场面监视系统中抑制假目标的技术探索

场面监视系统中抑制假目标的技术探索

尹淋

民航中南空管局空管设备应用技术开放实验室  广东广州  510400

摘要：场面监视系统是一种用于监控机场场面上各类航空器和车辆实时动态的系统，广泛应用于国内外各大机场。场面监视系统出现的假目标会干扰塔台管制员，对航空运行有一定的影响。本文探讨了广州白云国际机场塔台使用的NOVA9000场面监视系统，在抑制假目标方面所作的技术探索，对处理类似相关问题有一定的参考价值。

关键词：NOVA场面监视系统 假目标抑制 图层修改 多监视源融合

1. 引言

机场是重要的交通枢纽，保障机场运行安全十分重要。机场在运行过程中，场面监视系统可以提供实时机场态势感知，在保障机场安全方面发挥重要作用。在过去几十年的发展中，雷达传感技术和信号处理算法等方面的进步显著，但是现有技术对于处理假目标的依然存在局限性。当前场面监视系统任然不能完全避免假目标的出现，假目标对机场和空管运行安全带来诸多影响，容易误导管制员等，威胁运行安全，现在仍然在探索更有效地处理假目标的方法。

2. 场面监视系统概述

2.1 航迹检测原理

场面监视系统的航迹检测原理是通过接收多种监视源信号，对其加以信号处理，提供机场范围内的航迹进行实时监测和识别。这些监视源信号包括一二次雷达、多点信号和ADSB信号等，场面监视系统的航迹检测原理通常包含监视源信号接收、信号处理、航迹识别和分类、航迹跟踪与航迹预测。

1)监视源信号接收：

一次雷达系统通过发送雷达波并接收其反射信号来探测航迹的位置和运动状态。

二次雷达系统通过询问和回答来得到有关飞机的信息，如标识码、高度、速度等。通常采用的标识码是“SSR”（Secondary Surveillance Radar）代码。

多点定位利用多个站点（通常是雷达站或GPS接收器）之间的信号传播时间差来计算目标的位置。

2)信号处理：

为了确保航迹的准确性，NOVA场监MST计算在进行航迹处理时，会结合如下信息：

a)当前的时间

b)从历史航迹所外推的预测航迹

c)接入的信号源中所包含的现有点迹

d)各接入监视源的权重和精确性

各监视源在向系统进行信号输入时，拥有不同的更新速率和延时。所以各监视源所输入的信号需要根据相应的算法进行调整后进行融合，广州白云塔台使用的NOVA 9000场面监视系统使用卡尔曼滤波进行该算法信号处理。

3)航迹识别和分类：

通过分析监视源获取的航迹信息，系统对航迹进行识别和分类。如二次雷达和多点设备获取的航班航迹信息，会包含航班二次代码等身份信息。系统也可根据航迹的高度、速度、位置等，对航迹类别进行识别。航迹识别和分类的算法可以基于特征提取、模式识别和累计学习等方式进行，以实现对不同类型航迹的准确识别和分类。系统内MST会将所识别的身份信息与航迹相关联，并赋予IT号。

4)航迹跟踪与航迹预测：

航迹被识别和分类后，系统会持续跟踪航迹的运动轨迹，并对其进行轨迹推算，预测其未来的运动方向和轨迹。监视系统可以及时发现潜在冲突，并显示声光告警，提醒管制员采取相应的措施。

2.2 常见的航迹类型

场面监视系统会监测多种类型的航迹，这些航迹具有不同的特征。

飞机：飞机是场面监视系统最主要的关注对象，其特征包括飞机的尺寸、速度、高度、航向和飞行模式等。监视系统会跟踪飞机的航线，包括起飞、降落、巡航和进近等不同阶段。

地面车辆：地面车辆包括行驶在机场跑道、滑行道和停机坪上的车辆，监视系统会识别车辆的尺寸、速度、位置以及行驶路径等。

行人：行人包括机场内部各个区域的工作人员和旅客。系统可能会对行人的行为进行分析，识别进入限制区的行人。

3. 假目标的定义与分类

3.1 假目标概述

假目标是指系统中错误地识别为真实航迹的虚假信号或物体。假目标可能是监视源误报、信号干扰、系统信号处理异常所导致的。假目标可能会对系统造成干扰，降低场面监视系统的性能和可靠性。

3.2 假目标的成因分类

系统中的假目标可能由多种因素导致，其中包括：

监视源误报：由于监视源性能不足、天气原因或环境条件等因素导致的错误检测或识别。

信号干扰：外部干扰源如雷达回波反射，地面、建筑物或其他障碍物可能会导致雷达信号反射，产生假目标。

系统故障：系统软件或硬件故障引发的错误航迹报告或识别。

环境因素：天气变化、大气干扰等自然因素引起的误报或假目标。

为减少假目标的出现，通常会采取一系列措施，如使用多监视源融合、机器学习算法识别真实航迹、定期维护系统等。处理假目标的关键在于准确识别其来源和原因，并采取相应的技术手段和操作措施来减少其出现的可能性，从而提高监视系统的可靠性和准确性。

4. 假目标处理的现状和局限性

4.1 当前处理假目标的方法

当前处理假目标的方法包括监视源技术、信号处理、数据分析、人工智能等。以下是一些常见的处理假目标的方法：

1)采用多路监视源的融合航迹：

   通过融合多种的监视源数据，如雷达、多点和ADSB等，获得更准确的航迹信息，减少假目标的出现。

2)优化信号处理程序：

   运用数字信号处理技术对监视源数据进行处理，包括滤波、降噪、虚警过滤等，以提高航迹检测的准确性和可靠性。

3)航迹识别与分类：

   更新航迹识别和分类算法，通过分析航迹的特征和移动轨迹，将真实航迹与假目标区分开来，降低误报率。

4)设置动态阈值：

   根据环境条件的变化和监视源性能的波动，动态调整航迹检测的阈值，以适应不同的情况，并减少误报和假目标的出现。

5)智能算法学习：

   利用智能学习，对航迹数据进行分析和累计学习，记忆和区分真实航迹和假目标，并不断优化系统的性能和准确性。

6)自动告警和过滤机制：

   建立自动告警和过滤机制，对可能的假目标进行自动过滤或标记，同时及时告警操作人员，以减少对系统操作人员的干扰。

7)人工确认：

   人工确认系统告警，对系统判断的航迹进行确认，排除假目标的干扰，确保真实航迹的准确性。

以上方法常常结合使用，以提高场面监视系统对假目标的识别和处理能力，确保机场的安全运行和航空安全。

4.2 现有技术的局限性

尽管现有技术在处理假目标方面取得了一定的进展，但在处理天气影响、环境干扰和监视源误报等方面仍存在一些局限性，如天气恶劣的情况下，监视源的性能可能会降低，增加了监视源误报的概率。所以场面监视系统在处理假目标的算法方面，需要进一步的研究和发展，以提高系统的准确性和可靠性。

5. 假目标处理的技术解决方案

目前，设备维护人员通常采取定期检查和维护设备、校准设备、定期人员培训和接入多路监视源进行信号融合等措施来预防假目标的出现。对监视源设备进行定期检查和维护，确保设备处于良好工作状态，防止污垢或其他杂物影响检测准确性。同时对雷达进行定期校准，确保其精度符合规范要求。为操作人员进行定期复习培训，以正确应对假目标的出现。预防假目标还可以采用接入多路监视源进行信号融合的方式，通过融合不同监视源的数据来提高航迹检测和识别的准确性，在管制员操作席位上显示的航迹信号是融合信号，这种方式可以大幅降低假目标出现的概率。

对于场面监视系统本身，可以通过从软件上，优化监视源信号融合规则和修改屏蔽区来减少假目标的出现。白云机场塔台使用的NOVA场监系统监视源信号融合规则有选优先级最高的一路雷达信号进行航迹显示，和对所有接入的信号源进行融合之后进行航迹显示两种。NOVA场监系统也提供各种功能图层来抑制假目标的出现，如track mask图层中，可设定过滤航迹的阈值，低于阈值的航迹则不予显示。在管制员操作席位界面上，提供手动解相关功能，对于管制员所识别出来的假目标，管制员可在用户界面上选中假目标，对其标牌进行删除，减少假目标对运行的影响。分析假目标和目标异常情况出现的原因时，需要使用到系统内部的日志。日志记录场监系统的运行状态，定期分析日志数据，可以发现系统运行中的异常情况的原因，并针对性地调整软件配置和参数，以提高系统的稳定性。设备室编写了一个小程序，在NOVA场监系统中央处理服务器上运行，以便设备人员便捷查阅和保存场监系统的各类日志。

通过以上外部和内部的操作，可以有效地降低假目标的出现概率，提高场面监视系统的性能和可靠性。

6. 案例研究与分析

在广州白云国际机场塔台所使用的NOVA场监的运维工作中，为抑制假目标，针对不同假目标产生的原因，摸索出了不同的抑制方法，下面将对典型案例进行分析。

1)针对因天气原因出现的假目标

广州雷雨天气多，一次雷达信号会受到恶劣天气的干扰，导致雷达原始回波的杂波增多，进而导致场面监视系统出现假目标的概率升高。针对这种情况，NOVA场监系统在接入雷达参数设置里，有雨滤开关，如遇到雷雨天气，将此开关打开后，能够有效减少场监系统里面对一次雷达信号解析过后的DVF杂波，进而有效减少假目标的出现。

2)针对机场场面出现的固定假目标

NOVA场监系统提供多种功能图层，分别实现对回波的不同类型的过滤。在Global release area图层里，对于所绘制的闭合图形，可以设置需要屏蔽的监视源类型，被勾选的监视源所输入的航迹信号，将不会显示在用户界面中。在track mask图层里，可绘制闭合图形，图形区域可以设置取值为0-255之间的阈值，对低于阈值的一次雷达回波信号，系统会将信号屏蔽掉，不予显示。

3)针对随机出现的假目标

机场场面最常出现的目标类型为离港航班、进港航班和车辆。这三种类型的目标都有专门的身份标牌，而假目标往往是无身份标牌，即未知标牌。场面监视系统提供的Global release area图层里，绘制闭合的图形，在图形内部可以设置将未知标牌的航迹屏蔽，不予显示。

4)针对某一类型监视源本身的缺陷而出现的假目标

一次雷达只能通过回波强弱来判断是否有目标存在，无法获知目标的身份。而二次雷达和多点定位可以通过询问和回答来获知目标的身份信息。在一次雷达信号中，假目标和真实目标都没有身份信息，系统无法区分真假目标。而在二次雷达和多点定位监视源输入的信号中，真实目标具有身份信息，系统通过融合一次雷达信号，可以有效滤除假目标。

5)针对跑道、滑行道等区域出现的假目标

NOVA场监系统内置学习算法，该算法将整个机场场面区域进行网格分割，开启算法后，使用计数的方式，在周期时间内对每个网格出现的目标进行计数，并将此表格存储记忆。在出现目标时，系统会将该目标与网格进行比对，以此判断该目标为真实目标还是假目标。

7. 结论

对场面监视系统进行深入学习了解，研究系统每一项参数设置的含义，在实际应用中合理对参数进行调整，以实现假目标的抑制。合理利用多监视源融合技术，结合不同类型的监视源的优点，使系统所显示的航迹信号最优。本文通过案例分析，得出抑制假目标的一些方法，对处理相关类似问题有一定的参考价值。

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