分析机场场面MLAT系统测量精度

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分析机场场面MLAT系统测量精度

牛中伟|民航中南地区空中交通管理局

摘要：机场场面多点定位系统(MLAT)作为新一代监视技术，具有诸多优点，能满足大部分机场场面监视需求，并能同传统场面监视雷达系统兼容和互补，成为国内各类型机场较好的选择，而测量精度是MLAT系统布站需考虑的重要技术指标，本文在概述MLAT原理基础上，重点对影响MLAT系统测量精度的因素进行了浅析。

关键词1引言

：MLAT;时钟同步;测量精度

近年我国航空流量大幅攀升，大型枢纽机场场面日趋复杂，虽然场监雷达的投入使用为管制员指挥场面目标带来极大便利,场监雷达为一次雷达，是独立非协同式监视，可监视没有机载应答机的目标，但不能识别航空器和车辆的二次代码，对于离港航班要手动挂标牌，而且由于机场的不断扩建，场面建筑物频繁增加，使得场监雷达很难完全覆盖机场场面，会存在障碍物遮挡造成监视盲区和反射产生假目标等，当遇到恶劣天气时也会大大降低系统探测精准度，增加了滑行冲突及跑道侵入的风险，如果对雷达系统进行更新扩建会产生高昂费用。MLAT是独立协同式监视，不需要额外的机载设备，测量精度高，数据更新率快，站点布置灵活，能提供较好场面覆盖，能识别目标的身份信息，经过系统相关处理后，方便管制员使用，对恶劣天气影响较小，建设及运维成本低，而且可以与现有的场监系统兼容和互补，能够更好提高场面监视能力。

MLAT2 MLAT是利用多个地面接收站接收到同一系统概述

目标应答信号的时间差(TDOA)来精确测量目标位置。按照双曲线的定义, 双曲线上的点到两个焦点的距离之差的绝对值为定值，所以目标必定在以这两个地面接收站为焦点的双曲线的其中一边上，如果再增加一个接收站，那么每两个接收站都能确定一条双曲线，所有双曲线的交点则为目标的平面位置，所以场面目标定位至少需要三个地面站。如果再增加一个地面站，利用四个接收站间形成的双曲面的交点，则可以计算出目标的高度，即进行三维目标定位。32

图1　信号处理流程

图2　集中式时钟同步

图3　信标机时钟同步

MLAT是基于应答机的监视系统，通过多个接收站接收目标应答机脉冲，可以对机场及周边地区已安装应答机的飞机和车辆进行监视、识别和跟踪，提供目标的位置和标牌，MLAT系统更新率为1秒，场面精度小于7.5米，不需要附加机载设备（如需对车辆监视，需增加车载应答机），可以接收12位二次代码的A/C模式应答机、24位地址码的S模式应答机、同时支持基于1090 ES的ADS-B信号，设备小巧，容易配置安装、维护和扩展,安装地点灵活,可适用于各种机场环境。

图4　单一GNSS时钟同步

MLAT信号处理流程如图1，下变频器接收飞机的RF信号先转换成IF信号，然后转相关计算差值，根据TDOA算法，得出目标换成基带I/Q信号或视频信号用于数字化，经的位置信息，最后通过航迹融合处理得出系统过模数转换后形成数字化的基带信号或视频信航迹。

号，同时在模数转换过程中给数字化的信号打上时间戳，然后进行TOA(接收时间)计算，MLAT3场面系统的测量精度依赖于各站点的几

MLAT系统测量精度

再和其他接收机同一目标的TOA值进行匹配

（下转第160页）

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Vdc表示输入的直流电压。NS/NP表示变压器连接到逆变器绕组匝数之比。运用30°相移到了切换功能，对应于△-Y整流桥上行控制信号可以作为S31，S32，S33。

利用这套切换功能，输入电流和逆变器的输出交流电流之间的关系可以用下面的公式(1-3)表示。

Iia−∆=Iia(30°)2,Iib−Y=Iib(30°)2,Iic−Y=Iic(30°)2进行波形比较后，在大于载波的部分会产生一系列新的波形。

这种波形与调制波的幅值相等且宽度与调制波的矩形脉冲序列成正比，与调制波形等效。用模拟量代替开关量控制三相逆变器上下桥臂的通断，从而把直流电变成交流电。由于载波宽度是呈线性变化的，所以正弦脉冲调制方式也是线性的。最后当调制波为正弦波时，就已经达到了调制目的，这时输出方波的脉冲宽度按正弦规律变化。这就是正弦脉宽调制的基本原理。

参考文献

[1]吴少石,彭瑞元.一种飞机电源逆变系统的滤波电路设计[J].中国科技信息,2017(24):26-27.

(1-5)

本文主要针对6拍SPWM电压源逆变器进行研究。组成有：6脉冲开关桥逆变器，PI调节器和其他电器元器件。PI控制器负责制SPWM逆变器的调制参数，使主交流汇流条可以保持相电压在115V/400HZ的位置上。

SPWM脉宽调制式逆变器有电路清晰易读，输出的电压波形谐波少，波形稳定等特点，所以应用十分广泛。该种调制技术通常又称为正弦脉宽调制(Sinusoidal Pulse Width Modulation —SPWM)技术。SPWM脉宽调制技术用正弦波作为调制波。载波是一种多倍于调制波频率的锯齿波。载波与之后产生的调制波

Iinv=S11Iia−Y+S12Iib−Y+S13Iic−Y+S

Y+S31Iia−∆+S32Iib−∆+S11Iic−∆3逆变器原理分析

(1-3)

Iinv表示12脉冲PWM逆变器的输入电流。在变压器两边直流电的关系如公式(1-4)所示。

Iia−Y=IiaII,Iib−Y=ib,Iic−Y=ic222 (1-4)

何布局和时钟同步精度，二者的关系为系统测量精度=GDOP（几何精度衰减因子）*时间差测量误差因子，其中GDOP有专门的计算分析软件，通过改变各站点的几何布局使GDOP减小，从而得到更高的测量精度，通常采用多边形和星形布局。

接收机和应答机间的时钟必然会存在误差，并且在空中信号会折射以及信号到达时测量误差、接收机间同步误差、传输误差等时间差测量误差因子为时钟同步精度。本文只讨论时钟同步精度对系统测量精度的影响。此外系统采用非旋转无方向天线，消除机械转动、编码器带来的误差。

MLAT系统时钟同步方式分为集中式时钟同步和分布式时钟同步。集中式时钟同步是在中央处理站完成时钟处理和数字化处理，这种方式的接收机非常简单，中心处理站比较复杂，但接收站收到RF信号转换为IF信号以及信号经过模拟传输链路到达中央处理站均存在较大延时，尽管这种方式为减少延迟，可以采用光纤通信以及中心处理站最好放在系统的中心位置，减少各接收机到中心处理站间的延迟不一致，但这样会增加成本以及对各站点的位置造成较大限制，该方式一般适合对测量精度要求不高的系统，集中式时钟同步如图2.

分布式时钟同步是指在接收站将接收到的信号打上精确时间戳，然后把TOA值传送到160

（上接第32页）

中心处理站，不管信号多久能传到中心处理站，系统都可以使各对应信号进行TDOA计算，从而对传输延迟要求没那么严格，能更加灵活选择传输链路。分布式时钟同步又可以分为信标机时钟同步和GNSS时钟同步，其中GNSS时钟同步又分为单一GNSS时钟同步和公共GNSS时钟同步。

信标机时钟同步如图3，信标机发射信号频率为1090MHZ，各地面接收站可以如接收和处理其他航空器应答信号一样，接收信标机发射的信号，然后解析出时钟信息并同步本地时钟。因信标机应答信号和航空器应答信号通过相同的接收站通道进入数字化及TOA测量单元，这样他们的延迟相同，计算的时候可以抵消，所以该种方式测量精度比较高，但是如果信标机和各接收站之间的距离存在比较大差异时，信标机应答信号在空中的传输延迟是影响测量精度的主要因素，而且为了使各接收站能够较好接收到信标机应答信号，信标机需要安装在足够高的位置，并且如果有多个信标机时，各信标机之间也要保持同步。

单一GNSS时钟同步如图4，各接收站具有接收GNSS时间的功能，并同步本地时钟。因为GNSS覆盖具有优势，接收站不需要架设在高处就能接收到GNSS时间，而且选择具有RAIM（卫星完好性自主检测）功能的GNSS，能够提供的时间非常精确，所以该种方式系统布局更加容易，系统测量精度也更高一些。

公共GNSS时钟同步与单一GNSS时钟同步最大区别是公共GNSS时钟同步方式会将各接收站接收到的时钟信息发送到中心处理站进行对比，实现类似RAIM卫星完好性自主检测功能，从中选出一颗卫星作为同步时钟，这样因为各接收站均使用同一个时钟信息，可以消除因外界干扰或卫星跳变引起的时钟源错误，从而提供非常高的测量精度，在一些对测量精度有特殊要求的情况下，可以选择这种方式。

新的场监融汇系统应能接收A/C/S模式、ADSB、MLAT 等多种监视源进行多站点协同、处理和数据融合。

首先对单路航迹报告进行判别，确定属于同一个目标的航迹信息，然后将其时空对准后进行融合处理，得出最贴近真实的目标态势，最后形成连续、平滑的新综合航迹或者更新已有综合航迹，并且当单路监视数据出现异常时综合航迹不会出现异常，从而提供高刷新率，高精度，多监视源融合的场面监视信号，提升管制员对机场场面的掌控能力，使飞行活动更加安全、有序、高效。

参考文献

[1]多点定位系统通用技术要求第1部分:机场场面多点定位系统.(MHT4037.1-2017).

[2]郝永刚.广域多点定位系统时钟同步方式性能浅析[J].科学时代,2010(21):83-85.4结束语