韓一帆

摘 要：提出一種基于Python語言的空管雷達(dá)覆蓋軟件，在面對單個雷達(dá)信號質(zhì)量差需要調(diào)整雷達(dá)上下線以及參數(shù)問題上，該軟件通過數(shù)據(jù)模擬，推薦出最穩(wěn)定的雷達(dá)上線數(shù)量、調(diào)整方案，從而避免出現(xiàn)掃描盲區(qū)，并且方便應(yīng)急措施方案的制定與調(diào)整。

關(guān)鍵詞：雷達(dá)；空中交通管制；Python；雷達(dá)數(shù)據(jù)

中圖分類號：TN957 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）13-0026-02

當(dāng)前，雷達(dá)在空中交通管制工作中有著不可替代的關(guān)鍵作用，其提供的雷達(dá)數(shù)據(jù)將直接傳到空管自動化系統(tǒng)中，起到發(fā)現(xiàn)目標(biāo)、測量目標(biāo)和跟蹤目標(biāo)等重要作用。雷達(dá)通過發(fā)射無線電波掃描到目標(biāo)，經(jīng)過接收機接收返回信號，確定目標(biāo)的位置。目前大部分空管自動化系統(tǒng)中采用的都是多雷達(dá)融合處理，但是單雷達(dá)信號質(zhì)量仍舊會影響整個自動化系統(tǒng)的輸出信號質(zhì)量，因此如何對雷達(dá)進(jìn)行合理的參數(shù)調(diào)整以及上下線調(diào)整一直是保障部門的研究熱點。本文提出一個雷達(dá)信號覆蓋軟件，該軟件通過Python進(jìn)行設(shè)計與實現(xiàn)。

1 雷達(dá)情況

目前，在空中交通管制中使用的雷達(dá)按工作方式可分為一次監(jiān)視雷達(dá)、二次監(jiān)視雷達(dá)。

一次監(jiān)視雷達(dá)是一種依靠發(fā)射機產(chǎn)生電磁信號，由天線發(fā)射出去，然后通過接收機檢測電磁波的反射回波來獲得目標(biāo)位置的電子系統(tǒng)，屬于獨立非協(xié)調(diào)監(jiān)視雷達(dá)。根據(jù)電磁波在空間中以光速沿直線傳播這一物理理論，一次監(jiān)視雷達(dá)通過計算發(fā)射信號與接收回波的時間差來獲取目標(biāo)角度，通過天線波束的方向性來獲取目標(biāo)角度。

二次監(jiān)視雷達(dá)是一種需要機載應(yīng)答機配合工作的協(xié)同監(jiān)視雷達(dá)，發(fā)射機通過二次雷達(dá)天線發(fā)射頻率為1030MHZ的詢問編碼，機載應(yīng)答機接收到這組訊問后會根據(jù)收到的編碼內(nèi)容回復(fù)一組1090MHZ的應(yīng)答編碼。

2 軟件的設(shè)計

本文將以北京區(qū)域管制中心為例展開軟件的設(shè)計與實現(xiàn)。

北京區(qū)域管制中心目前接入31部雷達(dá)。所有引接的雷達(dá)信號能夠有效地覆蓋管制人員進(jìn)行空中交通管制的華北地區(qū)所有空域，大部分區(qū)域能夠做到3重覆蓋甚至更多重覆蓋。在引接雷達(dá)信號丟失或質(zhì)量差時，可能會出現(xiàn)假信號、丟信號等問，會影響管制員正常交通管制。引發(fā)這些問題原因可能是多方面的，可能是雷達(dá)源的問題，也可能是傳輸設(shè)備的問題，也可能是系統(tǒng)融合處理與外界干擾的問題。

目前，由于有較多的保障和備份手段，在只有一路或少量的外地雷達(dá)信號丟失或無法提供正常數(shù)據(jù)時，可以由附近其它可重復(fù)覆蓋的雷達(dá)提供信號給管制員使用，基本能夠通過各種備份手段保證正常管制。當(dāng)前，華北地區(qū)空域內(nèi)大部分區(qū)域能夠做到3重覆蓋甚至更多重，但是仍舊有一些邊界區(qū)域是單雷達(dá)覆蓋或者是雙重覆蓋。比如在蘇尼特雷達(dá)的北部國境點附近，雖然呼和雷達(dá)可以掃描到P110這個點，但是在實際管制指揮中，這個位置主要還是依靠蘇尼特雷達(dá)。在遇到蘇尼特雷達(dá)停機時，這個位置只有呼和雷達(dá)可以覆蓋，在遇到航班流量大地時候，就有風(fēng)險出現(xiàn)丟信號等雷達(dá)信號問題。因此在遇到一些雷達(dá)停機的問題上，本軟件可以直接清楚地告訴技術(shù)人員雷達(dá)信號覆蓋強弱，在雷達(dá)上下線時間問題上提供幫助。

此外，雖然大部分地區(qū)是3重覆蓋，且單部雷達(dá)信號質(zhì)量差時，由于系統(tǒng)采用多雷達(dá)融合處理，可以由附近其他可重復(fù)覆蓋的雷達(dá)提供使用。但是仍然有些雷達(dá)會影響整個系統(tǒng)的信號輸出，例如武漢（WHU）雷達(dá)。由于該部雷達(dá)參數(shù)設(shè)置問題，導(dǎo)致系統(tǒng)進(jìn)行多雷達(dá)處理融合時，會產(chǎn)生矢量線擺動，影響管制正常使用。由于華北地區(qū)空域武漢雷達(dá)覆蓋范圍內(nèi)有襄樊和周口雷達(dá)覆蓋，因此將武漢雷達(dá)處于長期下線狀態(tài)。面對襄樊雷達(dá)或者周口停機時，此片區(qū)域又變成了單雷達(dá)覆蓋。

除此之外，面對雷達(dá)老化導(dǎo)致信號質(zhì)量差時，往往會調(diào)整雷達(dá)覆蓋半徑縮小影響范圍，因而如何調(diào)整才雷達(dá)覆蓋半徑不會產(chǎn)生雷達(dá)盲區(qū)也是一個關(guān)鍵問題。以及新建機場建設(shè)雷達(dá)引接覆蓋以及新接雷達(dá)位置覆蓋問題都可以通過本軟件得到直觀的建議和方案。

將北京31部雷達(dá)的經(jīng)度緯度覆蓋半徑、各個扇區(qū)的坐標(biāo)劃分以及華北空域邊界點輸入，得到圖1。

圖1中，紅色框內(nèi)代表華北地區(qū)空域，黃色切割線代表各個扇區(qū)。在圖1中可以看到很多藍(lán)色橢圓重疊在一起，即為雷達(dá)覆蓋區(qū)域。顏色深的區(qū)域至少三雷達(dá)覆以上，顏色淺的區(qū)域最多雙重覆蓋。通過圖1，可以清晰地看出華北地區(qū)空域各個地方雷達(dá)信號覆蓋強弱情況，在面對上述的問題中，可以通過調(diào)整輸入值從而得到新的雷達(dá)信號覆蓋圖。

3 軟件原理

雷達(dá)信號覆蓋軟件分為3部分。第一部分將雷達(dá)坐標(biāo)、扇區(qū)劃分、以及華北空域的空域范圍定義輸入。通過以下代碼實現(xiàn)THALES系統(tǒng)內(nèi)顯示的經(jīng)度緯度值與為平面坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換：

lat（self，latlng）：

lat=float（latlng[0：2]）+float（latlng[2：4]）/60+float（latlng[4：6]）/（60*60）+float（latlng[6：8]）/（60*60*60）

return lat

lng（self，latlng）：

lng=float（latlng[9：12]）+float（latlng[12：14]）/60+float（latlng[14：16]）/（60*60）+float（latlng[16：18]）/（60*60*60）

return lng

第二部分將雷達(dá)具體經(jīng)度、緯度以及掃描范圍參數(shù)輸入，實現(xiàn)雷達(dá)信號覆蓋范圍圖像。通過以下代碼將雷達(dá)掃描半徑即雷達(dá)掃描范圍轉(zhuǎn)換為平面坐標(biāo)里面的橢圓形長半徑和短半徑：

#self.range=range/110.94/match.cos（math.radians（self.lat））

self.range=range

self.rangew=range/111.32/math.cos（math.radians（self.lat））*2

self.rangeh=range/110.574*2

第三部分為將第一部分第二部分內(nèi)容畫圖出來。從而形成圖1最終效果圖。

4 軟件的實現(xiàn)與案例分析

在管制區(qū)域內(nèi)盡可能保證三重覆蓋和雷達(dá)信號的更新。包括對一部雷達(dá)頂空盲區(qū)或設(shè)置的抑制區(qū)的三重覆蓋。對雷達(dá)作用半徑進(jìn)行的調(diào)整要符合三重覆蓋的要求。

如圖2所示，這是對LUY洛陽雷達(dá)和XZH徐州雷達(dá)半徑進(jìn)行調(diào)整之前的覆蓋示意圖。顏色深淺可以看出幾重覆蓋情況。如果現(xiàn)在因為減少XZH對東北部扇區(qū)的影響而減少XZH雷達(dá)的半徑。類似的，減少LUY雷達(dá)對西部扇區(qū)可能的影響縮減LUY雷達(dá)的半徑。

如圖3所示，在兩部雷達(dá)各自因為東部和西部扇區(qū)的原因而縮減作用半徑后，對中部扇區(qū)就會造成覆蓋不足的情況。所以區(qū)管范圍內(nèi)的雷達(dá)覆蓋調(diào)整需要整體思考和調(diào)整。

5 結(jié)語

本軟件提供一種基于Python語言的雷達(dá)信號覆蓋軟件，本軟件界面簡潔，操作簡易，以及鮮明的顏色對比突出。雷達(dá)信號覆蓋軟件的設(shè)計與實現(xiàn)，能方便技術(shù)人員對于雷達(dá)信號出現(xiàn)的問題做出合理調(diào)整，避免出現(xiàn)雷達(dá)盲區(qū)等問題。目前該軟件僅在北京區(qū)域管制中心試運行，根據(jù)雷達(dá)信號覆蓋軟件的可靠性和適用性和通用性，也能進(jìn)行推廣使用。

參考文獻(xiàn)

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