一种多管制中心之间数据融合与交换的系统的制作方法
一种多管制中心之间数据融合与交换的系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明设及一种数据融合与交换系统，具体设及一种多管制中屯、之间的数据融合 与交换系统。
【背景技术】
[000引民航空管系统经过20多年的建设，特别是经过"八五"、"九五"两个五年计划的建 设，一大批管制中屯、的ATC系统相继投入使用，使管制服务能力达到一个新水平，空管保障 能力有了根本性的提高，在保障飞行安全、正常和优质服务方面发挥着越来越突出和关键 的作用。特别是近年先后在北京终端区、北京区域、珠海终端区、广州区域、京广航路实施雷 达管制，产生了较好的经济效益和社会效益。
[0003] 随着中国民航的高速发展，民航飞行量不断增长，民航空管所面临的安全保障任 务系统越来越重，对空管保障系统的要求越来越高。然而，由于我国空管系统设备的"屯国 八制"现状，由不同国家和厂商提供各管制中屯、自动化系统间的数据不能相互交换和共享， 极大地影响了系统的容量和效率，使从程序管制到雷达管制的进程受到影响。随着民航空 管体制改革的进展，空管高空管制区数目将从现在的20多个减少到7个左右，随着Ξ大区域 管制中屯、、北京终端区等自动化系统的建立，有效地提高我国的空中交通管制能力，也是实 施雷达管制战略的重要战略步骤。为充分发挥管制中屯、的功能和作用，完成管制中屯、大区 域运行，如何实现管制中屯、间信息交换和数据融合将至关重要。
[0004] 为全面实施雷达管制战略，管制区间的自动移交，地区性的信息共享，全国飞行计 划处理(FDP)数据融合已成为民航空管管制Ξ个重要的步骤和需求。而实现"系统互联自 动、信息共享交互、数据一致同步"是空管自动化系统的发展趋势。
[000引"十一五"期间，中小型空管自动化系统实施国产化，开展我国自主知识产权的管 制中屯、间数据融合和交换技术研究，制定空管自动化系统数据融合和交换技术的相关技术 标准势在必行。国外，特别是欧洲，从上世纪90年代即开始了该方面的工作，在系统接口技 术规范和实现的多种通信协议的制定，W及在开发满足新的航空管制要求的ATC系统方面 做了大量的工作，实现了管制区域内和管制区域间飞行管制数据的无缝连接和管制移交， 取得了相当的技术成果，对实现"欧洲空间一体化"起到了极大地推动作用。
[0006] 现有的管制中屯、数据融合系统处理的数据相对片面，不能实时进行数据交换和融 合，如蒋乃欣等发表的"空管多雷达数据融合系统的设计与实现"（航空电子技术，2004年第 35卷第2期)和薛文安等发表的"民航ATC系统中交通信息的数据融合"（中国民航学院学报， 1997年第15卷第4期）。而各个管制中屯、的数据量很大，而处理数据是否全面、准确，数据是 否能实时交换融合无疑是空管效果好坏的决定因素，因此，本发明对民航空管管制中屯、之 间，特别是高空管制中屯、与中低空管制中屯、间的数据的融合和交换处理技术进行研究。
【发明内容】
[0007] 本发明所要解决的技术问题是：提供一种多管制中屯、之间的数据融合与交换系 统，实现管制中屯、间管制数据的实时交换和融合、管制服务的无缝连接。
[0008] 本发明的技术方案是:一种多管制中屯、之间的数据融合与交换系统，包括前端数 据处理子系统、融合和交换子系统;前端数据处理子系统通过对输入输出设备的控制，接收 多个管制中屯、的综合航迹和飞行数据，进行解析和数据质量监视，并把解析后的各通道数 据传送给融合和交换子系统;融合和交换子系统完成各管制中屯、间数据的融合处理、飞行 数据处理、飞行数据的关联处理，形成融合飞行数据和融合综合航迹;前端数据处理子系统 还将接收的融合和交换子系统输出的融合飞行数据和融合综合航迹通过物理接口输出到 与之相对应的管制中屯、系统前端。
[0009] 该数据融合与交换系统还包括数据模拟仿真子系统，对管制中屯、运行环境进行模 拟，仿真真实的管制中屯、所产生的数据，然后将所产生的综合航迹、雷达数据和报文数据通 过输出端口输出到其它子系统，作为整个数据融合与交换系统的基础数据源；同时还可W 通过输入端口接收其他子系统和其他管制中屯、发送的数据W进行交换和检测。
[0010] 前端数据处理子系统包括多通道数据处理接口、数据格式解析模块、数据格式组 装模块、数据质量检查模块、多通道航迹建立模块、多通道航迹显示模块、人机控制模块、内 部格式组装模块;多通道数据处理接口根据接入系统需求控制物理通信接口硬件，进行多 通道的并行数据输入和输出控制;数据格式解析模块接收多个通道的管制中屯、空管自动化 系统输出数据，根据数据格式进行解析;数据格式组装模块，对融合飞行数据和融合综合航 迹进行数据组装，通过多通道数据处理接口传送给各管制中屯、;数据质量检查模块，根据解 析的飞行航迹及飞行计划数据对前端数据处理子系统接收到的数据进行质量判别，提供 当前数据质量状态；多通道航迹建立模块，根据物理通道的设定建立并行的多通道数据存 储区，按照不同的接收通道，根据飞行目标存储所有飞行航迹和飞行计划数据；多通道航迹 显示模块，根据多通道航迹建立模块的飞行航迹数据，通过二维图形方式显示所有通道的 飞行航迹数据，同时建立并行显示机制，根据选择，对不同的通道数据同时进行显示；人机 控制模块，对人机交互过程进行控制；内部格式组装模块，对输入到前端数据处理子系统中 的综合航迹进行数据组装，通过网络统一传输到融合和交换子系统中。
[0011] 融合和交换子系统包括前端数据输入接口、空间配准模块、数据质量分析模块、时 间配准模块、数据关联模块、数据融合模块、融合数据显示模块、飞行数据过滤模块、飞行数 据分析模块、飞行数据转换模块、飞行数据显示模块、融合数据与飞行数据关联模块、数据 输出控制模块;前端数据输入接口，接收前端数据处理子系统输出到融合和交换子系统内 部局域网的监视数据、综合航迹数据运些系统内部格式数据，并根据数据类型发送至相应 模块进行处理;空间配准模块，消除坐标转换变形、管制中屯、系统误差运些固有误差对融合 效果的影响;数据质量分析模块，对经过空间配准的监视数据进行分析，采用聚类分析方法 将数据分为正常数据、滞后数据、异常数据，输出至相应的模块分别对各种质量状态的监视 数据进行处理;时间配准模块，采用最小二乘算法对经过数据质量分析模块判定为正常数 据的监视数据进行时间同步处理;数据关联模块，关联航迹与点迹数据，根据处理的监视数 据质量的不同分为正常数据关联和滞后数据关联两部分;数据融合模块，根据监视数据质 量的不同采用不同的数据融合方法分别进行融合处理，分为正常数据融合和滞后数据融合 两部分;融合数据显示模块，根据融合航迹数据，通过二维图形方式显示融合航迹数据；飞 行数据过滤模块，将输入的飞行数据进行过滤筛选，提取出所需要的信息；飞行数据分析模 块，对得到的信息进行分析，解析出能够与融合数据关联所需的数据项，w供生成综合航迹 使用;飞行数据转换模块，实现CRC验证算法的转换、报文开始和结束标示转换、时间显示格 式转换；飞行数据显示模块，根据飞行数据，通过界面方式显示信息；融合数据与飞行数据 关联模块，根据融合数据与飞行数据中呼号、飞行计划、飞行航迹对融合数据和飞行信息进 行关联，形成综合航迹数据;数据输出控制模块，控制系统内部监视数据、飞行数据W及综 合航迹数据的输出状态。
[0012] 融合和交换子系统中的空间配准模块采用下述方法实现:在一段时间内两管制中 屯、管制区域重叠区域有N个目标，对于第k个综合航迹数据有：
[0013]
[0014] 其中，N含2，k=l ,2,…,N，Xa,k、ya,k表示管制中屯、a的综合航迹目标在管制中屯、a的 局部坐标系下第k时刻的位置，xb,k、yb,读示管制中屯、b的综合航迹目标在管制中屯、b的局部 坐标系下第k时刻的位置，A。表示管制中屯、a的斜距偏差，03,k表示管制中屯、a在第k时刻的 方位角，即与正北的顺时针方向的夹角，ra,k表示管制中屯、a在第k时刻与综合航迹目标的斜 距，Δ 03表示管制中屯、a的方位角偏差，A η表示管制中屯、b的斜距偏差，9b,读示管制中屯、b 在第k时刻的方位角，即与正北的顺时针方向的夹角，η,读示管制中屯、b在第k时刻与综合 航迹目标的斜距，A 0b表示管制中屯、b的方位角偏差；
[0 015] 对N个综合航迹数据，有2N个方程，用矩阵形式表示2N个方程得：
[0016] z=Ax
[0017] 其中，X为各管制中屯、系统误差，Z表示管制中屯、间坐标差值向量，A为系数矩阵； [001 引
[0019] 运是一线性矛盾方程组的，其法方程为：
[0020] aV = A^z
[0021 ]即，x=(ATA 厂 IaTz [002引为计算方便，令：
[0028] 其中，上述各式中的Τ表示矩阵的转秩。
[0029] 数据模拟仿真子系统包括基础数据模块、脚本制作模块、数据控制模块、系统管理 模块、图形图像模块、算法模块;基础数据模块，将基本数据整理成系统库，为其他模块提供 必要的基础数据库;脚本制作模块，制作脚本，由自定义航路脚本、飞行姿态合成脚本和飞 行计划报文脚本Ξ个子模块组成;数据控制模块，对数据产生、发送和接收进行控制，数据 控制模块能够记录所有环境数据包括所有的收发情况，包括监视设备信息参数设置、数据 输出协议设置和数据输出质量控制；系统管理模块，对该数据模拟仿真子系统进行综合管 理，包括系统参数管理、项目的归档管理；图形图像模块，通过地图显示所模拟的管制中屯、 的信息，W及各个相关脚本的制作过程W及整个生命周期;算法模块，生成告警、冲突事件、 飞行动作和飞行计划所需要的数据。
[0030] 自定义航路脚本子模块能够实现用户任意设计飞行航路，然后让相应的飞机在该 航路上运行，通过设计飞行航路来实现相应的上升、下降、加速和减速。
[0031] 飞行姿态合成脚本子模块能够根据飞机的性能自由设计整个飞行路线，不同的飞 机性能产生不同的飞行航迹。
[0032] 飞行计划报文脚本子模块根据飞机的飞行性能参数、航路、时间在不同的位置定 义发出不同的飞行计划报文，同时可自动回复或人工回复电报，生成的内容也可W自动生 成电报或手工填写电报，飞行航路主要由固定航路库中的航路组成，不能修改经缔度，能修 改对应的巡航高度和速度。
[0033] 本发明与现有技术相比的优点在于：
[0034] 本发明的管制中屯、间数据交换和融合能够实时完成，实现了管制中屯、间管制服务 的无缝连接、管制的自动移交。保障了区域管制区内、区域管制区间不同ATC系统间雷达管 制任务的连续性和兼容性。
【附图说明】
[0035] 图1为本发明数据融合与交换系统第一实施例的结构图。
[0036] 图2为本发明数据融合与交换系统第二实施例的结构图。
[0037] 图3为本发明前端数据处理子系统结构图。
[0038] 图4为本发明融合和交换子系统结构图。
[0039] 图5为本发明数据模拟仿真子系统结构图。
[0040] 图6为DoD格式数据解析流程图。
[0041 ]图7为SMR格式数据解析流程图。
[0042] 图8为数据格式组装模块示意图。
【具体实施方式】
[0043] 下面结合附图对本发明做进一步的详细描述。
[0044] 如图1所示，本发明的第一实施例，一种多管制中屯、之间的数据融合与交换系统， 包括前端数据处理子系统、融合和交换子系统;前端数据处理子系统通过对输入输出设备 的控制，接收多个管制中屯、的综合航迹和飞行数据，进行解析和数据质量监视，并把解析后 的各通道数据传送给融合和交换子系统;融合和交换子系统完成各管制中屯、间数据的融合 处理、飞行数据处理、飞行数据的关联处理，形成融合飞行数据和融合综合航迹;前端数据 处理子系统还将接收的融合和交换子系统输出的融合飞行数据和融合综合航迹通过物理 接口输出到与之相对应的管制中屯、系统前端。
[0045] 如图3所示，本发明前端数据处理子系统结构图，所述前端数据处理子系统包括多 通道数据处理接口、数据格式解析模块、数据格式组装模块、数据质量检查模块、多通道航 迹建立模块、多通道航迹显示模块、人机控制模块、内部格式组装模块;多通道数据处理接 口根据接入系统需求控制物理通信接口硬件，进行多通道的并行数据输入和输出控制;数 据格式解析模块接收多个通道的管制中屯、空管自动化系统输出数据，根据数据格式进行解 析;数据格式组装模块，对融合飞行数据和融合综合航迹进行数据组装，通过多通道数据处 理接口传送给各管制中屯、;数据质量检查模块，根据解析的飞行航迹及飞行计划数据对前 端数据处理子系统接收到的数据进行质量判别，提供当前数据质量状态;多通道航迹建立 模块，根据物理通道的设定建立并行的多通道数据存储区，按照不同的接收通道，根据飞行 目标存储所有飞行航迹和飞行计划数据;多通道航迹显示模块，根据多通道航迹建立模块 的飞行航迹数据，通过二维图形方式显示所有通道的飞行航迹数据，同时建立并行显示机 审IJ，根据选择，对不同的通道数据同时进行显示;人机控制模块，对人机交互过程进行控制； 内部格式组装模块，对输入到前端数据处理子系统中的综合航迹进行数据组装，通过网络 统一传输到融合和交换子系统中。
[0046] 其中，内部格式包括数据项信息结构和航迹数据结构两部分。数据项信息结构如 表1所示，航迹数据结构如表2所示。
[0047] 表 1 Γ00481
[0051] 当前，各管制中屯、的空管自动化系统的输出数据物理接口各不相同，同时它们的 输出方式和协议也各不相同。Ξ大管制中屯、的THALES系统输出的D0D是采用X. 25方式，而 SMR综合数据采用的是TCP/IP的输出方式。安装在国内的雷神系统和当前国内空管系统生 产厂家的空管自动化系统的综合数据输出方式是HDLC方式。根据运种情况，本发明采用了 皿LC协议到TCP/IP协议转换设备(简称协议转换设备），作为它的物理接入设备。协议转换 设备支持HDLC和X. 25等接口方式，同时支持同时输入16个端口的能力。本发明采用了协议 转换设备和异步串口、TCP/IP相结合的输入方式，为提高系统的可靠性和稳定性，通过前端 数据处理程序统一把输出数据进行转换为网络数据。根据不同通道输入的数据进行实时的 数据格式解析和数据处理，并输入到融合和交换子系统进行数据融合处理。
[0052] D0D数据接口标准是Ξ大管制中屯、的抓R0CAT-X的提供商THALES制定的，数据来源 于肥SACC雷达数据处理(RDP)功能中产生雷达数据记录，飞行计划处理(抑P)功能中产生航 班数据记录，关联的自动监控(ADS)功能产生ADS数据记录。如图6所示的D0D数据报文解析， 根据D0D数据格式标准，对TRAK跟踪活动信息）、TDUP(跟踪数据更新）、TERM(跟踪结束)报 文进行解析，并根据其规则，建立航迹信息和其报文中所携带的飞行计划信息。
[0053] SMR数据接口标准是Ξ大管制中屯、的抓R0CAT-X的提供商THALES制定的，数据来源 于肥SACC雷达数据处理(畑P)功能中产生雷达数据记录，飞行数据处理(抑P)功能中产生飞 行数据记录。它的输出有非常精确的位置信息，有一部分飞行目标有计划信息。由于SMR的 数据中雷达数据和飞行计划数据采用不同的数据帖进行传送，在数据解析中，解析RDR和 FDR数据，并利用二次代码进行信息相关，建立统一的系统航迹。SMR数据解析的流程如图7 所示。
[0054] 如图8所示，数据格式组装模块，将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，具体包括：
[005引1)数据类型判定
[0056] 由于各管制中屯、接受的数据各不相同，本发明数据融合与交换系统可向管制中屯、 输出雷达、D0D、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组装数据 的数据类型。
[0057] 2)数据格式选择
[0058] 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W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。
[0059] 3)组装数据项
[0060] 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，匹配相应飞行信息，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。
[0061] 4)计算数据长度
[0062] 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。
[0063] 5)组装综合航迹数据
[0064] 根据选取的数据格式W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。
[0065] 如图4所示，本发明融合和交换子系统结构图，所述融合和交换子系统包括前端数 据输入接口、空间配准模块、数据质量分析模块、时间配准模块、数据关联模块、数据融合模 块、融合数据显示模块、飞行数据过滤模块、飞行数据分析模块、飞行数据转换模块、飞行数 据显示模块、融合数据与飞行数据关联模块、数据输出控制模块;前端数据输入接口，接收 前端数据处理子系统输出到融合和交换子系统内部局域网的监视数据、综合航迹数据运些 系统内部格式数据，并根据数据类型发送至相应模块进行处理;空间配准模块，消除坐标转 换变形、管制中屯、系统误差运些固有误差对融合效果的影响;数据质量分析模块，对经过空 间配准的监视数据进行分析，采用聚类分析方法将数据分为正常数据、滞后数据、异常数 据，输出至相应的模块分别对各种质量状态的监视数据进行处理;时间配准模块，采用最小 二乘算法对经过数据质量分析模块判定为正常数据的监视数据进行时间同步处理;数据关 联模块，关联航迹与点迹数据，根据处理的监视数据质量的不同分为正常数据关联和滞后 数据关联两部分;数据融合模块，根据监视数据质量的不同采用不同的数据融合方法分别 进行融合处理，分为正常数据融合和滞后数据融合两部分;融合数据显示模块，根据融合航 迹数据，通过二维图形方式显示融合航迹数据;飞行数据过滤模块，将输入的飞行数据进行 过滤筛选，提取出所需要的信息；飞行数据分析模块，对得到的信息进行分析，解析出能够 与融合数据关联所需的数据项，W供生成综合航迹使用；飞行数据转换模块，实现CRC验证 算法的转换、报文开始和结束标示转换、时间显示格式转换；飞行数据显示模块，根据飞行 数据，通过界面方式显示信息;融合数据与飞行数据关联模块，根据融合数据与飞行数据中 呼号、飞行计划、飞行航迹对融合数据和飞行信息进行关联，形成综合航迹数据;数据输出 控制模块，控制系统内部监视数据、飞行数据W及综合航迹数据的输出状态。
[0066] 管制中屯、输出的综合航迹数据主要存在两种类型的误差：随机误差和系统误差。 随机误差是由管制中屯、内各监视设备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w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，对各管 制中屯、进行误差补偿，从而消除配准误差，提高融合精度。
[0067] 由于数据有000、513、1拟008-03、6抓62等多种格式，一部分数据是用经缔度表示， 一部分数据是用直角或极坐标表示，因此要进行空间配准。空间配准，首先通过高精度经缔 度转换，将数据统一转换为直角坐标系形式，然后对各个管制中屯、的数据进行误差处理。在 空间配准过程中采用高斯-克吕格投影3°分带法进行坐标转换。误差处理包括随机误差处 理和系统误差处理。随机误差是由管制中屯、内各监视设备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W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，对各管制中屯、进行误差补偿，从而消除配准误差。本发明采用最小二乘法对系 统误差进行配准。
[0068] 融合和交换子系统中的空间配准模块，具体实现如下：
[0069] 在一段时间内两管制中屯、管制区域重叠区域有N个目标，对于第k个综合航迹数据 有：
[0070]
[0071 ] 其中，N > 2，k=l ,2,…,N，Xa,k、ya,k表示管制中屯、a的综合航迹目标在管制中屯、a的 局部坐标系下第k时刻的位置，xb,k、yb,读示管制中屯、b的综合航迹目标在管制中屯、b的局部 坐标系下第k时刻的位置，A。表示管制中屯、a的斜距偏差，03,k表示管制中屯、a在第k时刻的 方位角，即与正北的顺时针方向的夹角，ra,k表示管制中屯、a在第k时刻与综合航迹目标的斜 距，Δ 03表示管制中屯、a的方位角偏差，A η表示管制中屯、b的斜距偏差，9b,读示管制中屯、b 在第k时刻的方位角，即与正北的顺时针方向的夹角，η,读示管制中屯、b在第k时刻与综合 航迹目标的斜距，A 0b表示管制中屯、b的方位角偏差；
[0072] 对N个综合航迹数据，有2N个方程，用矩阵形式表示2N个方程得：
[0073] z=Ax
[0074] 其中，X为各管制中屯、系统误差，Z表示管制中屯、间坐标差值向量，A为系数矩阵。
[0075]
[0076]运是一线性矛盾方程组的，其法方程为：
[0085] 其中，上述各式中的T表示矩阵的转秩。
[0086] 跟踪口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 能源于目标两个部分。其中屯、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。
[0087] 本发明采用楠圆跟踪口，设丫为楠圆跟踪口《的口限大小，如果综合航迹数据Zk 满足
[008引
[0089] 则Zk为候选回波。上式即是楠圆跟踪口规则。
[0090] 根据楠圆跟踪口规则，可W确定其极大似然口限丫 0，W使得位于跟踪口内的正确 回波最大可能来自被跟踪的目标，而不是多余回波。最优跟踪口限丫 0的表达式为：
[0091]
[0092] 式中，Pd为检测概率，β为新回波密度，Μ为观测维数，I S|为残差协方差矩阵的行列 式。
[0093] 如果一个回波落入该目标的跟踪口内，则此回波直接用于航迹更新;如果多于一 个W上的回波落在被跟踪目标的跟踪口内，那么通过跟踪口逻辑可W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。
[0094] 数据关联模块，采用楠圆跟踪口和最短路径方法关联航迹与点迹数据。
[0095] 由于现阶段各管制中屯、对航空器目标的监视相互独立，管制中屯、输出综合航迹数 据信息的周期往往不相同，因此各管制中屯、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。本发明采用最小二乘时间 配准法对不同管制中屯、输出的综合数据进行时间同步运算。
[0096]设a、b为相邻的管制中屯、，其综合航迹数据输出周期分别为τ和T1，且两者之比为 τ : Τ1 =η，如果管制中屯、a对目标状态最近一次综合航迹输出时刻为化-1)τ，下一次综合航 迹输出时刻为化-1)τ+ηΤ1，运就意味着管制中屯、a连续两次对目标状态综合航迹输出之间 管制中屯、b有η次综合航迹输出。采用最小二乘法对运η次综合航迹数据进行融合，来消除由 于时间偏差而引起的各管制中屯、综合航迹输出的不同步，从而消除时间偏差对多管制中屯、 间综合航迹数据融合造成的影响。
[0097]用Ζη = [ Ζ1，Ζ2，· · ·，Ζη] Τ表示化-1)至k时刻管制中屯、b的η次综合航迹数据构成的集 合，Ζη和k时刻管制中屯、a的量测值同步，若用二[2, if表示Ζ1，Ζ2，…，Ζη融合W后的综合航 迹数据及其导数构成的列向量，则管制中屯、b的综合航迹数据Zi可W表示成
[009引 & = ζ + .η)71'ζ+κ，? = .1,,2，...，巧，
[0099] 其中：Vi表示综合航迹数据的噪声。
[0100] 将上式改写成向量形式为：
[0101]
[01 0引其中:Vn = [ VI，V2，…，Vn]T，其均值为零，协方差阵为：CW化」=施如式，和...，切， 请:;为融合W前的位置量测噪声方差，同时
[0115]其中：
，上述各公式中的T表示矩阵的转秩。
[0116]采用该方法可W有效的对各管制中屯、输出的综合航迹数据进行时间同步处理，为 综合航迹数据的融合作 好准备。
[0117]本发明采用联邦算法融合-重置式结构（fusion-reset mode,FR)对正常数据进行 融合处理。
[0118] 联邦滤波器是一种具有两级结构的分散化滤波方法，他有若干个子滤波器和一个 主滤波器组成，各个子滤波器独立地进行时间更新和测量更新。主滤波器的功能有：
[0119] (1)进行时间更新；（2)将各个滤波器的结果进行融合，融合后的结果可反馈到各 个滤波器，作为下一个处理周期的初值。
[0120] 参融合-重置式结构（fusion-reset mode,FR)
[0121] (1)信息分配过程：
[012引其中：βι〉0，βι是信息分配系数，并且
[0126] (2)信息的时间更新：
[0127] 时间更新过程在各管制中屯、和本发明数据融合与交换系统之间独立进行 [012 引
[0129] (3)量测更新：
[0130] 本发明数据融合与交换系统没有量测，量测更新只在各个管制中屯、中进行
[0131]
[0132] (4)信息融合：
[0133] 将各个管制中屯、的局部估计信息(综合航迹数据)按下式进行融合
[0134]
[0135] 上述各公式中，是的协方差阵，是第k时刻融合后的综合航迹数据估计值，是第k时 刻的状态向量，是的协方差阵，是第个管制中屯、在第k时刻对第K+1时刻的综合航迹数据估 计;是状态转移矩阵，是第个管制中屯、在第k时刻的综合航迹数据估计，是第个管制中屯、第k + 1时刻的状态向量估计，是的协方差阵，是的协方差阵，是第个管制中屯、量测误差协方差， 是第个管制中屯、的量测矩阵，是第个管制中屯、的综合航迹数据，即量测数据;是的协方差 阵，是数据融合模块对各管制中屯、的局部综合航迹数据融合后的全局最优的综合航迹数据 估计，上述各公式中的T表示矩阵的转秩。
[0136] 本发明采用非顺序数据异步融合算法对滞后数据进行融合处理。
[0137] 通常从不同管制中屯、传送扫描到本发明数据融合与交换系统时，由于数据率较 高，网络传输存在随机的时间滞后，且各管制中屯、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发明数据融合与交换系统的情况 有可能发生，运就是非顺序数据的情形。
[0138] 对一个目标进行跟踪，其动态方程可W用随机微分方程表示为：
[0139] dX(t) = A(t)X(t)dt+〇(t)dC(t)
[0140] 其中：X(t)er;A(t)，〇(t)是适当维数的系数矩阵；ξα)是具有零均值和单位增 量协方差阵的Wiener过程;R表示实数，t表示时间，η是自然数，η表示实数向量空间。
[0141] 设〇(t，s)是A(t)对应的状态转移矩阵，S为各管制中屯、综合航迹数据到达本发明 数据融合与交换系统的最大滞后时间，T2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：
[0142] Xk = X(tk) =巫 k,k-iXk-i+Wk,k-i
[0143] 其中；
[0144] 巫k,k-i=巫（tk，tk-i)
[0145] tk = kT2
[0146]
[0147] 易知，Wk,k-i的协方差阵为：
[014 引
[0149] 从而管制中屯、综合航迹数据Zk的方程为:Zk =化Xk+Vk
[0150] 其中：Vk是均值为零，协方差阵为化的白色噪声，Hk表示管制中屯、第k时刻的巧慢矩 阵，k为正整数，T表示矩阵的转秩。
[0151] 假设来自时刻td的综合航迹数据zd为步滞后的步数1，也就是说tk-i<td<tk-i+i，其 中，1。<3。可W得到：
[015引在时亥ljt = tk的和?川，得到来自时刻td的较早的综合航迹数据
[0156] zd =出 Xd+Vd
[0157] 用运个综合航迹数据来更新左^1,沛Pk I k。
[0158] 上述公式中，为管制中屯、系统量测矩阵，是管制中屯、系统量测噪声向量，且是0均 值的高斯白噪声；表示第k时刻的综合航迹数据估计，Pkik为龙的协方差。
[0159] 如图2所示，本发明的第二实施例，该系统还包括数据模拟仿真子系统，对管制中 屯、运行环境进行模拟，仿真真实的管制中屯、所产生的数据，然后将所产生的综合航迹、雷达 数据和报文数据通过输出端口输出到其它子系统，作为整个数据融合与交换系统的基础数 据源；同时还可W通过输入端口接收其他子系统和其他管制中屯、发送的数据W进行交换和 检测。
[0160] 如图5所示，本发明数据模拟仿真子系统结构图，所述数据模拟仿真子系统包括基 础数据模块、脚本制作模块、数据控制模块、系统管理模块、图形图像模块、算法模块。
[0161] 基础数据模块，该模块主要是对基本数据整理成系统库，为其他模块提供必要的 基础数据库，主要包括：固定航路、固定航路点、飞行器类型、GIS数据、机场参数和发报参 数。固定航路、固定航路点由国家规定的现有实际飞行航路和航路点而来，固定航路点由名 称、经缔度组成，固定航路由名称和固定航路点信息组成；飞行器类型包括常用的军民航飞 行器，主要由飞行器的名称、类型、巡航速度、爬升率、转弯率等信息组成;GIS数据作为系统 的背景数据由全国地图信息组成，目的是直观的呈现出相关的地理信息，主要包括:全国 (或全球)地图、管制区、管制区边界、告警区、禁飞区、RVSM区、塔台区、马赛克区等;机场参 数包含了全国的机场名称、经缔度、该机场四字代码、备用机场的四字代码、进离场程序和 跑道信息等;发报参数主要是飞行计划所需的一些基础参数，主要包括各个收发报中屯、的 收发报地址等信息。
[0162] 脚本制作模块，制作脚本，由自定义航路脚本、飞行姿态合成脚本和飞行计划报文 脚本Ξ个子模块组成。
[0163] 自定义航路脚本子模块能够实现用户任意设计飞行航路，然后让相应的飞机在该 航路上运行，通过设计飞行航路来实现相应的上升、下降、加速和减速。
[0164] 飞行姿态合成脚本子模块能够根据飞机的性能自由设计整个飞行路线，不同的飞 机性能产生不同的飞行航迹。
[0165] 飞行计划报文脚本子模块根据飞机的飞行性能参数、航路、时间在不同的位置定 义发出不同的飞行计划报文，同时可自动回复或人工回复电报，生成的内容也可W自动生 成电报或手工填写电报，飞行航路主要由固定航路库中的航路组成，不能修改经缔度，能修 改对应的巡航高度和速度。
[0166] 数据控制模块，对数据产生、发送和接收进行控制，数据控制模块能够记录所有环 境数据包括所有的收发情况，包括监视设备信息参数设置、数据输出协议设置和数据输出 质量控制。该模块能够产生多雷达数据、D0D数据、Μ朋3综合航迹、ADS-B等，也能根据飞行计 划脚本产生飞行计划数据；同时能够在内部网络输出每一航迹的剧本参数和每一部输出雷 达航迹数据到"估评系统"，通过串口发出飞行计划数据;该模块还能接收相应的飞行计划。
[0167] 系统管理模块，对该子系统进行综合管理，包括系统参数管理、项目的归档管理， 能够完成管制中屯、信息的归档优化。
[0168] 图形图像模块，通过地图显示所模拟的管制中屯、的信息，W及各个相关脚本的制 作过程W及整个生命周期。
[0169] 算法模块，生成告警、冲突事件、飞行动作和飞行计划所需要的数据。
[0170] 本发明W先进的Ξ大管制中屯、为基础，确立管制中屯、间数据融合和交换技术方 案，开展雷达数据融合/飞行计划数据交换传输技术、管制中屯、间数据融合/交换接口技术、 ATC系统互联技术、管制中间数据仿真、监测检测评估技术研究和管制设施间AIDC规范应用 性研究，统一空管自动化系统功能和配置标准、雷达管制设备配置标准、空管动态报文自动 处理标准，研制自动化系统数据融合交换确认验证工具和报文监测工具，降化报文出错率， 推动了基于AIDC(ATS Intei^facility Data Communications)的自动移交进 程，逐步实现 从管制中屯、间管制移交信息自动交互到飞行数据共享，最终实现了系统间紧密禪合的FDP 融合。
【主权项】
1. 一种多管制中心之间的数据融合与交换系统，其特征在于，包括前端数据处理子系 统、融合和交换子系统； 前端数据处理子系统通过对输入输出设备的控制，接收多个管制中心的综合航迹和飞 行数据，进行解析和数据质量监视，并把解析后的各通道数据传送给融合和交换子系统； 融合和交换子系统完成各管制中心间数据的融合处理、飞行数据处理、飞行数据的关 联处理，形成融合飞行数据和融合综合航迹； 前端数据处理子系统还将接收的融合和交换子系统输出的融合飞行数据和融合综合 航迹通过物理接口输出到与之相对应的管制中心系统前端。2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述融合和交换子系统包括前端数据输入 接口、空间配准模块、数据质量分析模块、时间配准模块、数据关联模块、数据融合模块、融 合数据显示模块、飞行数据过滤模块、飞行数据分析模块、飞行数据转换模块、飞行数据显 示模块、融合数据与飞行数据关联模块、数据输出控制模块； 前端数据输入接口，接收前端数据处理子系统输出到融合和交换子系统内部局域网的 监视数据、综合航迹数据这些系统内部格式数据，并根据数据类型发送至相应模块进行处 理； 空间配准模块，消除坐标转换变形、管制中心系统误差这些固有误差对融合效果的影 响； 数据质量分析模块，对经过空间配准的监视数据进行分析，采用聚类分析方法将数据 分为正常数据、滞后数据、异常数据，输出至相应的模块分别对各种质量状态的监视数据进 行处理； 时间配准模块，采用最小二乘算法对经过数据质量分析模块判定为正常数据的监视数 据进行时间同步处理； 数据关联模块，关联航迹与点迹数据，根据处理的监视数据质量的不同分为正常数据 关联和滞后数据关联两部分； 数据融合模块，根据监视数据质量的不同采用不同的数据融合方法分别进行融合处 理，分为正常数据融合和滞后数据融合两部分； 融合数据显示模块，根据融合航迹数据，通过二维图形方式显示融合航迹数据;飞行数 据过滤模块，将输入的飞行数据进行过滤筛选，提取出所需要的信息； 飞行数据分析模块，对得到的信息进行分析，解析出能够与融合数据关联所需的数据 项，以供生成综合航迹使用； 飞行数据转换模块，实现CRC验证算法的转换、报文开始和结束标示转换、时间显示格 式转换； 飞行数据显示模块，根据飞行数据，通过界面方式显示信息； 融合数据与飞行数据关联模块，根据融合数据与飞行数据中呼号、飞行计划、飞行航迹 对融合数据和飞行信息进行关联，形成综合航迹数据； 数据输出控制模块，控制系统内部监视数据、飞行数据以及综合航迹数据的输出状态。3. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统还包括数据模拟仿真子系统，对管 制中心运行环境进行模拟，仿真真实的管制中心所产生的数据，然后将所产生的综合航迹、 雷达数据和报文数据通过输出端口输出到其它子系统，作为整个数据融合与交换系统的基 础数据源；同时还可以通过输入端口接收其他子系统和其他管制中心发送的数据以进行交 换和检测。4. 根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，前端数据处理子系统包括多通道数据 处理接口、数据格式解析模块、数据格式组装模块、数据质量检查模块、多通道航迹建立模 块、多通道航迹显示模块、人机控制模块、内部格式组装模块； 多通道数据处理接口根据接入系统需求控制物理通信接口硬件，进行多通道的并行数 据输入和输出控制； 数据格式解析模块接收多个通道的管制中心空管自动化系统输出数据，根据数据格式 进行解析； 数据格式组装模块，对融合飞行数据和融合综合航迹进行数据组装，通过多通道数据 处理接口传送给各管制中心； 数据质量检查模块，根据解析的飞行航迹及飞行计划数据对前端数据处理子系统接收 到的数据进行质量判别，提供当前数据质量状态； 多通道航迹建立模块，根据物理通道的设定建立并行的多通道数据存储区，按照不同 的接收通道，根据飞行目标存储所有飞行航迹和飞行计划数据； 多通道航迹显示模块，根据多通道航迹建立模块的飞行航迹数据，通过二维图形方式 显示所有通道的飞行航迹数据，同时建立并行显示机制，根据选择，对不同的通道数据同时 进行显示； 人机控制模块，对人机交互过程进行控制；内部格式组装模块，对输入到前端数据处理 子系统中的综合航迹进行数据组装，通过网络统一传输到融合和交换子系统中。5. 根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，融合和交换子系统中的空间配准模块 采用下述方法实现:在一段时间内两管制中心管制区域重叠区域有N个目标，对于第k个综 合航迹数据有：其中，N2 2，k=l，2,…，1^3,1<、73,1<表示管制中心3的综合航迹目标在管制中心3的局部 坐标系下第k时刻的位置，Xb,k、yb,k表示管制中心b的综合航迹目标在管制中心b的局部坐标 系下第k时刻的位置，Δ ra表示管制中心a的斜距偏差，0a,k表示管制中心 a在第k时刻的方位 角，即与正北的顺时针方向的夹角，ra,k表示管制中心a在第k时刻与综合航迹目标的斜距， A 0a表示管制中心a的方位角偏差，Δ rb表示管制中心b的斜距偏差，0b,k表示管制中心b在第 k时刻的方位角，即与正北的顺时针方向的夹角，r b, k表示管制中心b在第k时刻与综合航迹 目标的斜距，A 0b表示管制中心b的方位角偏差； 对N个综合航迹数据，有2N个方程，用矩阵形式表示2N个方程如下： Z=Ax 其中，X为各管制中心系统误差，Z表示管制中心间坐标差值向量，A为系数矩阵；这是一线性矛盾方程组的，其法方程为：则= X = IT1C, 其中，上述各式中的T表示矩阵的转秩。6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，数据模拟仿真子系统包括基础数据模块、 脚本制作模块、数据控制模块、系统管理模块、图形图像模块、算法模块； 基础数据模块，将基本数据整理成系统库，为其他模块提供必要的基础数据库； 脚本制作模块，制作脚本，由自定义航路脚本、飞行姿态合成脚本和飞行计划报文脚本 三个子模块组成； 数据控制模块，对数据产生、发送和接收进行控制，数据控制模块能够记录所有环境数 据包括所有的收发情况，包括监视设备信息参数设置、数据输出协议设置和数据输出质量 控制； 系统管理模块，对该数据模拟仿真子系统进行综合管理，包括系统参数管理、项目的归 档管理； 图形图像模块，通过地图显示所模拟的管制中心的信息，以及各个相关脚本的制作过 程以及整个生命周期;算法模块，生成告警、冲突事件、飞行动作和飞行计划所需要的数据。7. 根据权利要求6所述的系统，其特征在于，自定义航路脚本子模块能够实现用户任意 设计飞行航路，然后让相应的飞机在该航路上运行，通过设计飞行航路来实现相应的上升、 下降、加速和减速。8. 根据权利要求6所述的系统，其特征在于，飞行姿态合成脚本子模块能够根据飞机的 性能自由设计整个飞行路线，不同的飞机性能产生不同的飞行航迹。9. 根据权利要求6所述的系统，其特征在于:飞行计划报文脚本子模块根据飞机的飞行 性能参数、航路、时间在不同的位置定义发出不同的飞行计划报文，同时能自动回复或人工 回复电报，生成的内容能自动生成电报或手工填写电报，飞行航路主要由固定航路库中的 航路组成，不能修改经炜度，能修改对应的巡航高度和速度。
【专利摘要】本发明涉及一种多管制中心之间的数据融合与交换系统，包括前端数据处理子系统、融合和交换子系统。前端数据处理子系统通过对输入输出设备的控制，接收多个管制中心的综合航迹和飞行数据，进行解析和数据质量监视，并把解析后的各通道数据传送给融合和交换子系统；融合和交换子系统完成各管制中心间数据的融合处理、飞行数据处理、飞行数据的关联处理，形成融合飞行数据和融合综合航迹。本发明的管制中心间数据交换和融合能够实时完成，实现了管制中心间管制服务的无缝连接、管制的自动移交。保障了区域管制区内、区域管制区间不同ATC系统间雷达管制任务的连续性和兼容性。
【IPC分类】H04L29/08
【公开号】CN105491122
【申请号】CN201510875515
【发明人】杨晓嘉, 郭宁, 叶家全, 邹杰, 杜辉, 罗启铭
【申请人】中国民用航空总局第二研究所
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月2日
【技术领域】
[0001]本发明设及一种数据融合与交换系统，具体设及一种多管制中屯、之间的数据融合 与交换系统。
【背景技术】
[000引民航空管系统经过20多年的建设，特别是经过"八五"、"九五"两个五年计划的建 设，一大批管制中屯、的ATC系统相继投入使用，使管制服务能力达到一个新水平，空管保障 能力有了根本性的提高，在保障飞行安全、正常和优质服务方面发挥着越来越突出和关键 的作用。特别是近年先后在北京终端区、北京区域、珠海终端区、广州区域、京广航路实施雷 达管制，产生了较好的经济效益和社会效益。
[0003] 随着中国民航的高速发展，民航飞行量不断增长，民航空管所面临的安全保障任 务系统越来越重，对空管保障系统的要求越来越高。然而，由于我国空管系统设备的"屯国 八制"现状，由不同国家和厂商提供各管制中屯、自动化系统间的数据不能相互交换和共享， 极大地影响了系统的容量和效率，使从程序管制到雷达管制的进程受到影响。随着民航空 管体制改革的进展，空管高空管制区数目将从现在的20多个减少到7个左右，随着Ξ大区域 管制中屯、、北京终端区等自动化系统的建立，有效地提高我国的空中交通管制能力，也是实 施雷达管制战略的重要战略步骤。为充分发挥管制中屯、的功能和作用，完成管制中屯、大区 域运行，如何实现管制中屯、间信息交换和数据融合将至关重要。
[0004] 为全面实施雷达管制战略，管制区间的自动移交，地区性的信息共享，全国飞行计 划处理(FDP)数据融合已成为民航空管管制Ξ个重要的步骤和需求。而实现"系统互联自 动、信息共享交互、数据一致同步"是空管自动化系统的发展趋势。
[000引"十一五"期间，中小型空管自动化系统实施国产化，开展我国自主知识产权的管 制中屯、间数据融合和交换技术研究，制定空管自动化系统数据融合和交换技术的相关技术 标准势在必行。国外，特别是欧洲，从上世纪90年代即开始了该方面的工作，在系统接口技 术规范和实现的多种通信协议的制定，W及在开发满足新的航空管制要求的ATC系统方面 做了大量的工作，实现了管制区域内和管制区域间飞行管制数据的无缝连接和管制移交， 取得了相当的技术成果，对实现"欧洲空间一体化"起到了极大地推动作用。
[0006] 现有的管制中屯、数据融合系统处理的数据相对片面，不能实时进行数据交换和融 合，如蒋乃欣等发表的"空管多雷达数据融合系统的设计与实现"（航空电子技术，2004年第 35卷第2期)和薛文安等发表的"民航ATC系统中交通信息的数据融合"（中国民航学院学报， 1997年第15卷第4期）。而各个管制中屯、的数据量很大，而处理数据是否全面、准确，数据是 否能实时交换融合无疑是空管效果好坏的决定因素，因此，本发明对民航空管管制中屯、之 间，特别是高空管制中屯、与中低空管制中屯、间的数据的融合和交换处理技术进行研究。
【发明内容】
[0007] 本发明所要解决的技术问题是：提供一种多管制中屯、之间的数据融合与交换系 统，实现管制中屯、间管制数据的实时交换和融合、管制服务的无缝连接。
[0008] 本发明的技术方案是:一种多管制中屯、之间的数据融合与交换系统，包括前端数 据处理子系统、融合和交换子系统;前端数据处理子系统通过对输入输出设备的控制，接收 多个管制中屯、的综合航迹和飞行数据，进行解析和数据质量监视，并把解析后的各通道数 据传送给融合和交换子系统;融合和交换子系统完成各管制中屯、间数据的融合处理、飞行 数据处理、飞行数据的关联处理，形成融合飞行数据和融合综合航迹;前端数据处理子系统 还将接收的融合和交换子系统输出的融合飞行数据和融合综合航迹通过物理接口输出到 与之相对应的管制中屯、系统前端。
[0009] 该数据融合与交换系统还包括数据模拟仿真子系统，对管制中屯、运行环境进行模 拟，仿真真实的管制中屯、所产生的数据，然后将所产生的综合航迹、雷达数据和报文数据通 过输出端口输出到其它子系统，作为整个数据融合与交换系统的基础数据源；同时还可W 通过输入端口接收其他子系统和其他管制中屯、发送的数据W进行交换和检测。
[0010] 前端数据处理子系统包括多通道数据处理接口、数据格式解析模块、数据格式组 装模块、数据质量检查模块、多通道航迹建立模块、多通道航迹显示模块、人机控制模块、内 部格式组装模块;多通道数据处理接口根据接入系统需求控制物理通信接口硬件，进行多 通道的并行数据输入和输出控制;数据格式解析模块接收多个通道的管制中屯、空管自动化 系统输出数据，根据数据格式进行解析;数据格式组装模块，对融合飞行数据和融合综合航 迹进行数据组装，通过多通道数据处理接口传送给各管制中屯、;数据质量检查模块，根据解 析的飞行航迹及飞行计划数据对前端数据处理子系统接收到的数据进行质量判别，提供 当前数据质量状态；多通道航迹建立模块，根据物理通道的设定建立并行的多通道数据存 储区，按照不同的接收通道，根据飞行目标存储所有飞行航迹和飞行计划数据；多通道航迹 显示模块，根据多通道航迹建立模块的飞行航迹数据，通过二维图形方式显示所有通道的 飞行航迹数据，同时建立并行显示机制，根据选择，对不同的通道数据同时进行显示；人机 控制模块，对人机交互过程进行控制；内部格式组装模块，对输入到前端数据处理子系统中 的综合航迹进行数据组装，通过网络统一传输到融合和交换子系统中。
[0011] 融合和交换子系统包括前端数据输入接口、空间配准模块、数据质量分析模块、时 间配准模块、数据关联模块、数据融合模块、融合数据显示模块、飞行数据过滤模块、飞行数 据分析模块、飞行数据转换模块、飞行数据显示模块、融合数据与飞行数据关联模块、数据 输出控制模块;前端数据输入接口，接收前端数据处理子系统输出到融合和交换子系统内 部局域网的监视数据、综合航迹数据运些系统内部格式数据，并根据数据类型发送至相应 模块进行处理;空间配准模块，消除坐标转换变形、管制中屯、系统误差运些固有误差对融合 效果的影响;数据质量分析模块，对经过空间配准的监视数据进行分析，采用聚类分析方法 将数据分为正常数据、滞后数据、异常数据，输出至相应的模块分别对各种质量状态的监视 数据进行处理;时间配准模块，采用最小二乘算法对经过数据质量分析模块判定为正常数 据的监视数据进行时间同步处理;数据关联模块，关联航迹与点迹数据，根据处理的监视数 据质量的不同分为正常数据关联和滞后数据关联两部分;数据融合模块，根据监视数据质 量的不同采用不同的数据融合方法分别进行融合处理，分为正常数据融合和滞后数据融合 两部分;融合数据显示模块，根据融合航迹数据，通过二维图形方式显示融合航迹数据；飞 行数据过滤模块，将输入的飞行数据进行过滤筛选，提取出所需要的信息；飞行数据分析模 块，对得到的信息进行分析，解析出能够与融合数据关联所需的数据项，w供生成综合航迹 使用;飞行数据转换模块，实现CRC验证算法的转换、报文开始和结束标示转换、时间显示格 式转换；飞行数据显示模块，根据飞行数据，通过界面方式显示信息；融合数据与飞行数据 关联模块，根据融合数据与飞行数据中呼号、飞行计划、飞行航迹对融合数据和飞行信息进 行关联，形成综合航迹数据;数据输出控制模块，控制系统内部监视数据、飞行数据W及综 合航迹数据的输出状态。
[0012] 融合和交换子系统中的空间配准模块采用下述方法实现:在一段时间内两管制中 屯、管制区域重叠区域有N个目标，对于第k个综合航迹数据有：
[0013]
[0014] 其中，N含2，k=l ,2,…,N，Xa,k、ya,k表示管制中屯、a的综合航迹目标在管制中屯、a的 局部坐标系下第k时刻的位置，xb,k、yb,读示管制中屯、b的综合航迹目标在管制中屯、b的局部 坐标系下第k时刻的位置，A。表示管制中屯、a的斜距偏差，03,k表示管制中屯、a在第k时刻的 方位角，即与正北的顺时针方向的夹角，ra,k表示管制中屯、a在第k时刻与综合航迹目标的斜 距，Δ 03表示管制中屯、a的方位角偏差，A η表示管制中屯、b的斜距偏差，9b,读示管制中屯、b 在第k时刻的方位角，即与正北的顺时针方向的夹角，η,读示管制中屯、b在第k时刻与综合 航迹目标的斜距，A 0b表示管制中屯、b的方位角偏差；
[0 015] 对N个综合航迹数据，有2N个方程，用矩阵形式表示2N个方程得：
[0016] z=Ax
[0017] 其中，X为各管制中屯、系统误差，Z表示管制中屯、间坐标差值向量，A为系数矩阵； [001 引
[0019] 运是一线性矛盾方程组的，其法方程为：
[0020] aV = A^z
[0021 ]即，x=(ATA 厂 IaTz [002引为计算方便，令：
[0028] 其中，上述各式中的Τ表示矩阵的转秩。
[0029] 数据模拟仿真子系统包括基础数据模块、脚本制作模块、数据控制模块、系统管理 模块、图形图像模块、算法模块;基础数据模块，将基本数据整理成系统库，为其他模块提供 必要的基础数据库;脚本制作模块，制作脚本，由自定义航路脚本、飞行姿态合成脚本和飞 行计划报文脚本Ξ个子模块组成;数据控制模块，对数据产生、发送和接收进行控制，数据 控制模块能够记录所有环境数据包括所有的收发情况，包括监视设备信息参数设置、数据 输出协议设置和数据输出质量控制；系统管理模块，对该数据模拟仿真子系统进行综合管 理，包括系统参数管理、项目的归档管理；图形图像模块，通过地图显示所模拟的管制中屯、 的信息，W及各个相关脚本的制作过程W及整个生命周期;算法模块，生成告警、冲突事件、 飞行动作和飞行计划所需要的数据。
[0030] 自定义航路脚本子模块能够实现用户任意设计飞行航路，然后让相应的飞机在该 航路上运行，通过设计飞行航路来实现相应的上升、下降、加速和减速。
[0031] 飞行姿态合成脚本子模块能够根据飞机的性能自由设计整个飞行路线，不同的飞 机性能产生不同的飞行航迹。
[0032] 飞行计划报文脚本子模块根据飞机的飞行性能参数、航路、时间在不同的位置定 义发出不同的飞行计划报文，同时可自动回复或人工回复电报，生成的内容也可W自动生 成电报或手工填写电报，飞行航路主要由固定航路库中的航路组成，不能修改经缔度，能修 改对应的巡航高度和速度。
[0033] 本发明与现有技术相比的优点在于：
[0034] 本发明的管制中屯、间数据交换和融合能够实时完成，实现了管制中屯、间管制服务 的无缝连接、管制的自动移交。保障了区域管制区内、区域管制区间不同ATC系统间雷达管 制任务的连续性和兼容性。
【附图说明】
[0035] 图1为本发明数据融合与交换系统第一实施例的结构图。
[0036] 图2为本发明数据融合与交换系统第二实施例的结构图。
[0037] 图3为本发明前端数据处理子系统结构图。
[0038] 图4为本发明融合和交换子系统结构图。
[0039] 图5为本发明数据模拟仿真子系统结构图。
[0040] 图6为DoD格式数据解析流程图。
[0041 ]图7为SMR格式数据解析流程图。
[0042] 图8为数据格式组装模块示意图。
【具体实施方式】
[0043] 下面结合附图对本发明做进一步的详细描述。
[0044] 如图1所示，本发明的第一实施例，一种多管制中屯、之间的数据融合与交换系统， 包括前端数据处理子系统、融合和交换子系统;前端数据处理子系统通过对输入输出设备 的控制，接收多个管制中屯、的综合航迹和飞行数据，进行解析和数据质量监视，并把解析后 的各通道数据传送给融合和交换子系统;融合和交换子系统完成各管制中屯、间数据的融合 处理、飞行数据处理、飞行数据的关联处理，形成融合飞行数据和融合综合航迹;前端数据 处理子系统还将接收的融合和交换子系统输出的融合飞行数据和融合综合航迹通过物理 接口输出到与之相对应的管制中屯、系统前端。
[0045] 如图3所示，本发明前端数据处理子系统结构图，所述前端数据处理子系统包括多 通道数据处理接口、数据格式解析模块、数据格式组装模块、数据质量检查模块、多通道航 迹建立模块、多通道航迹显示模块、人机控制模块、内部格式组装模块;多通道数据处理接 口根据接入系统需求控制物理通信接口硬件，进行多通道的并行数据输入和输出控制;数 据格式解析模块接收多个通道的管制中屯、空管自动化系统输出数据，根据数据格式进行解 析;数据格式组装模块，对融合飞行数据和融合综合航迹进行数据组装，通过多通道数据处 理接口传送给各管制中屯、;数据质量检查模块，根据解析的飞行航迹及飞行计划数据对前 端数据处理子系统接收到的数据进行质量判别，提供当前数据质量状态;多通道航迹建立 模块，根据物理通道的设定建立并行的多通道数据存储区，按照不同的接收通道，根据飞行 目标存储所有飞行航迹和飞行计划数据;多通道航迹显示模块，根据多通道航迹建立模块 的飞行航迹数据，通过二维图形方式显示所有通道的飞行航迹数据，同时建立并行显示机 审IJ，根据选择，对不同的通道数据同时进行显示;人机控制模块，对人机交互过程进行控制； 内部格式组装模块，对输入到前端数据处理子系统中的综合航迹进行数据组装，通过网络 统一传输到融合和交换子系统中。
[0046] 其中，内部格式包括数据项信息结构和航迹数据结构两部分。数据项信息结构如 表1所示，航迹数据结构如表2所示。
[0047] 表 1 Γ00481
[0051] 当前，各管制中屯、的空管自动化系统的输出数据物理接口各不相同，同时它们的 输出方式和协议也各不相同。Ξ大管制中屯、的THALES系统输出的D0D是采用X. 25方式，而 SMR综合数据采用的是TCP/IP的输出方式。安装在国内的雷神系统和当前国内空管系统生 产厂家的空管自动化系统的综合数据输出方式是HDLC方式。根据运种情况，本发明采用了 皿LC协议到TCP/IP协议转换设备(简称协议转换设备），作为它的物理接入设备。协议转换 设备支持HDLC和X. 25等接口方式，同时支持同时输入16个端口的能力。本发明采用了协议 转换设备和异步串口、TCP/IP相结合的输入方式，为提高系统的可靠性和稳定性，通过前端 数据处理程序统一把输出数据进行转换为网络数据。根据不同通道输入的数据进行实时的 数据格式解析和数据处理，并输入到融合和交换子系统进行数据融合处理。
[0052] D0D数据接口标准是Ξ大管制中屯、的抓R0CAT-X的提供商THALES制定的，数据来源 于肥SACC雷达数据处理(RDP)功能中产生雷达数据记录，飞行计划处理(抑P)功能中产生航 班数据记录，关联的自动监控(ADS)功能产生ADS数据记录。如图6所示的D0D数据报文解析， 根据D0D数据格式标准，对TRAK跟踪活动信息）、TDUP(跟踪数据更新）、TERM(跟踪结束)报 文进行解析，并根据其规则，建立航迹信息和其报文中所携带的飞行计划信息。
[0053] SMR数据接口标准是Ξ大管制中屯、的抓R0CAT-X的提供商THALES制定的，数据来源 于肥SACC雷达数据处理(畑P)功能中产生雷达数据记录，飞行数据处理(抑P)功能中产生飞 行数据记录。它的输出有非常精确的位置信息，有一部分飞行目标有计划信息。由于SMR的 数据中雷达数据和飞行计划数据采用不同的数据帖进行传送，在数据解析中，解析RDR和 FDR数据，并利用二次代码进行信息相关，建立统一的系统航迹。SMR数据解析的流程如图7 所示。
[0054] 如图8所示，数据格式组装模块，将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，具体包括：
[005引1)数据类型判定
[0056] 由于各管制中屯、接受的数据各不相同，本发明数据融合与交换系统可向管制中屯、 输出雷达、D0D、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组装数据 的数据类型。
[0057] 2)数据格式选择
[0058] 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W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。
[0059] 3)组装数据项
[0060] 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，匹配相应飞行信息，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。
[0061] 4)计算数据长度
[0062] 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。
[0063] 5)组装综合航迹数据
[0064] 根据选取的数据格式W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。
[0065] 如图4所示，本发明融合和交换子系统结构图，所述融合和交换子系统包括前端数 据输入接口、空间配准模块、数据质量分析模块、时间配准模块、数据关联模块、数据融合模 块、融合数据显示模块、飞行数据过滤模块、飞行数据分析模块、飞行数据转换模块、飞行数 据显示模块、融合数据与飞行数据关联模块、数据输出控制模块;前端数据输入接口，接收 前端数据处理子系统输出到融合和交换子系统内部局域网的监视数据、综合航迹数据运些 系统内部格式数据，并根据数据类型发送至相应模块进行处理;空间配准模块，消除坐标转 换变形、管制中屯、系统误差运些固有误差对融合效果的影响;数据质量分析模块，对经过空 间配准的监视数据进行分析，采用聚类分析方法将数据分为正常数据、滞后数据、异常数 据，输出至相应的模块分别对各种质量状态的监视数据进行处理;时间配准模块，采用最小 二乘算法对经过数据质量分析模块判定为正常数据的监视数据进行时间同步处理;数据关 联模块，关联航迹与点迹数据，根据处理的监视数据质量的不同分为正常数据关联和滞后 数据关联两部分;数据融合模块，根据监视数据质量的不同采用不同的数据融合方法分别 进行融合处理，分为正常数据融合和滞后数据融合两部分;融合数据显示模块，根据融合航 迹数据，通过二维图形方式显示融合航迹数据;飞行数据过滤模块，将输入的飞行数据进行 过滤筛选，提取出所需要的信息；飞行数据分析模块，对得到的信息进行分析，解析出能够 与融合数据关联所需的数据项，W供生成综合航迹使用；飞行数据转换模块，实现CRC验证 算法的转换、报文开始和结束标示转换、时间显示格式转换；飞行数据显示模块，根据飞行 数据，通过界面方式显示信息;融合数据与飞行数据关联模块，根据融合数据与飞行数据中 呼号、飞行计划、飞行航迹对融合数据和飞行信息进行关联，形成综合航迹数据;数据输出 控制模块，控制系统内部监视数据、飞行数据W及综合航迹数据的输出状态。
[0066] 管制中屯、输出的综合航迹数据主要存在两种类型的误差：随机误差和系统误差。 随机误差是由管制中屯、内各监视设备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w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，对各管 制中屯、进行误差补偿，从而消除配准误差，提高融合精度。
[0067] 由于数据有000、513、1拟008-03、6抓62等多种格式，一部分数据是用经缔度表示， 一部分数据是用直角或极坐标表示，因此要进行空间配准。空间配准，首先通过高精度经缔 度转换，将数据统一转换为直角坐标系形式，然后对各个管制中屯、的数据进行误差处理。在 空间配准过程中采用高斯-克吕格投影3°分带法进行坐标转换。误差处理包括随机误差处 理和系统误差处理。随机误差是由管制中屯、内各监视设备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W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，对各管制中屯、进行误差补偿，从而消除配准误差。本发明采用最小二乘法对系 统误差进行配准。
[0068] 融合和交换子系统中的空间配准模块，具体实现如下：
[0069] 在一段时间内两管制中屯、管制区域重叠区域有N个目标，对于第k个综合航迹数据 有：
[0070]
[0071 ] 其中，N > 2，k=l ,2,…,N，Xa,k、ya,k表示管制中屯、a的综合航迹目标在管制中屯、a的 局部坐标系下第k时刻的位置，xb,k、yb,读示管制中屯、b的综合航迹目标在管制中屯、b的局部 坐标系下第k时刻的位置，A。表示管制中屯、a的斜距偏差，03,k表示管制中屯、a在第k时刻的 方位角，即与正北的顺时针方向的夹角，ra,k表示管制中屯、a在第k时刻与综合航迹目标的斜 距，Δ 03表示管制中屯、a的方位角偏差，A η表示管制中屯、b的斜距偏差，9b,读示管制中屯、b 在第k时刻的方位角，即与正北的顺时针方向的夹角，η,读示管制中屯、b在第k时刻与综合 航迹目标的斜距，A 0b表示管制中屯、b的方位角偏差；
[0072] 对N个综合航迹数据，有2N个方程，用矩阵形式表示2N个方程得：
[0073] z=Ax
[0074] 其中，X为各管制中屯、系统误差，Z表示管制中屯、间坐标差值向量，A为系数矩阵。
[0075]
[0076]运是一线性矛盾方程组的，其法方程为：
[0085] 其中，上述各式中的T表示矩阵的转秩。
[0086] 跟踪口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 能源于目标两个部分。其中屯、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。
[0087] 本发明采用楠圆跟踪口，设丫为楠圆跟踪口《的口限大小，如果综合航迹数据Zk 满足
[008引
[0089] 则Zk为候选回波。上式即是楠圆跟踪口规则。
[0090] 根据楠圆跟踪口规则，可W确定其极大似然口限丫 0，W使得位于跟踪口内的正确 回波最大可能来自被跟踪的目标，而不是多余回波。最优跟踪口限丫 0的表达式为：
[0091]
[0092] 式中，Pd为检测概率，β为新回波密度，Μ为观测维数，I S|为残差协方差矩阵的行列 式。
[0093] 如果一个回波落入该目标的跟踪口内，则此回波直接用于航迹更新;如果多于一 个W上的回波落在被跟踪目标的跟踪口内，那么通过跟踪口逻辑可W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。
[0094] 数据关联模块，采用楠圆跟踪口和最短路径方法关联航迹与点迹数据。
[0095] 由于现阶段各管制中屯、对航空器目标的监视相互独立，管制中屯、输出综合航迹数 据信息的周期往往不相同，因此各管制中屯、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。本发明采用最小二乘时间 配准法对不同管制中屯、输出的综合数据进行时间同步运算。
[0096]设a、b为相邻的管制中屯、，其综合航迹数据输出周期分别为τ和T1，且两者之比为 τ : Τ1 =η，如果管制中屯、a对目标状态最近一次综合航迹输出时刻为化-1)τ，下一次综合航 迹输出时刻为化-1)τ+ηΤ1，运就意味着管制中屯、a连续两次对目标状态综合航迹输出之间 管制中屯、b有η次综合航迹输出。采用最小二乘法对运η次综合航迹数据进行融合，来消除由 于时间偏差而引起的各管制中屯、综合航迹输出的不同步，从而消除时间偏差对多管制中屯、 间综合航迹数据融合造成的影响。
[0097]用Ζη = [ Ζ1，Ζ2，· · ·，Ζη] Τ表示化-1)至k时刻管制中屯、b的η次综合航迹数据构成的集 合，Ζη和k时刻管制中屯、a的量测值同步，若用二[2, if表示Ζ1，Ζ2，…，Ζη融合W后的综合航 迹数据及其导数构成的列向量，则管制中屯、b的综合航迹数据Zi可W表示成
[009引 & = ζ + .η)71'ζ+κ，? = .1,,2，...，巧，
[0099] 其中：Vi表示综合航迹数据的噪声。
[0100] 将上式改写成向量形式为：
[0101]
[01 0引其中:Vn = [ VI，V2，…，Vn]T，其均值为零，协方差阵为：CW化」=施如式，和...，切， 请:;为融合W前的位置量测噪声方差，同时
[0115]其中：
，上述各公式中的T表示矩阵的转秩。
[0116]采用该方法可W有效的对各管制中屯、输出的综合航迹数据进行时间同步处理，为 综合航迹数据的融合作 好准备。
[0117]本发明采用联邦算法融合-重置式结构（fusion-reset mode,FR)对正常数据进行 融合处理。
[0118] 联邦滤波器是一种具有两级结构的分散化滤波方法，他有若干个子滤波器和一个 主滤波器组成，各个子滤波器独立地进行时间更新和测量更新。主滤波器的功能有：
[0119] (1)进行时间更新；（2)将各个滤波器的结果进行融合，融合后的结果可反馈到各 个滤波器，作为下一个处理周期的初值。
[0120] 参融合-重置式结构（fusion-reset mode,FR)
[0121] (1)信息分配过程：
[012引其中：βι〉0，βι是信息分配系数，并且
[0126] (2)信息的时间更新：
[0127] 时间更新过程在各管制中屯、和本发明数据融合与交换系统之间独立进行 [012 引
[0129] (3)量测更新：
[0130] 本发明数据融合与交换系统没有量测，量测更新只在各个管制中屯、中进行
[0131]
[0132] (4)信息融合：
[0133] 将各个管制中屯、的局部估计信息(综合航迹数据)按下式进行融合
[0134]
[0135] 上述各公式中，是的协方差阵，是第k时刻融合后的综合航迹数据估计值，是第k时 刻的状态向量，是的协方差阵，是第个管制中屯、在第k时刻对第K+1时刻的综合航迹数据估 计;是状态转移矩阵，是第个管制中屯、在第k时刻的综合航迹数据估计，是第个管制中屯、第k + 1时刻的状态向量估计，是的协方差阵，是的协方差阵，是第个管制中屯、量测误差协方差， 是第个管制中屯、的量测矩阵，是第个管制中屯、的综合航迹数据，即量测数据;是的协方差 阵，是数据融合模块对各管制中屯、的局部综合航迹数据融合后的全局最优的综合航迹数据 估计，上述各公式中的T表示矩阵的转秩。
[0136] 本发明采用非顺序数据异步融合算法对滞后数据进行融合处理。
[0137] 通常从不同管制中屯、传送扫描到本发明数据融合与交换系统时，由于数据率较 高，网络传输存在随机的时间滞后，且各管制中屯、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发明数据融合与交换系统的情况 有可能发生，运就是非顺序数据的情形。
[0138] 对一个目标进行跟踪，其动态方程可W用随机微分方程表示为：
[0139] dX(t) = A(t)X(t)dt+〇(t)dC(t)
[0140] 其中：X(t)er;A(t)，〇(t)是适当维数的系数矩阵；ξα)是具有零均值和单位增 量协方差阵的Wiener过程;R表示实数，t表示时间，η是自然数，η表示实数向量空间。
[0141] 设〇(t，s)是A(t)对应的状态转移矩阵，S为各管制中屯、综合航迹数据到达本发明 数据融合与交换系统的最大滞后时间，T2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：
[0142] Xk = X(tk) =巫 k,k-iXk-i+Wk,k-i
[0143] 其中；
[0144] 巫k,k-i=巫（tk，tk-i)
[0145] tk = kT2
[0146]
[0147] 易知，Wk,k-i的协方差阵为：
[014 引
[0149] 从而管制中屯、综合航迹数据Zk的方程为:Zk =化Xk+Vk
[0150] 其中：Vk是均值为零，协方差阵为化的白色噪声，Hk表示管制中屯、第k时刻的巧慢矩 阵，k为正整数，T表示矩阵的转秩。
[0151] 假设来自时刻td的综合航迹数据zd为步滞后的步数1，也就是说tk-i<td<tk-i+i，其 中，1。<3。可W得到：
[015引在时亥ljt = tk的和?川，得到来自时刻td的较早的综合航迹数据
[0156] zd =出 Xd+Vd
[0157] 用运个综合航迹数据来更新左^1,沛Pk I k。
[0158] 上述公式中，为管制中屯、系统量测矩阵，是管制中屯、系统量测噪声向量，且是0均 值的高斯白噪声；表示第k时刻的综合航迹数据估计，Pkik为龙的协方差。
[0159] 如图2所示，本发明的第二实施例，该系统还包括数据模拟仿真子系统，对管制中 屯、运行环境进行模拟，仿真真实的管制中屯、所产生的数据，然后将所产生的综合航迹、雷达 数据和报文数据通过输出端口输出到其它子系统，作为整个数据融合与交换系统的基础数 据源；同时还可W通过输入端口接收其他子系统和其他管制中屯、发送的数据W进行交换和 检测。
[0160] 如图5所示，本发明数据模拟仿真子系统结构图，所述数据模拟仿真子系统包括基 础数据模块、脚本制作模块、数据控制模块、系统管理模块、图形图像模块、算法模块。
[0161] 基础数据模块，该模块主要是对基本数据整理成系统库，为其他模块提供必要的 基础数据库，主要包括：固定航路、固定航路点、飞行器类型、GIS数据、机场参数和发报参 数。固定航路、固定航路点由国家规定的现有实际飞行航路和航路点而来，固定航路点由名 称、经缔度组成，固定航路由名称和固定航路点信息组成；飞行器类型包括常用的军民航飞 行器，主要由飞行器的名称、类型、巡航速度、爬升率、转弯率等信息组成;GIS数据作为系统 的背景数据由全国地图信息组成，目的是直观的呈现出相关的地理信息，主要包括:全国 (或全球)地图、管制区、管制区边界、告警区、禁飞区、RVSM区、塔台区、马赛克区等;机场参 数包含了全国的机场名称、经缔度、该机场四字代码、备用机场的四字代码、进离场程序和 跑道信息等;发报参数主要是飞行计划所需的一些基础参数，主要包括各个收发报中屯、的 收发报地址等信息。
[0162] 脚本制作模块，制作脚本，由自定义航路脚本、飞行姿态合成脚本和飞行计划报文 脚本Ξ个子模块组成。
[0163] 自定义航路脚本子模块能够实现用户任意设计飞行航路，然后让相应的飞机在该 航路上运行，通过设计飞行航路来实现相应的上升、下降、加速和减速。
[0164] 飞行姿态合成脚本子模块能够根据飞机的性能自由设计整个飞行路线，不同的飞 机性能产生不同的飞行航迹。
[0165] 飞行计划报文脚本子模块根据飞机的飞行性能参数、航路、时间在不同的位置定 义发出不同的飞行计划报文，同时可自动回复或人工回复电报，生成的内容也可W自动生 成电报或手工填写电报，飞行航路主要由固定航路库中的航路组成，不能修改经缔度，能修 改对应的巡航高度和速度。
[0166] 数据控制模块，对数据产生、发送和接收进行控制，数据控制模块能够记录所有环 境数据包括所有的收发情况，包括监视设备信息参数设置、数据输出协议设置和数据输出 质量控制。该模块能够产生多雷达数据、D0D数据、Μ朋3综合航迹、ADS-B等，也能根据飞行计 划脚本产生飞行计划数据；同时能够在内部网络输出每一航迹的剧本参数和每一部输出雷 达航迹数据到"估评系统"，通过串口发出飞行计划数据;该模块还能接收相应的飞行计划。
[0167] 系统管理模块，对该子系统进行综合管理，包括系统参数管理、项目的归档管理， 能够完成管制中屯、信息的归档优化。
[0168] 图形图像模块，通过地图显示所模拟的管制中屯、的信息，W及各个相关脚本的制 作过程W及整个生命周期。
[0169] 算法模块，生成告警、冲突事件、飞行动作和飞行计划所需要的数据。
[0170] 本发明W先进的Ξ大管制中屯、为基础，确立管制中屯、间数据融合和交换技术方 案，开展雷达数据融合/飞行计划数据交换传输技术、管制中屯、间数据融合/交换接口技术、 ATC系统互联技术、管制中间数据仿真、监测检测评估技术研究和管制设施间AIDC规范应用 性研究，统一空管自动化系统功能和配置标准、雷达管制设备配置标准、空管动态报文自动 处理标准，研制自动化系统数据融合交换确认验证工具和报文监测工具，降化报文出错率， 推动了基于AIDC(ATS Intei^facility Data Communications)的自动移交进 程，逐步实现 从管制中屯、间管制移交信息自动交互到飞行数据共享，最终实现了系统间紧密禪合的FDP 融合。
【主权项】
1. 一种多管制中心之间的数据融合与交换系统，其特征在于，包括前端数据处理子系 统、融合和交换子系统； 前端数据处理子系统通过对输入输出设备的控制，接收多个管制中心的综合航迹和飞 行数据，进行解析和数据质量监视，并把解析后的各通道数据传送给融合和交换子系统； 融合和交换子系统完成各管制中心间数据的融合处理、飞行数据处理、飞行数据的关 联处理，形成融合飞行数据和融合综合航迹； 前端数据处理子系统还将接收的融合和交换子系统输出的融合飞行数据和融合综合 航迹通过物理接口输出到与之相对应的管制中心系统前端。2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述融合和交换子系统包括前端数据输入 接口、空间配准模块、数据质量分析模块、时间配准模块、数据关联模块、数据融合模块、融 合数据显示模块、飞行数据过滤模块、飞行数据分析模块、飞行数据转换模块、飞行数据显 示模块、融合数据与飞行数据关联模块、数据输出控制模块； 前端数据输入接口，接收前端数据处理子系统输出到融合和交换子系统内部局域网的 监视数据、综合航迹数据这些系统内部格式数据，并根据数据类型发送至相应模块进行处 理； 空间配准模块，消除坐标转换变形、管制中心系统误差这些固有误差对融合效果的影 响； 数据质量分析模块，对经过空间配准的监视数据进行分析，采用聚类分析方法将数据 分为正常数据、滞后数据、异常数据，输出至相应的模块分别对各种质量状态的监视数据进 行处理； 时间配准模块，采用最小二乘算法对经过数据质量分析模块判定为正常数据的监视数 据进行时间同步处理； 数据关联模块，关联航迹与点迹数据，根据处理的监视数据质量的不同分为正常数据 关联和滞后数据关联两部分； 数据融合模块，根据监视数据质量的不同采用不同的数据融合方法分别进行融合处 理，分为正常数据融合和滞后数据融合两部分； 融合数据显示模块，根据融合航迹数据，通过二维图形方式显示融合航迹数据;飞行数 据过滤模块，将输入的飞行数据进行过滤筛选，提取出所需要的信息； 飞行数据分析模块，对得到的信息进行分析，解析出能够与融合数据关联所需的数据 项，以供生成综合航迹使用； 飞行数据转换模块，实现CRC验证算法的转换、报文开始和结束标示转换、时间显示格 式转换； 飞行数据显示模块，根据飞行数据，通过界面方式显示信息； 融合数据与飞行数据关联模块，根据融合数据与飞行数据中呼号、飞行计划、飞行航迹 对融合数据和飞行信息进行关联，形成综合航迹数据； 数据输出控制模块，控制系统内部监视数据、飞行数据以及综合航迹数据的输出状态。3. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该系统还包括数据模拟仿真子系统，对管 制中心运行环境进行模拟，仿真真实的管制中心所产生的数据，然后将所产生的综合航迹、 雷达数据和报文数据通过输出端口输出到其它子系统，作为整个数据融合与交换系统的基 础数据源；同时还可以通过输入端口接收其他子系统和其他管制中心发送的数据以进行交 换和检测。4. 根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，前端数据处理子系统包括多通道数据 处理接口、数据格式解析模块、数据格式组装模块、数据质量检查模块、多通道航迹建立模 块、多通道航迹显示模块、人机控制模块、内部格式组装模块； 多通道数据处理接口根据接入系统需求控制物理通信接口硬件，进行多通道的并行数 据输入和输出控制； 数据格式解析模块接收多个通道的管制中心空管自动化系统输出数据，根据数据格式 进行解析； 数据格式组装模块，对融合飞行数据和融合综合航迹进行数据组装，通过多通道数据 处理接口传送给各管制中心； 数据质量检查模块，根据解析的飞行航迹及飞行计划数据对前端数据处理子系统接收 到的数据进行质量判别，提供当前数据质量状态； 多通道航迹建立模块，根据物理通道的设定建立并行的多通道数据存储区，按照不同 的接收通道，根据飞行目标存储所有飞行航迹和飞行计划数据； 多通道航迹显示模块，根据多通道航迹建立模块的飞行航迹数据，通过二维图形方式 显示所有通道的飞行航迹数据，同时建立并行显示机制，根据选择，对不同的通道数据同时 进行显示； 人机控制模块，对人机交互过程进行控制；内部格式组装模块，对输入到前端数据处理 子系统中的综合航迹进行数据组装，通过网络统一传输到融合和交换子系统中。5. 根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，融合和交换子系统中的空间配准模块 采用下述方法实现:在一段时间内两管制中心管制区域重叠区域有N个目标，对于第k个综 合航迹数据有：其中，N2 2，k=l，2,…，1^3,1<、73,1<表示管制中心3的综合航迹目标在管制中心3的局部 坐标系下第k时刻的位置，Xb,k、yb,k表示管制中心b的综合航迹目标在管制中心b的局部坐标 系下第k时刻的位置，Δ ra表示管制中心a的斜距偏差，0a,k表示管制中心 a在第k时刻的方位 角，即与正北的顺时针方向的夹角，ra,k表示管制中心a在第k时刻与综合航迹目标的斜距， A 0a表示管制中心a的方位角偏差，Δ rb表示管制中心b的斜距偏差，0b,k表示管制中心b在第 k时刻的方位角，即与正北的顺时针方向的夹角，r b, k表示管制中心b在第k时刻与综合航迹 目标的斜距，A 0b表示管制中心b的方位角偏差； 对N个综合航迹数据，有2N个方程，用矩阵形式表示2N个方程如下： Z=Ax 其中，X为各管制中心系统误差，Z表示管制中心间坐标差值向量，A为系数矩阵；这是一线性矛盾方程组的，其法方程为：则= X = IT1C, 其中，上述各式中的T表示矩阵的转秩。6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，数据模拟仿真子系统包括基础数据模块、 脚本制作模块、数据控制模块、系统管理模块、图形图像模块、算法模块； 基础数据模块，将基本数据整理成系统库，为其他模块提供必要的基础数据库； 脚本制作模块，制作脚本，由自定义航路脚本、飞行姿态合成脚本和飞行计划报文脚本 三个子模块组成； 数据控制模块，对数据产生、发送和接收进行控制，数据控制模块能够记录所有环境数 据包括所有的收发情况，包括监视设备信息参数设置、数据输出协议设置和数据输出质量 控制； 系统管理模块，对该数据模拟仿真子系统进行综合管理，包括系统参数管理、项目的归 档管理； 图形图像模块，通过地图显示所模拟的管制中心的信息，以及各个相关脚本的制作过 程以及整个生命周期;算法模块，生成告警、冲突事件、飞行动作和飞行计划所需要的数据。7. 根据权利要求6所述的系统，其特征在于，自定义航路脚本子模块能够实现用户任意 设计飞行航路，然后让相应的飞机在该航路上运行，通过设计飞行航路来实现相应的上升、 下降、加速和减速。8. 根据权利要求6所述的系统，其特征在于，飞行姿态合成脚本子模块能够根据飞机的 性能自由设计整个飞行路线，不同的飞机性能产生不同的飞行航迹。9. 根据权利要求6所述的系统，其特征在于:飞行计划报文脚本子模块根据飞机的飞行 性能参数、航路、时间在不同的位置定义发出不同的飞行计划报文，同时能自动回复或人工 回复电报，生成的内容能自动生成电报或手工填写电报，飞行航路主要由固定航路库中的 航路组成，不能修改经炜度，能修改对应的巡航高度和速度。
【专利摘要】本发明涉及一种多管制中心之间的数据融合与交换系统，包括前端数据处理子系统、融合和交换子系统。前端数据处理子系统通过对输入输出设备的控制，接收多个管制中心的综合航迹和飞行数据，进行解析和数据质量监视，并把解析后的各通道数据传送给融合和交换子系统；融合和交换子系统完成各管制中心间数据的融合处理、飞行数据处理、飞行数据的关联处理，形成融合飞行数据和融合综合航迹。本发明的管制中心间数据交换和融合能够实时完成，实现了管制中心间管制服务的无缝连接、管制的自动移交。保障了区域管制区内、区域管制区间不同ATC系统间雷达管制任务的连续性和兼容性。
【IPC分类】H04L29/08
【公开号】CN105491122
【申请号】CN201510875515
【发明人】杨晓嘉, 郭宁, 叶家全, 邹杰, 杜辉, 罗启铭
【申请人】中国民用航空总局第二研究所
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月2日
最新回复(0)