多点定位 (MLAT)关键技术及应用分析

刘 楷

摘要：近些年，随着我国科学技术水平的不断进步，组成MLAT系统的远端基站、校标系统、地面中心站及飞行动态显示系统，对MLAT的关键技术TDOA（TimeDifferenceofArrival，到达时间差）及MLAT系统的其他关键技术如到达信号边沿检测、时钟同步、几何精度因子（DOP）以及接收机布站优化问题进行了剖析，并对MLAT系统的应用进行了分析。

关键词：MLAT；组成；TDOA；应用

引言

改革开放以来，中国的民航业以世界瞩目速度发展，于此同时民航安全问题，特别是跑道安全问题越来越受到民航从业者以及普通大众的重视。随着机场场面区的不断扩大和复杂化，以及大雨、雾、霾等复杂天气的影响，塔台对跑道和滑行道等的目视监控能力必然有所下降，此时，大中型机场建设场面监视雷达的必要性就凸显出来。目前基于一次雷达原理的场面监视雷达在我国大中型机场中已得到较为广泛的应用，很多机场已将场监雷达作为防止跑道侵入的一种重要技防手段。但随着工作环境的不断复杂化，该系统的缺点也逐渐显现。MLAT技术的出现给这些问题的解决带来了一线曙光，为跑道入侵等不安全事件的防范提供了新的可能性。

1多点定位技术原理与算法

多点定位技术利用目标信号发射设备与三、四个地面接收机之间进行的信号发射的时间来实现目标的有效定位。在数学概念上，目标信号与不同地面接收机之间存在的信号接收时差会以双曲线（面）的形式存在，可以确定飞机的具体位置，如果其呈现的形式为双曲面，是一种三维立体空间，则需要3个地面接收站节后相应信号，通过对双曲线交点进行计算就可以确定飞机的具体位置了。在三维空间下，飞机信号至少会被4个地面接收站所接收，在接收到相应的信号之后，双曲面的交叉点就是飞机等移动目标的空间位置。如果全部地面信号接收基站可以接收全部飞机信号，则通过计算基站与不同信号接收机之间的时间差，确定双曲面，并且在中央处理器的计算之下，确定双曲面交点，即可有效确定目标的具体位置。随着时代的发展，在多点定位技术的应用过程中，对目标具体位置进行定位的算法发比较多，其中的大多数算法是以信号传递与接收的时间差为基础的。通过时间差来对目标的具体位置进行预估，这个过程就是一个双曲线（面）求解的过程，常用的求解算法为Chan氏算法与Taylor算法。

多点定位技术对信号传递的时间差加以确定与计算，从而对目标的具体位置加以确定，在技术应用的过程中，如何通过信号传递时间差的测量与计算非线性定位方程来实现对飞机场场面中的移动目标定位成为技术应用的关键性因素。也正因如此，国内外相关领域的专家学者分别就移动目标定位算法进行研究与求解，比如Chan氏算法、Fang算法与Taylor算法等等，其中，Taylor算法具备了较高的精度与有效性，可以采用Taylor算法与遗传蚁群算法相结合的方式，进一步提高对移动目标定位的精准性。

2 MLAT系统应用分析

MLAT系统的数据中包含飞机的编号等识别信息，定位数据精度高。MLAT系统兼容功能强大，可以兼容任何机载应答机，与ADS-B系统兼容。MLAT系统抗干扰能力强，同一时间能够监视超过五百个跟踪目标。此外，MLAT系统对应的软件能够对飞机及场面车辆进行动态监测和控制，具有价格低、安装方便等特点。

我国首套MLAT系统于2008年在首都机场投入使用，主要包括地面中心站和远端基站，远端基站包括接收机、发射机和参考应答机，定位精度不大于五米，主要对机场场面的车辆和飞机进行监控，并对飞机的进近阶段实行高精度监控。场面监视中，环境受限或能见度低的情况下，管制员可以根据MLAT系统准确地判断出飞机和车辆的位置，并向管制员发出跑道上潜在危险的信号。与传统二次雷达系统相比，MLAT系统通常情况下可以花更少的投入而得到相同或更高水平的服务，为管制员提供无缝的界面和监视数据，使得他们可以提高在低能见度下的操作，增加安全性，提高飞行容量限制。MLAT系统将飞机和车辆的连续识别信息提供给管制员。可靠的信息、完整的标识系统使得管制员可以更准确地判断飞机的情况，不仅提高了安全性也提高了效率，使得机场的吞吐量有所增加。同时，MLAT技术在广域、进近监视、RVSM监视中也有所研究应用。

MLAT系统利用现有机载标准应答机，无须加装其他机载导航设备即完成定位监视；高数据更新率（每秒1次，而二次雷达至少4秒1次），几乎是二次雷达的5倍，如果需要的话这个速率还能增加；接收站点配置灵活，系统监视覆盖范围适应性强，MLAT系统能够适用各种环境，能够实现对低海拔区域复杂环境的覆盖；独立测量飞机高度；系统成本低（与现有的SSR雷达系统相比较，其投资成本不到1/3），最小安装需求；具有目标标识能力，采用无源接收定位方式，对其他系统干扰小。同时，MLAT系统能够与使用标准协议和通信设备的各种系统连接，并能够处理飞行计划系统（FPS）数据，送至塔台显示、A-SMGCS、TIS-B服务器、交通管理单元、航线运行、机场运行的数据和送至用户支持中心监视系统的数据。随着技术的逐渐成熟，MLAT技术在广域监视、进近和场面监视中的应用也会越来越多。

3多点定位(MLAT)关键技术的应用

3.1可升级为主用设备

国内现有的大部分塔台管制自动化系统只能通过不同的状态窗口来显示航班的状态而不能显示出航班的位置，在航班量较多或者相似外形飞机密集以及目视条件受限的情况下管制员容易丧失情景意识甚至发出错乱的指令，一旦涉及有关跑道的指令则可能造成严重的后果。MLAT实施运行后，由于该系统的优势以及对其他接入数据的融合处理，可实现对场内所有飞机挂全标牌，飞机的状态、位置、速度、机位等数据，场内的车辆、施工区域等都可准确明了地显示于终端屏幕上，可以有效减小管制员工作负荷，使管制员更加容易建立情景意识，发生差错的可能性得到降低。

3.2告警功能

多点定位技术的应用可以覆盖较为广阔的范围，基站覆盖的范围越大、点位越多则精度越高，多点定位技术的刷新率可以调节，因此在实际的地面管制中极为有效。飞机机场的地面跑道入口位置的管制较为敏感与混乱，在地面管制的过程中，采用多点定位技术时，可以进一步增加基站的设置力度与数量，并进一步提升多点定位技术的扫描频率，对跑道外等待点进行高精度检测，检测跑道外等待点的待离港航班、通过跑道的航班、待检查跑道中车辆情况等方面具有较大的优势，并且根据实际情况与实际需要，及时而精准地就跑道侵入情况提出告警。以多点定位技术为支撑，还可以对飞机等航空器的立体点位加以测量和确定，如果飞机等航空器进近状态不合理、多错跑道等问题，可以通过三维参数确定等方式更好地对这种不正常情况加以告警。

结语

利用先进的技术手段提高跑道的安全运行水平和利用效率是民航未来必然的发展方向。随着国内各机场飞行运输量、地面运行复杂程度、跑道数目的增长，A-SMGCS的重要性将会越来越受到肯定和重视，MLAT技术作为A-SMGCS基础也将不断地向前发展、完善。民航的一线管制部门应该充分地利用不断更新的先进设备，更加科学地把人与设备紧密联结起来，最大程度保障管制工作的安全、高效进行。

参考文献

[1]赵海波，董昀．场面监视雷达系统在浦东国际机场的应用［J］．民航经济与技术，1999(7)．

[2]冯军红.关于小机场场面监控的多点定位技术[J].计算机仿真，2016，33（7）：61-64.