Multi sensor tracking 및 레이더 기술의 이해

1. Multi Sensor Tracking
기술의 이해
한진정보통신
강광천

2. Contents
• Past and Current Technologies
o Primary & Secondary Radar Review
o Primary Surveillance Radar (PSR)
o Secondary Surveillance Radar (SSR)
o Limitation of the Current Technologies
o Two major issues of current Technologies
• New and Emerging Technologies
o Multilateration Sensors (MLAT)
o Automatic Dependant Surveillance Broadcast (ADS-B)
o Automatic Dependant Surveillance Contract (ADS-C, aka ADS-A)
• Overview of the Sensor Data Processing
o Limitation of the sensor data
o History of the sensor data processing
o Two Major Trends for sensor data processing
o Trade-offs between CPU load and Tracking Performances
• Multi Sensor Tracking
o Overview of the Multi Sensor Tracking
o Blueprint of the Future Surveillance
o Position Error on simulated scenario
o Multiple Plot Variable Update
o Two Issues of Multiple Sensor Tracking
• Summary
• References

3. Past and Current
Technologies

4. Primary
Radar
Secondary
Radar
기반기술의 이해
Primary & Secondary Radar Review

5. • Radio Energy는 지향성 안테나에서 발사되어 어느 목표물에 부딪히
면 Energy의 일부가 되돌아 나오는 반사파가 생기고 이 반사파를 수
신, 검파한다.
기반기술의 이해
Primary Surveillance Radar (PSR)

6. •항공기에 특별한 장비를 설치하지 않아도 항공기 감지 가능
•지상 감시에 사용 가능 (ASDE)
•데이터 무결성 레벨이 높음장점
•타겟 종류 모름
•타겟 고도 모름
•고 출력을 요구하기 때문에, 범위의 제한
•데이터 감지 및 업데이트가 늦음
(low latency and low update late)
단점
기술의 장단점
Primary Surveillance Radar (PSR)

7. • 2차 감시레이더(SSR: secondary Surveillance Radar)는 지상설비인 Interrogator
로 부터 질문신호를 발사하면 항공기의 Transponder가 질문신호에 대응하는 응답
신호를 지상설비로 반송하는 System이다.
• SSR System은 지상국으로부터 1030 MHz의 질문에 대하여 Transponder가 일제히
1090 MHz로 응답한다. 즉 SSR Transponder에서는 일괄질문(All Call)에 대하여
Mode “A”(식별코드)/“C”(고도정보) 응답을 보내어 지상관제사는 항공기의 방
위,거리, 식별코드 및 고도를 알 수 있게 되어 항공기를 쉽게 구별할 수 있게 한
다.
기반기술의 이해
Secondary Surveillance Radar (SSR)

8. •타겟 종류와 고도 와 함께, 방위각(azimuth)과 항속 거리(range)를 알 수 있
음
•PSR보다 장애물에 덜 민감함
•데이터 무결성 레벨이 적당함 (Medium data integrity level)
장점
•지상 감시 레이더로 사용 불가
(Transponder 처리에 딜레이가 발생하여, 정확도가 떨어지기 때문)
•Mode A/C는 질의/응답에 많은 이슈를 가지고 있음,
(이에 Mode S를 도입 각 타겟 별로 질의/응답하여 이 이슈를 해결함)
•데이터 응답 및 업데이트가 늦음
(high latency and low update rate)
단점
기술의 장단점
Secondary Surveillance Radar (SSR)

9. Limitation of the
Current
Technologies

10. Two major issues of
current Technologies
GARBLED DATA
• 항공기의 운항 시 안테나의 같은 방위
각에 있거나, 두 항공기가 서로 가깝게
붙어 진행될 때(3.3 nautical miles), 각
항공기가 레이더에 응답하는 전파는 서
로 간섭현상을 일으킨다
• Garbled 의 결과로 레이더는 타겟을 놓
치거나, 이상 데이터를 수신하게 된다.
FRUIT
• 각 레이더의 요청에 대해 모든 항공기
가 같은 주파수로 응답하기 때문에 (109
0 MHZ), 2개 이상의 레이더가 동시에
요청할 경우, 수신 데이터도 동시에 레
이더에 처리된다.
• 예를 들면 레이더1과 레이더2에서 동시
에 데이터를 요청하는 경우, 레이더1에
수신되는 응답은 레이더 1에 대한 응답
뿐 아니라 레이더 2에 대한 응답도 함께
수신되게 된다. 즉 이러한 현상은 레이
더의 정확도를 감소시킨다.

11. New and Emerging
Technologies

12. • 간단히 말해서 회전하지 않는 질문기이며, 쌍곡선 함수 위치계산이라도 합니다. 세 개
이상의 수신기의 도달 시간 차이(TDOA)를 이용하여 타겟의 위치를 계산하는 기술을
적용하는 것으로 항공기에 별도의 탑재 장비를 요구하지 않고 종전의 레이더보다 비용
이 적게 들고 회전하는 안테나를 갖고 있지 않으므로 유지관리가 용이합니다
기반기술의 이해
Multilateration Sensors (MLAT)

13. •SSR 기술이 사용될 수 있음 (항공기에 장비 추가 설치 불필요)
•지상 감시에 사용 가능 (Mode S로 운용할 경우 한정)
•데이터 업데이트 빨리 됨 (small latency / high update rate)
•위치 정확도 높음
장점
•적어도 4개의 신호를 정확히 받아야 위치 파악이 가능하다.
단점
기술의 장단점
Multilateration Sensors (MLAT)

14. • ADS-B는 GPS기반으로 해당 항공기의 특정 정보 (위치,
트랙, 속도)를 일정 주기로 Broadcasting 하는 시스템이다.
기반기술의 이해
Automatic Dependant Surveillance Broadcast
(ADS-B)

15. •ATC 및 항공기에 장착된 감시 장비를 위해 사용됨
•Refresh 주기가 짧음 (최소 1초)
•Air/Ground 데이터 링크가 가능함
•데이터 응답이 빠르고, 자주 업데이트 됨
•위치 정확도 높음
장점
•항공기의 장비 유무 및 데이터 정확도가 항공기에 종속임 (항공기가
보내주는 정보에 의존)
•현 시점에서 모든 항공기가 ADS-B 장비를 장착하고 있지 않음
•시간 동기화 문제 (Time stamping errors)
•GPS 두절 (GPS outrage) 발생 가능
단점
기술의 장단점
Automatic Dependant Surveillance Broadcast
(ADS-B)

16. • ADS-A/C는 ADS-B와 유사하나, 지상 장비의 질의에 대해서 1대 1로
해당 정보를 교환 하는 시스템이다.
• 이 시스템은 ADS-B와 동일하게 특정 정보 (위치, 트랙, 속도)를 전달
하며 추가적으로 기상 데이터, 예상 진로를 전달할 수 있다.
기반기술의 이해
Automatic Dependant Surveillance Contract
(ADS-C, aka ADS-Addressed)

17. •Radar 탐지범위 외의 지역도 감시할 수 있음
•‘예상 경로’에 대한 정보를 받을 수 있음
•Air/ground 데이터 링크가 가능함장점
•항공기의 장비 유무 및 데이터 정확도가 항공기에 종속임 (항공
기가 보내주는 정보에 의존)
•시간 동기화 (Time Stamping Errors)
•업데이트 주기가 느림
•GPS 두절 (GPS outrage) 발생 가능
단점
기술의 장단점
Automatic Dependant Surveillance Contract
(ADS-C, aka ADS-Addressed)

18. Overview of the
Sensor Tracking
Algorithms

19. Limitation of the sensor data
There is no one-simple-all solution
 데이터의 보정 및 검증 필요

20. History of the sensor data
processing

21. Two Major Trends
for sensor data processing
• Selection techniques
• Average or weighted techniques.

22. Trade-offs between
CPU load and Tracking Performances

23. Multi Sensor
Tracking
다중센서 자료 처리

24. o Designed to integrate all surveillance sensors: PSR, MSSR,
ADS-B, MLAT, WAM, SMR and Data from aircraft (DAP)
o Takes advantage of the best contribution from each sensor and
eliminates the influence of their respective drawbacks
o Provides an up-to-date, accurate air situation picture with improved
integrity
o Ensuring Continuity, Integrity and Accuracy
o Can be delivered as an independent component and server
o In operation in Taiwan, Namibia, USA, Abu Dhabi, France,
Switzerland, Serbia.
Multi-Sensor Tracking System (MSTS): the necessary component
Overview of the Multi Sensor Tracking
Slide from Thales

25. Radar,ADS-B,WAMFused
System Tracks
 Single system track
for all sensors
 Fusion of all
relevant downlinked
data
 More accurate
tracking- for 3NM
separations
ADS C Surveillance
Slide from Thales
Blueprint of the Future Surveillance

26. Position Error on Simulated Scenario
Slide from Thales

27. Multiple Plot Variable Update (True Multi-Sensor Tracking)
Interacting Multiple Model (IMM)
Multiple Plot Variable Update
Slide from KARI

28. Two Issues of Multiple Sensor Tracking
A. Tracking continuity and integrity issues
Other contributors to false target reports are those encountered at the MSDF level.
These include
1. the creation and maintenance of duplicate tracks for the same target,
2. target splitting,
3. target merging,
4. same identity-code for different targets, to name but a few.
The correlation/association algorithms used in an MSDF process are key to
ensuring against such target estimation pathologies.
B. Tracking accuracy issues
ADS-B reports, for their part, may suffer from loss of detection, position biases and
time-stamping offsets related to associated GPS functioning.
By way of consequence, these erratic track positions lead to speed-vector instabilities.
Such position “jumps” may also be caused by older data fusion techniques based on
weighted sums local tracks estimated from the individual sensors.

29. Summary
• 기존의 레이더 기술은 장/단점이 명확함
• 다중 센서 처리는 가용한 모든 레이더 자원을 활
용, 정확도를 향상시킬 수 있음
• 그럼에도, False Target 및 GPS Error에 대한 장
기적인 해결은 필요함
• 다중 센서 처리 방법에 의해 확보되는 정확성은
PBN등의 항공 청사진에 필수 요소임

30. References
• SURVEILLANCE & ATM SYSTEMS : The use of ADS-B
data by ATM, ICAO Surveillance Seminar for the
NAM/CAR/SAM, Thales, June 2007
• Multi Sensor Data Fusion Architectures for Air Traffic
Control Applications, Sensor and Data Fusion, Thales,
Feb 2009
• Multi-approach strategy for Multi-Sensor Data Fusion
Enhancement, Thales, Sep 12, 2011
• Presentation to MLTM, Presentation for the Incheon APP,
Thales May 2012