] 现有机场无源监视系统一般采用一、二次雷达来实现对飞机进行定位监视。然而， 这两种定位监视系统存在测量精度不高、数据更新率低、地区空域全覆盖难、信息量少等问 题。
[0004] 基于上述问题，出现了多基站无源时差定位体制。其原理是：无源多点定位监视系 统采用由一个主站和n个副站构成长基线时差定位体制。时差（TDOA，TimeDifferenceof Arrival)定位又称为双曲线定位，它是通过处理多站接收到的辐射源（飞机）目标信号到 达时间差数据对辐射源（飞机）目标进行定位的。例如，在二维平面内，辐射源目标信号到 达两探测站的时间差规定了以两站为焦点的半边双曲线。如果利用三个站形成两条半边双 曲线，求解这两条半边双曲线的交点，即可以确定辐射源目标的位置。在三维空间中，则至 少需要形成三个半边双曲面来产生交点。
[0005] 但是，一般的时差定位系统采用一个主站和2-3个副站构成，为了得到较高的定 位精度需要拉开基线长度，这样，主站与副站的身份时固定的，而且主站与副站基线的延长 线附近区域定位精度相对较差，这样，导致无法对每个区域的飞机进行精确定位。
【发明内容】
[0006] 本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种能够根据飞机的粗略位 置重新设定主站和副站来实现精确定位飞机的位置的机场无源监视系统以及包含该机场 无源监视系统的空中交通管理系统。
[0007] 本发明提供了一种机场无源监视系统，用于对使用机场的飞机进行定位监视，具 有这样的特征，包括：至少四个信号接收处理站，每个信号接收处理站用于对含有飞机发出 的飞机脉冲信号以及在飞机脉冲信号传输过程中产生的干扰脉冲信号的混合脉冲信号进 行接收，然后对飞机脉冲信号的脉冲前沿进行判定，从而得到相应的前沿到达时刻；以及 监视中心站，与每个信号接收处理站相通讯连接，用于根据四个信号接收处理站的位置以 及相对应的各个前沿到达时刻对飞机进行定位，其中，监视中心站包含：设定部，将四个信 号接收处理站中任意一个信号接收处理站设定为主站、另外三个信号接收处理站设定为副 站；定位部，基于每个副站与主站之间的前沿到达时刻的差值、并根据预定坐标系以及预定 定位规则测算出飞机的粗略位置；计算部，基于粗略位置计算出主站与粗略位置之间的第 一距离，计算出主站与三个副站中离粗略位置最近的副站之间的第二距离，并计算出粗略 位置和主站之间的连线与预定坐标系中的X轴或Y轴相关的夹角；以及判定控制部，根据第 一距离、第二距离、夹角和粗略位置判定飞机的精确位置。
[0008] 在本发明提供的机场无源监视系统中，还可以具有这样的特征：其中，判定控制部 对第一距离是否小于四分之三的第二距离，以及夹角是否在相对应的预定阈值范围内进行 判断，当判断为是时，将粗略位置判定为精确位置，当判断为否时，控制设定部重新将信号 接收范围覆盖粗略位置的信号接收处理站设定为主站，另外三个信号接收站设定为副站， 并控制定位部进行相应的测算得到粗略位置，并将该粗略位置判定为精确位置。
[0009] 在本发明提供的机场无源监视系统中，还可以具有这样的特征：其中，预定坐标系 包含X轴、Y轴和Z轴，与粗略位置相对应的粗略位置信息包含X值、Y值和Z值，当Z值等 于〇时，夹角是指粗略位置与主站之间的连线与X轴或Y轴之间的夹角，当Z值大于0时， 夹角是指粗略位置与主站之间的连线在X轴和Y轴所在的平面内的投影线与X轴或Y轴之 间的夹角。
[0010] 在本发明提供的机场无源监视系统中，还可以具有这样的特征：其中，当夹角是指 粗略位置与主站之间的连线或该连线在X轴和Y轴所在的平面内的投影线与X轴之间的夹 角时，预定阈值范围为16°至164°。
[0011] 在本发明提供的机场无源监视系统中，还可以具有这样的特征：其中，当夹角是指 粗略位置与主站之间的连线或该连线在X轴和Y轴所在的平面内的投影线与Y轴之间的夹 角时，预定阈值范围为-74°至74°。
[0012] 在本发明提供的机场无源监视系统中，还可以具有这样的特征：其中，机场具有跑 道，X轴与跑道的长度方向相平行，Y轴位于跑道所在的平面内且与X轴相垂直，Z轴与跑道 所在的平面相垂直。
[0013] 在本发明提供的机场无源监视系统中，还可以具有这样的特征：其中，每个信号接 收处理站包含：信号接收部，对混合脉冲信号进行接收；门限电平基准值存储部，存储有用 于对飞机脉冲信号和干扰脉冲信号进行辨别的门限电平基准值；对数检波器，对混合脉冲 信号进行检波并得到视频脉冲信号；脉冲信号衰减部，基于预定计算规则对视频脉冲信号 进衰减，从而得到衰减视频脉冲信号；脉冲信号延迟部，基于预定延迟时间对视频脉冲信号 进行延迟，从而得到延迟视频脉冲信号；交点判定部，判定衰减视频脉冲信号和延迟视频脉 冲信号是否存在交点，当判定为是时，进一步判定该交点所对应的电平值是否大于门限电 平基准值，当判定为是时，将交点判定为与飞机脉冲信号的脉冲前沿相对应的前沿对应点； 以及前沿到达时刻设定部，把与前沿对应点相对应的时刻设定为飞机脉冲信号的脉冲前沿 到达信号接收部的前沿到达时刻。
[0014] 在本发明提供的机场无源监视系统中，还可以具有这样的特征：其中，每个信号接 收处理站还包含信号识别部，信号识别部对接收到的飞机脉冲信号进行解码，并基于预定 识别规则对该飞机脉冲信号的内容进行识别。
[0015] 另外，本发明还提供了一种空中交通管理系统，用于对使用机场的飞机进行管理， 具有这样的特征，包括：机场无源监视系统，用于对飞机进行定位监视；以及飞机调度系 统，根据机场无源监视系统提供的定位监视数据对飞机进行调度，其中，机场无源监视系统 为上述的机场无源监视系统。
[0016] 发明的作用与效果
[0017] 根据本发明所涉及的机场无源监视系统以及空中交通管理系统，因为四个信号接 收处理站能够对含有飞机发出的飞机脉冲信号以及干扰脉冲信号的混合脉冲信号进行接 收，然后对飞机脉冲信号的脉冲前沿进行判定，从而得到相应的前沿到达时刻，设定部能够 将四个信号接收处理站中任意一个设定为主站，其它三个设定为副站，定位部基于每个副 站与主站之间的前沿到达时刻的差值并根据预定坐标系以及预定定位规则计算飞机的粗 略位置，计算部基于粗略位置计算出主站与粗略位置之间的第一距离、主站与离粗略位置 最近的副站之间的第二距离以及粗略位置和主站之间的连线与预定坐标系中的X轴或Y 轴相关的夹角，判定控制部根据第一距离、第二距离、夹角和粗略位置判定出飞机的精确位 置，所以，本发明的机场无源监视系统以及空中交通管理系统在计算出飞机的粗略位置后 能够进一步实现对飞机位置的精确定位，从而对飞机进行准确地定位监视。
【附图说明】
[0018] 图1是本发明涉及的空中交通管理系统在实施例中的结构框图；
[0019] 图2是本发明涉及的机场无源监视系统在实施例中的结构框图；
[0020] 图3是本发明涉及的信号接收处理站在实施例的机场中的布置位置示意图；
[0021] 图4是本发明涉及的信号接收处理站在实施例中的结构框图；
[0022] 图5是本发明涉及的信号接收处理站在实施例中对脉冲信号的处理过程示意图；
[0023] 图6是本发明涉及的信号接收处理站在实施例中的动作流程图；以及图7是本发 明涉及的监视中心站在实施例中的动作流程图。
【具体实施方式】
[0024] 为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与 功效易于明白了解，以下实 施例结合附图对本发明的机场无源监视系统以及空中交通管理系统作具体阐述。
[0025] 图1是本发明的实施例中空中交通管理系统的结构框图。
[0026] 如图1所示，在本实施例中，空中交通管理系统100用于对使用机场200的飞机 (图中未显示）进行管理，从而保证机场的飞机及车辆的安全运行。
[0027] 空中交通管理系统100包含：机场无源监视系统10和飞机调度系统20。
[0028] 机场无源监视系统10用于对飞机进行定位监视。
[0029] 飞机调度系统20根据机场无源监视系统10提供的定位监视数据对飞机进行调 度，从而实现对飞机进行交通管理，防止飞机与飞机之间或者飞机与地面车辆等物体之间 发生刮碰。
[0030] 图2是本发明涉及的机场无源监视系统在实施例中的结构框图。
[0031] 如图2所示，机场无源监视系统10包含：四个信号接收处理站30、监视中心站40 以及控制上述各部运行的控制中心站50。
[0032] 每个信号接收处理站30用于对含有飞机发出的飞机脉冲信号以及在飞机脉冲信 号传输过程中产生的干扰脉冲信号的混合脉冲信号进行接收，然后对飞机脉冲信号的脉冲 前沿进行判定，从而得到相应的前沿到达时刻。
[0033] 四个信号接收处理站30分别作为：第一信号接收处理站301、第二信号接收处理 站302、第三信号接收处理站303以及第四信号接收处理站304。
[0034] 图3是本发明涉及的信号接收处理站在实施例的机场中的布置位置示意图。
[0035] 如图3所示，机场200具有跑道210、航站楼220以及设在跑道210和航站楼220 之间的机库230。第一信号接收处理站301、第二信号接收处理站302以及第三信号接收处 理站303沿跑道210顺次呈直线设置，并位于跑道210远离航站楼220的一侧。这里，跑道 的长度为3km至4km。而且，第二信号接收处理站302与第一信号接收处理站301和第三信 号接收处理站303之间的距离都在lkm~2km范围内。也就是说，根据跑道的长度，每间隔 lkm~2km需要设置一个信号接收处理站。
[0036] 另外，第四信号接收处理站304位于航站楼220远离跑道210的一侧。
[0037] 这样，通过上述这种方式设置四个信号接收处理站30,使得在航站楼220所在区 域内能够实现对飞机进行精确定位，获得的飞机位置信息准确。
[0038] 在本实施例中，四个信号接收处理站30的结构完全相同，只是设置位置不同，在 此仅对其中一个信号接收处理站30进行详细说明，省略对另外三个信号接收处理站30的 详细说明。
[0039] 图4是本发明涉及的信号接收处理站在实施例中的结构框图。
[0040] 如图4所示，信号接收处理站30包含：信号接收部31、门限电平基准值存储部32、 对数检波器33、脉冲信号衰减部34、脉冲信号延迟部35、交点判定部36、前沿到达时刻设定 部37、信号识别部38以及控制上述各部运行的控制部39。
[0041] 信号接收部31对含有飞机脉冲信号以及干扰脉冲信号的混合脉冲信号进行接 收，这里的干扰脉冲信号是在飞机脉冲信号传输过程中产生的。
[0042] 门限电平基准值存储部32存储有用于对飞机脉冲信号和干扰脉冲信号进行辨别 的门限电平基准值。该门限电平基准值时根据整个脉冲前沿判定装置40接收信号的灵敏 度预先设定好的。
[0043] 图5是本发明涉及的信号接收处理站在实施例中对脉冲信号的处理过程示意图。
[0044] 如图5所示，对数检波器33对接收到的混合脉冲信号进行检波，从而得到视频脉 冲信号A。在本实施例中，对数检波器33采用的时检波对数视频放大器（DLVA)。
[0045] 脉冲信号衰减部34基于预定计算规则对视频脉冲信号进衰减，从而得到衰减视 频脉冲信号B。
[0046] 这里的预定计算规则为：首先，计算出当前时刻之前预定时间内的视频脉冲信号 的电平值的平均值；然后，用计算出的平均值减去固定衰减量得到当前时刻的衰减电平值。 然后，基于与各时刻相对应的衰减电平值得到衰减视频脉冲信号B。
[0047] 在本实施例中，固定衰减量为3dB~6dB，根据外界环境对脉冲信号的干扰情况由 认为进行设定，目的是消除外界环境对脉冲信号造成的干扰。
[0048] 在本实施例中，预先设定对接收到的视频脉冲信号进行幅度的采样抽取，每5ns 进行一次采样。这样，视频脉冲信号的电平值的平均值是通过计算出当前时课之前的二十 个采样点的电平值的平均值得到的，此时，该预定时间为l〇〇ns。
[0049] 在图5中，箭头D的所指示区域值的大小即表示视频脉冲信号A与衰减视频脉冲 信号B之间的衰减量。
[0050] 脉冲信号延迟部35基于预定延迟时间对视频脉冲信号进行延迟，从而得到延迟 视频脉冲信号C。在图5中，字母E即表示预定延迟时间，在本实施例中，该预定延迟时间为 〇. 5倍的预定时间，即该预定延迟时间为50ns。
[0051] 交点判定部36判定衰减视频脉冲信号和延迟视频脉冲信号是否存在交点，并进 一步判定该交点所对应的电平值是否大于门限电平基准值，在该交点所对应的电平值大于 门限电平基准值时，将交点判定为与飞机脉冲信号的脉冲前沿相对应的前沿对应点。
[0052] 在图5中，衰减视频脉冲信号B和延迟视频脉冲信号C之间存在多个交点，例如交 点F、G、H等，但是，交点G和H等所对应的电平值小于门限电平基准值I，从图上看，只有交 点F符合条件，因此，将交点F判定为与飞机脉冲信号的脉冲前沿相对应的前沿对应点F。
[0053] 前沿到达时刻设定部37把与前沿对应点相对应的时刻设定为飞机脉冲信号的脉 冲前沿到达信号接收部31的前沿到达时刻。
[0054] 在图5中，将与前沿对应点F(即交点F)相对应的时刻T设定为飞机脉冲信号的 脉冲前沿到达信号接收部31的前沿到达时刻。
[0055] 信号识别部38用于对接收到的飞机脉冲信号进行解码，并基于预定识别规则对 该飞机脉冲信号的内容进行识别，从而得到飞机的编码地址和信号类型（飞机身份信息或 飞机高度信息）。
[0056] 在本实施例中，预定识别规则为：
[0057] (1)将接收到的12Bit飞机脉冲信号由高位到低位按照A4A2A1、B4B2B1、C4C2C1、 D4D2D1的顺序排列，并检查SPI脉冲是否出现，如果SPI脉冲出现，则判定该飞机脉冲信号 为A模式识别代码（飞机身份信息），否则进入（2)。
[0058] (2)如果A4A2A1、B4B2B1、C4C2C1、D4D2D1 的解码结果为 7500、7600、7700 三种危 急信息之一时，则判定该飞机脉冲信号为A模式识别代码（飞机身份信息），且为危急信息 代码，否则进入（3)。
[0059] (3)如果C4C2C1的解码结果C为0、5、7中任意一个时，判定该飞机脉冲信号为A 模式识别代码（飞机身份信息），否则进入（4)。
[0060] (4)如果D4D2D1的解码结果D为1、2、3、5、6、7中任意一个时，判定该信息为A模 式识别代码（飞机身份信息）；如果D4D2D1的解码结果为0、4中任意一个时，进入（5)。
[0061] (5)根据物理特性，在机场附近起降区域内飞机处于起降阶段的特点，飞机应答信 息的A模式代码（飞机身份信息）固定不变，而C模式代码（飞机高度信息）是不断变化 的特点；采用定时统计的方法来进行区分。
[0062] (6)根据由S模式信号解码得到的飞机的编码地址对相应的飞机脉冲信号进行确 认。
[0063] 控制部39包含用于控制信号接收部31、门限电平基准值存储部32、对数检波器 33、脉冲信号衰减部34、 脉冲信号延迟部35、交点判定部36、前沿到达时刻设定部37以及信 号识别部38运行的计算机程序。
[0064] 在本实施例中，控制部49控制脉冲信号衰减部34和脉冲信号延迟部35同步运 行。
[0065] 在本实施例中，控制部49在控制信号接收部31对包含飞机脉冲信号和干扰脉冲 信号的混合脉冲信号进行接收的同时，控制对数检波器33、脉冲信号衰减部34、脉冲信号 延迟部35对已接收到的部分脉冲信号进行相应的处理（包括：检波、衰减、延迟），即、将混 合脉冲信号看作由无数个信号点构成，对每个信号点一边接收一边处理，处理得到衰减电 平值组成的衰减视频脉冲信号曲线以及延迟视频脉冲信号曲线。这样，当信号接收部31在 某个时刻接收到的信号点经过处理时，衰减视频脉冲信号曲线与延迟视频脉冲信号曲线之 间产生了交点，控制部49控制交点判定部36对该交点进行相应的判定处理，当该交点符合 条件时，控制前沿到达时刻设定部37设定前沿到达时刻。否则，控制部49控制对数检波器 33、脉冲信号衰减部34和脉冲信号延迟部35 -直进行处理直到判定出前沿到达时刻。
[0066] 另外，信号接收处理站30还包含暂存部，通过暂存部对混合脉冲信号、视频脉冲 信号、衰减视频脉冲信号、延迟视频脉冲信号以及前沿到达时刻进行存储。
[0067] 如图2所示，监视中心站40与每个信号接收处理站30相通讯连接，用于根据四个 信号接收处理站30的位置以及相对应的各个前沿到达时刻对飞机进行定位。
[0068] 监视中心站40包含：设定部41、定位部42、计算部43以及判定控制部44。
[0069] 设定部41用于将四个信号接收处理站30中任意一个设定为主站、另外三个设定 为副站。
[0070] 定位部42基于每个副站与主站之间的前沿到达时刻的差值、并根据预定坐标系 以及预定定位规则测算出飞机的粗略位置。
[0071] 在本实施例中，预定坐标系包含X轴、Y轴和Z轴。其中，X轴与跑道210的长度方 向相平行，Y轴位于跑道210所在的平面内且与X轴相垂直，Z轴与跑道210所在的平面相 垂直。
[0072] (Xi，yi，Zi)为信号接收处理站30的空间位置，i = 0，1，2,3,其中i = 0表示主站， i=1，2,3表示副站，飞机的粗略位置为〇^，2)，1^表示飞机与第1站之间的距离，八1*力 =1，2,3)表示飞机到第i站的距离与飞机到主站之间的距离差，得到定位方程（1):
[0074] 化简得到：
[0075] AX = F (2)
[0076]其中：
[0079] 采用伪逆法求解公式（2)，可得：
[0080] X = (AtA)_1AtF (3)
[0081] 从而得到飞机在预定坐标系中的X、Y、Z三个坐标值，S卩、得到与飞机的粗略位置 相对应的粗略位置信息。
[0082] 计算部43基于粗略位置计算出主站与粗略位置之间的第一距离，计算出主站与 三个副站中离粗略位置最近的副站之间的第二距离，并计算出粗略位置和主站之间的连线 与预定坐标系中的X轴相关的夹角。
[0083] 对于定位部42测算出的粗略位置信息（x，y，z)，当Z值等于0时，夹角是指粗略 位置与主站之间的连线与X轴之间的夹角；当Z值大于0时，夹角是指粗略位置与主站之间 的连线在X轴和Y轴所在的平面内的投影线与X轴之间的夹角。另外，在本实施例中，预定 阈值范围为16°至164°。
[0084] 判定控制部44根据第一距离、第二距离、夹角和粗略位置判定飞机的精确位置。 具体过程为：判定控制部44对第一距离是否小于四分之三的第二距离，以及夹角是否在相 对应的预定阈值范围内进行判断，当判断为是时，将粗略位置判定为精确位置，当判断为否 时，控制设定部41重新将信号接收范围覆盖粗略位置的信号接收处理站30设定为主站，另 外三个信号接收站30设定为副站，并控制定位部42进行相应的测算得到粗略位置，并将该 粗略位置判定为精确位置。
[0085] 另外，监视中心站40还包含暂存部，用于暂时存储粗略位置、第一距离、第二距 离、夹角以及精确位置。
[0086] 控制中心站50包含用于控制四个信号接收处理站30以及监视中心站40运行的 计算机程序。
[0087] 图6是本发明涉及的信号接收处理站在实施例中的动作流程图。
[0088] 如图6所示，在本实施例中，信号接收处理站30的动作流程具体包括以下步骤：
[0089] 步骤S1-1，信号接收部31对含有飞机脉冲信号以及干扰脉冲信号的混合脉冲信 号进行接收，然后进入步骤S1-2。
[0090] 步骤S1-2,对数检波器33对当前接收到的混合脉冲信号进行检波，从而得到视频 脉冲信号，然后进入步骤S1-3。
[0091] 步骤S1-3,脉冲信号衰减部34基于预定计算规则对检波得到的视频脉冲信号进 衰减，从而得到衰减视频脉冲信号，然后进入步骤S1-4。
[0092] 步骤S1-4,脉冲信号延迟部35基于预定延迟时间对检波得到的视频脉冲信号进 行延迟，从而得到延迟视频脉冲信号，然后进入步骤S1-5。
[0093] 步骤S1-5,交点判定部36判定当前的衰减视频脉冲信号和延迟视频脉冲信号是 否存在交点，当判断为是时，进入步骤S1-6 ;当判断为否时，进入步骤S1-1。
[0094] 步骤S1-6,交点判定部36进一步判定当前的交点所对应的电平值是否大于门限 电平基准值，当判断为是时，进入步骤S1-7 ;当判断为否时，进入步骤S1-1。
[0095] 步骤S1-7,交点判定部36将当前的交点判定为与飞机脉冲信号的脉冲前沿相对 应的前沿对应点，然后进入步骤S1-8。
[0096] 步骤S1-8,前沿到达时刻设定部37把与前沿对应点相对应的时刻设定为飞机脉 冲信号的脉冲前沿到达信号接收部31的前沿到达时刻，然后进入结束状态。
[0097] 图7是本发明涉及的监视中心站在实施例中的动作流程图。
[0098] 如图7所示，在本实施例中，监视中心站40的动作流程包括以下步骤：
[0099] 步骤S2-1，设定部41将四个信号接收处理站30中任意一个设定为主站、另外三个 设定为副站，然后进入步骤S2-2。
[0100] 步骤S2-2,定位部42基于每个副站与主站之间的前沿到达时刻的差值、并根据预 定坐标系以及预定定位规则测算出飞机的粗略位置，然后进入步骤S2-3。
[0101] 步骤S2-3,计算部43基于粗略位置计算出主站与粗略位置之间的第一距离，计算 出主站与三个副站中离粗略位置最近的副站之间的第二距离，并计算出粗略位置和主站之 间的连线与预定坐标系中的X轴相关的夹角，然后进入步骤S2-4。
[0102] 步骤S2-4,判定控制部44对第一距离是否小于四分之三的第二距离，以及夹角是 否在相对应的预定阈值范围内进行判断，当判断为是时，进入步骤S2-5,当判断为否时，进 入步骤S2-6。
[0103] 步骤S2-5,判定控制部44将粗略位置判定为精确位置，然后进入结束状态。
[0104] 步骤S2-6,判定控制部44控制设定部41重新将信号接收范围覆盖粗略位置的信 号接收处理站30设定为主站，另外三个信号接收站30设定为副站，然后进入步骤S2-7。
[0105] 步骤S2-7,判定控制部44控制定位部42进行相应的测算得到粗略位置，并将该粗 略位置判定为精确位置，然后进入结束状态。
[0106] 实施例的作用与效果
[0107] 根据本实施例所涉及的机场无源监视系统以及空中交通管理系统，因为四个信号 接收处理站能够对含有飞机发出的飞机脉冲信号以及干扰脉冲信号的混合脉冲信号进行 接收，然后对飞机脉冲信号的脉冲前沿进行判定，从而得到 相应的前沿到达时刻，设定部能 够将四个信号接收处理站中任意一个设定为主站，其它三个设定为副站，定位部基于每个 副站与主站之间的前沿到达时刻的差值并根据预定坐标系以及预定定位规则计算飞机的 粗略位置，计算部基于粗略位置计算出主站与粗略位置之间的第一距离、主站与离粗略位 置最近的副站之间的第二距离以及粗略位置和主站之间的连线与预定坐标系中的X轴或Y 轴相关的夹角，判定控制部根据第一距离、第二距离、夹角和粗略位置判定出飞机的精确位 置，所以，本实施例的机场无源监视系统以及空中交通管理系统在计算出飞机的粗略位置 后能够进一步实现对飞机位置的精确定位，从而对飞机进行准确地定位监视。
[0108] 在本实施例中，基于粗略位置计算出的第一距离、第二距离和夹角不满足第一距 离小于四分之三的第二距离，且夹角在相对应的预定阈值范围内时，判定控制部能够控制 设定部重新将信号接收范围覆盖该粗略位置的信号接收站设定为主站，定位部重新进行测 算，从而得到飞机的精确位置。
[0109] 在本实施例中，每个信号接收处理站还包含信号识别部，对飞机脉冲信号进行识 另IJ，解决了时差定位系统中的飞机脉冲信号无法识别问题。这样，在机场的其他车辆上加装 与飞机上相同的应答机后，也就能够实现对其他车辆的定位和识别。
[0110] 上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。
[0111] 在本实施例中，夹角是指粗略位置和主站之间的连线或该连线在X轴和Y轴所在 的平面内的投影线与X轴之间的夹角，而在本发明提供的机场无源监视系统以及空中交通 管理系统中，夹角还可以为粗略位置和主站之间的连线或该连线在X轴和Y轴所在的平面 内的投影线与Y轴之间的夹角，此时，相对应的预定阈值范围为-74°至74°。
[0112] 在本实施例中，预定坐标系中X轴与跑道的长度方向相平行，Y轴位于跑道所在的 平面内且与X轴相垂直，Z轴与跑道所在的平面相垂直，而在本发明提供的机场无源监视系 统以及空中交通管理系统中，预定坐标系中的X轴、Y轴以及Z轴还可以人为随意确定，例 如，以经度和炜度作为标准来确定等。
【主权项】
1. 一种机场无源监视系统，用于对使用机场的飞机进行定位监视，其特征在于，包括： 至少四个信号接收处理站，每个所述信号接收处理站用于对含有所述飞机发出的飞机 脉冲信号以及在所述飞机脉冲信号传输过程中产生的干扰脉冲信号的混合脉冲信号进行 接收，然后对所述飞机脉冲信号的脉冲前沿进行判定，从而得到相应的前沿到达时刻；以及 监视中心站，与每个所述信号接收处理站相通讯连接，用于根据所述四个信号接收处 理站的位置以及相对应的各个所述前沿到达时刻对所述飞机进行定位， 其中，所述监视中心站包含： 设定部，将所述四个信号接收处理站中任意一个所述信号接收处理站设定为主站、另 外三个所述信号接收处理站设定为副站； 定位部，基于每个所述副站与所述主站之间的所述前沿到达时刻的差值、并根据预定 坐标系以及预定定位规则测算出所述飞机的粗略位置； 计算部，基于所述粗略位置计算出所述主站与所述粗略位置之间的第一距离，计算出 所述主站与所述三个副站中离所述粗略位置最近的所述副站之间的第二距离，并计算出所 述粗略位置和所述主站之间的连线与所述预定坐标系中的X轴或Y轴相关的夹角；以及 判定控制部，根据所述第一距离、所述第二距离、所述夹角和所述粗略位置判定所述飞 机的精确位置。2. 根据权利要求1所述的机场无源监视系统，其特征在于： 其中，所述判定控制部对所述第一距离是否小于四分之三的所述第二距离，以及所述 夹角是否在相对应的预定阈值范围内进行判断，当判断为是时，将所述粗略位置判定为所 述精确位置，当判断为否时，控制所述设定部重新将信号接收范围覆盖所述粗略位置的所 述信号接收处理站设定为主站，另外三个所述信号接收站设定为副站，并控制所述定位部 进行相应的测算得到所述粗略位置，并将该粗略位置判定为所述精确位置。3. 根据权利要求1所述的机场无源监视系统，其特征在于： 其中，所述预定坐标系包含所述X轴、所述Y轴和Z轴， 与所述粗略位置相对应的粗略位置信息包含X值、Y值和Z值， 当所述Z值等于O时，所述夹角是指所述粗略位置与所述主站之间的连线与所述X轴 或所述Y轴之间的夹角， 当所述Z值大于O时，所述夹角是指所述粗略位置与所述主站之间的连线在所述X轴 和所述Y轴所在的平面内的投影线与所述X轴或所述Y轴之间的夹角。4. 根据权利要求3所述的机场无源监视系统，其特征在于： 其中，当所述夹角是指所述粗略位置与所述主站之间的连线或该连线在所述X轴和 所述Y轴所在的平面内的投影线与所述X轴之间的夹角时，所述预定阈值范围为16°至 164。。5. 根据权利要求3所述的机场无源监视系统，其特征在于： 其中，当所述夹角是指所述粗略位置与所述主站之间的连线或该连线在所述X轴和 所述Y轴所在的平面内的投影线与所述Y轴之间的夹角时，所述预定阈值范围为-74°至 74。。6. 根据权利要求3所述的机场无源监视系统，其特征在于： 其中，所述机场具有跑道， 所述X轴与所述跑道的长度方向相平行， 所述Y轴位于所述跑道所在的平面内且与所述X轴相垂直， 所述Z轴与所述跑道所在的平面相垂直。7. 根据权利要求1所述的机场无源监视系统，其特征在于： 其中，每个所述信号接收处理站包含： 信号接收部，对所述混合脉冲信号进行接收； 门限电平基准值存储部，存储有用于对所述飞机脉冲信号和所述干扰脉冲信号进行辨 别的门限电平基准值； 对数检波器，对所述混合脉冲信号进行检波并得到视频脉冲信号； 脉冲信号衰减部，基于预定计算规则对所述视频脉冲信号进衰减，从而得到衰减视频 脉冲信号； 脉冲信号延迟部，基于预定延迟时间对所述视频脉冲信号进行延迟，从而得到延迟视 频脉冲信号； 交点判定部，判定所述衰减视频脉冲信号和所述延迟视频脉冲信号是否存在交点，当 判定为是时，进一步判定该交点所对应的电平值是否大于所述门限电平基准值，当判定为 是时，将所述交点判定为与所述飞机脉冲信号的脉冲前沿相对应的前沿对应点；以及 前沿到达时刻设定部，把与所述前沿对应点相对应的时刻设定为所述飞机脉冲信号的 脉冲前沿到达所述信号接收部的所述前沿到达时刻。8. 根据权利要求7所述的机场无源监视系统，其特征在于： 其中，每个所述信号接收处理站还包含信号识别部， 所述信号识别部对接收到的所述飞机脉冲信号进行解码，并基于预定识别规则对该飞 机脉冲信号的内容进行识别。9. 一种空中交通管理系统，用于对使用机场的飞机进行管理，其特征在于，包括： 机场无源监视系统，用于对所述飞机进行定位监视；以及 飞机调度系统，根据所述机场无源监视系统提供的定位监视数据对所述飞机进行调 度， 其中，所述机场无源监视系统为权利要求1至8中任意一项所述的机场无源监视系统。
【专利摘要】本发明提供的机场无源监视系统，用于对使用机场的飞机进行定位监视，具有这样的特征，包括：至少四个信号接收处理站，分别用于对混合脉冲信号进行接收，并对脉冲前沿进行判定以得到前沿到达时刻；以及监视中心站，根据四个信号接收处理站的位置以及相对应的各个前沿到达时刻对飞机进行定位，包含：设定部，将四个信号接收处理站中任意一个设定为主站、另外三个设定为副站；定位部，基于每个副站与主站之间的前沿到达时刻的差值、并根据预定坐标系和预定定位规则测算出飞机的粗略位置；计算部，基于粗略位置计算出第一距离、第二距离以及夹角；以及判定控制部，根据第一距离、第二距离、夹角和粗略位置判定飞机的精确位置。
【IPC分类】G08G5/00
【公开号】CN104900091
【申请号】CN201510342749
【发明人】沈金良, 胡小禹, 刘琳, 刘明, 陆士良, 徐春辉, 阮巍, 姚世扬, 钱莉君
【申请人】中国电子科技集团公司第五十一研究所
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月19日
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种机场无源监视系统以及包含该机场无源监视系统的空中交通管 理系统。
【背景技术】
[0002] 为了确保飞机在机场上的安全调度（例如飞机入库等），需要对即将入库的飞机 进行精确定位。目前常用的是机场无源监视系统。
[0003] 现有机场无源监视系统一般采用一、二次雷达来实现对飞机进行定位监视。然而， 这两种定位监视系统存在测量精度不高、数据更新率低、地区空域全覆盖难、信息量少等问 题。
[0004] 基于上述问题，出现了多基站无源时差定位体制。其原理是：无源多点定位监视系 统采用由一个主站和n个副站构成长基线时差定位体制。时差（TDOA，TimeDifferenceof Arrival)定位又称为双曲线定位，它是通过处理多站接收到的辐射源（飞机）目标信号到 达时间差数据对辐射源（飞机）目标进行定位的。例如，在二维平面内，辐射源目标信号到 达两探测站的时间差规定了以两站为焦点的半边双曲线。如果利用三个站形成两条半边双 曲线，求解这两条半边双曲线的交点，即可以确定辐射源目标的位置。在三维空间中，则至 少需要形成三个半边双曲面来产生交点。
[0005] 但是，一般的时差定位系统采用一个主站和2-3个副站构成，为了得到较高的定 位精度需要拉开基线长度，这样，主站与副站的身份时固定的，而且主站与副站基线的延长 线附近区域定位精度相对较差，这样，导致无法对每个区域的飞机进行精确定位。
【发明内容】
[0006] 本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种能够根据飞机的粗略位 置重新设定主站和副站来实现精确定位飞机的位置的机场无源监视系统以及包含该机场 无源监视系统的空中交通管理系统。
[0007] 本发明提供了一种机场无源监视系统，用于对使用机场的飞机进行定位监视，具 有这样的特征，包括：至少四个信号接收处理站，每个信号接收处理站用于对含有飞机发出 的飞机脉冲信号以及在飞机脉冲信号传输过程中产生的干扰脉冲信号的混合脉冲信号进 行接收，然后对飞机脉冲信号的脉冲前沿进行判定，从而得到相应的前沿到达时刻；以及 监视中心站，与每个信号接收处理站相通讯连接，用于根据四个信号接收处理站的位置以 及相对应的各个前沿到达时刻对飞机进行定位，其中，监视中心站包含：设定部，将四个信 号接收处理站中任意一个信号接收处理站设定为主站、另外三个信号接收处理站设定为副 站；定位部，基于每个副站与主站之间的前沿到达时刻的差值、并根据预定坐标系以及预定 定位规则测算出飞机的粗略位置；计算部，基于粗略位置计算出主站与粗略位置之间的第 一距离，计算出主站与三个副站中离粗略位置最近的副站之间的第二距离，并计算出粗略 位置和主站之间的连线与预定坐标系中的X轴或Y轴相关的夹角；以及判定控制部，根据第 一距离、第二距离、夹角和粗略位置判定飞机的精确位置。
[0008] 在本发明提供的机场无源监视系统中，还可以具有这样的特征：其中，判定控制部 对第一距离是否小于四分之三的第二距离，以及夹角是否在相对应的预定阈值范围内进行 判断，当判断为是时，将粗略位置判定为精确位置，当判断为否时，控制设定部重新将信号 接收范围覆盖粗略位置的信号接收处理站设定为主站，另外三个信号接收站设定为副站， 并控制定位部进行相应的测算得到粗略位置，并将该粗略位置判定为精确位置。
[0009] 在本发明提供的机场无源监视系统中，还可以具有这样的特征：其中，预定坐标系 包含X轴、Y轴和Z轴，与粗略位置相对应的粗略位置信息包含X值、Y值和Z值，当Z值等 于〇时，夹角是指粗略位置与主站之间的连线与X轴或Y轴之间的夹角，当Z值大于0时， 夹角是指粗略位置与主站之间的连线在X轴和Y轴所在的平面内的投影线与X轴或Y轴之 间的夹角。
[0010] 在本发明提供的机场无源监视系统中，还可以具有这样的特征：其中，当夹角是指 粗略位置与主站之间的连线或该连线在X轴和Y轴所在的平面内的投影线与X轴之间的夹 角时，预定阈值范围为16°至164°。
[0011] 在本发明提供的机场无源监视系统中，还可以具有这样的特征：其中，当夹角是指 粗略位置与主站之间的连线或该连线在X轴和Y轴所在的平面内的投影线与Y轴之间的夹 角时，预定阈值范围为-74°至74°。
[0012] 在本发明提供的机场无源监视系统中，还可以具有这样的特征：其中，机场具有跑 道，X轴与跑道的长度方向相平行，Y轴位于跑道所在的平面内且与X轴相垂直，Z轴与跑道 所在的平面相垂直。
[0013] 在本发明提供的机场无源监视系统中，还可以具有这样的特征：其中，每个信号接 收处理站包含：信号接收部，对混合脉冲信号进行接收；门限电平基准值存储部，存储有用 于对飞机脉冲信号和干扰脉冲信号进行辨别的门限电平基准值；对数检波器，对混合脉冲 信号进行检波并得到视频脉冲信号；脉冲信号衰减部，基于预定计算规则对视频脉冲信号 进衰减，从而得到衰减视频脉冲信号；脉冲信号延迟部，基于预定延迟时间对视频脉冲信号 进行延迟，从而得到延迟视频脉冲信号；交点判定部，判定衰减视频脉冲信号和延迟视频脉 冲信号是否存在交点，当判定为是时，进一步判定该交点所对应的电平值是否大于门限电 平基准值，当判定为是时，将交点判定为与飞机脉冲信号的脉冲前沿相对应的前沿对应点； 以及前沿到达时刻设定部，把与前沿对应点相对应的时刻设定为飞机脉冲信号的脉冲前沿 到达信号接收部的前沿到达时刻。
[0014] 在本发明提供的机场无源监视系统中，还可以具有这样的特征：其中，每个信号接 收处理站还包含信号识别部，信号识别部对接收到的飞机脉冲信号进行解码，并基于预定 识别规则对该飞机脉冲信号的内容进行识别。
[0015] 另外，本发明还提供了一种空中交通管理系统，用于对使用机场的飞机进行管理， 具有这样的特征，包括：机场无源监视系统，用于对飞机进行定位监视；以及飞机调度系 统，根据机场无源监视系统提供的定位监视数据对飞机进行调度，其中，机场无源监视系统 为上述的机场无源监视系统。
[0016] 发明的作用与效果
[0017] 根据本发明所涉及的机场无源监视系统以及空中交通管理系统，因为四个信号接 收处理站能够对含有飞机发出的飞机脉冲信号以及干扰脉冲信号的混合脉冲信号进行接 收，然后对飞机脉冲信号的脉冲前沿进行判定，从而得到相应的前沿到达时刻，设定部能够 将四个信号接收处理站中任意一个设定为主站，其它三个设定为副站，定位部基于每个副 站与主站之间的前沿到达时刻的差值并根据预定坐标系以及预定定位规则计算飞机的粗 略位置，计算部基于粗略位置计算出主站与粗略位置之间的第一距离、主站与离粗略位置 最近的副站之间的第二距离以及粗略位置和主站之间的连线与预定坐标系中的X轴或Y 轴相关的夹角，判定控制部根据第一距离、第二距离、夹角和粗略位置判定出飞机的精确位 置，所以，本发明的机场无源监视系统以及空中交通管理系统在计算出飞机的粗略位置后 能够进一步实现对飞机位置的精确定位，从而对飞机进行准确地定位监视。
【附图说明】
[0018] 图1是本发明涉及的空中交通管理系统在实施例中的结构框图；
[0019] 图2是本发明涉及的机场无源监视系统在实施例中的结构框图；
[0020] 图3是本发明涉及的信号接收处理站在实施例的机场中的布置位置示意图；
[0021] 图4是本发明涉及的信号接收处理站在实施例中的结构框图；
[0022] 图5是本发明涉及的信号接收处理站在实施例中对脉冲信号的处理过程示意图；
[0023] 图6是本发明涉及的信号接收处理站在实施例中的动作流程图；以及图7是本发 明涉及的监视中心站在实施例中的动作流程图。
【具体实施方式】
[0024] 为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与 功效易于明白了解，以下实 施例结合附图对本发明的机场无源监视系统以及空中交通管理系统作具体阐述。
[0025] 图1是本发明的实施例中空中交通管理系统的结构框图。
[0026] 如图1所示，在本实施例中，空中交通管理系统100用于对使用机场200的飞机 (图中未显示）进行管理，从而保证机场的飞机及车辆的安全运行。
[0027] 空中交通管理系统100包含：机场无源监视系统10和飞机调度系统20。
[0028] 机场无源监视系统10用于对飞机进行定位监视。
[0029] 飞机调度系统20根据机场无源监视系统10提供的定位监视数据对飞机进行调 度，从而实现对飞机进行交通管理，防止飞机与飞机之间或者飞机与地面车辆等物体之间 发生刮碰。
[0030] 图2是本发明涉及的机场无源监视系统在实施例中的结构框图。
[0031] 如图2所示，机场无源监视系统10包含：四个信号接收处理站30、监视中心站40 以及控制上述各部运行的控制中心站50。
[0032] 每个信号接收处理站30用于对含有飞机发出的飞机脉冲信号以及在飞机脉冲信 号传输过程中产生的干扰脉冲信号的混合脉冲信号进行接收，然后对飞机脉冲信号的脉冲 前沿进行判定，从而得到相应的前沿到达时刻。
[0033] 四个信号接收处理站30分别作为：第一信号接收处理站301、第二信号接收处理 站302、第三信号接收处理站303以及第四信号接收处理站304。
[0034] 图3是本发明涉及的信号接收处理站在实施例的机场中的布置位置示意图。
[0035] 如图3所示，机场200具有跑道210、航站楼220以及设在跑道210和航站楼220 之间的机库230。第一信号接收处理站301、第二信号接收处理站302以及第三信号接收处 理站303沿跑道210顺次呈直线设置，并位于跑道210远离航站楼220的一侧。这里，跑道 的长度为3km至4km。而且，第二信号接收处理站302与第一信号接收处理站301和第三信 号接收处理站303之间的距离都在lkm~2km范围内。也就是说，根据跑道的长度，每间隔 lkm~2km需要设置一个信号接收处理站。
[0036] 另外，第四信号接收处理站304位于航站楼220远离跑道210的一侧。
[0037] 这样，通过上述这种方式设置四个信号接收处理站30,使得在航站楼220所在区 域内能够实现对飞机进行精确定位，获得的飞机位置信息准确。
[0038] 在本实施例中，四个信号接收处理站30的结构完全相同，只是设置位置不同，在 此仅对其中一个信号接收处理站30进行详细说明，省略对另外三个信号接收处理站30的 详细说明。
[0039] 图4是本发明涉及的信号接收处理站在实施例中的结构框图。
[0040] 如图4所示，信号接收处理站30包含：信号接收部31、门限电平基准值存储部32、 对数检波器33、脉冲信号衰减部34、脉冲信号延迟部35、交点判定部36、前沿到达时刻设定 部37、信号识别部38以及控制上述各部运行的控制部39。
[0041] 信号接收部31对含有飞机脉冲信号以及干扰脉冲信号的混合脉冲信号进行接 收，这里的干扰脉冲信号是在飞机脉冲信号传输过程中产生的。
[0042] 门限电平基准值存储部32存储有用于对飞机脉冲信号和干扰脉冲信号进行辨别 的门限电平基准值。该门限电平基准值时根据整个脉冲前沿判定装置40接收信号的灵敏 度预先设定好的。
[0043] 图5是本发明涉及的信号接收处理站在实施例中对脉冲信号的处理过程示意图。
[0044] 如图5所示，对数检波器33对接收到的混合脉冲信号进行检波，从而得到视频脉 冲信号A。在本实施例中，对数检波器33采用的时检波对数视频放大器（DLVA)。
[0045] 脉冲信号衰减部34基于预定计算规则对视频脉冲信号进衰减，从而得到衰减视 频脉冲信号B。
[0046] 这里的预定计算规则为：首先，计算出当前时刻之前预定时间内的视频脉冲信号 的电平值的平均值；然后，用计算出的平均值减去固定衰减量得到当前时刻的衰减电平值。 然后，基于与各时刻相对应的衰减电平值得到衰减视频脉冲信号B。
[0047] 在本实施例中，固定衰减量为3dB~6dB，根据外界环境对脉冲信号的干扰情况由 认为进行设定，目的是消除外界环境对脉冲信号造成的干扰。
[0048] 在本实施例中，预先设定对接收到的视频脉冲信号进行幅度的采样抽取，每5ns 进行一次采样。这样，视频脉冲信号的电平值的平均值是通过计算出当前时课之前的二十 个采样点的电平值的平均值得到的，此时，该预定时间为l〇〇ns。
[0049] 在图5中，箭头D的所指示区域值的大小即表示视频脉冲信号A与衰减视频脉冲 信号B之间的衰减量。
[0050] 脉冲信号延迟部35基于预定延迟时间对视频脉冲信号进行延迟，从而得到延迟 视频脉冲信号C。在图5中，字母E即表示预定延迟时间，在本实施例中，该预定延迟时间为 〇. 5倍的预定时间，即该预定延迟时间为50ns。
[0051] 交点判定部36判定衰减视频脉冲信号和延迟视频脉冲信号是否存在交点，并进 一步判定该交点所对应的电平值是否大于门限电平基准值，在该交点所对应的电平值大于 门限电平基准值时，将交点判定为与飞机脉冲信号的脉冲前沿相对应的前沿对应点。
[0052] 在图5中，衰减视频脉冲信号B和延迟视频脉冲信号C之间存在多个交点，例如交 点F、G、H等，但是，交点G和H等所对应的电平值小于门限电平基准值I，从图上看，只有交 点F符合条件，因此，将交点F判定为与飞机脉冲信号的脉冲前沿相对应的前沿对应点F。
[0053] 前沿到达时刻设定部37把与前沿对应点相对应的时刻设定为飞机脉冲信号的脉 冲前沿到达信号接收部31的前沿到达时刻。
[0054] 在图5中，将与前沿对应点F(即交点F)相对应的时刻T设定为飞机脉冲信号的 脉冲前沿到达信号接收部31的前沿到达时刻。
[0055] 信号识别部38用于对接收到的飞机脉冲信号进行解码，并基于预定识别规则对 该飞机脉冲信号的内容进行识别，从而得到飞机的编码地址和信号类型（飞机身份信息或 飞机高度信息）。
[0056] 在本实施例中，预定识别规则为：
[0057] (1)将接收到的12Bit飞机脉冲信号由高位到低位按照A4A2A1、B4B2B1、C4C2C1、 D4D2D1的顺序排列，并检查SPI脉冲是否出现，如果SPI脉冲出现，则判定该飞机脉冲信号 为A模式识别代码（飞机身份信息），否则进入（2)。
[0058] (2)如果A4A2A1、B4B2B1、C4C2C1、D4D2D1 的解码结果为 7500、7600、7700 三种危 急信息之一时，则判定该飞机脉冲信号为A模式识别代码（飞机身份信息），且为危急信息 代码，否则进入（3)。
[0059] (3)如果C4C2C1的解码结果C为0、5、7中任意一个时，判定该飞机脉冲信号为A 模式识别代码（飞机身份信息），否则进入（4)。
[0060] (4)如果D4D2D1的解码结果D为1、2、3、5、6、7中任意一个时，判定该信息为A模 式识别代码（飞机身份信息）；如果D4D2D1的解码结果为0、4中任意一个时，进入（5)。
[0061] (5)根据物理特性，在机场附近起降区域内飞机处于起降阶段的特点，飞机应答信 息的A模式代码（飞机身份信息）固定不变，而C模式代码（飞机高度信息）是不断变化 的特点；采用定时统计的方法来进行区分。
[0062] (6)根据由S模式信号解码得到的飞机的编码地址对相应的飞机脉冲信号进行确 认。
[0063] 控制部39包含用于控制信号接收部31、门限电平基准值存储部32、对数检波器 33、脉冲信号衰减部34、 脉冲信号延迟部35、交点判定部36、前沿到达时刻设定部37以及信 号识别部38运行的计算机程序。
[0064] 在本实施例中，控制部49控制脉冲信号衰减部34和脉冲信号延迟部35同步运 行。
[0065] 在本实施例中，控制部49在控制信号接收部31对包含飞机脉冲信号和干扰脉冲 信号的混合脉冲信号进行接收的同时，控制对数检波器33、脉冲信号衰减部34、脉冲信号 延迟部35对已接收到的部分脉冲信号进行相应的处理（包括：检波、衰减、延迟），即、将混 合脉冲信号看作由无数个信号点构成，对每个信号点一边接收一边处理，处理得到衰减电 平值组成的衰减视频脉冲信号曲线以及延迟视频脉冲信号曲线。这样，当信号接收部31在 某个时刻接收到的信号点经过处理时，衰减视频脉冲信号曲线与延迟视频脉冲信号曲线之 间产生了交点，控制部49控制交点判定部36对该交点进行相应的判定处理，当该交点符合 条件时，控制前沿到达时刻设定部37设定前沿到达时刻。否则，控制部49控制对数检波器 33、脉冲信号衰减部34和脉冲信号延迟部35 -直进行处理直到判定出前沿到达时刻。
[0066] 另外，信号接收处理站30还包含暂存部，通过暂存部对混合脉冲信号、视频脉冲 信号、衰减视频脉冲信号、延迟视频脉冲信号以及前沿到达时刻进行存储。
[0067] 如图2所示，监视中心站40与每个信号接收处理站30相通讯连接，用于根据四个 信号接收处理站30的位置以及相对应的各个前沿到达时刻对飞机进行定位。
[0068] 监视中心站40包含：设定部41、定位部42、计算部43以及判定控制部44。
[0069] 设定部41用于将四个信号接收处理站30中任意一个设定为主站、另外三个设定 为副站。
[0070] 定位部42基于每个副站与主站之间的前沿到达时刻的差值、并根据预定坐标系 以及预定定位规则测算出飞机的粗略位置。
[0071] 在本实施例中，预定坐标系包含X轴、Y轴和Z轴。其中，X轴与跑道210的长度方 向相平行，Y轴位于跑道210所在的平面内且与X轴相垂直，Z轴与跑道210所在的平面相 垂直。
[0072] (Xi，yi，Zi)为信号接收处理站30的空间位置，i = 0，1，2,3,其中i = 0表示主站， i=1，2,3表示副站，飞机的粗略位置为〇^，2)，1^表示飞机与第1站之间的距离，八1*力 =1，2,3)表示飞机到第i站的距离与飞机到主站之间的距离差，得到定位方程（1):
[0074] 化简得到：
[0075] AX = F (2)
[0076]其中：
[0079] 采用伪逆法求解公式（2)，可得：
[0080] X = (AtA)_1AtF (3)
[0081] 从而得到飞机在预定坐标系中的X、Y、Z三个坐标值，S卩、得到与飞机的粗略位置 相对应的粗略位置信息。
[0082] 计算部43基于粗略位置计算出主站与粗略位置之间的第一距离，计算出主站与 三个副站中离粗略位置最近的副站之间的第二距离，并计算出粗略位置和主站之间的连线 与预定坐标系中的X轴相关的夹角。
[0083] 对于定位部42测算出的粗略位置信息（x，y，z)，当Z值等于0时，夹角是指粗略 位置与主站之间的连线与X轴之间的夹角；当Z值大于0时，夹角是指粗略位置与主站之间 的连线在X轴和Y轴所在的平面内的投影线与X轴之间的夹角。另外，在本实施例中，预定 阈值范围为16°至164°。
[0084] 判定控制部44根据第一距离、第二距离、夹角和粗略位置判定飞机的精确位置。 具体过程为：判定控制部44对第一距离是否小于四分之三的第二距离，以及夹角是否在相 对应的预定阈值范围内进行判断，当判断为是时，将粗略位置判定为精确位置，当判断为否 时，控制设定部41重新将信号接收范围覆盖粗略位置的信号接收处理站30设定为主站，另 外三个信号接收站30设定为副站，并控制定位部42进行相应的测算得到粗略位置，并将该 粗略位置判定为精确位置。
[0085] 另外，监视中心站40还包含暂存部，用于暂时存储粗略位置、第一距离、第二距 离、夹角以及精确位置。
[0086] 控制中心站50包含用于控制四个信号接收处理站30以及监视中心站40运行的 计算机程序。
[0087] 图6是本发明涉及的信号接收处理站在实施例中的动作流程图。
[0088] 如图6所示，在本实施例中，信号接收处理站30的动作流程具体包括以下步骤：
[0089] 步骤S1-1，信号接收部31对含有飞机脉冲信号以及干扰脉冲信号的混合脉冲信 号进行接收，然后进入步骤S1-2。
[0090] 步骤S1-2,对数检波器33对当前接收到的混合脉冲信号进行检波，从而得到视频 脉冲信号，然后进入步骤S1-3。
[0091] 步骤S1-3,脉冲信号衰减部34基于预定计算规则对检波得到的视频脉冲信号进 衰减，从而得到衰减视频脉冲信号，然后进入步骤S1-4。
[0092] 步骤S1-4,脉冲信号延迟部35基于预定延迟时间对检波得到的视频脉冲信号进 行延迟，从而得到延迟视频脉冲信号，然后进入步骤S1-5。
[0093] 步骤S1-5,交点判定部36判定当前的衰减视频脉冲信号和延迟视频脉冲信号是 否存在交点，当判断为是时，进入步骤S1-6 ;当判断为否时，进入步骤S1-1。
[0094] 步骤S1-6,交点判定部36进一步判定当前的交点所对应的电平值是否大于门限 电平基准值，当判断为是时，进入步骤S1-7 ;当判断为否时，进入步骤S1-1。
[0095] 步骤S1-7,交点判定部36将当前的交点判定为与飞机脉冲信号的脉冲前沿相对 应的前沿对应点，然后进入步骤S1-8。
[0096] 步骤S1-8,前沿到达时刻设定部37把与前沿对应点相对应的时刻设定为飞机脉 冲信号的脉冲前沿到达信号接收部31的前沿到达时刻，然后进入结束状态。
[0097] 图7是本发明涉及的监视中心站在实施例中的动作流程图。
[0098] 如图7所示，在本实施例中，监视中心站40的动作流程包括以下步骤：
[0099] 步骤S2-1，设定部41将四个信号接收处理站30中任意一个设定为主站、另外三个 设定为副站，然后进入步骤S2-2。
[0100] 步骤S2-2,定位部42基于每个副站与主站之间的前沿到达时刻的差值、并根据预 定坐标系以及预定定位规则测算出飞机的粗略位置，然后进入步骤S2-3。
[0101] 步骤S2-3,计算部43基于粗略位置计算出主站与粗略位置之间的第一距离，计算 出主站与三个副站中离粗略位置最近的副站之间的第二距离，并计算出粗略位置和主站之 间的连线与预定坐标系中的X轴相关的夹角，然后进入步骤S2-4。
[0102] 步骤S2-4,判定控制部44对第一距离是否小于四分之三的第二距离，以及夹角是 否在相对应的预定阈值范围内进行判断，当判断为是时，进入步骤S2-5,当判断为否时，进 入步骤S2-6。
[0103] 步骤S2-5,判定控制部44将粗略位置判定为精确位置，然后进入结束状态。
[0104] 步骤S2-6,判定控制部44控制设定部41重新将信号接收范围覆盖粗略位置的信 号接收处理站30设定为主站，另外三个信号接收站30设定为副站，然后进入步骤S2-7。
[0105] 步骤S2-7,判定控制部44控制定位部42进行相应的测算得到粗略位置，并将该粗 略位置判定为精确位置，然后进入结束状态。
[0106] 实施例的作用与效果
[0107] 根据本实施例所涉及的机场无源监视系统以及空中交通管理系统，因为四个信号 接收处理站能够对含有飞机发出的飞机脉冲信号以及干扰脉冲信号的混合脉冲信号进行 接收，然后对飞机脉冲信号的脉冲前沿进行判定，从而得到 相应的前沿到达时刻，设定部能 够将四个信号接收处理站中任意一个设定为主站，其它三个设定为副站，定位部基于每个 副站与主站之间的前沿到达时刻的差值并根据预定坐标系以及预定定位规则计算飞机的 粗略位置，计算部基于粗略位置计算出主站与粗略位置之间的第一距离、主站与离粗略位 置最近的副站之间的第二距离以及粗略位置和主站之间的连线与预定坐标系中的X轴或Y 轴相关的夹角，判定控制部根据第一距离、第二距离、夹角和粗略位置判定出飞机的精确位 置，所以，本实施例的机场无源监视系统以及空中交通管理系统在计算出飞机的粗略位置 后能够进一步实现对飞机位置的精确定位，从而对飞机进行准确地定位监视。
[0108] 在本实施例中，基于粗略位置计算出的第一距离、第二距离和夹角不满足第一距 离小于四分之三的第二距离，且夹角在相对应的预定阈值范围内时，判定控制部能够控制 设定部重新将信号接收范围覆盖该粗略位置的信号接收站设定为主站，定位部重新进行测 算，从而得到飞机的精确位置。
[0109] 在本实施例中，每个信号接收处理站还包含信号识别部，对飞机脉冲信号进行识 另IJ，解决了时差定位系统中的飞机脉冲信号无法识别问题。这样，在机场的其他车辆上加装 与飞机上相同的应答机后，也就能够实现对其他车辆的定位和识别。
[0110] 上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。
[0111] 在本实施例中，夹角是指粗略位置和主站之间的连线或该连线在X轴和Y轴所在 的平面内的投影线与X轴之间的夹角，而在本发明提供的机场无源监视系统以及空中交通 管理系统中，夹角还可以为粗略位置和主站之间的连线或该连线在X轴和Y轴所在的平面 内的投影线与Y轴之间的夹角，此时，相对应的预定阈值范围为-74°至74°。
[0112] 在本实施例中，预定坐标系中X轴与跑道的长度方向相平行，Y轴位于跑道所在的 平面内且与X轴相垂直，Z轴与跑道所在的平面相垂直，而在本发明提供的机场无源监视系 统以及空中交通管理系统中，预定坐标系中的X轴、Y轴以及Z轴还可以人为随意确定，例 如，以经度和炜度作为标准来确定等。
【主权项】
1. 一种机场无源监视系统，用于对使用机场的飞机进行定位监视，其特征在于，包括： 至少四个信号接收处理站，每个所述信号接收处理站用于对含有所述飞机发出的飞机 脉冲信号以及在所述飞机脉冲信号传输过程中产生的干扰脉冲信号的混合脉冲信号进行 接收，然后对所述飞机脉冲信号的脉冲前沿进行判定，从而得到相应的前沿到达时刻；以及 监视中心站，与每个所述信号接收处理站相通讯连接，用于根据所述四个信号接收处 理站的位置以及相对应的各个所述前沿到达时刻对所述飞机进行定位， 其中，所述监视中心站包含： 设定部，将所述四个信号接收处理站中任意一个所述信号接收处理站设定为主站、另 外三个所述信号接收处理站设定为副站； 定位部，基于每个所述副站与所述主站之间的所述前沿到达时刻的差值、并根据预定 坐标系以及预定定位规则测算出所述飞机的粗略位置； 计算部，基于所述粗略位置计算出所述主站与所述粗略位置之间的第一距离，计算出 所述主站与所述三个副站中离所述粗略位置最近的所述副站之间的第二距离，并计算出所 述粗略位置和所述主站之间的连线与所述预定坐标系中的X轴或Y轴相关的夹角；以及 判定控制部，根据所述第一距离、所述第二距离、所述夹角和所述粗略位置判定所述飞 机的精确位置。2. 根据权利要求1所述的机场无源监视系统，其特征在于： 其中，所述判定控制部对所述第一距离是否小于四分之三的所述第二距离，以及所述 夹角是否在相对应的预定阈值范围内进行判断，当判断为是时，将所述粗略位置判定为所 述精确位置，当判断为否时，控制所述设定部重新将信号接收范围覆盖所述粗略位置的所 述信号接收处理站设定为主站，另外三个所述信号接收站设定为副站，并控制所述定位部 进行相应的测算得到所述粗略位置，并将该粗略位置判定为所述精确位置。3. 根据权利要求1所述的机场无源监视系统，其特征在于： 其中，所述预定坐标系包含所述X轴、所述Y轴和Z轴， 与所述粗略位置相对应的粗略位置信息包含X值、Y值和Z值， 当所述Z值等于O时，所述夹角是指所述粗略位置与所述主站之间的连线与所述X轴 或所述Y轴之间的夹角， 当所述Z值大于O时，所述夹角是指所述粗略位置与所述主站之间的连线在所述X轴 和所述Y轴所在的平面内的投影线与所述X轴或所述Y轴之间的夹角。4. 根据权利要求3所述的机场无源监视系统，其特征在于： 其中，当所述夹角是指所述粗略位置与所述主站之间的连线或该连线在所述X轴和 所述Y轴所在的平面内的投影线与所述X轴之间的夹角时，所述预定阈值范围为16°至 164。。5. 根据权利要求3所述的机场无源监视系统，其特征在于： 其中，当所述夹角是指所述粗略位置与所述主站之间的连线或该连线在所述X轴和 所述Y轴所在的平面内的投影线与所述Y轴之间的夹角时，所述预定阈值范围为-74°至 74。。6. 根据权利要求3所述的机场无源监视系统，其特征在于： 其中，所述机场具有跑道， 所述X轴与所述跑道的长度方向相平行， 所述Y轴位于所述跑道所在的平面内且与所述X轴相垂直， 所述Z轴与所述跑道所在的平面相垂直。7. 根据权利要求1所述的机场无源监视系统，其特征在于： 其中，每个所述信号接收处理站包含： 信号接收部，对所述混合脉冲信号进行接收； 门限电平基准值存储部，存储有用于对所述飞机脉冲信号和所述干扰脉冲信号进行辨 别的门限电平基准值； 对数检波器，对所述混合脉冲信号进行检波并得到视频脉冲信号； 脉冲信号衰减部，基于预定计算规则对所述视频脉冲信号进衰减，从而得到衰减视频 脉冲信号； 脉冲信号延迟部，基于预定延迟时间对所述视频脉冲信号进行延迟，从而得到延迟视 频脉冲信号； 交点判定部，判定所述衰减视频脉冲信号和所述延迟视频脉冲信号是否存在交点，当 判定为是时，进一步判定该交点所对应的电平值是否大于所述门限电平基准值，当判定为 是时，将所述交点判定为与所述飞机脉冲信号的脉冲前沿相对应的前沿对应点；以及 前沿到达时刻设定部，把与所述前沿对应点相对应的时刻设定为所述飞机脉冲信号的 脉冲前沿到达所述信号接收部的所述前沿到达时刻。8. 根据权利要求7所述的机场无源监视系统，其特征在于： 其中，每个所述信号接收处理站还包含信号识别部， 所述信号识别部对接收到的所述飞机脉冲信号进行解码，并基于预定识别规则对该飞 机脉冲信号的内容进行识别。9. 一种空中交通管理系统，用于对使用机场的飞机进行管理，其特征在于，包括： 机场无源监视系统，用于对所述飞机进行定位监视；以及 飞机调度系统，根据所述机场无源监视系统提供的定位监视数据对所述飞机进行调 度， 其中，所述机场无源监视系统为权利要求1至8中任意一项所述的机场无源监视系统。
【专利摘要】本发明提供的机场无源监视系统，用于对使用机场的飞机进行定位监视，具有这样的特征，包括：至少四个信号接收处理站，分别用于对混合脉冲信号进行接收，并对脉冲前沿进行判定以得到前沿到达时刻；以及监视中心站，根据四个信号接收处理站的位置以及相对应的各个前沿到达时刻对飞机进行定位，包含：设定部，将四个信号接收处理站中任意一个设定为主站、另外三个设定为副站；定位部，基于每个副站与主站之间的前沿到达时刻的差值、并根据预定坐标系和预定定位规则测算出飞机的粗略位置；计算部，基于粗略位置计算出第一距离、第二距离以及夹角；以及判定控制部，根据第一距离、第二距离、夹角和粗略位置判定飞机的精确位置。
【IPC分类】G08G5/00
【公开号】CN104900091
【申请号】CN201510342749
【发明人】沈金良, 胡小禹, 刘琳, 刘明, 陆士良, 徐春辉, 阮巍, 姚世扬, 钱莉君
【申请人】中国电子科技集团公司第五十一研究所
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月19日
最新回复(0)