S模式雷達(dá)技術(shù)在空管自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用

1、s模式雷達(dá)技術(shù)在空管自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng) 用應(yīng)偉煜楊?lèi)鹬艿撊A息技術(shù)股份有限公司摘要：民航空中交通流量的持續(xù)增長(zhǎng)對(duì)提升空管監(jiān)視設(shè)備提出了更高的要求，目前普 遍使用的a/c模式二次雷達(dá)，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(wú)法滿(mǎn)足未來(lái)民航發(fā)展的需求。本 文分析丫 s模式雷達(dá)技術(shù)，通過(guò)對(duì)下行數(shù)據(jù)的解析和應(yīng)用，結(jié)合現(xiàn)有空管雷達(dá) 融合、相關(guān)和告警技術(shù)，提出為了 s模式雷達(dá)技術(shù)在空管系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)例。關(guān)鍵詞：s模式;下行數(shù)據(jù);空管系統(tǒng);0引言到2020年，我國(guó)民航空中交通流量將達(dá)到2014年的3倍左右，年起降架次將超 過(guò)1500萬(wàn)。雷達(dá)等傳統(tǒng)監(jiān)視技術(shù)及其布局、數(shù)

2、量將難以滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的航空運(yùn) 輸?shù)男枰猰。華東地區(qū)空中交通流量大，飛行密度高，空域結(jié)構(gòu)復(fù)雜，迫切需 要s雷達(dá)技術(shù)提供監(jiān)視補(bǔ)盲與備份，以提升空中交通管制能力。同吋，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(dá)已經(jīng)無(wú)法更好的 適應(yīng)目前眾多的實(shí)際需求。一種新的我們稱(chēng)之為s模式的雷達(dá)應(yīng)運(yùn)而生。s模式技術(shù)從二十世紀(jì)六十年代開(kāi)始發(fā)展，現(xiàn)階段基于s模式應(yīng)答機(jī)的技術(shù)已十 分成熟。目前商用航空器己大部分安裝了s模式應(yīng)答機(jī)。s模式應(yīng)答機(jī)目前主要 應(yīng)用在s模式雷達(dá)、數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)、多點(diǎn)定位系統(tǒng)、1090兆赫擴(kuò)展電文的ads-b 技術(shù)和在防相撞系統(tǒng)中。1 s模式雷達(dá)技術(shù)簡(jiǎn)介a/c模式應(yīng)答機(jī)監(jiān)視能力(

3、mode a/c surveillance)。傳統(tǒng)的a/c模式成答機(jī) 能應(yīng)答詢(xún)問(wèn)機(jī)發(fā)出的詢(xún)問(wèn)信號(hào)，a模式詢(xún)問(wèn)時(shí)，應(yīng)答信號(hào)為4096個(gè)mode 3/a二次代碼;c模式詢(xún)問(wèn)時(shí)，應(yīng)答信號(hào)為高度編碼信息。通過(guò)雷達(dá)詢(xún)問(wèn)機(jī)和機(jī)載a八； 模式應(yīng)答機(jī)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m?！皊”是選擇(select)的意思。s模式二次雷達(dá)是由傳統(tǒng)a/c模式二次雷達(dá)基 礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。當(dāng)有限的二次雷達(dá)識(shí)別碼(最多4096個(gè))成為航班量增長(zhǎng)的 瓶頸時(shí)，英國(guó)和美國(guó)分別開(kāi)始發(fā)展改進(jìn)系統(tǒng)，英國(guó)發(fā)展了選擇地址二次監(jiān)視雷 達(dá)(adsel)，美國(guó)研究了離散尋址信標(biāo)系統(tǒng)(dabs)，1981年英美達(dá)成協(xié)議將

4、兩者合而為一，稱(chēng)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(duì) 于常規(guī)a/c模式有以下優(yōu)點(diǎn)：(1) s模式二次雷達(dá)足以解決傳統(tǒng)a/c二次雷達(dá)a碼(識(shí)別碼)資源緊張的問(wèn)題s模式系統(tǒng)為每架飛機(jī)提供了單獨(dú)的24位地址碼，總共具有16, 777, 216個(gè)地 址碼。全球范圍內(nèi)每架飛機(jī)的s模式地址在出廠(chǎng)后唯一指定，s模式二次雷達(dá)用 s模式地址碼來(lái)代替a碼實(shí)現(xiàn)識(shí)別功能。(2) 詢(xún)問(wèn)方式的改變，根本上解決了應(yīng)答混淆現(xiàn)象s模式雷達(dá)發(fā)射的詢(xún)問(wèn)信號(hào)中包含了飛機(jī)的地址碼，只有地址碼相符的飛機(jī)冰 會(huì)產(chǎn)生應(yīng)答，實(shí)現(xiàn)了有選擇的點(diǎn)名制詢(xún)問(wèn)，被點(diǎn)名的回答，未被點(diǎn)名的不回答， 因此現(xiàn)

5、在分辨兩架飛機(jī)有如分辨兩個(gè)人，即使他們抱在一起也能將他們分開(kāi)。(3) 詢(xún)問(wèn)率和應(yīng)答率的降低，從根本上減少了雷達(dá)間異步干擾的產(chǎn)生由于s模式雷達(dá)是點(diǎn)名詢(xún)問(wèn)，因此采用s模式后，我們就可降低對(duì)fi標(biāo)的詢(xún)問(wèn)率, 因而也降低了目標(biāo)的應(yīng)答率，從而降低了異步干擾的產(chǎn)生。(4) s模式雷達(dá)能夠得到比a/c模式雷達(dá)更豐富的信息s模式只有地空雙向數(shù)據(jù)交流功能，其中可以攜帶大量數(shù)據(jù)信息。通過(guò)詢(xún)問(wèn)應(yīng)答 模式，可以讀取機(jī)載應(yīng)答機(jī)bds寄存器中的信總，因此s模式下雷達(dá)輸出的數(shù)據(jù) 信息十分豐富，其屮包括:飛機(jī)航班號(hào)、飛機(jī)24位地址信息、飛機(jī)磁航向、飛機(jī) 真空速、飛機(jī)轉(zhuǎn)彎角等。這些信息便于管制人員了解飛機(jī)更詳細(xì)的狀況。(5)

6、s模式雷達(dá)接收的數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)可靠由于應(yīng)答信號(hào)釆用了新的調(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(dá)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(dá)高。 另外，s模式二次雷達(dá)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(dòng)化系統(tǒng)引接了 10部s模式雷達(dá)，分別是:上 海虹橋、南京尹山、南昌生米、福州風(fēng)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(dá)基本可以覆蓋上海大部分區(qū) 域。2目前的s模式雷達(dá)應(yīng)用s模式雷達(dá)數(shù)據(jù)采用的格式為asteri

7、x標(biāo)準(zhǔn)屮的048類(lèi)和034類(lèi)，其屮048類(lèi)是 單雷達(dá)目標(biāo)報(bào)告001類(lèi)信息的升級(jí)版，034類(lèi)是單雷達(dá)勤務(wù)報(bào)告002類(lèi)信息的升 級(jí)版。以2010年發(fā)布的1. 17版（m8類(lèi)格式定義為例，與001類(lèi)所具有的數(shù)據(jù)項(xiàng)相比， 最大的不同是多出了飛機(jī)識(shí)別信息（航班號(hào)t048/240）、24位地址碼 （1048/210）和 acas 報(bào)告（1048/260）等新數(shù)據(jù)項(xiàng)。在現(xiàn)有空管自動(dòng)化系統(tǒng)的版本中，s模式信息主用應(yīng)用于如下幾方面：2.1 s模式雷達(dá)的融合處理當(dāng)系統(tǒng)中s模式雷達(dá)信息參加融合時(shí)，系統(tǒng)級(jí)別的相關(guān)會(huì)優(yōu)先考慮s模式的地址 碼和航班號(hào)，系統(tǒng)級(jí)別的融合跟蹤會(huì)采用s模式的雷達(dá)信息。s模式雷達(dá)輸出的信息包括高度

8、信息、a碼、飛機(jī)識(shí)別信息（航班號(hào)）si、飛機(jī) 24位地址信息sa、信號(hào)強(qiáng)度信息、方位信息、時(shí)標(biāo)信息。無(wú)論是任何版本的數(shù) 據(jù)類(lèi)型，包括 aster1x 的 cat048、cat034、cat021、cat02、cat001 等種類(lèi)信息, 監(jiān)視數(shù)據(jù)處理能根據(jù)數(shù)據(jù)類(lèi)型的各個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)，提取分解目標(biāo)狀態(tài)的各個(gè)信息， 包括高度、位置、方向、速度、呼號(hào)、地址等信息，實(shí)現(xiàn)單監(jiān)視信息的相關(guān)和跟 蹤，同時(shí)把這些數(shù)據(jù)融合到系統(tǒng)航跡屮，產(chǎn)生信息更全面的系統(tǒng)航跡。2. 2界面顯示通過(guò)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(shí)別源包 括：（1）和航跡相關(guān)的飛行計(jì)劃的航班呼號(hào)（顯示為:actd）;（2）航跡的

9、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:24 bit）;（4）航跡的目標(biāo)航跡識(shí)別碼（顯示為:trgt id）。通過(guò)菜單按鍵可對(duì)管制界面上監(jiān)視航跡標(biāo)牌的航空器識(shí)別源進(jìn)行切換顯示切換 ssr、24位地址碼、目標(biāo)識(shí)別碼（航班呼號(hào)）之間顯示切換。2.3自動(dòng)相關(guān)自動(dòng)相關(guān)是基于比較監(jiān)視航跡中送來(lái)的信息和飛行計(jì)劃數(shù)據(jù)之間的信息，綜合 釆用以下相關(guān)因素:target id （航班呼號(hào)）、target add （24位地址碼）、assr、 pssr四個(gè)因素的權(quán)值，并可以離線(xiàn)配置這些相關(guān)因素，綜合權(quán)值最高的航跡與 計(jì)劃對(duì)優(yōu)先做相關(guān)判斷。這樣可以充分利用s模式的信息進(jìn)行相關(guān)，

10、極大的提升 了相關(guān)的準(zhǔn)確性。2.4 24位地址碼重碼告；在現(xiàn)有空管自動(dòng)化系統(tǒng)版本中，若發(fā)現(xiàn)飛行器出現(xiàn)和同target address,在管 制界面出現(xiàn)dupe重碼告警功能。3 s模式雷達(dá)應(yīng)用過(guò)程中的問(wèn)題3.1航空公司輸入不準(zhǔn)確問(wèn)題在s模式雷達(dá)運(yùn)行初期，存在著部分航空公司在fpl中輸入錯(cuò)誤的航空器24bit code甚至不予輸入，一些機(jī)組在航空器的fmc系統(tǒng)中系統(tǒng)輸入與fpl中呼號(hào)不 符的航班號(hào)，或者不予輸入，導(dǎo)致不能發(fā)揮s模式的功能，為此專(zhuān)門(mén)協(xié)調(diào)相關(guān) 航空公司，對(duì)于具備s模式的航空器，在填報(bào)或拍發(fā)fpl是能在報(bào)文第18編組 中正確輸入該航空器唯一的24b1t code,并且機(jī)組在航空器的fmc

11、系統(tǒng)規(guī)范輸 入與fpl中呼號(hào)保持一致的航班號(hào)。3.2機(jī)載設(shè)備24bit重碼問(wèn)題在現(xiàn)有thales自動(dòng)化系統(tǒng)版本中，若發(fā)現(xiàn)飛行器出現(xiàn)相同target address,在 管制界面出現(xiàn)dupe重碼告警功能。按常規(guī)，這種dupe不應(yīng)該存在，因?yàn)?4bit 是飛機(jī)全球唯一的標(biāo)識(shí)，不應(yīng)該有重復(fù)。但是，上海曾出現(xiàn)3次此類(lèi)告警，出現(xiàn) 此類(lèi)告警時(shí)，由于dupe還有二次代碼重碼的含義，所以一般管制員會(huì)修改航班 的二次應(yīng)答機(jī)，但是告警始終無(wú)法消除，給管制工作帶來(lái)影響。4 s模式雷達(dá)在今后的新應(yīng)用4.1 s模式下行數(shù)據(jù)的顯示新應(yīng)用中加入了 s模式下行數(shù)據(jù)飛行員選擇高度，飛機(jī)航向，飛機(jī)地速等等顯 示。a體實(shí)現(xiàn):可以在

12、管制界面增加一個(gè)downlink data window,當(dāng)在管制界面 上選中一架航班時(shí)，該航班的某些下行數(shù)據(jù)將在該窗口中顯示。如下圖1所示。圖1下行數(shù)據(jù)顯示圖下載原圖4.2顯示航班呼號(hào)在新應(yīng)用中，當(dāng)出現(xiàn)沒(méi)有和關(guān)的s模式航跡時(shí)，管制界面上將同時(shí)顯示ssr及 target id （航班呼號(hào)），這樣管制員可以獲得更多的飛機(jī)識(shí)別信息。下行數(shù)據(jù) 顯示圖如圖2所示。閣2航班號(hào)顯示閣下載原閣在新應(yīng)用中，當(dāng)相關(guān)的航跡中的航班呼號(hào)與s模式雷達(dá)探測(cè)到的下行數(shù)據(jù)中的 航班呼號(hào)不一致時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生告警。這樣可以提醒管制及吋發(fā)現(xiàn)，避免錯(cuò)誤相關(guān) 導(dǎo)致的錯(cuò)誤管制。4. 4 cfl不一致告警當(dāng)s模式下行數(shù)據(jù)中的飛行員選擇高度與飛行計(jì)劃數(shù)據(jù)中管制員指令高度不一 致時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生告警。提醒管制員和飛行員核對(duì)飛行高度。5結(jié)束語(yǔ)目前上海自動(dòng)化系統(tǒng)是2015升級(jí)新版本之后，冰剛剛開(kāi)始真正對(duì)s模式雷達(dá)數(shù) 據(jù)進(jìn)行應(yīng)用，s模式有許多下行數(shù)據(jù)，自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)這些數(shù)據(jù)的應(yīng)用也只處于初 步研宄階段，大多數(shù)數(shù)據(jù)也僅是供管制員顯示，真正能應(yīng)用的數(shù)據(jù)也只是航班 號(hào)，地址碼和飛行員選擇的高度。并且，冇些數(shù)據(jù)需要航空公司，飛行員的配合 才能正確使用