雷達技術在空管自動化系統(tǒng)的應用范文

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《雷達科學與技術》2017年第5期

摘要：民航空中交通流量的持續(xù)增長對提升空管監(jiān)視設備提出了更高的要求，目前普遍使用的A/C模式二次雷達，由于二次代碼資源缺乏、缺少飛行員和航空器的下行數(shù)據(jù)、航空器數(shù)據(jù)更新頻率低等不足，已經(jīng)無法滿足未來民航發(fā)展的需求。本文分析了S模式雷達技術，通過對下行數(shù)據(jù)的解析和應用，結合現(xiàn)有空管雷達融合、相關和告警技術，提出為了S模式雷達技術在空管系統(tǒng)中的應用實例。

關鍵詞：s模式；下行數(shù)據(jù)；空管系統(tǒng)

0引言

到2020年，我國民航空中交通流量將達到2014年的3倍左右，年起降架次將超過1500萬。雷達等傳統(tǒng)監(jiān)視技術及其布局、數(shù)量將難以滿足日益增長的航空運輸?shù)男枰猍1]。華東地區(qū)空中交通流量大，飛行密度高，空域結構復雜，迫切需要S雷達技術提供監(jiān)視補盲與備份，以提升空中交通管制能力。同時，地面監(jiān)視處理系統(tǒng)也需要航空器更多的信息，普通的A/C模式二次雷達已經(jīng)無法更好的適應目前眾多的實際需求。一種新的我們稱之為S模式的雷達應運而生。S模式技術從二十世紀六十年代開始發(fā)展，現(xiàn)階段基于S模式應答機的技術已十分成熟。目前商用航空器已大部分安裝了S模式應答機。S模式應答機目前主要應用在S模式雷達、數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)、多點定位系統(tǒng)、1090兆赫擴展電文的ADS-B技術和在防相撞系統(tǒng)中。

1S模式雷達技術簡介

A/C模式應答機監(jiān)視能力（ModeA/CSurveillance）。傳統(tǒng)的A/C模式應答機能應答詢問機發(fā)出的詢問信號，A模式詢問時，應答信號為4096個MODE3/A二次代碼；C模式詢問時，應答信號為高度編碼信息。通過雷達詢問機和機載A/C模式應答機聯(lián)合可以提供航空器的二次代碼、高度和位置信息。用于管制[2]。“S”是選擇()的意思。S模式二次雷達是由傳統(tǒng)A/C模式二次雷達基礎上發(fā)展起來的。當有限的二次雷達識別碼（最多4096個）成為航班量增長的瓶頸時，英國和美國分別開始發(fā)展改進系統(tǒng)，英國發(fā)展了選擇地址二次監(jiān)視雷達（ADSEL），美國研究了離散尋址信標系統(tǒng)（DABS），1981年英美達成協(xié)議將兩者合而為一，稱為S模式系統(tǒng)[3]。由于S模式基于傳統(tǒng)A/C模式，因此S模式完全兼容傳統(tǒng)A/C模式。S模式相對于常規(guī)A/C模式有以下優(yōu)點：

（1）S模式二次雷達足以解決傳統(tǒng)A/C二次雷達A碼（識別碼）資源緊張的問題S模式系統(tǒng)為每架飛機提供了單獨的24位地址碼，總共具有16，777，216個地址碼。全球范圍內(nèi)每架飛機的S模式地址在出廠后唯一指定，S模式二次雷達用S模式地址碼來代替A碼實現(xiàn)識別功能。

（2）詢問方式的改變，根本上解決了應答混淆現(xiàn)象S模式雷達發(fā)射的詢問信號中包含了飛機的地址碼，只有地址碼相符的飛機才會產(chǎn)生應答，實現(xiàn)了有選擇的點名制詢問，被點名的回答，未被點名的不回答，因此現(xiàn)在分辨兩架飛機有如分辨兩個人，即使他們抱在一起也能將他們分開。

（3）詢問率和應答率的降低，從根本上減少了雷達間異步干擾的產(chǎn)生由于S模式雷達是點名詢問，因此采用S模式后，我們就可降低對目標的詢問率，因而也降低了目標的應答率，從而降低了異步干擾的產(chǎn)生。

（4）S模式雷達能夠得到比A/C模式雷達更豐富的信息S模式具有地空雙向數(shù)據(jù)交流功能，其中可以攜帶大量數(shù)據(jù)信息。通過詢問應答模式，可以讀取機載應答機BDS寄存器中的信息，因此S模式下雷達輸出的數(shù)據(jù)信息十分豐富，其中包括：飛機航班號、飛機24位地址信息、飛機磁航向、飛機真空速、飛機轉(zhuǎn)彎角等。這些信息便于管制人員了解飛機更詳細的狀況。

（5）S模式雷達接收的數(shù)據(jù)更加精準可靠由于應答信號采用了新的調(diào)制和編碼方式，使解碼的誤碼率大大降低，因此S模式二次雷達所接收到的信息的完整性和可靠性比傳統(tǒng)的A/C模式二次雷達高。另外，S模式二次雷達可以提供分辨率為25英尺（7.62米）的高度信息，優(yōu)于傳統(tǒng)的A/C模式分辨率為100英尺（30.48米）的高度信息。目前上海區(qū)管中心的主用/備用自動化系統(tǒng)引接了10部S模式雷達，分別是：上海虹橋、南京尹山、南昌生米、福州風洞山、連云港袁閘、青島流亭、杭州恩瑞特、寧波、合肥、鹽城恩瑞特，這10部S模式雷達基本可以覆蓋上海大部分區(qū)域。

2目前的S模式雷達應用

S模式雷達數(shù)據(jù)采用的格式為ASTERIX標準中的048類和034類，其中048類是單雷達目標報告001類信息的升級版，034類是單雷達勤務報告002類信息的升級版。以2010年的1.17版048類格式定義為例，與001類所具有的數(shù)據(jù)項相比，最大的不同是多出了飛機識別信息（航班號I048/240）、24位地址碼（I048/210）和ACAS報告（I048/260）等新數(shù)據(jù)項。在現(xiàn)有空管自動化系統(tǒng)的版本中，S模式信息主用應用于如下幾方面：

2.1S模式雷達的融合處理

當系統(tǒng)中S模式雷達信息參加融合時，系統(tǒng)級別的相關會優(yōu)先考慮S模式的地址碼和航班號，系統(tǒng)級別的融合跟蹤會采用S模式的雷達信息。S模式雷達輸出的信息包括高度信息、A碼、飛機識別信息（航班號）SI、飛機24位地址信息SA、信號強度信息、方位信息、時標信息。無論是任何版本的數(shù)據(jù)類型，包括ASTERIX的CAT048、CAT034、CAT021、CAT02、CAT001等種類信息，監(jiān)視數(shù)據(jù)處理能根據(jù)數(shù)據(jù)類型的各個數(shù)據(jù)項，提取分解目標狀態(tài)的各個信息，包括高度、位置、方向、速度、呼號、地址等信息，實現(xiàn)單監(jiān)視信息的相關和跟蹤，同時把這些數(shù)據(jù)融合到系統(tǒng)航跡中，產(chǎn)生信息更全面的系統(tǒng)航跡。

2.2界面顯示

通過管制界面菜單欄的彈出的下拉菜單按鈕，可供更換使用的航空器識別源包括：（1）和航跡相關的飛行計劃的航班呼號(顯示為:ACID)；（2）航跡的A/C模式的二次代碼(顯示為:SSR)；（3）航跡的24位航空器地址碼(顯示為:24BIT)；（4）航跡的目標航跡識別碼(顯示為:TRGTID)。通過菜單按鍵可對管制界面上監(jiān)視航跡標牌的航空器識別源進行切換顯示切換SSR、24位地址碼、目標識別碼（航班呼號）之間顯示切換。

2.3自動相關

自動相關是基于比較監(jiān)視航跡中送來的信息和飛行計劃數(shù)據(jù)之間的信息，綜合采用以下相關因素：TargetID（航班呼號）、TargetADD（24位地址碼）、ASSR、PSSR四個因素的權值，并可以離線配置這些相關因素，綜合權值最高的航跡與計劃對優(yōu)先做相關判斷。這樣可以充分利用S模式的信息進行相關，極大的提升了相關的準確性。

2.424位地址碼重碼告警

在現(xiàn)有空管自動化系統(tǒng)版本中，若發(fā)現(xiàn)飛行器出現(xiàn)相同TARGETADDRESS，在管制界面出現(xiàn)DUPE重碼告警功能。

3S模式雷達應用過程中的問題

3.1航空公司輸入不準確問題

在S模式雷達運行初期，存在著部分航空公司在FPL中輸入錯誤的航空器24BITCODE甚至不予輸入，一些機組在航空器的FMC系統(tǒng)中系統(tǒng)輸入與FPL中呼號不符的航班號，或者不予輸入，導致不能發(fā)揮S模式的功能，為此專門協(xié)調(diào)相關航空公司，對于具備S模式的航空器，在填報或拍發(fā)FPL是能在報文第18編組中正確輸入該航空器唯一的24BITCODE，并且機組在航空器的FMC系統(tǒng)規(guī)范輸入與FPL中呼號保持一致的航班號。

3.2機載設備24bit重碼問題

在現(xiàn)有THALES自動化系統(tǒng)版本中，若發(fā)現(xiàn)飛行器出現(xiàn)相同TARGETADDRESS，在管制界面出現(xiàn)DUPE重碼告警功能。按常規(guī)，這種DUPE不應該存在，因為24bit是飛機全球唯一的標識，不應該有重復。但是，上海曾出現(xiàn)3次此類告警，出現(xiàn)此類告警時，由于DUPE還有二次代碼重碼的含義，所以一般管制員會修改航班的二次應答機，但是告警始終無法消除，給管制工作帶來影響。

4S模式雷達在今后的新應用

4.1S模式下行數(shù)據(jù)的顯示

新應用中加入了S模式下行數(shù)據(jù)飛行員選擇高度，飛機航向，飛機地速等等顯示。具體實現(xiàn)：可以在管制界面增加一個DownlinkDatawindow，當在管制界面上選中一架航班時，該航班的某些下行數(shù)據(jù)將在該窗口中顯示。

4.2顯示航班呼號

在新應用中，當出現(xiàn)沒有相關的S模式航跡時，管制界面上將同時顯示SSR及TargetID（航班呼號），這樣管制員可以獲得更多的飛機識別信息。

4.3呼號不一致告警

在新應用中，當相關的航跡中的航班呼號與S模式雷達探測到的下行數(shù)據(jù)中的航班呼號不一致時，將會產(chǎn)生告警。這樣可以提醒管制及時發(fā)現(xiàn)，避免錯誤相關導致的錯誤管制。

4.4CFL不一致告警

當S模式下行數(shù)據(jù)中的飛行員選擇高度與飛行計劃數(shù)據(jù)中管制員指令高度不一致時，將會產(chǎn)生告警。提醒管制員和飛行員核對飛行高度。

5結束語

目前上海自動化系統(tǒng)是2015升級新版本之后，才剛剛開始真正對S模式雷達數(shù)據(jù)進行應用，S模式有許多下行數(shù)據(jù)，自動化系統(tǒng)對這些數(shù)據(jù)的應用也只處于初步研究階段，大多數(shù)數(shù)據(jù)也僅是供管制員顯示，真正能應用的數(shù)據(jù)也只是航班號，地址碼和飛行員選擇的高度。并且，有些數(shù)據(jù)需要航空公司，飛行員的配合才能正確使用。對于S模式數(shù)據(jù)的應用，國外自動化系統(tǒng)也沒有更多的經(jīng)驗可以借鑒。所以，今后也需要飛行員、管制員、技術人員一起，共同對這些數(shù)據(jù)的進行研究，其應用之路將是任重而道遠。

參考文獻：

[1]中國民用航空ADS-B實施規(guī)劃.中國民用航空局，2012.

[2]MH4010-2000空中交通管制二次監(jiān)視雷達設備技術規(guī)范.中國民用航空局，2000.

[3]王洪，劉昌忠，汪學剛.二次雷達S模式綜述[J].電訊技術，2008.

作者：應偉煜1；楊愷2；周祿華1 單位：1.中國民用航空華東地區(qū)空中交通管理局，2.南京萊斯信息技術股份有限公司