空中交通管理基礎(chǔ)-電子課件 第十一章監(jiān)視服務(wù)

空中交通管理基礎(chǔ)AirTrafficManagement

監(jiān)視系統(tǒng)概述一次監(jiān)視雷達(dá)（PrimarySurveillanceRadar，PSR）場(chǎng)面監(jiān)視雷達(dá)（SurfaceMovementRadar，SMR）二次監(jiān)視雷達(dá)（SecondarySurveillanceRadar，SSR）自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視（AutomaticDependentSurveillance，ADS）多點(diǎn)定位（Multilateration，MLAT）按照監(jiān)視技術(shù)的工作原理，國(guó)際民航組織（ICAO）將監(jiān)視技術(shù)分為：獨(dú)立非協(xié)同式監(jiān)視獨(dú)立協(xié)同式監(jiān)視非獨(dú)立協(xié)同式監(jiān)視。&監(jiān)視的分類(lèi)監(jiān)視系統(tǒng)概述獨(dú)立非協(xié)同式監(jiān)視：無(wú)須監(jiān)視目標(biāo)協(xié)作，直接通過(guò)地面設(shè)備獨(dú)立輻射電磁波測(cè)量并獲取監(jiān)視目標(biāo)定位信息的監(jiān)視技術(shù)。如：一次監(jiān)視雷達(dá)。獨(dú)立協(xié)同式監(jiān)視：由地面設(shè)備向監(jiān)視目標(biāo)發(fā)出詢(xún)問(wèn)，并接收監(jiān)視目標(biāo)的應(yīng)答信息，通過(guò)計(jì)算獲取監(jiān)視目標(biāo)定位信息的監(jiān)視技術(shù)。如：二次監(jiān)視雷達(dá)。非獨(dú)立協(xié)同式監(jiān)視：監(jiān)視目標(biāo)依靠定位系統(tǒng)獲取自身位置信息，并通過(guò)數(shù)據(jù)鏈向地面設(shè)備主動(dòng)發(fā)送定位信息的監(jiān)視技術(shù)。如：ADS-B。&監(jiān)視的分類(lèi)監(jiān)視系統(tǒng)概述&監(jiān)視技術(shù)比較監(jiān)視技術(shù)分類(lèi)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)一次監(jiān)視雷達(dá)獨(dú)立非協(xié)同式監(jiān)視，對(duì)機(jī)載設(shè)備沒(méi)有任何要求，可對(duì)不具備機(jī)載應(yīng)答機(jī)功能的航空器實(shí)現(xiàn)監(jiān)視，各地面站可獨(dú)立運(yùn)行。僅有目標(biāo)距離和方位信息，無(wú)航空器識(shí)別能力，覆蓋范圍小，建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)成本高，地面站建設(shè)受地形限制。場(chǎng)面監(jiān)視雷達(dá)定位精度較高，數(shù)據(jù)刷新率快。覆蓋能力比較小，假目標(biāo)多，因通視遮蔽影響可能存在盲區(qū)，造價(jià)昂貴。二次監(jiān)視雷達(dá)獨(dú)立協(xié)同式監(jiān)視，覆蓋范圍廣，可提供比一次監(jiān)視雷達(dá)更多監(jiān)視目標(biāo)信息，各地面站可獨(dú)立運(yùn)行。建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)成本高，更新率低，地面站建設(shè)受地形限制。廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視可提供更多的監(jiān)視目標(biāo)信息，定位精度高，更新率快，可實(shí)現(xiàn)“空-地”協(xié)同監(jiān)視和“空-空”監(jiān)視。建設(shè)維護(hù)成本低，地面站建設(shè)簡(jiǎn)便靈活，各地面站可獨(dú)立運(yùn)行。由于其依賴(lài)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位，所以廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)本身不具備對(duì)目標(biāo)位置的驗(yàn)證功能。如果航空器給出的位置信息有誤，地面站設(shè)備（系統(tǒng)）無(wú)法辨別。在全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)失效情況下，廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)不能正常工作?；谛l(wèi)星的廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視通過(guò)全球部署的低軌通信衛(wèi)星搭載ADS-B載荷，避免地面站設(shè)施建設(shè)與維護(hù)，能夠?qū)崿F(xiàn)全球各空域無(wú)縫覆蓋。除ADS-B技術(shù)本身缺點(diǎn)外，星基ADS-B在衛(wèi)星通信信號(hào)抗干擾、更新率及傳輸延遲方面距離空中交通管理管制要求仍有較大距離。契約式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視可以為不具備建設(shè)雷達(dá)、廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視、多點(diǎn)定位系統(tǒng)地面站的區(qū)域提供監(jiān)視，地面基礎(chǔ)設(shè)備建設(shè)成本低。不具備提供類(lèi)雷達(dá)間隔服務(wù)的能力，數(shù)據(jù)更新率低，報(bào)文傳輸可靠性低，機(jī)載電子設(shè)備成本高，運(yùn)行成本高。多點(diǎn)定位獨(dú)立協(xié)同式監(jiān)視，定位精度高，更新率快，不需要額外的機(jī)載設(shè)備，建設(shè)、運(yùn)行維護(hù)成本低。對(duì)航空器定位需多個(gè)站點(diǎn)協(xié)同工作和實(shí)時(shí)解算，定位精度依賴(lài)于地面站的位置精度、站點(diǎn)布局、時(shí)間同步和測(cè)時(shí)精度。雷達(dá)雷達(dá)的英文名稱(chēng)是RADAR，是指用無(wú)線電方法對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)。雷達(dá)的基本任務(wù)有兩個(gè)，一是發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的存在，二是測(cè)量目標(biāo)的參數(shù)?？罩薪煌ü芾碇械谋O(jiān)視雷達(dá)主要分為一次監(jiān)視雷達(dá)（PSR）和二次監(jiān)視雷達(dá)（SSR）。一次監(jiān)視雷達(dá)是反射式雷達(dá)；二次雷達(dá)也叫空管雷達(dá)信標(biāo)系統(tǒng)，最初是在空戰(zhàn)中為了使雷達(dá)分辨出敵我雙方的飛機(jī)而發(fā)展的敵我識(shí)別系統(tǒng)，用于空中交通管制后，就成了二次雷達(dá)系統(tǒng)。二次雷達(dá)實(shí)際上不是單一的雷達(dá)，而是包括雷達(dá)信標(biāo)及數(shù)據(jù)處理在內(nèi)的一套系統(tǒng)。&概述雷達(dá)一次雷達(dá)主要由天線、發(fā)射機(jī)、接受機(jī)、信號(hào)及數(shù)據(jù)處理設(shè)備、顯示器、電源燈若干分系統(tǒng)組成，如圖：&一次雷達(dá)雷達(dá)&一次雷達(dá)一次雷達(dá)是根據(jù)接收到的目標(biāo)的回波來(lái)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)和測(cè)定目標(biāo)位置的。雷達(dá)（1）精密進(jìn)近雷達(dá)（PrecisionApproachRadar，PAR），又稱(chēng)著陸雷達(dá)。它的特點(diǎn)是控測(cè)范圍小，定位精度高，天線掃掠快，能同時(shí)測(cè)出目標(biāo)的方位、仰角和距離。（2）場(chǎng)面監(jiān)視雷達(dá)（SurfaceMovementRadar，SMR）。場(chǎng)面監(jiān)視雷達(dá)也是一次雷達(dá)，通過(guò)雷達(dá)天線發(fā)射電磁波，其中一部分能量被目標(biāo)所吸收，并且在各個(gè)方向上產(chǎn)生二次散射，雷達(dá)天線收集散射回來(lái)的能量并送至接收機(jī)對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行處理，從而發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的存在，并提取目標(biāo)的距離、方位等信息。&兩種典型的一次雷達(dá)雷達(dá)二次雷達(dá)系統(tǒng)由兩部分組成，即地面詢(xún)問(wèn)雷達(dá)和機(jī)載應(yīng)答機(jī)。地面詢(xún)問(wèn)雷達(dá)主要由二次雷達(dá)天線、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、信號(hào)處理設(shè)備和雷達(dá)顯示終端組成。地面詢(xún)問(wèn)雷達(dá)通常和一次雷達(dá)安裝在一起，天線也由兩部分組成，一個(gè)是為一次雷達(dá)X波段用的，另一個(gè)是為二次雷達(dá)L波段用的。&二次雷達(dá)雷達(dá)二次雷達(dá)通過(guò)地面詢(xún)問(wèn)機(jī)和接收機(jī)載應(yīng)答機(jī)反饋的信息來(lái)發(fā)現(xiàn)和識(shí)別目標(biāo)，如圖所示。與一次雷達(dá)類(lèi)似，二次雷達(dá)需要獲得的目標(biāo)參數(shù)有航空器方位角、距離、高度、速度等信息。&二次雷達(dá)雷達(dá)（1）A/C模式二次雷達(dá)近代民航的航管雷達(dá)，一般只用A模式和C模式輪流詢(xún)問(wèn)，這樣，在管制員的顯示器上就能同時(shí)在目標(biāo)旁顯示出航空器的代號(hào)和高度，該二次雷達(dá)稱(chēng)為A/C模式二次雷達(dá)。（2）S模式二次雷達(dá)A/C模式SSR編碼數(shù)量有限，可交換信息少（僅有識(shí)別、高度信息）；針對(duì)現(xiàn)用二次雷達(dá)存在的種種問(wèn)題，美、英等國(guó)從20世紀(jì)70年代以來(lái)，研制發(fā)展了離散選址信標(biāo)系統(tǒng)（DiscreteAddressBeaconSystem，DABS）和選擇尋址二次監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)（ADSEL）。比如：美國(guó)的離散選址信標(biāo)系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)為S模式）。&二次雷達(dá)工作模式主要是A/C模式和S模式雷達(dá)監(jiān)視系統(tǒng)主要性能參數(shù)包括監(jiān)視系統(tǒng)探測(cè)范圍和分辨能力。一次監(jiān)視雷達(dá)：航路監(jiān)視雷達(dá)（ARSR）是一種遠(yuǎn)程搜索雷達(dá)。機(jī)場(chǎng)監(jiān)視雷達(dá)（ASR）亦稱(chēng)機(jī)場(chǎng)調(diào)度雷達(dá)，是一種近程搜索雷達(dá)。精密進(jìn)近雷達(dá)（PAR）主要用于監(jiān)視和跟蹤航空器的起降。場(chǎng)面監(jiān)視雷達(dá)（SMR）是一種監(jiān)控機(jī)場(chǎng)地面上航空器和各種車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)情況的高分辨雷達(dá)。&雷達(dá)監(jiān)視系統(tǒng)的主要性能參數(shù)和要求雷達(dá)《空中交通管制二次監(jiān)視雷達(dá)設(shè)備技術(shù)規(guī)范》中對(duì)空管二次雷達(dá)有如下要求：（1）常規(guī)體制空管二次監(jiān)視雷達(dá)的最大儀表作用距離不應(yīng)小于370km（200nmile），單脈沖體制空管二次監(jiān)視雷達(dá)的最大儀表作用距離不應(yīng)小于463km（250nmile）。（2）在所有方位上，高度角在0.5-50°時(shí)，最小作用距離不應(yīng)大于1km（0.5nmile）。（3）距離分辨力不應(yīng)大于75m，測(cè)距精度不應(yīng)大于29m，距離鑒別力不應(yīng)大于18m。（4）方位分辨力不應(yīng)大于0.60時(shí)（條件為模式A和模式C交替），測(cè)角精度不應(yīng)大于0.05°，方位角鑒別力不應(yīng)大于0.022°。&雷達(dá)監(jiān)視系統(tǒng)的主要性能參數(shù)和要求雷達(dá)雷達(dá)系統(tǒng)性能要求：國(guó)際民航組織要求，雷達(dá)系統(tǒng)的可使用能力及雷達(dá)顯示器上顯示的信息達(dá)到足以支持雷達(dá)管制員執(zhí)行任務(wù)的狀態(tài)。雷達(dá)管制員須按照有關(guān)當(dāng)局制定的有關(guān)該雷達(dá)設(shè)備的技術(shù)說(shuō)明調(diào)整雷達(dá)顯示器并對(duì)其精確性進(jìn)行充分的檢查。雷達(dá)設(shè)備的任何故障，任何需要調(diào)查的事故或任何其他使雷達(dá)服務(wù)難于或無(wú)法提供的情況，雷達(dá)管制員須按照當(dāng)?shù)爻绦驁?bào)告。&雷達(dá)監(jiān)視系統(tǒng)的主要性能參數(shù)和要求ADS-B廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視（ADS-B）航空器通過(guò)廣播模式的數(shù)據(jù)鏈，自動(dòng)提供由機(jī)載導(dǎo)航設(shè)備和定位系統(tǒng)生成的數(shù)據(jù)，包括航空器識(shí)別、四維定位以及其他相關(guān)的附加數(shù)據(jù)，是利用空地、空空數(shù)據(jù)通信完成交通監(jiān)視和信息傳遞的一種航行新技術(shù)。ADS-B具備以下技術(shù)特征：自動(dòng)（Automatic）：數(shù)據(jù)傳送無(wú)須人工干預(yù)，無(wú)須人工的操作，也無(wú)須地面的詢(xún)問(wèn)；相關(guān)（Dependent）：信息全部基于機(jī)載數(shù)據(jù)，航空器的設(shè)備決定了數(shù)據(jù)的可用性，數(shù)據(jù)發(fā)送依賴(lài)于機(jī)載系統(tǒng)；監(jiān)視（Surveillance）：提供位置和其他用于監(jiān)視的數(shù)據(jù)；廣播（Broadcast）：數(shù)據(jù)不是針對(duì)某個(gè)特殊的用戶(hù)，而是周期性的廣播給任何一個(gè)有合適裝備的用戶(hù)，所有用戶(hù)都可以接收這些數(shù)據(jù)。&ADS-B介紹ADS-B&ADS-B介紹ADS-B與二次雷達(dá)的比較監(jiān)視手段定位機(jī)載設(shè)備地面設(shè)備投資精度更新率地面站建設(shè)二次雷達(dá)詢(xún)問(wèn)應(yīng)答應(yīng)答機(jī)180萬(wàn)美元200海里：388米60海里：116米18海里：35米4秒基礎(chǔ)設(shè)施要求高、地面站建設(shè)和維護(hù)成本高ADS-BGNSSGNSS+數(shù)據(jù)鏈設(shè)備50萬(wàn)美元10米0.5秒基礎(chǔ)設(shè)施要求低、地面站建設(shè)和維護(hù)成本低ADS-B&ADS-BOUT根據(jù)相對(duì)于航空器的信息傳遞方向，機(jī)載ADS-B應(yīng)用功能可分為發(fā)送（OUT）和接收（IN）兩類(lèi)。ADS-BOUT是指航空器發(fā)送其位置信息和其他信息。機(jī)載發(fā)射機(jī)以一定的周期發(fā)送航空器的各種信息，包括：航空器識(shí)別信息（ID）、位置、高度、速度、方向和爬升率等。OUT是機(jī)載ADS-B設(shè)備的基本功能。ADS-BADS-BOUT通過(guò)廣播航空器自身位置的方法向ATC或其他航空器提供監(jiān)視信息。目前ADS-BOUT監(jiān)視主要用于以下三個(gè)方面：（1）無(wú)雷達(dá)區(qū)ADS-B監(jiān)視（ADS-BNRA）：ADS-BOUT信息作為唯一的機(jī)載監(jiān)視數(shù)據(jù)源用于地面對(duì)空中交通的監(jiān)視，以減小航空器的間隔標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化航路設(shè)置，提高空域容量。（2）雷達(dá)區(qū)ADS-B監(jiān)視（ADS-BRAD）：地面監(jiān)視同時(shí)使用雷達(dá)和ADS-BOUT作為監(jiān)視信息源，目的是縮小雷達(dá)覆蓋邊緣區(qū)域內(nèi)航空器的最小間隔標(biāo)準(zhǔn)，并減少所需要的雷達(dá)數(shù)量。（3）機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面監(jiān)視（ADS-BAPT）：只使用ADS-BOUT或者綜合使用ADS-B和其他監(jiān)視數(shù)據(jù)源（比如場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)、多點(diǎn)定位），為機(jī)場(chǎng)的地面交通監(jiān)控和防止跑道入侵等提供監(jiān)視信息。&ADS-BOUTADS-BADS-BIN是指航空器接收其他航空器發(fā)送的ADS-BOUT信息或地面服務(wù)設(shè)備發(fā)送的信息，為機(jī)組提供運(yùn)行支持。&ADS-BINADS-BADS-B地面站也可以向航空器發(fā)送信息，具體分為兩類(lèi)：空中交通情報(bào)服務(wù)廣播（TrafficInformationService-Broadcast，TIS-B）和飛行信息服務(wù)廣播（FlightInformationServices-Broadcast，F(xiàn)IS-B）。TIS-B：ADS-B地面站接收航空器發(fā)送的ADS-B位置報(bào)文。TIS-B的應(yīng)用可以使ADS-B不同數(shù)據(jù)鏈類(lèi)型的用戶(hù)獲得周邊的空域運(yùn)行信息，從而做到間接互相可見(jiàn)。FIS-B：ADS-B地面站向航空器傳送氣象、航行情報(bào)等信息。FIS-B使機(jī)組可以獲得更多的運(yùn)行相關(guān)信息，及時(shí)了解航路氣象狀況和空域限制條件，為更加靈活而安全的飛行提供保障。&ADS-BINADS-BADB-BIN的具體應(yīng)用還在發(fā)展之中，目前主要集中在以下三個(gè)方面：（1）提高機(jī)組情景意識(shí)（2）保持間隔1）指定間隔（DelegatedSep