俞 婷

民航華東空管局技術(shù)保障中心職稱：助理工程師。

場面監(jiān)視雷達(dá)從一種一次雷達(dá)技術(shù)的地面應(yīng)用，逐漸演變成類似于空中交通管理自動化系統(tǒng)的專用于機(jī)場地面交通管理的自動化系統(tǒng)。因此，場面監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)與空管自動化系統(tǒng)一樣，伴隨著系統(tǒng)功能的增強，其系統(tǒng)功能的實現(xiàn)越來越依賴于外部信息的集成。但是目前的系統(tǒng)尚無法對起飛的航班進(jìn)行掛單，為了能夠解決這一問題，本文主要介紹虹橋場面監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)引入機(jī)場場面多點定位系統(tǒng)的信號實現(xiàn)起飛航班的掛單。

系統(tǒng)概述

應(yīng)用背景

上海市因民用航空運輸繁忙建設(shè)虹橋和浦東兩個機(jī)場，為了滿足未來不斷增加的航班數(shù)量，適應(yīng)空管業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，提高航班的準(zhǔn)點起飛率和降低航班的延誤率，引進(jìn)了場面監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)。

虹橋場面監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)于2010年1月開始施工建造，2010年4月底完成現(xiàn)場驗收，并于2010年6月正式投產(chǎn)運行，目前該系統(tǒng)工作情況良好，運行穩(wěn)定。

場面監(jiān)視雷達(dá)是一種用于監(jiān)視機(jī)場場面飛機(jī)及車輛的一次雷達(dá)，另外能夠接收外部的進(jìn)近雷達(dá)、場監(jiān)雷達(dá)、多點定位、ADS-B、區(qū)管空管自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)、機(jī)場橋位信息、氣象等數(shù)據(jù)，經(jīng)終端數(shù)據(jù)處理器融合處理后，提供覆蓋范圍內(nèi)所有車輛和飛機(jī)準(zhǔn)確、連續(xù)、實時位置和標(biāo)牌顯示（飛機(jī)航班號、飛機(jī)機(jī)型、速度、?？繕蛭坏刃畔ⅲ?。此外，系統(tǒng)采用適當(dāng)?shù)陌踩壿?，提供相?yīng)的告警，具有良好的人機(jī)界面。

虹橋場面監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)由雷達(dá)頭（天線及收發(fā)機(jī)）和終端部分組成。雷達(dá)頭部分采用法國TERMA 公司SCANTER2001 的21’圓極化反余割平方37dB 的裂縫天線，設(shè)有東、西兩個場監(jiān)雷達(dá)頭；終端部分采用 荷 蘭HITT 公 司 的A-SMGCS（Advanced-Surface Movement，Guidance and Control System）系統(tǒng)。

系統(tǒng)的外接信號

已經(jīng)接入系統(tǒng)的信號

東、西場監(jiān)雷達(dá)頭信號

APP 進(jìn)近雷達(dá)信號（虹橋THALES 雷達(dá)）

2.3不良反應(yīng)事件情況比較:A組發(fā)生3例局部出血(7.5%),其中有牙齦出血2例、輕度咯血1例。消化道出血1例(2.5%);B組發(fā)生5例局部出血(12.5%),其中牙齦出血3例,痰中帶血2例。消化道出血2例(5.0%)。差異不存在統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。

橋位信息（機(jī)場數(shù)據(jù)庫AIS 系統(tǒng)）

歐洲貓綜合航跡信息

GPS 信號

氣象信息

尚未接入系統(tǒng)的信號

ADS-B 地面基站：采用ADS-B 航跡來識別飛機(jī)和車輛。裝有ADS-B 應(yīng)答機(jī)的物體通過GPS 發(fā)送一個具有唯一身份和位置的信息，這樣可以可靠地識別出裝有ADS-B 應(yīng)答機(jī)的目標(biāo)。

多點定位系統(tǒng)：多點定位是一種監(jiān)視技術(shù)，可以通過幾個接收站接收的應(yīng)答信號來比較飛機(jī)或車輛的到達(dá)時間。通過每個接收站接收信號的時間差來計算出飛機(jī)或車輛的位置。

TIS-B 系統(tǒng)：空中交通情報服務(wù)廣播，是一種監(jiān)視技術(shù)，給裝有TIS-B 設(shè)備的目標(biāo)提供廣播信息。

系統(tǒng)的掛單機(jī)制

場面監(jiān)視雷達(dá)的掛單就是將場面上所監(jiān)視到的雷達(dá)航跡與飛行計劃或者車輛名稱相關(guān)聯(lián)起來，系統(tǒng)既可以自動掛單，也可以在特殊情況下進(jìn)行人工掛單。

場面監(jiān)視系統(tǒng)的自動掛單需要進(jìn)近雷達(dá)數(shù)據(jù)和來自THALES 自動化系統(tǒng)提供的飛行計劃。場監(jiān)系統(tǒng)接入了進(jìn)近雷達(dá)信號，進(jìn)近雷達(dá)覆蓋了機(jī)場范圍，提供進(jìn)近雷達(dá)數(shù)據(jù)。進(jìn)近航跡，包含了一個SSR 代碼和飛行計劃信息，可以和場監(jiān)航跡自動相關(guān)。此外，歐洲貓自動化系統(tǒng)對場監(jiān)A-SMGCS系統(tǒng)輸出飛行計劃和航跡數(shù)據(jù)，用來識別落地飛機(jī)。

對于降落的航班，需要來自進(jìn)近雷達(dá)的SSR 代碼，然后通過與飛行計劃匹配，從而自動掛單。當(dāng)飛機(jī)進(jìn)入場監(jiān)雷達(dá)覆蓋范圍（靠近跑道邊緣），進(jìn)近雷達(dá)的航跡會和場監(jiān)航跡相關(guān)聯(lián)。當(dāng)進(jìn)近航跡消失后，場監(jiān)雷達(dá)航跡會繼續(xù)對目標(biāo)掛單。

而對于起飛的航班，飛機(jī)離開橋位后，系統(tǒng)自動分配一個隨機(jī)碼給此飛機(jī)，當(dāng)此飛機(jī)滑行至跑道邊緣，進(jìn)入場監(jiān)雷達(dá)和進(jìn)近雷達(dá)融合處，系統(tǒng)獲得SSR 代碼，然后與飛行計劃相匹配，自動掛單。

由此看出現(xiàn)有的掛單機(jī)制是基于SSR 代碼的，一旦無法獲取航班的SSR 代碼，就無法通過SSR 代碼來尋找到匹配的飛行計劃，于是航班就無法掛單。

解決辦法

為了解決場面監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)無法對起飛航班離開橋位起飛前掛單和場監(jiān)雷達(dá)盲區(qū)問題，可以考慮引入多點定位系統(tǒng)。

多點定位系統(tǒng)原理

多點定位（Multilateration，MLAT）系統(tǒng)通過計算飛機(jī)或車輛發(fā)射信號到達(dá)接收站的時間差（TDOA）來確定其空間位置。多點定位系統(tǒng)的有點是基站布置靈活、定位精度高、建設(shè)運行維護(hù)成本低，另外可以有效解決盲區(qū)問題。

圖1 多點定位系統(tǒng)原理圖

圖2 多點定位系統(tǒng)的組成圖

如圖1 所示，MLAT 利用雙曲線上的點到定點的距離差是常數(shù)，這樣三個接收機(jī)就可以產(chǎn)生兩條雙曲線，而兩條雙曲線的交點就是目標(biāo)的位置。對于二維空間，兩個接收站決定了一條雙曲線，第三個接收站可以確定另一條雙曲線，兩條雙曲線的交點確定了目標(biāo)的坐標(biāo)X，Y。而對于三維空間，則需要四個就收站才能確定目標(biāo)的坐標(biāo)X，Y，Z。

多點定位系統(tǒng)的組成

多點定位系統(tǒng)主要由遠(yuǎn)端站、中心站和參考應(yīng)答機(jī)組成。如圖2 所示。

遠(yuǎn)端站由機(jī)柜、通訊模塊、電源模塊和收發(fā)模塊組成，遠(yuǎn)端站的分布是由覆蓋范圍和機(jī)場的地形所決定的，每個遠(yuǎn)端站至少要能夠接受一個參考應(yīng)答機(jī)的信號。

參考應(yīng)答機(jī)就是一些特定位置的遠(yuǎn)端站。參考應(yīng)答機(jī)定期發(fā)送一個S 模式信號，遠(yuǎn)端站對該信號的時間進(jìn)行標(biāo)記，然后與預(yù)期的標(biāo)記值進(jìn)行比較，以此來校正每個遠(yuǎn)端站的振蕩器。

中心站主要用于綜合遠(yuǎn)端站的信號，計算得到目標(biāo)的TDOA 位置，再通過程序進(jìn)行恢復(fù)由多徑干擾造成的信號損壞，由此可以通過最大似然估計法來精確地計算出二維或者三維的目標(biāo)位置。

多點定位系統(tǒng)的布點

首先，為了節(jié)省安裝成本，布點的時候首先考慮利用場面上已有的臺站，例如可以考慮將參考應(yīng)答機(jī)設(shè)置在塔臺、二次雷達(dá)站、場監(jiān)雷達(dá)站等，如圖所示。利用這些臺站已有的供電設(shè)備，數(shù)據(jù)傳輸鏈路，可以大大減少安裝時的布線工程，同時也不需要再進(jìn)行第三方協(xié)議。

再者，目標(biāo)發(fā)現(xiàn)的概率與接收站的冗余度有關(guān)。假設(shè)在100m 的范圍內(nèi)少于100 個目標(biāo)，并且該范圍內(nèi)有最少3～4 個接收站，那么發(fā)現(xiàn)概率會達(dá)到99.9%。另外，目標(biāo)的識別概率和接收站的冗余度也有關(guān)，假設(shè)在100 米的范圍內(nèi)少于100 個目標(biāo)，并且該范圍內(nèi)有最少1～4 個接收站，那么識別概率會達(dá)到99.9%。

為了解決場面監(jiān)視系統(tǒng)，無法對起飛航班掛單的問題，虹橋機(jī)場的MLAT 系統(tǒng)必須配有接受/發(fā)射站點，通過這些站點發(fā)出詢問信號，目標(biāo)接收后對其進(jìn)行回復(fù)，那么MLAT 系統(tǒng)將該目標(biāo)的位置和解碼的回復(fù)信號輸出給場面監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)，則可以達(dá)到掛單的目的，并且可以提高目標(biāo)位置的精確度?？梢钥紤]將接受/發(fā)射站點設(shè)置在橋位265、232 附近，在這里可以保證西面的所有目標(biāo)都可以接受到詢問信號；塔臺和thales 二次雷達(dá)站設(shè)置接受/發(fā)射站點則可保證東面目標(biāo)都可以接收到詢問信號。如圖所示。

而對于其他接收站而言，需要滿足覆蓋范圍的要求，每塊區(qū)域至少需要四個以上接收機(jī)，當(dāng)任何接收機(jī)出現(xiàn)故障和數(shù)據(jù)丟失時，每塊區(qū)域至少可以有一個冗余的接收機(jī)。大致所要布點的位置如圖所示。

對于虹橋場面監(jiān)視系統(tǒng)來說，多點定位系統(tǒng)還可以彌補現(xiàn)在場監(jiān)雷達(dá)的盲區(qū)。并且多點定位系統(tǒng)可以融合ADS-B 信息，ADS-B 也是將來發(fā)展的一個趨勢，由此可見，多點定位系統(tǒng)非常靈活，成本也很低。