張志芳（民航湖南空管分局，湖南長(zhǎng)沙 419137）

機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面監(jiān)視技術(shù)的比較及發(fā)展

張志芳
（民航湖南空管分局，湖南長(zhǎng)沙 419137）

當(dāng)前，在全球航空運(yùn)輸業(yè)不斷發(fā)展，機(jī)場(chǎng)內(nèi)飛機(jī)起降數(shù)量持續(xù)增加的形勢(shì)之下，機(jī)場(chǎng)管理工作迎來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。如何有效的運(yùn)用機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面監(jiān)視技術(shù)，支持指揮中心管理功能，確保站坪內(nèi)飛機(jī)、車輛交通的通暢、高效，提升機(jī)位、滑行道利用率，是各機(jī)場(chǎng)當(dāng)局應(yīng)當(dāng)慎重思考的問題。以下，文章介紹了機(jī)場(chǎng)現(xiàn)階段主要運(yùn)用的四種場(chǎng)面監(jiān)視技術(shù)，多點(diǎn)定位、廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視ADS-B、二次雷達(dá)技術(shù)以及一次雷達(dá)技術(shù)，比較、分析四種技術(shù)的性能以及工作原理，并簡(jiǎn)述了場(chǎng)面監(jiān)視技術(shù)的發(fā)展方向。希望為實(shí)現(xiàn)更加安全、穩(wěn)定的機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面監(jiān)視工作開展提供參考作用。

機(jī)場(chǎng) 場(chǎng)面監(jiān)視技術(shù) 發(fā)展 比較

經(jīng)濟(jì)活動(dòng)迅速地發(fā)展，民用航空的航班量以及運(yùn)輸量也隨著快速地增長(zhǎng)，與此同時(shí)，地面以及空中的交通擁擠程度也隨著增長(zhǎng)。地面上，飛機(jī)與車輛、飛機(jī)與飛機(jī)發(fā)生沖突事故的可能性飛速地增大，因此機(jī)場(chǎng)運(yùn)行的效率減小了，民航運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展受到了阻礙。由此可見要想增大航班數(shù)量，其中一個(gè)重要方法是減小地面上的交通擁擠程度?？梢岳靡韵聝蓚€(gè)方法解決：一是增多跑道數(shù)量，有效增大機(jī)場(chǎng)運(yùn)行的規(guī)模。二是先進(jìn)場(chǎng)面監(jiān)視技術(shù)的使用，有效地解決安全沖突隱患，增大機(jī)場(chǎng)的運(yùn)行效率。而方法一對(duì)于土地以及資金的需求過大，建設(shè)周期也比較長(zhǎng)，所以運(yùn)用方法二會(huì)比較現(xiàn)實(shí)一點(diǎn)，通過對(duì)場(chǎng)面監(jiān)視性能的提升增大機(jī)場(chǎng)的容量，讓其運(yùn)行快速、有序。現(xiàn)階段的場(chǎng)面監(jiān)視技術(shù)有一次雷達(dá)、二次雷達(dá)，廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視ADS-B以及多點(diǎn)定位監(jiān)視也隨著技術(shù)的發(fā)展運(yùn)用的越來(lái)越多。

1　監(jiān)視場(chǎng)面技術(shù)的原理

1.1一次雷達(dá)

場(chǎng)面監(jiān)視雷達(dá)中，一次雷達(dá)系統(tǒng)就是脈沖雷達(dá)。脈沖雷達(dá)可以連續(xù)地發(fā)射出射頻脈沖，等到不發(fā)射的間隔期間，有效地將回波信號(hào)接收回來(lái)，并在回波信號(hào)以及發(fā)射脈沖的間隔時(shí)間實(shí)現(xiàn)對(duì)于目標(biāo)方位以及距離的準(zhǔn)確測(cè)定。一次雷達(dá)的組成部分是終端設(shè)備、信號(hào)處理機(jī)、接收機(jī)、發(fā)射機(jī)以及天線。其中，天線方向性的運(yùn)用，讓雷達(dá)有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)于目標(biāo)方位角β以及仰角ε的測(cè)定。電氣以及機(jī)械上的有效組合，讓雷達(dá)將天線指向所將要探測(cè)的方位，在目標(biāo)被發(fā)現(xiàn)的瞬間，就能夠依照所收到的回波信號(hào)的不同強(qiáng)弱幅度來(lái)評(píng)定被測(cè)的目標(biāo)以及目標(biāo)所在的方位。

1.2二次雷達(dá)

二次雷達(dá)，是通過地面詢問雷達(dá)將一定模式的詢問信號(hào)發(fā)射出來(lái)，當(dāng)信號(hào)被飛機(jī)上所裝的應(yīng)答機(jī)接收之后，對(duì)信號(hào)進(jìn)行相關(guān)的譯碼以及處理，接著應(yīng)答機(jī)將會(huì)將已經(jīng)編碼的回應(yīng)信號(hào)發(fā)射出去，地面雷達(dá)接收到答復(fù)信號(hào)之后，再進(jìn)行相關(guān)的處理信號(hào)行為，把裝置了應(yīng)答機(jī)的飛機(jī)的距離、方向、高度以及代碼準(zhǔn)確地顯示于平面顯示儀器上面。機(jī)載應(yīng)答機(jī)以及地面詢問雷達(dá)是二次雷達(dá)系統(tǒng)的兩個(gè)組成部分。其中，地面詢問雷達(dá)是由雷達(dá)顯示終端、信號(hào)處理設(shè)備、接收機(jī)、發(fā)射機(jī)以及二次雷達(dá)天線五部分構(gòu)成，發(fā)射機(jī)可以依照所需的詢問模式將相應(yīng)的脈沖信號(hào)發(fā)射出去。

1.3廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視ADS-B

ADS-B主要的通信手段是運(yùn)用先進(jìn)的空空/地空的數(shù)據(jù)鏈，數(shù)據(jù)源是機(jī)載設(shè)備以及先進(jìn)的導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)出的信息，將自身的相關(guān)狀態(tài)參數(shù)發(fā)射出去，并且可以接收其他飛機(jī)發(fā)出的廣播信息，能夠?qū)崿F(xiàn)飛機(jī)與飛機(jī)之間的互相感知，詳細(xì)、全面地了解四周邊的空中交通情況，與機(jī)場(chǎng)地面上運(yùn)行活動(dòng)的車輛、飛機(jī)間保持合適的安全距離，實(shí)現(xiàn)監(jiān)視場(chǎng)面的功能。ADS-B系統(tǒng)的組成部分主要是地面站以及機(jī)載設(shè)備。其中，機(jī)載設(shè)備的組成部分有駕駛艙沖突信息顯示器、天線、數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)瞻l(fā)以及GPS接收機(jī)，利用高速的數(shù)據(jù)鏈與地面站之間實(shí)現(xiàn)通信，以多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)、網(wǎng)站的方式實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)通信。

ADS-B設(shè)備能夠發(fā)送到外界的監(jiān)視數(shù)據(jù)有：飛機(jī)轉(zhuǎn)向標(biāo)識(shí)、三維速度、三維位置、飛機(jī)類型、呼號(hào)以及另外的其他訊息。而因?yàn)锳DS-B對(duì)外發(fā)送的數(shù)據(jù)太多，所以ADS-B的支持?jǐn)?shù)據(jù)鏈需要具有大容量的信道、較快的傳輸速度以及廣播模式等。

1.4多點(diǎn)定位的監(jiān)視系統(tǒng)

監(jiān)視系統(tǒng)多點(diǎn)定位是外國(guó)發(fā)明的一種可以針對(duì)機(jī)場(chǎng)附近、終端區(qū)域、航路的監(jiān)視新技術(shù)。以應(yīng)答機(jī)的多點(diǎn)監(jiān)視系統(tǒng)為基礎(chǔ)，運(yùn)用多個(gè)接收機(jī)接收應(yīng)答機(jī)脈沖，并準(zhǔn)確地計(jì)算出相關(guān)標(biāo)識(shí)以及位置。地面接收機(jī)能夠準(zhǔn)確地監(jiān)視機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面、四周的靜止與移動(dòng)的汽車、飛機(jī)。該系統(tǒng)的主要組成部分是機(jī)場(chǎng)地面安裝的接收機(jī)、車輛或者飛機(jī)上的目標(biāo)處理單元、應(yīng)答機(jī)。

因?yàn)橄到y(tǒng)要通過計(jì)算準(zhǔn)確無(wú)誤的時(shí)差才可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的定位作用，所以對(duì)于時(shí)間同步的要求非常高，監(jiān)視系統(tǒng)的多點(diǎn)定位運(yùn)用了校正應(yīng)答機(jī)與GPS相互結(jié)合的方法來(lái)達(dá)到同步時(shí)間的要求，具體方法是：從GPS衛(wèi)星上，校正應(yīng)答機(jī)接收了標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)時(shí)間，一切的地面接收機(jī)時(shí)鐘都是借助監(jiān)測(cè)校正機(jī)所發(fā)射出來(lái)的信號(hào)來(lái)達(dá)到與目標(biāo)處理單元之間同步的要求的。

2　比較幾種場(chǎng)面監(jiān)視技術(shù)

通過比較幾種場(chǎng)面監(jiān)視技術(shù)的原理，得出其各自的特點(diǎn)：

一次雷達(dá)技術(shù)：能夠運(yùn)用光點(diǎn)在雷達(dá)屏幕上面顯示飛機(jī)的距離與方位，無(wú)論飛機(jī)有沒有裝置應(yīng)答機(jī)都可以顯示出來(lái)。但一次雷達(dá)技術(shù)也存在其不足：一定需要有夠大的能量電平輻射，才可以接收到目標(biāo)反射的遠(yuǎn)距離訊號(hào)；另外，不僅飛機(jī)的會(huì)顯示，其他的固定目標(biāo)也將會(huì)顯示出來(lái)，就會(huì)干擾特定目標(biāo)的顯示；無(wú)法自動(dòng)顯示、識(shí)別飛機(jī)以及飛機(jī)的高度；雷達(dá)回波會(huì)有閃爍現(xiàn)象的存在。

二次雷達(dá)：定位方式使用詢問應(yīng)答的方法，利用數(shù)據(jù)鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn)發(fā)送信息與接收信息，所以發(fā)射功率比較小，相應(yīng)的干擾雜波比較少，目標(biāo)不會(huì)閃爍，可以供應(yīng)很多和飛機(jī)有關(guān)的訊息。而二次雷達(dá)的不足之處是：應(yīng)答機(jī)工作負(fù)荷太大，在詢問當(dāng)中有可能會(huì)有非同步串?dāng)_、同步干擾的存在，加上飛機(jī)的飛行機(jī)動(dòng)性，可能會(huì)使得回波出現(xiàn)暫時(shí)性中斷的現(xiàn)象。

ADS-B：優(yōu)點(diǎn)是更新數(shù)據(jù)快，刷新率是1次/秒；傳遞的信息量比二次雷達(dá)多；有精確度較高的目標(biāo)方位，使用、建設(shè)成本比二次雷達(dá)的監(jiān)視系統(tǒng)低得多，而且車輛、飛機(jī)上一定要裝ADS-B型應(yīng)答機(jī)。

多點(diǎn)定位監(jiān)視技術(shù)：利用現(xiàn)有機(jī)載標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)答機(jī)，不用再加裝其他的導(dǎo)航機(jī)載設(shè)備才能實(shí)現(xiàn)監(jiān)視定位；兼容了ADS-B相關(guān)技術(shù)；更新數(shù)據(jù)率高，對(duì)于某些監(jiān)視重點(diǎn)的地域，能夠手動(dòng)設(shè)定更高的刷新率；是成本比較低的系統(tǒng)，比現(xiàn)階段的SSR雷達(dá)系統(tǒng)和監(jiān)視場(chǎng)面雷達(dá)的投資成本低；有高精度的定位，空中廣域定位精確度達(dá)到五十米內(nèi)，定位地面精確度達(dá)到十米內(nèi)；包含良好的識(shí)別目標(biāo)能力。

通過比較幾種監(jiān)視技術(shù)，將在不同的機(jī)場(chǎng)使用相對(duì)應(yīng)的監(jiān)視技術(shù)。其中，中大型機(jī)場(chǎng)應(yīng)該使用監(jiān)視場(chǎng)面雷達(dá)與ADS-B或者多點(diǎn)定

············

位監(jiān)視結(jié)合起來(lái)的方式，才能實(shí)現(xiàn)高可靠性、高準(zhǔn)確性的監(jiān)視性能；而小機(jī)場(chǎng)應(yīng)該使用多點(diǎn)定位監(jiān)視技術(shù)或者ADS-B監(jiān)視場(chǎng)面，能夠滿足了監(jiān)視場(chǎng)面需求的基礎(chǔ)上，有效地節(jié)約建設(shè)費(fèi)用。

3　監(jiān)視場(chǎng)面技術(shù)的發(fā)展

伴隨著監(jiān)視場(chǎng)面雷達(dá)、多點(diǎn)定位監(jiān)視系統(tǒng)以及ADS-B在各機(jī)場(chǎng)的推廣運(yùn)用，增大了機(jī)場(chǎng)運(yùn)行場(chǎng)面的效率，而現(xiàn)階段的監(jiān)視場(chǎng)面技術(shù)在控制、監(jiān)視上仍然含有一些缺陷，監(jiān)視場(chǎng)面技術(shù)可以在下面幾個(gè)方向進(jìn)行改進(jìn)：一是應(yīng)該可以提供更大的安全性能以及可靠性能。二是可以實(shí)現(xiàn)沖突檢測(cè)與路由選擇。三是應(yīng)該可以提供確切的預(yù)警、報(bào)警訊息。四是可以實(shí)現(xiàn)在機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面上，各飛機(jī)與車輛的運(yùn)行時(shí)協(xié)調(diào)性高。

要想解決以上存在的不足， ICAO制定的“先進(jìn)場(chǎng)面活動(dòng)引導(dǎo)控制”系統(tǒng)產(chǎn)生了。作為一個(gè)利用路由、監(jiān)視引導(dǎo)、計(jì)劃功能對(duì)汽車以及場(chǎng)面飛行器進(jìn)行控制的集成綜合型系統(tǒng)，A-SMGCS系統(tǒng)整合了當(dāng)今所有監(jiān)視技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，不僅可以兼容現(xiàn)有監(jiān)視數(shù)據(jù)，還能完成引導(dǎo)、路由、控制以及監(jiān)視四個(gè)功能。其中引導(dǎo)功能、路由功能能夠在不增大機(jī)場(chǎng)活動(dòng)區(qū)大小前提下，有效地增大機(jī)場(chǎng)運(yùn)行安全性、容量和速率，成為大型機(jī)場(chǎng)有效解決飛機(jī)地面監(jiān)控與滑行問題的最好方式。

4　結(jié)語(yǔ)

機(jī)場(chǎng)車輛數(shù)量以及飛機(jī)流量的不斷增多，使得我們對(duì)于監(jiān)視場(chǎng)面技術(shù)的性能需求越來(lái)越大，場(chǎng)面監(jiān)視技術(shù)的重要性就明顯可見了。我們能夠預(yù)想在不久以后，我們利用先進(jìn)的監(jiān)視場(chǎng)面技術(shù)能夠更加安全、流暢地運(yùn)行，發(fā)揮出機(jī)場(chǎng)更大的潛力，推進(jìn)了民航事業(yè)更加蓬勃發(fā)展。

［1］魏光興.通信導(dǎo)航監(jiān)視［M］.成都：西南交通大學(xué)出版社，2004.

［2］張軍.現(xiàn)代空中交通管理［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.