2009年空地协同民航空域监视新技术与装备

2009年空地协同民航空域监视新技术与装备第一页，共48页。汇报内容背景和意义一主要技术发明二成果应用及推广三主要发明人贡献四第二页，共48页。汇报内容背景和意义一主要技术发明二成果应用及推广三主要发明人贡献四第三页，共48页。一、背景和意义民用航空必须对空域内飞行活动进行有效监视高动态飞行空中无法“刹车”与障碍物保持安全容限飞机间保持安全间隔必须第四页，共48页。一、背景和意义指定飞行活动空间危险气象交通态势运行实时态势感知利用空地监视设备空域监视容限监视协同态势第五页，共48页。一、背景和意义国外对其核心技术严密封锁空域监视设备落后能力不足威胁国土防空安全限制通用航空发展迫切需要自主创新制约民航安全高效发展空域监视是国家空防预警的重要组成部分第六页，共48页。一、背景和意义容限监视协同态势空地协同，扩展范围引入误差因素多空地协同，态势共享处理和传输瓶颈航路密度增大，空中危险接近增多飞机数量增多，需要的态势信息各异，航空数据通信和机载设备处理能力成为瓶颈对空中交通的安全和效率提出重要挑战第七页，共48页。一、背景和意义1998年－：基础研究（国家自然科学基金）1999年－：技术攻关（总装预研）2003年－：民航总局正式立项实施与中国民航总局空管局，各地区管理局，各大航空公司等通力合作研究－攻关－实施历时10余年显著提升了空域利用率，有效保障了空域运行安全第八页，共48页。一、背景和意义面临和必须解决的难题容限监视协同态势点线体面卫星定位误差因素多飞机自主误差监测多监视源时空基准、误差分布各异地面实时可信监视能力弱航路容限要求精确描述航迹偏差影响因素多且复杂飞机节点移动、上下行业务不对称飞行动态变化条件下按需服务能力弱盲稳伪强安全效率第九页，共48页。汇报内容背景和意义一主要技术发明二成果应用及推广三主要发明人贡献四第十页，共48页。容限监视协同监视二、主要技术发明

2

个方面

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个主要技术发明点1. 发明了用于飞机自主定位的地基区域完好性监测方法及装置2. 发明了航路空间容限动态监测方法及装置3. 发明了基于异构监视源的综合可信监视方法及装置4. 发明了面向飞行服务的空地增强态势共享方法及装置扫盲维稳去伪增强第十一页，共48页。1、用于飞机自主定位的地基区域完好性监测方法及装置卫星故障有意干扰扫盲电离层故障地基监测向飞机告警卫星定位误差因素多飞机自主误差监测难点矛盾使用最少监测站达到及时准确告警的目标第十二页，共48页。1、用于飞机自主定位的地基区域完好性监测方法及装置传统方法：美国WAAS使用观测值线性组合检测量告警检验其统计特征是否符合假设否未考虑卫星定位误差的时间和空间相关特性检测准确度低监测站密度大必须扫盲第十三页，共48页。1、用于飞机自主定位的地基区域完好性监测方法及装置地基区域完好性监测方法时间相关组合空间相关组合观测值线性组合检测量告警检验其统计特征是否符合假设否时间轴空间轴概率分布特征扫盲检测准确度高监测站密度低时间同步检验空间一致检验第十四页，共48页。1、用于飞机自主定位的地基区域完好性监测方法及装置地基区域完好性监测装置使用最少监测站达到国外系统同等性能技术指标本项目美国WAAS服务范围中国空域全美空域监测误差因素13种13种性能指标满足国际民航组织规定的完好性指标监测站数量738建设/运行成本低最高发布方式VDB、ACARSGEO广播扫盲第十五页，共48页。1、用于飞机自主定位的地基区域完好性监测方法及装置获得知识产权：授权发明专利：5项ZL2.0：区域卫星导航系统及方法ZL2.5：用于布局卫星导航地基区域增强系统的装置及方法ZL2.1：基于地基增强系统的误差分离方法及地基增强系统ZL2.0：接收机自主完好性监测的可用性预测方法ZL2.3：一种卫星导航增强系统的定位方法受理发明专利：5项获软件著作权：1项扫盲第十六页，共48页。航路容限影响因素：机载设备性能度量标准飞行技术管制环境2、航路安全空间容限动态监测方法及装置完好定位航迹保持航迹偏差特征容限安全性判据航路容限2大要素航路容限要求精确描述航迹偏差影响因素多且复杂难点矛盾如何获得安全条件下的最小航路容限？解决思路维稳第十七页，共48页。2、航路安全空间容限动态监测方法及装置传统航路安全空间容限监测方法航迹偏差特征提取航路安全容限判据航迹偏差基于欧美空域运行的特征ICAO碰撞风险模型我国空域运行环境特点：公英制混合运行机载设备性能不一管制运行环境不同我国空域航迹特征提取公英制综合碰撞风险模型维稳第十八页，共48页。2、航路安全空间容限动态监测方法及装置发现我国空域航迹偏差的变化规律航迹偏差特征提取航路安全容限判据航迹偏差位置、形态参数子分布i的权重新的航路安全空间容限监测方法引入扩展参数，更加准确地监测我国空域运行环境内航迹偏差特征扩展参数一般性特征适应性特征维稳第十九页，共48页。2、航路安全空间容限动态监测方法及装置新的航路安全空间容限监测方法航迹偏差特征提取航路安全容限判据航迹偏差ICAO碰撞风险模型空域运行碰撞概率目标兼容公英制的容限判据公英制转换过程动态模型侧向/垂向重叠概率侧向/垂向安全容限提出了兼容公英制的航路安全容限判据英制高度层30000英尺29000英尺28000英尺27000英尺原米制高度层9000米8700米8400米国境地带公英制度量标准问题：国境地带空域切换、军民航联合飞行英制高度层30000英尺29000英尺28000英尺27000英尺新米制高度层9200米8900米8400米国境地带解决了我国公制空域环境下航路安全容限的准确判定问题维稳第二十页，共48页。2、航路安全空间容限动态监测方法及装置与国外同类技术比较机载航迹保持性能监测设备航路安全容限监测系统技术指标本项目美国FAA欧洲EUROCONTROL航迹偏差特征提取方法3参数特征（位置/形态/扩展）2参数特征（位置/形态）2参数特征（位置/形态）航路安全空间容限判定方法兼容公英制仅支持英制仅支持英制维稳第二十一页，共48页。获得知识产权：授权发明专利：2项ZL2.8：缩小垂直间隔空域的运行安全数据处理系统及方法ZL2.9：RVSM空域航空器高度保持性能监视系统及方法受理发明专利：5项获软件著作权：5项2、航路安全空间容限动态监测方法及装置维稳第二十二页，共48页。3、基于异构监视源的综合可信监视方法及装置去伪空基监视陆基监视在异构监视源情况下实现

可信态势监视多监视源时空基准、误差分布各异地面可信态势监视能力弱难点矛盾第二十三页，共48页。3、基于异构监视源的综合可信监视方法及装置可信态势：美国Sensis公司产品态势可信度判定SDP1去伪监视源1监视源2监视源N……SDP2SDPN……最小二乘拟合分立处理、简单拟合认为不同监视源误差独立同分布精度低准确性差态势可信度低第二十四页，共48页。3、基于异构监视源的综合可信监视方法及装置基于异构监视源的可信态势监视去伪态势可信度判定监视源1监视源2监视源N……SDP1SDP2SDPN……最小二乘拟合一致处理多空间基准一致化投影结合趋势信息的多时基同步映射PDFNPDF2PDF1……监视源误差概率分布准确度高有效提高了态势可信度第二十五页，共48页。3、基于异构监视源的综合可信监视方法及装置基于异构监视源的综合可信监视装置提高可信度，但地面设备相对增加。技术指标本项目美国同类系统是否支持多监视源支持支持最高更新率（次/秒）22覆盖范围（海里）250250可信度（海里）EPU<0.1EPU<0.3地面设备数量较多较少去伪第二十六页，共48页。3、基于异构监视源的综合可信监视方法及装置获得知识产权：授权发明专利：5项（新增1项）ZL2.3：一种符合广播式自动相关监视报文处理要求的数据格式转换方法ZL2.2：通信报文数据分解处理方法ZL2.4：机场场面监视方法ZL2.4：机场场面移动目标监视系统ZL2.1：一种高动态、多元、异步监视系统的误差校准方法受理发明专利：6项获软件著作权：9项去伪第二十七页，共48页。4、面向飞行服务的空地增强态势共享方法及装置态势精准态势共享增强如何实现时空可变服务信息的按需定制与共享？飞机节点移动、上下行业务不对称飞行动态变化条件下按需服务能力弱难点矛盾第二十八页，共48页。信息独立4、面向飞行服务的空地增强态势共享方法及装置传统地面飞行服务信息广播方法地面管制系统报文类型3气象信息交通状态机场信息告警信息报文类型1报文类型2报文类型3……态势广播，通信负荷高机载设备信息提取模块2信息提取模块3信息提取模块n…信息提取模块1地空数据链地-空广播式机载处理复杂增强第二十九页，共48页。地面管制系统报文类型3气象信息交通状态机场信息告警信息报文类型1报文类型2报文类型3……机载设备信息提取模块2信息提取模块3信息提取模块n…信息提取模块1地空数据链地-空广播式4、面向飞行服务的空地增强态势共享方法及装置面向时空可变飞行服务的空域态势共享方法实现地空态势的按需发布与高效共享地空数据链自适应多址接入机载设备态势信息一致解析机载综合态势显示地面管制系统交通态势态势挖掘与一致性表达飞行业务相关O飞行时间相关T飞行位置相关P气象信息机场信息告警信息…T :时间O :业务P :位置增强第三十页，共48页。4、面向飞行服务的空地增强态势共享方法及装置与国外同类技术比较通过增加地面接收与处理设备增加了监视信息内容，并支持了上行广播功能，但维护成本相对增加技术指标本项目美国同类系统监视内容位置信息、航空气象、机场运行信息位置信息对空态势广播支持不支持增强第三十一页，共48页。4、面向飞行服务的空地增强态势共享方法及装置获得知识产权：授权发明专利：8项（新增1项）ZL2.8：扩展通用访问收发信机的方法、装置及系统ZL2.4：带冲突分解的多址接入方法ZL2.4：自适应多址接入方法及中心控制节点ZL2.1：空地一体化飞行设备维修支援系统及方法ZL2.X：星地链路切换方法及星地链路切换方式选择处理装置ZL2.8：实现航空电信网与IP网互通的装置、系统及方法ZL2.6：基于联合网络-信道编码的协同传输方法ZL2.2：基于树形结构的路由方法受理发明专利：6项获软件著作权：5项增强第三十二页，共48页。二、主要技术发明用于飞机自主定位的地基区域完好性监测方法及装置容限监视授权专利：5公开专利：5软件著作权：1实现我国空域监视技术跨越式发展航路安全空间容限动态监测方法及装置基于异构监视源的综合可信监视方法及装置协同监视面向飞行服务的空地增强态势共享方法及装置授权专利：5公开专利：6软件著作权：9授权专利：2公开专利：5软件著作权：5授权专利：8公开专利：6软件著作权：5第三十三页，共48页。二、主要技术发明知识产权申请中国发明专利42项20项授权发明专利（新增2项），22项在公示期获软件著作权20项发表论文41篇SCI收录9篇EI收录32篇第三十四页，共48页。汇报内容背景和意义一主要技术发明二成果应用及推广三主要发明人贡献四第三十五页，共48页。三、成果应用及推广应用于9

家民航空管部门最大限度地保证民航航班在飞行密集区域和复杂地理环境下的安全和高效飞行应用于3

家军航相关部门为实施全国军民航空域联合监视发挥了重要作用应用于国航、东航、南航等10

余家航空公司为全球飞行协同服务提供了有效保障手段，3年共计创造经济效益逾7亿元项目应用已产生了重要的社会和经济效益第三十六页，共48页。三、成果应用及推广典型应用实例拉萨贡嘎机场RNP飞行：实现夜视飞行返航率降低30%减少天气导致航班延误第三十七页，共48页。三、成果应用及推广典型应用实例缩小高度层垂直间隔：巡航高度层增加6个，空域容量提高85％保障测高性能差异的各类飞机的稳定飞行制定米制高度层国际标准建立辐射亚太地区的地区安全监控组织第三十八页，共48页。三、成果应用及推广典型应用实例汶川地震期间成都地区空域监视雷达设备出现故障时对航班进行持续可靠监视保障航班飞行活动无事故征候第三十九页，共48页。三、成果应用及推广应用证明该项目成果拥有完全自主知识产权，取代了原需进口的国外相关装备，打破国外技术封锁，符合中国民航空管发展的实际需求，得到了国际民航组织（ICAO）的认可，提高了我国空域运行效率，为保障飞行安全发挥了重要作用。——中国民用航空局

空中交通管理局第四十页，共48页。三、成果应用及推广制定行业标准3项《航空运营人使用地空数据通信系统的标准与指南》《民用航空航班运行管理信息交换格式》《民用航空空中交通管理信息系统技术规范》第四十一页，共