ADS-B数据处理中心的设计与实现

ADS-B数据处理中心的设计与实现

胡洋

(民航中南空管局网络中心，广东广州，510000 )

摘要：ADS-B数据处理中心是连接ADS-B地面站及现有数据用户间的桥梁，可对ADS-B信号进行去重、验证、融合，提升了输 出数据的可靠性及稳定性。本文将从设计思路、系统架构、系统功能模块、系统设计及系统数据处理等方面对ADS-B数据处理 中心进行详细描述。

关键词：ADS-B ;数据处理中心；系统架构

Design and implementation of ADS-B data processing center

Hu Yang

(Civil aviation Central South Air Traffic Administration Network Center, Guangzhou Guangdong, 510000)Abstract: The ADS-B data processing center is a bridge connecting the ADS-B ground station and the existing

data users. It can remove, verify and fuse the ADS-B signals, and improve the reliability and stability of the output data. This paper will give a detailed description of the ADS-B data processing center from the aspects of design ideas, system architecture, system function modules, system design and system data processing.

Keywords: ADS-B; data processing center; system architecture

1 ads-b数据处理中心系统设计背景

2014年11月，中国民用航空局颁发了《ADS-B数据处理中 心系统配置要求》和《ADS-B数据处理中心系统运行最低功能与 性能要求》,进一步明确了 ADS-B数据处理中心、数据站的配置 要求、功能与性能要求。为实现ADS-B数据处理中心、数据站配置 要求、功能与性能要求，中南空管局通信网络中心专门组建团队 进行ADS-B数据处理中心系统的设计和开发工作,并承担三亚数 据站的建设。

和输出子网三个部分，不同的子网采用独立的网络交换设备。输入 子网、

子网和输出子网采用二网络（A/B/S网）几余结构。输入子网用于数据的输入，接入数据来源包括ADS-B地面 站、数据处理中心、航管雷达(多点定位)等监视源、转报机、飞行 计划集中处理系统等。运行子网主要承担数据融合验证处理功 能。输出子网主要承担数据的输出前处理、输出、数据录制回放等 功能。

3系^]能模块

系统由三个部分组成，航迹显示客户端用来显示航迹动态、 航迹告警、航迹回放等；后台服务包括ADS-B数据收集解析模块、 雷达数据收集解析模块、飞行计划数据收集解析模块、数据质量 统计模块、数据融合验证模块、数据录制回放模块、数据分发处理 模块等；Web服务用来进行系统监控、参数配置和系统管理等， 各个系统组件和模块之间通过消息处理程序进行信息传递。

ADS-B数据收集解析模块、雷达数据收集解析模块和飞行计 划数据收集解析模块用于收集ADS-B数据、雷达数据和飞行计划 数据，经数据解析、坐标及投影转换、格式检查等处理后发送给数 据融合验证模块进行多数据源融合。

录制模块用于记录原始输入的ADS-B数据、融合验证后的数 据、数据分发处理后的数据、雷达数据和飞行计划数据；回放时 读取录制的原始ADS-B数据、融合验证后的数据、数据分发处理 后的数据、雷达数据等进行回放。

配置监控管理模块用于对系统运行参数,包括在线参数、离 线参数的配置,对系统各个模块的运行情况进行监控以及可以进 行模块的关闭、启动、重启等操作。

数据分发处理模块针对不同类别的用户，定制不同的数据 项、范围、延时等数据发送给用户。

2数据处理中心系统概述 2.1系统设计思路

系统后台服务采用模块化设计，模块之间相互独立，模块之间 采用自定义消息格式进行信息传递。用户可以通过浏览器在任意 一个网络连通的终端对系统参数进行配置和监控系统运行情况。 系统航迹显示采用客户端方式，达到更好的航迹显示及操作体验。

系统采用三网（A/B/S)结构，其A/B两路均可独立运行，A/ B两路所有服务器输入和输出的数据配置均保持一致，任何单点 故障系统可以快速进行主备切换，保证系统正常运行。系统A/B 双路采用并行模式，用户可以根据实际情况进行主备切换，切换 过程中通过系统缓存方式保证数据完整性，并通过记录输出数据 时间标识保证输出目标数据时间和位置等的唯一性。系统A/B路 监控程序通过一段时间的数据量、数据质量统计以及网络和服务 器状态等判断系统故障情况，当系统主用通道出现故障时能够自 动切换或用户人工切换的备用通道进行运行。S网用于旁路、数 据录制回放、监控、管理、配置、NTP时钟服务、对外发布等功能。

2.2系織构

系统架构如图1所示。系统网络设计包括输入子网、运行子网

80

mmm

2018.04

网络与信息工程监视监视 数据数据 输出1输出2

监视数据 输出n

ADS-Bl/ ADS-B2/

地面站地面站AD^Bn/地面数据站融合状态状态 站状态 数据

运行状

态数据

TS>-

输出子网

飞行计划数据飞行计划数据

I

异步串□与网|

络转换器

a!

飞行计划数 据解析 服务器A

\\rmirii

数据分 发处理 服务器A

a

数据分 发处理 服务器B

飞行计划数 据收集解析 服务器B

运行子网

磁盘阵列磁盘阵列

ii-ll m

数据录制回 放服务器A

-w

数据融合验 证服务器A

数据融合验证服务器B

配置管理监 配置管理监 控及日志记控及日志记 录服务器A 录服务器B

数据质量监控终端参数配置终端系统监控终端航迹显不终端

图1系统架构图

矣键站点麵.

Cat021 格式0.26、1.4、2.1 等版本单雷达、综合航迹、MLAT等

I

数据质暈统计樓块

-原始数椐——

I

AD9B数据收集解析模块

S——

—^

地面站厣始数据

—.gl

内部格式

ADS*B数据融合验

证模块

___■

原始茁达捕

—ADS>B融合内部格式数据一

内_式验证结果

I ._t

cat021

ADS^B数据收集解

—

析模块

内部格式一

图2各模块间关系

旁路模块接入关键站点的地面站数据，同时监控A/B网各 服务器的运行状态，当A/B服务器同时出现故障导致无数据输出 时，自动选择接入的关键站点A/B通道其中一路进行输出。

据和综合航迹数据)验证、TD0A验证来判断接收ADS-B数据中 的虚假目标。

(1)

有效范围验证，目标所在位置超过接收地面站的覆盖范

围则判定该目标为可疑目标。

(2) TD0A验证，通过航迹目标24位地址码、位置、高度、速 度等值判断是否被多个地面站同时接收，当某个航迹目标至少被 3个或以上地面站覆盖时，并均存在高精度时标的条件下对其进

4系统设计

4.1假目标判定及处理机制的设计

系统支持通过有效范围覆盖验证、雷达数据(包括单雷达数

ISllE

网络与信息工程行TDOA验证。

(3)雷达数据验证，在雷达覆盖区域，解析雷达数据信息，将 所有雷达目标在队列进行保存，判断所接收到的ADS-B航班目标 在队列中能否找到对应航班信息,如未找》对应信息则判断该目 te为假目te。

用户可进行参数配置选择是否输出对应验证结果的数据，验 证为假目标的航班数据系统会在系统输出的CAT021格式数据中 进行扩展位标识，记录相应验证结果。

2018.04

度、二次代码等)的差异,系统对接收到的所有非位置/高度信息 进行最后获取值的存储，如果选定的输出帧不包含存储的非位置 /高度信息，系统会在由用户配置的参数时间确定有效时间范围 内将存储的非位置/高度信息附加到输出帧当中，以保持输出数 据的连续性。

系统具备数据处理中心的所有功能，分别对接入的地面站数 据和下属数据站数据进行处理。对于接入的地面站数据系统保持 数据站处理的所有流程,包括对数据帧进行格式判断、虚假目标 交叉验证等处理，然后输出地面站融合后的数据。系统接收包括 本系统输出的地面站融合数据和下属数据站数据，进行重复数据 过滤和数据质量比选后保证整个数据处理中心覆盖区域所有航 迹输出数据帧的唯一性和可靠性。

4.3数据站、二级数据处理中心系统间ADS-B数据交换的

谢十

数据站与二级数据处理中心进行ADS-B数据上行传输，二级 数据处理中心与一级数据处理中心进行ADS-B数据上行传输的 时刻，系统支持通过对Asterix CAT021格式的扩展编码,输出本 级系统进行虚假目标校验的结果，该功能可由系统参数配置定义

图3 TDOA验证未通过的告警示例

打开或者关闭。

42系统融合魏机制的设计

系统使用24位地址码、高度和位置进行唯一性判定(判定是 否为不同来源的同一目标)，考虑到不同接收机CPR解码算法的 差异，位置允许有2-4个LSB的差异。对于同一目标存在多个数 据帧的情况通过融合优选机制，选择数据质量最优的地面站数据 作为融合数据进行输出，从而保证对同一个航班只输出一个最能 够表达它实际情况的、高质量的数据帧信息。

考虑到不同来源的数据携带的非位置/高度信息(航向、速

5系统数据的处理 5.1系统麵专输模式

系统地面站、数据站和二级数据中心之间通过UDP组播方式 进行数据传输,可以减少网络带宽以及简化各数据交互系统间的 IP配置等。

5.2 MITOba

系统监视数据处理在功能上为系统的前置处理功能；在架

构上，监视数据处理由ADS-B 数据收集解析处理服务器和雷 达收集解析处理服务器完成该

l^

fflA

项功能。监视数据处理主要功 能为接受并解析各种输入协议 的监视数据，将其转换为系统 内部的统一监视数据,为监视 数据的航迹建立、融合处理、

ss

賭+>

ADS-B目标的真伪识别等核心 功能提供初步的处理。

5.3

a)系统能够接收处理不 同格式的雷达监视数据如MH/ T 4008、 ASTERIX CAT034(版 本vl.21或以上）、CAT048(版 本vl. 27或以上）等；（2)系统 能够接收处理综合航迹数据 ASTERIX CAT062 版本 vl. 17 或 以上；（3)系统能够接收处理 MLAT 数据 ASTERIX CAT020 版

图4数据交互流程图

本vl.9或以上；（4)系统接收

(下转第89页)

82

2018.04

网络与信息工程试场地，经测试，该机器人模型满足设计要求，具有良好的操控性 和可靠的识别抓取能力，在空旷环境下，其无线控制距离可达15 米左右。本机器人模型对学生创客教育的学习和同类产品的设计 具有一定的参考价值。

换为第三个屏幕，第三个屏幕主要由控制机器人前、后、左、右移 动、抓取/释放按钮及短消息交互几部分组成。当按下手机物理 按键返回键时，当前屏幕都切换为主屏幕。图6是手机APP开发 界面，从左到右依次为一、二、三三个屏幕。

有毐物品5个_________________ _ _

Robot §1图6

手机APP界面

参考文献

[1] 李莹莹，刘洪沛.高校创客教育模式探究[J].数字教

育,2017,3(04):33-38.

[2] 高思鑫.提高学生代码学习兴趣的Arduino创客项目学习设

计研究[D].上海师范大学,2017.

[3] 王丹丹.Arduino创客项目计算思维特征研究[D].上海师范

大学，2016.

[4] 丽雯，韩荣荣，宋江敏.基于Arduino/Android的语音控制

小车设计[J]•实验室研究与探索,2015,34(12):53-56.[5] 赵建伟，班钰，王义，王朝，王富勇，谢广明•基于

Arduino的智能小车的控制系统设计[J].兵工自动

化,2015,34(05):74-76+96.

[6] 刘泽良，胡日新.物联网技术下基于Arduino的智能公交

系统模型设计[几实验技术与管理,2014,31(11):140-143+162.

[7] 卞云松.基于Arduino单片机的避障小车机器人[J].自动化

技术与应用，2014,33(01):16-19.

4结论

智能安保机器人已于2017年12月完成样机制作，并搭建测

(上接第82页）

以上格式的雷达数据，并进行解析，解析得到的航班信息以队列 方式在内存中进行保存。

连续三个或以上周期(周期数可由用户配置)，均显示为异常则确 定该航迹目标位可疑目标，在输出该目标数据时对其数据帧加上 雷达验证异常扩展位信息。

5.4飞行计划数据接收处理

系统能够引接符合MH/T 4029. 3格式标准的飞行计划数据， 并完成解析，解析的各项数据结果在MYSQL数据库中进行保存。

6结语

本文结合实际应用情况，设计出ADS-B数据处理中心，并详 细阐述了系统的设计思路、架构及功能模块，ADS-B数据处理中 心对地面站接入的信号进行去重、验证和融合提升ADS-B信号的 可靠性对空管监视技术有重要意义。在后续的研宄工作中，本文 将会继续完善ADS-B数据处理中心的各项功能。

5.5多路ADS-B麵综合M

系统融合验证模块接收ADS-B数据收集转发的解析后的所 有地面站数据。对航迹目标进行覆盖判断，如超过所接收数据地 面站的覆盖范围则判定该目标为可疑目标，在内部数据格式中对 其进行标记。通过航迹目标24位地址码、位置、高度、速度等值判 断是否被多个地面站同时接收。

接收质量统计模块发送的地面站数据质量统计结果，在多重 地面站覆盖情况下，对各个地面站的数据质量结果进行比较选择 数据质量最髙的地面站数据作为融合输出数据源。

将处理后的融合数据源以内部数据格式发送至雷达数据收 集解析模块进行验证，接收雷达数据验证结果，如果验证结果在

参考文献

[1] TECHNICAL SPECIFICATION FOR A 1090 MHz EXTENDED

SQUITTER ADS-B GROUND STATI0N[Z]. (ED-129A).[2] 广播式自动相关监视(ADS-B)管制运行规程[红八(：-93-TM-2011-01.[3] 广播式自动相关监视(ADS-B)在飞行运行中的应用[Z].IB-FS-2008-002.

1E1M JU