郑雨薇
中国民用航空深圳空中交通管理站，广东 深圳 518000
摘要：本文介绍了近年来，在中国民航事业飞速发展、民航流量大幅度增加、部分中小机场缺少场监雷达，仍旧依赖目视方式实施管制的背景下，针对机场场面、终端区、机场附近所新生的一种监视手段-多点定位系统MLAT。讲述基于TDOA技术的多点定位系统MLAT在民航中的重要作用及其定位原理，同时与ADS-B技术进行比对分析，突出MLAT的工作机制，整合应用案例表现应用趋势。
关键词：监视技术；多点相关定位技术；MLAT；双曲线原理；TDOA
引言
当前，民航中运用的主要场面监视技术有SMR（场面监视雷达）、ADS-B（自动广播式相关）、MLAT（多点定位）、EVS（增强视景监视）。ICAO已将MLAT确定为未来监视技术发展的主要方向，欧美等主要航空强国正在加速推进MLAT技术的应用，其研制和生产、运行维护和政策标准以及设备准入体系已日趋完善和成熟。且中国民航于2007年决定使用MLAT，作为现有空管监视系统的加强与扩充。
1 MLAT定位基本原理
MLAT技术的基本原理为同一覆盖范围内存在多个接收站，它们同时接收来自目标的应答信号。而利用双曲线原理，三个接收机产生两条双曲线，交点位置即可确定一个目标位置。而在空间区域中，需要四台接收机，飞机位置则需利用双曲面定位解算。按照接收各个机载设备信号的方式方法，具体定位技术分为TOA（目标信号达到时间）、AOA（目标信号到达角度）、TOA/AOA混合、TDOA（目标信号到达时间差）四种。
1.1 TOA
假设目标位置A（x，y），接收站的位置为（xi，yi），测量TOA为ti，则有下列公式成立：
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式中m为接收站的个数。
要测量各站点接收信号时标，同时还要机载设备配合提供信号发射时标，实现较难。
1.2 AOA
假设目标位置A（x，y），接收站的位置为（xi，yi），测量AOA为θi，则有下列公式成立：
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式中m为接收站的个数。
一般采用阵列天线来对AOA进行测量，要实现高分辨率天线设备很困难。
1.3 TOA/AOA混合
假设目标位置A（x，y），接收站的位置为（xi，yi），测量AOA为θi，测量TOA为ti，则有下列公式成立：
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式中m为接收站的个数。
基本类似传统一次雷达，设备昂贵，要实现场面高精度定位非常困难。
1.4 TDOA
假设目标位置A（x，y），接收站的位置为（xi，yi），测量TDOA为τi,1，则有下列公式成立：
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式中m为接收站的个数。
只需测量各接收站信号时标，相对以上三种工程较易实现。所以，TDOA最终成为MLAT系统解算位置的方法。
2 MLAT关键技术
2.1 信号处理
远端接收站处理所有A/C/S应答信号，S模式共有25种下行格式，分别是DF00～DF24。如文献[1]所述目前已使用10种：DF0、DF16用于ACAS空空监视；DF17、DF18用于ADS-B监视；DF11用于S模式全呼应答；DF4、DF5、DF20、DF21用于S模式点呼应答。询问信号格式包括：A（识别）、C（高度）、S（全呼/点呼）。输出数据格式主要包括：场面目标报（EUROCONTROL ASTERIX Cat0102）、广域状态报（EUROCONTROL ASTERIX Cat0193）、广域目标报（EUROCONTROL ASTERIX Cat0204）、ADS-B报文（EUROCONTROL ASTERIX Cat021）。
2.1 时钟同步
系统同步机制为GNSS伪共视（单站时钟准确度及积累误差）+参考校正应答机分布式高精度时钟同步（系统固定及缓变误差），具有成本低、精度高的特点。
2.2 TDOA误差
所有站点TOA提取在同一地方（中心站）同一时钟条件下，无需考虑多个时钟不同步问题。TDOA误差可用以下公式计算：
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2.3 优化布站技术
利用几何稀释因子（GDOP）、通视（LOS）分析和GIS相结合的优化布站分析技术，是系统选站的重要工具。实现了高精度地图绘制、站点覆盖仿真、定位精度仿真等功能。
3 MLAT与ADS-B比对分析
ADS-B须使用机载GPS或INS得到位置信息，此外，全球约30%未加装ADS-B模式的航空器无法被监视，即使安装了机载设备的航空器，其提供的定位精度参差不齐。ADS-B报文容易被伪造，一个ADS-B发射设备可轻易模拟虚假运动轨迹。而MLAT使用多站接收、中心站处理TDOA解算方式得到位置，且无需改装机载电子设备，即所有AC/S模式飞机全可监视，同时，系统自身解算方式很好的防止了恶意欺骗。
综上所述，相较ADS-B技术，MLAT除了拥有定位原理的优势外，其可靠的运行模式、可观的监视数量、系统自身安全性也是不可忽视的。
4 MLAT的应用与国内示范验证
2007年，北京首都国际机场成为国内首个应用现场。2013年桂林机场安装MLAT，民航二所成功完成了系统在中型机场的示范验证。2014年成都双流国际机场上线，至此，民航二所成功完成了系统在大型复杂机场的示范验证。接着陆续在上海虹桥、重庆、武汉等机场完成正式运行项目。此外，仍有大量正处于建设中的工程应用现场。对比文献[1]，多点定位系统是完全符合技术标准，从系统实施后的数据来看，系统最大处理能力能达到600批，位置精度达到水平7.5米，更新率1s，这使其可靠性与先进性得到了证实。
结束语
随着民航业自动化技术的创新与发展，全球各个繁忙机场布局日趋复杂。而航空器与航空器、航空器与车辆的间距却日渐缩小，甚至出现了场面监视区域盲区较多，识别能力不足的问题。而新的监视技术-多点相关定位技术的崛起，无疑成为解决根本问题的一把钥匙。可以说如今的多点定位技术，随着在全球民航业逐步实施，已成为民航监视领域的研究风向标与前沿技术。
参考文献
[1]多点定位系统通用技术要求 MH/T 4037-2013
[2]祁育成;民航多点定位系统的接收机分析与设计[D].南京理工大学,2013年
作者简介：郑雨薇（1993-），女，内蒙古包头人，中国民用航空深圳空中交通管理站电信机务员，本科工学学位。现拥有空管甚高频、内话、自动化系统、场监、多点电信执照。