以國內(nèi)某機(jī)場為例的場面多點(diǎn)定位系統(tǒng)布點(diǎn)選擇

以國內(nèi)某機(jī)場為例的場面多點(diǎn)定位系統(tǒng)布點(diǎn)選擇摘要：場面多點(diǎn)定位技術(shù)（MLAT）是一種新興的用于機(jī)場場面的一種新型監(jiān)視技術(shù)。多點(diǎn)定位技術(shù)的原理在其他領(lǐng)域，如GPS定位、移動(dòng)基站定位都有著廣泛的應(yīng)用。而在民航領(lǐng)域，場面多點(diǎn)定位技術(shù)作為高級場面引導(dǎo)與控制系統(tǒng)（A-SMGCS）的一種監(jiān)視源，通過接收待定位目標(biāo)發(fā)出的民航常用信號，如ADS-B報(bào)文、A/C模式雷達(dá)信號、S模式雷達(dá)信號等。一方面通過接收這些信號對機(jī)場場面中的移動(dòng)目標(biāo)，如航空器，車輛進(jìn)行計(jì)算完成實(shí)時(shí)定位，另一方根據(jù)這些信號提供的地址碼，航班號等信息在A-SMGCS中完成目標(biāo)與計(jì)劃的自動(dòng)關(guān)聯(lián)，提供給管制員使用。目前我國對場面監(jiān)視技術(shù)的應(yīng)用主要幾種在大型機(jī)場，使用的是場監(jiān)一次雷達(dá)作為監(jiān)視源。但是使用場監(jiān)一次雷達(dá)作為場面監(jiān)視的監(jiān)視源，由于雷達(dá)的特性，面對大型機(jī)場場面復(fù)雜情況，如雙跑道，三跑道，指廊較多等情況，一個(gè)雷達(dá)并不能對場面情況進(jìn)行有效的監(jiān)視，同時(shí)存在較多的盲區(qū)。并且用場監(jiān)一次雷達(dá)作為監(jiān)視源，其價(jià)格較高，且一次雷達(dá)易受極端天氣影響，在使用過程中是靠電磁波反射定位，無法獲取目標(biāo)其他信息。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，民航事業(yè)也在飛速發(fā)展，各中小機(jī)場對場面監(jiān)視的需求越來越大，場面多點(diǎn)定位系統(tǒng)這一監(jiān)視新技術(shù)在各中小機(jī)場開始作為主要的場面監(jiān)視手段，在大型機(jī)場，場面多點(diǎn)定位系統(tǒng)是對場監(jiān)一次雷達(dá)的重要補(bǔ)盲手段。場面多點(diǎn)定位系統(tǒng)較場監(jiān)一次雷達(dá)來說，價(jià)格較為低廉，其覆蓋區(qū)域取決與地面站的覆蓋范圍，面對場面復(fù)雜的情況，可以通過地面站的數(shù)量來減少盲區(qū)，同時(shí)通過增加地面站數(shù)量也能提高定位的精度，具有可擴(kuò)展性。同時(shí)場面多點(diǎn)定位系統(tǒng)能接收航空器，車輛發(fā)出的報(bào)文或其他信息，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)與標(biāo)牌的自動(dòng)相關(guān)，減少了管制員的操作，提高了工作效率。

本文從場面多點(diǎn)定位系統(tǒng)的原理入手，解釋了場面多點(diǎn)定位的定位原理和決定場面多點(diǎn)定位精度的一些關(guān)鍵因素。完成對理論部分的分析后，聯(lián)系實(shí)際，提出了在實(shí)際工作中對定位精度影響最關(guān)鍵的地方在于地面接收站的布點(diǎn)。關(guān)鍵詞：場面多點(diǎn)定位，信號到達(dá)時(shí)間差，幾何精度因子一、場面多點(diǎn)定位系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)時(shí)鐘同步技術(shù)，TOA檢測技術(shù)，定位解算結(jié)束和優(yōu)化布站技術(shù)是影響場面多點(diǎn)定位系統(tǒng)對目標(biāo)定位準(zhǔn)確性的關(guān)鍵因素。在實(shí)際應(yīng)用過程中，由于選用的廠家設(shè)備均滿足使用條件要求，在算法上，時(shí)鐘架構(gòu)選擇上和信號到達(dá)時(shí)間檢測方面的選擇有所區(qū)別但在性能上提現(xiàn)出來的效果差異不大。然而幾何精度因子（GDOP）是我們在設(shè)備安裝過程中對多點(diǎn)定位精度起到直接影響的因素。本文先對幾何精度因子的計(jì)算進(jìn)行介紹，探討對同一目標(biāo)不同站點(diǎn)情況下GDOP值的差異。從理論總結(jié)出在實(shí)際安裝應(yīng)用過程中如何布置站點(diǎn)達(dá)到滿足多點(diǎn)定位覆蓋和精度要求。二、站點(diǎn)布局對GDOP值的影響經(jīng)過相關(guān)研究顯示，在由遠(yuǎn)端接收站組成的多邊形范圍內(nèi)，其GDOP值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于在多變形范圍外的GDOP值。當(dāng)航空器位于遠(yuǎn)端接收站組成的多邊形內(nèi)時(shí)其定位可能區(qū)域范圍比航空器位于遠(yuǎn)端接受站組成的的多邊形外的定位區(qū)域要小。定位場面航空器位置最低要求是需要3個(gè)遠(yuǎn)端接收站，當(dāng)增加一個(gè)遠(yuǎn)端接收站即可增加一條雙曲線提高了定位精度。同時(shí)根據(jù)文獻(xiàn)可得出，當(dāng)遠(yuǎn)端接收站點(diǎn)圍繞目標(biāo)以均勻夾角分布式后，GDOP能達(dá)到最優(yōu)值。二維定位最優(yōu)GDOP為，三維定位最優(yōu)GDOP為，式中m為站點(diǎn)個(gè)數(shù)。下圖給出遠(yuǎn)端接收站圍繞目標(biāo)均勻分布情況下不同站點(diǎn)數(shù)量下的GDOP仿真情況。當(dāng)目標(biāo)位于遠(yuǎn)端接收站組成多邊形內(nèi)部時(shí)，可以得到較低GDOP值，同時(shí)增加遠(yuǎn)端接收站數(shù)量也能提高定位效果。通過以上的分析結(jié)果，我們可以總結(jié)出在實(shí)際布站過程應(yīng)遵循的原則：在滿足航空器和遠(yuǎn)端接收站視距條件的情況下，應(yīng)盡量保證布站位置相對監(jiān)視區(qū)域呈包圍狀態(tài)，且相鄰遠(yuǎn)端接收站間的夾角越均勻越好。直線型站點(diǎn)分布會弱化站點(diǎn)對GDOP的貢獻(xiàn)度，且直線延長線上的GDOP明顯較差，所以盡量避免多個(gè)站點(diǎn)呈直線分布。在費(fèi)用，物理?xiàng)l件和系統(tǒng)計(jì)算條件允許的情況下，增加遠(yuǎn)端接收站的數(shù)量可以提高定位精度。三、國內(nèi)某機(jī)場站點(diǎn)布局設(shè)計(jì)通過對設(shè)備的安裝條件進(jìn)行分析后，我們需要進(jìn)行對可能的站點(diǎn)位置進(jìn)行考察?？疾靸?nèi)容主要有如下幾項(xiàng)：室外設(shè)備建設(shè)可行性（天饋），室內(nèi)環(huán)境條件（溫濕度、防塵），機(jī)柜擺放情況，現(xiàn)有供電能否滿足設(shè)備安裝情況，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)情況，現(xiàn)有防雷情況。總結(jié)出布局策略：外電、通訊等配置滿足要求；跑到兩端已有建筑物優(yōu)先策略；高度較高的建筑物優(yōu)先策略和站點(diǎn)等距策略。根據(jù)對可能站點(diǎn)進(jìn)行分析篩選后，最終選定南、北航向臺，南、北下滑臺，氣象雷達(dá)站，機(jī)場指揮中心，南燈光站，航站樓南端1號登機(jī)橋旁崗?fù)み@8個(gè)站點(diǎn)作為遠(yuǎn)端接收站點(diǎn)。塔臺作為參考基準(zhǔn)站點(diǎn)。完成站點(diǎn)的預(yù)選址后，我們對站點(diǎn)先進(jìn)行精度仿真分析和覆蓋分析。對于站點(diǎn)的精度分析，根據(jù)GDOP值的計(jì)算，按照需求在機(jī)動(dòng)區(qū)（跑道、滑行道），活動(dòng)區(qū)（機(jī)動(dòng)區(qū)+機(jī)坪），航站樓指廊區(qū)域，精度需要達(dá)到7.5m。我們對預(yù)選取的遠(yuǎn)端接收站點(diǎn)進(jìn)行4點(diǎn)的GDOP仿真計(jì)算，來驗(yàn)證我們根據(jù)實(shí)際情況的取點(diǎn)是否滿足方案需求。為方便仿真分析，我們將圖3-1的中心位置設(shè)置為原點(diǎn)，在圖中用十字表示，如下圖3-1所示。根據(jù)各個(gè)站點(diǎn)根據(jù)WGS84的坐標(biāo)值進(jìn)行精度仿真分析。仿真的目的首先是確認(rèn)我們的預(yù)設(shè)站點(diǎn)位置滿足工程需求，其次是對第四章內(nèi)容的一個(gè)驗(yàn)證，最后是聯(lián)系實(shí)際，確認(rèn)我們站點(diǎn)布局的合理性。圖3-1將圖中十字設(shè)為原點(diǎn)示意圖第一個(gè)仿真，我們對RSX1，RXS2，RXS3，RXS4，位于上方的4個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行仿真分析，仿真結(jié)果如下圖3-2所示。通過上一節(jié)的總結(jié)，我們布點(diǎn)的一般原則有布站位置相對監(jiān)視區(qū)域呈包圍狀；直線型布站會弱化站點(diǎn)對GDOP的貢獻(xiàn)度。而我們通過對仿真結(jié)果進(jìn)行分析，可以看出，當(dāng)4個(gè)站點(diǎn)幾乎呈直線分布式，GDOP值很大并且上升很快，結(jié)合實(shí)際地圖看一看出，當(dāng)只有RSX1，RXS2，RXS3，RXS4工作時(shí)，無法滿足需求區(qū)域定位精度小于7.5m的要求。通過第一個(gè)仿真驗(yàn)證了上一章直線型布站會弱化站點(diǎn)對GDOP的貢獻(xiàn)度這一布點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)。3-2RSX1，RXS2，RXS3，RXS4的GDOP仿真

第二個(gè)仿真，我們對RSX5，RXS6，RXS7，RXS8，位于下方的4個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行仿真分析，仿真結(jié)果如下圖3-3所示。與3-2相對比，RX5站點(diǎn)相對于其他三個(gè)站點(diǎn)的位置不在一條直線上，活動(dòng)區(qū)（機(jī)動(dòng)區(qū)+機(jī)坪），航站樓指廊區(qū)域需求位置稍微呈包圍狀，因此在活動(dòng)區(qū)（機(jī)動(dòng)區(qū)+機(jī)坪），航站樓指廊區(qū)域定位精度滿足小于7.5的要求。但由于機(jī)動(dòng)區(qū)（跑道、滑行道）附近并沒有站點(diǎn)進(jìn)行覆蓋，因此機(jī)動(dòng)區(qū)（跑道、滑行道）處的GDOP值不滿足小于7.5的要求，且GDOP值上升很快。這組仿真同樣證明了直線型布站的缺點(diǎn)。3-3RSX5，RXS6，RXS7，RXS8的GDOP仿真

第三個(gè)仿真，我們對RSX1，RXS3，RXS6，RXS8，這4個(gè)對機(jī)動(dòng)區(qū)（跑道、滑行道），活動(dòng)區(qū)（機(jī)動(dòng)區(qū)+機(jī)坪），航站樓指廊區(qū)域呈包圍狀的站點(diǎn)進(jìn)行精度仿真分析，仿真結(jié)果如下圖3-4所示。本次仿真選取的4個(gè)站點(diǎn)，滿足布站應(yīng)遵循的一般規(guī)律：布站位置相對監(jiān)視區(qū)域呈包圍狀；直線型布站會弱化站點(diǎn)對GDOP的貢獻(xiàn)度。同上面兩個(gè)仿真結(jié)果相對比可以看出，本次布站的仿真，在機(jī)動(dòng)區(qū)（跑道、滑行道），活動(dòng)區(qū)（機(jī)動(dòng)區(qū)+機(jī)坪），航站樓指廊區(qū)域的定位精度均小于7.5m，GDOP值增大緩慢。仿真結(jié)果與第四章總結(jié)內(nèi)容相符，驗(yàn)證了本文第四章的內(nèi)容。同時(shí)在多點(diǎn)定位設(shè)計(jì)應(yīng)用中，實(shí)際是使用8站完成多點(diǎn)定位，在站點(diǎn)不出現(xiàn)故障的情況下，站點(diǎn)越多越能提高定位精度。通過本次仿真一方面證明了合適的布站方式對GDOP有很大的影響，另一方面也初步驗(yàn)證了我們對站點(diǎn)布局設(shè)計(jì)具有合理性。3-4RSX1，RXS3，RXS6，RXS8的GDOP仿真

第四個(gè)仿真，我們對RSX1，RXS2，RXS7，RXS8，該仿真主要目的是按照建設(shè)發(fā)展規(guī)劃地圖左下部分會建設(shè)T2航站樓，RXS3，RXS4，RXS5三個(gè)站點(diǎn)無法對活動(dòng)區(qū)和航站樓指廊進(jìn)行覆蓋。所以我們此次站點(diǎn)布局設(shè)計(jì)要考慮到未來的建設(shè)發(fā)展進(jìn)行長遠(yuǎn)性的考慮并通過仿真驗(yàn)證缺少左上角三個(gè)站點(diǎn)時(shí)，剩余的站點(diǎn)能否滿足活動(dòng)區(qū)（機(jī)動(dòng)區(qū)+機(jī)坪），航站樓指廊區(qū)域處的定位精度小于7.5m的要求。針對未來可能出現(xiàn)的建設(shè)帶來的影響做一個(gè)預(yù)估。根據(jù)仿真結(jié)果如圖3-5所示。在機(jī)動(dòng)區(qū)（跑道、滑行道），活動(dòng)區(qū)（機(jī)動(dòng)區(qū)+機(jī)坪），航站樓指廊區(qū)域的精度要求仍然滿足小于7.5m的需求。但在靠近施工區(qū)域即坐標(biāo)-1000m范圍處不滿足精度要求。3-5RSX1，RXS2，RXS7，RXS8的GDOP仿真對于覆蓋分析，由于場面多點(diǎn)定位系統(tǒng)遠(yuǎn)端接收站的覆蓋分析的原理是基于信號是視距傳播范圍，由于國內(nèi)某機(jī)場場面較為簡單，為單跑道機(jī)場，場內(nèi)無建筑遮擋，所以在需求的機(jī)動(dòng)區(qū)（跑道、滑行道），活動(dòng)區(qū)（機(jī)動(dòng)區(qū)+機(jī)坪），航站樓指廊等區(qū)域均滿足4重覆蓋的要求。