低慢小目标探测监视管理系统及方法与流程

本发明涉及航空器探测监视技术领域，尤其涉及低慢小目标探测监视管理系统及方法。

背景技术：

低空慢速小目标(以下简称“低慢小”)，是指具有低空飞行、飞行速度慢、不易被侦测发现等特征的小型航空器和空飘物的统称。

目前见到的低慢小主要包括航空模型、航天模型、热气飞艇、热气球等。低慢小由于体积小、操作简单、飞行高度低、地物遮挡多，空军和雷达设备无法覆盖。防范处置低慢小的干扰破坏，已成为重大安保活动的世界性难题。但由于航空技术发展日新月异，很难准确界定它们的性能指标。而从光学和雷达探测技术来看，一般认为慢速和小目标的上限是“200公里/小时、雷达散射截面积2平方米以下”。综上所述，可将“低慢小”目标界定为:飞行高度1000米以下、飞行速度200公里/小时以下、雷达散射截面积2平方米以下的航空器和空飘物。

监视(surveillance)是空中交通管理系统提供目标的实时动态信息，是进行空中交通管理的基础。地面管制和空中交通管制等运行单位利用监视信息判断、跟踪机场场面动目标和空中航空器位置，获取监视目标识别信息，监视机场场面运行态势及掌握航空器飞行轨迹和意图、航空器间隔，提高空中交通安全的保障能力。本项目中的低空监视是指对真高一千米以下空域内的所有航空器飞行活动实施的监视，包括对合作式目标的监视与非合作目标的监视。

对低慢小目标的探测监视又分为针对“合作式”与“非合作式”低慢小目标两类。

对于合作式目标的监视，目前国际民航组织(icao)、美国联邦航空局(faa)以及欧洲空管组织(eurocontrol)建议使用相关监视(ads)和多点定位技术(mlat)来提供低空监视。

对于低空非合作式目标的监视，长期以来是由军方主导研究和发展的，许多国家都针对此开发使用了低空监视雷达，目前在世界范围内广泛应用的低空监视雷达有诸如法国的超级蝙蝠低空监视雷达、st068mu型低空监视雷达，我国的jy-9型监视雷达等。目前飞行活动的日益增加，国内外也开发运用了许多新的技术手段。例如，我国武汉大学电波传播实验室所研究的多照射源被动雷达新型监视技术、航天科工集团所采用的光电探测技术以及川大智胜公司通过低空监视一次雷达、ads-b、热磁成像仪和北斗等多种传感器对低空空域飞行器进行监视。

可见目前针对低慢小目标探测监视手段技术已有较大发展，能够做到及时探测发现低慢小目标并实现跟踪定位，但针对低慢小目标的各类技术呈现单一化趋势，对于不同设备针对不同类别低慢小目标的探测信息如何进行有效融合，进行空中态势的整体评估以及后续如何进行有效管控，并未形成一个完整的系统，这直接导致了目前低慢小目标影响飞行安全的现象时有发生。

所以，提出一套综合的低慢小目标监控管理方案，已是刻不容缓。

技术实现要素：

针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供低慢小目标探测监视管理系统及方法。

为实现上述目的，本发明第一目的在于提供一种低慢小目标探测监视管理系统，包括：

探测监视设备，用于在不同区域下获取不同类型低慢小目标的探测监视数据；

处理器，用于接收所述探测监视数据并进行融合处理，所述融合处理包括：探测监视数据校准、目标点迹关联、目标跟踪、目标判别和预测告警。

作为本发明的进一步改进，针对不同区域，所述探测监视设备分为机动部署型探测监视设备和区域防护型探测监视设备。

作为本发明的进一步改进，所述探测监视设备包括ads-b机载设备、ads-b地面设备、光电探测雷达和测距设备，基于ads-b机载设备和ads-b地面设备对合作式低慢小目标进行探测监视，基于光电探测雷达和测距设备对非合作式低慢小目标进行探测监视。

作为本发明的进一步改进，所述处理器包括：

校准模块，用于将不同探测监视设备的探测监视数据统一在同一个时间和空间参考系下；

关联模块，所述关联模块与所述校准模块相连，用于将不同探测监视设备对同一低慢小目标的探测监视数据进行点迹关联；

跟踪模块，所述跟踪模块与所述关联模块相连，用于将探测监视设备完成一次周期后的探测监视数据与已有的属于同一低慢小目标的特性参数进行比对，并依据探测监视设备的探测值对低慢小目标下一次探测中的特征参数进行外推预测；

判别模块，所述判别模块与所述关联模块相连，用于将探测监视设备完成一次周期后的探测监视数据与已有的属于同一低慢小目标的特性参数进行比对，判定目标身份；

预测模块，所述预测模块分别与所述跟踪模块、判别模块相连，用于根据所外推预测的结果和目标身份，预测目标飞行态势；

告警模块，所述告警模块与所述预测模块相连，用于根据目标飞行态势，判断存在冲突的目标，并及时发出安全告警。

作为本发明的进一步改进，所述低慢小目标的特性参数包括低慢小目标的类型、位置和速度。

作为本发明的进一步改进，所述飞行态势包括飞行姿势和方向。

作为本发明的进一步改进，所述安全告警包括冲突告警、近地告警和入侵告警。

本发明第二目的在于提供一种低慢小目标探测监视管理方法，包括：不同区域低慢小目标管理方法、不同类型低慢小目标管理方法和探测监视数据的融合处理方法；

所述不同区域低慢小目标管理方法为：

不同区域采用不同的技术手段进行管理，在飞行流量较大和重大活动区域，采取区域防护型探测监视设备进行监控管理；在一般区域则采取机动部署型探测监视设备结合发现报告处理制度的方法实施对低慢小目标的监控管理；

所述不同类型低慢小目标管理方法为：

基于ads-b机载设备和ads-b地面设备对合作式低慢小目标进行探测监视，基于光电探测雷达和测距设备对非合作式低慢小目标进行探测监视；

所述探测监视数据的融合处理方法为：

将不同探测监视设备的探测监视数据统一在同一个时间和空间参考系下；

将不同探测监视设备对同一低慢小目标的探测监视数据进行点迹关联；

将探测监视设备完成一次周期后的探测监视数据与已有的属于同一低慢小目标的特性参数进行比对，并依据探测监视设备的探测值对低慢小目标下一次探测中的特征参数进行外推预测；

将探测监视设备完成一次周期后的探测监视数据与已有的属于同一低慢小目标的特性参数进行比对，判定目标身份；

根据所外推预测的结果和目标身份，预测目标飞行态势；

根据目标飞行态势，判断存在冲突的目标，并及时发出安全告警。

作为本发明的进一步改进，所述低慢小目标的特性参数包括低慢小目标的类型、位置和速度。

作为本发明的进一步改进，所述飞行态势包括飞行姿势和方向，所述安全告警包括冲突告警、近地告警和入侵告警。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明对不同探测监视设备的探测监视信息进行融合处理，方便掌握准确的探测监视信息；

本发明采用目前较为成熟的ads-b技术以及雷达探测定位设备对低慢小目标实施探测监视，可行性较高；本发明同时提出了不同区域下的管理方法，实用性更强。

附图说明

图1为本发明一种实施例公开的低慢小目标探测监视管理系统的结构图；

图2为图1中处理器的框架图；

图3为本发明一种实施例公开的低慢小目标探测监视管理方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

本发明针对目前低慢小航空器管控难、侦测难、处置难的现状，以现有的针对低慢小目标的探测技术以及解决方案为基础，提出一套针对不同类型(合作式和非合作式)不同区域低慢小目标的不同管控方法以及监视信息综合集成的综合管理系统方案。

如图1所示，本发明提供一种低慢小目标探测监视管理系统，包括探测监视设备和处理器；

探测监视设备安装在低小慢目标或地面上，用于在不同区域下获取不同类型低慢小目标的探测监视数据。探测监视设备以一定周期对所监视区域进行探测，针对不同区域探测监视设备分为机动部署型探测监视设备和区域防护型探测监视设备；每完成一次探测，就将该区域内全部探测到的低慢小目标位置等信息以数据的形式进行发送。各探测监视设备分别进行探测和判定，一旦认定为航空器目标，则把各类探测监视数据发送至处理器(融合部分)。探测监视设备包括多个ads-b机载设备、多个ads-b地面设备、多个光电探测雷达和多个测距设备，基于ads-b机载设备和ads-b地面设备对合作式低慢小目标进行探测监视，基于光电探测雷达和测距设备对非合作式低慢小目标进行探测监视，也可选用其它系统对低慢小目标进行探测监视。

处理器用于接收探测监视数据并进行融合处理，融合处理包括：探测监视数据校准、目标点迹关联、目标跟踪、目标判别和预测告警。

如图2所示，本发明的处理器包括：校准模块、关联模块、跟踪模块、判别模块、预测模块和告警模块；关联模块与校准模块相连，跟踪模块与关联模块相连，判别模块与关联模块相连，预测模块分别与跟踪模块、判别模块相连，告警模块与预测模块相连；其中：

校准模块，校准模块主要是将不同探测监视设备的探测监视数据统一在同一个时间和空间参考系下。倘若每部探测监视设备在探测过程中彼此之间均相互独立，那么在各自数据融合之前必须进行必要的时间迁移和空间变换，从而保证各路数据在融合前都处于同一个时间和空间参考系下。

关联模块，用于将不同探测监视设备对同一低慢小目标的探测监视数据进行点迹关联。关联模块主要判定不同探测监视设备的探测监视数据是否来自同一低慢小目标，每部探测监视设备在扫描探测后，按照一定周期输出点迹到关联模块，关联模块将收到的来自某个探测监视设备的新点迹，同其他探测监视设备的新点迹以及该设备前段时间内的点迹数据进行相互关联，只有确定多个点迹数据属于对同一低慢小目标的探测后，才使用这些由不同探测监视设备探测到的点迹数据对该低慢小目标进行估测。在完成点迹数据关联后，新收到的点迹数据有两个分配途径，即用于更新已探测到的低慢小目标数据集合，或创建新的低慢小目标数据集合。

跟踪模块，每部探测监视设备完成一次周期内的探测后，会将新点迹和现有数据进行比对，并依靠探测监视设备的探测值对低慢小目标下一次探测中的位置、速度等特性参数进行外推预测。同时将这些外推探测值反馈回去，为下次周期获得的新点迹关联作准备；跟踪模块的数据输出是针对低慢小目标的飞行状态外推预测。

判别模块，判别和跟踪是点迹数据关联后的并列过程，目的是将探测监视设备完成一次周期后的探测监视数据与已有的属于同一低慢小目标的特性参数进行比对，判定目标身份，即合作式低慢小目标或非合作式低慢小目标。

预测模块，预测即由低慢小目标飞行状态的外推预测结合目标身份数据上升至对目标飞行态势的预测，飞行态势主要是对其飞行姿态、方向性的估测。

告警模块，根据预测模块对低慢小目标以及周围空中各目标的飞行态势预测，判断可能存在冲突的各目标，并及时对其发出全告警，安全告警包括冲突告警、近地告警和入侵告警。

如图3所示，本发明提供一种低慢小目标探测监视管理方法，包括：不同类型低慢小目标管理方法、不同区域低慢小目标管理方法和探测监视数据的融合处理方法；其中：

1、不同类型低慢小目标管理方法为针对合作式和非合作式低慢小目标采取不同的管控方法：

针对合作式低慢小目标，为合作式低慢小目标加装ads-b机载设备，负责收集导航信息，并广播自身相关信息，其它低慢小目标的ads-b机载设备在收到其它航空器和ads-b地面设备的广播信息后，从而获得周围航空器速度、位置、高度等动态信息，使合作式低慢小目标能够充分感知附近空域空中动态，形成有效管控，如遇危险及时提供告警信息。

针对非合作式低慢小目标，采用光电探测雷达配合测距设备，实现对低慢小目标的有效检测及跟踪定位。光电探测雷达进行高速扫描，及时发现低慢小目标，配合测距设备，对其进行定位跟踪，由信息处理系统对目标信息进行处理后成像显示，为采取进一步措施提供依据。

2、不同区域低慢小目标管理方法为：

不同区域采用不同的技术手段进行管理，在飞行流量较大和重大活动区域，采取区域防护型探测监视设备进行监控管理；在一般区域则采取机动部署型探测监视设备结合发现报告处理制度的方法实施对低慢小目标的监控管理。

机动部署型：对于重大军事活动，为了防止无人机等低慢小目标非法窥视和恶意侵扰，可以采用车载机动部署的方式对活动区域空域进行监视和防控。另外，对于重大活动保障，为了特殊区域的安全防卫可以通过在目前公安和武警的应急保障车辆上进行机动安装实现对低空无人机的非法侵入进行监视和防控，同时可以为公安和武警后续的干扰和打击平台提供准确的目标提示，从而确保重大活动的人员和设施的安全。

区域防护型：对于一些重点基础设施(例如核电站、水电站、大型油库等)、机场以及一些敏感单位(例如军事基地、重要政府部门等)，通过安装固定升降式探测系统，实现对重点设施附近空域的无人机进行监控和预警，同时为后续的干扰和打击平台提供准确的目标提示，从而有效地防止非法窥探以及有可能的恐怖袭击。

3、探测监视数据的融合处理方法为：将不同的探测监视设备探测所得的数据作为数据源集中接入，随后进行空间、时间校准、滤波预测和航迹融合处理，对融合处理后的信息进行成像显示，同时进行态势估计，分级判断推理当前各目标航空器是否存在相撞风险，进行危险程度评估，最后依据评估结果及时提供安全告警，确保飞行安全。具体为：

步骤1、探测监视设备以一定周期对所监视区域进行探测，每完成一次探测，就将该区域内全部探测到的低慢小目标位置等信息以数据的形式进行发送；

步骤2、将不同探测监视设备的探测监视数据统一在同一个时间和空间参考系下。倘若每部探测监视设备在探测过程中彼此之间均相互独立，那么在各自数据融合之前必须进行必要的时间迁移和空间变换，从而保证各路数据在融合前都处于同一个时间和空间参考系下。

步骤3、判定不同探测监视设备的探测监视数据是否来自同一低慢小目标，每部探测监视设备在扫描探测后，按照一定周期输出点迹到关联模块，关联模块将收到的来自某个探测监视设备的新点迹，同其他探测监视设备的新点迹以及该设备前段时间内的点迹数据进行相互关联，只有确定多个点迹数据属于对同一低慢小目标的探测后，才使用这些由不同探测监视设备探测到的点迹数据对该低慢小目标进行估测。在完成点迹数据关联后，新收到的点迹数据有两个分配途径，即用于更新已探测到的低慢小目标数据集合，或创建新的低慢小目标数据集合。

步骤4、每部探测监视设备完成一次周期内的探测后，会将新点迹和现有数据进行比对，并依靠探测监视设备的探测值对低慢小目标下一次探测中的位置、速度等特性参数进行外推预测。同时将这些外推探测值反馈回去，为下次周期获得的新点迹关联作准备；跟踪模块的数据输出是针对低慢小目标的飞行状态外推预测。

步骤5、判别和跟踪是点迹数据关联后的并列过程，目的是将探测监视设备完成一次周期后的探测监视数据与已有的属于同一低慢小目标的特性参数进行比对，判定目标身份，即合作式低慢小目标或非合作式低慢小目标。

步骤6、预测即由低慢小目标飞行状态的外推预测结合目标身份数据上升至对目标飞行态势的预测，飞行态势主要是对其飞行姿态、方向性的估测。

步骤7、根据低慢小目标以及周围空中各目标的飞行态势预测，判断可能存在冲突的各目标，并及时对其发出全告警，安全告警包括冲突告警、近地告警和入侵告警。

本发明采用目前较为成熟的ads-b技术以及雷达探测定位设备对低慢小目标实施探测监视，可行性较高；本发明同时提出了不同区域下的管理方法，实用性更强；本发明对不同探测监视设备的探测监视信息进行融合处理，方便掌握准确的探测监视信息。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。