Kvalitet i luftbibldet og ADS-B - Forsvarets forskningsinstitutt

More documents

Recommendations

Info

4 YtelsesparametereDet er utvilsomt beregning av en sensors konstanteog tilfeldige feil som gir de strengestenøyaktighetskravene til referansedata. I dettekapittelet vurderes hvor godt feilparameterenefor en radar kan beregnes ved å benytte dagensADS-B dekning som referansesystem. Det gisførst en introduksjon til feilmodell for radar,og deretter oppsummeres den numeriske analysensom er utført for å anslå brukbarheten tilADS-B data.4.1 Feilmodell for radarSystematiske feil betegnes ofte bias og er avvikfor et sensorsystem som opptrer likt i hvermåling. For et radarsystem har en bias i tid,range, asimut og elevasjon.For systemer som er synkronisert opp mot enabsolutt tid slik som UTC forventes en konstanttidsforskjell δ t mellom målt tid og sanntid. I tilfeller hvor systemet ikke er synkronisertopp mot en absolutt tidsreferanse, men haren frittstående klokke, forventes også et proporsjonaltavvik κ t . Dette skyldes at klokker idagens systemer er realisert med en frekvensoscillatorsom vil ha varierende frekvens avhengigav driftstemperatur.En radar måler avstanden ved å se på tidenfra den utsendte radarpulsen til mottak av reflektertpuls. Tidsmåling baserer seg på en internfrekvensoscillator. På samme måte somved måling av tid vil da et avvik mellom forventetfrekvens på oscillatoren og virkelig frekvensgi utslag i et avvik fra sann avstand r ssom korrigeres proporsjonalt κ r med den målteavstanden r m . I tillegg kan der være en konstantfeil δ r i forhold til når frekvenstellerenstarter og stopper i forhold til når radarpulsenvirkelig ble sendt og mottatt.Mellom målt asimut a m og sann asimut a s forventesen konstant feil δ a forårsaket av et avviki antatt nord og sann nord. Mellom målt elevasjone m og sann elevasjon e s forventes en systematiskefeil δ e forårsaket av et avvik mellomantatt horisontalplan og virkelig horisontalplan.Dette gir følgende veletablerte feilmodell foren radar [9, 6].t s = κ t t m + δ t + ɛ t (4.1)r s = κ r r m + δ r + ɛ r (4.2)a s = a m + δ a + ɛ a (4.3)e s = e m + δ e + ɛ e (4.4)I tillegg til systematiske feil vil enhver målingvære befengt med tilfeldige feil ɛ. Som oftestantas det at tilfeldige feil følger en normalfordelingog har middelverdi lik 0 og standardavvikσ.For mange radarapplikasjoner er det en absoluttposisjon av radarens observasjoner som kreves.Dette medfører at radarmålingen(t m , r m , a m , e m ) må transformeres til et annetfelles koordinatsystem, som regel et geodetisksystem slik som WGS84. En slik transformasjonkrever også radarens egen posisjon idette koordinatsystemet. Avvik i radarens målteposisjon i forhold til sann posisjon vil derforgi opphav til systematiske feil i posisjonsangivelsentil observasjonene.4.2 Potensialet for feilestimeringFor å anslå hvor godt dagens ADS-B trafikkkan benyttes til å estimere de ulike ytelsesparameternei radarens feilmodell er det benytteten syntetisering av de reelle ADS-B dataenefor en dag. Syntetiseringen innebærer å glatteADS-B posisjonene fra flyene og benytte dissesom den sanne posisjonen. Deretter etableresmålte ADS-B posisjoner og radarposisjoner vedå legge til kjente systematiske og tilfeldige feilslik som vist i figur 4.1.16 FFI-rapport 2011/01500
Figur 4.1Sann posisjonADS−B dataRadardataUtdrag av en flyging der sann posisjoner etablert ved en glattingav de virkelige ADS-B observasjonene.Til den sanne posisjonen leggesså til kjente systematiske og tilfeldigefeil for å generere ADS-Bdata og radardata.For ADS-B er det antatt normalfordelt feil somtilsvarer en EPU på 30 m og VEPU på 45 m.Verdiene for radaren er oppgitt i tabell 4.1 oger typiske verdier for en sivil primærradar [8].I metoden som benyttes til å estimere de ulikefeilparameterne er det antatt et radarsystemsom er synkronisert mot UTC. Slik at κ t erkjent og lik 1. Den eksakte posisjonen til radareni WGS84 er også kjent. Dette gir femukjente parametere for systematiske feil sommå løses fra likning (4.1)-(4.4). Dette løses somet femdimensjonalt minimumsproblem hvor summenav feilene i radarens koordinatsystem erminimumsfunksjonen. Metoden benytter ogsåen nedre og øvre grense på tillatte verdier avfeilparameterne. Samt at det legges en begrensingpå estimert tilfeldig feil for de løsningenesom er gyldige.Tabell 4.2 oppsummerer de estimerte feilparameternesammen med den relative feilen i forholdtil de sanne verdiene oppgitt i tabell 4.1.Minimumsmetoden estimerer alle parameterneutenom bias i elevasjon rimelig godt. Hvorforbias i elevasjon får en rimelig stor relativ feilkrever en mer detaljert gjennomgang av de flygingenesom benyttes til beregningen.k κ k δ k σ k (ɛ k )k κ k δ k σ k (ɛ k )t -0,3 s 0,1 sr 0.98 50 m 100 ma 0,1 deg 0,1 dege 0,2 deg 0,1 degTabell 4.1 Verdiene på systematiske og tilfeldigefeil som er benyttet for å genereresyntetiske data i henholdtil notasjonen i likning (4.1)-(4.4).Tilfeldig feil ɛ k i alle dimensjonerer antatt å være normalfordeltmed gjennomsnitt 0 og standardavvikσ x .t-0,26 s(14%)r 0.98003 48,6 m 106 m(0,3%) (3%) (6%)a 0,092 deg 0,103 deg(8%) (3%)e 0,11 deg 0,1005 deg(46%) (0,5%)Tabell 4.2 Verdiene på estimerte systematiskeog tilfeldige feil i likning (4.1)-(4.4) utfra løsningen av et minimumsproblem.Tallene i parentesangir den relative feilen i prosenti forhold til de sanne feilparameterneoppgitt i tabell 4.1.FFI-rapport 2011/01500 17
Page 1 and 2: FFI-rapport 2011/01500Kvalitet i lu
Page 3 and 4: SammendragInnenfor FFI-prosjekt 112
Page 5 and 6: InnholdForord 71 Innledning 91.1 Le
Page 7 and 8: ForordEtableringen av delprosjektet
Page 9 and 10: 1 InnledningFFI-prosjekt 1128, Luft
Page 11 and 12: Slike måleoppsett har likevel sin
Page 13 and 14: 3.2 Posisjon og tidEt absolutt krav
Page 15: 3.4 HastighetHastighet er ikke påk
Page 19 and 20: Referanser[1] Minimum Operational P
Page 21 and 22: Appendix BDatafelter i ASTERIXI Eur
Page 23 and 24: NIC Horisontal og vertikal grense0
Page 25 and 26: B.3.2Geometrisk hastighetGeometrisk
Page 27 and 28: adar at Kongsvinger. The zero-span
Page 29: Discussion and suggestionsThe measu

Kvalitet i luftbibldet og ADS-B - Forsvarets forskningsinstitutt

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?