摘要：S模式二次雷達(dá)作為民航雷達(dá)設(shè)備的發(fā)展方向，關(guān)注S模式二次雷達(dá)設(shè)備的運(yùn)行和使用狀況，對(duì)安全生產(chǎn)有重要作用。文章以南京祿口國(guó)際機(jī)場(chǎng)所使用的INDRA公司生產(chǎn)的IRS-20MP/L型號(hào)S模式二次雷達(dá)設(shè)備為例，介紹了S模式二次雷達(dá)的使用情況，通過對(duì)2017年影響目標(biāo)速度跳變的情況統(tǒng)計(jì)，分析S模式二次雷達(dá)目標(biāo)速度跳變的原因，進(jìn)一步提出目標(biāo)航跡加權(quán)平均處理的多雷達(dá)數(shù)據(jù)融合方法，為S模式二次雷達(dá)目標(biāo)速度跳變的相關(guān)研究提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：S模式二次雷達(dá)；速度跳變；多雷達(dá)數(shù)據(jù)融合

隨著民航行業(yè)的飛速發(fā)展，航班量不斷增加，民航空管管制人員對(duì)二次雷達(dá)設(shè)備的依賴性日漸增強(qiáng)，二次雷達(dá)的重要性凸顯?？v觀民用二次雷達(dá)的發(fā)展史，由早期的常規(guī)二次雷達(dá)到單脈沖二次雷達(dá)，再到后來的全固態(tài)二次雷達(dá)，直至當(dāng)今的S模式二次雷達(dá)，功能日漸增強(qiáng)，信息量越來越大，安全性越來越高。進(jìn)入21世紀(jì)，S模式二次雷達(dá)設(shè)備陸續(xù)在國(guó)內(nèi)開始使用，成了二次雷達(dá)設(shè)備更新?lián)Q代的趨勢(shì)。以南京祿口國(guó)際機(jī)場(chǎng)為例，目前有一套S模式二次雷達(dá)設(shè)備在開放使用，預(yù)計(jì)未來南京機(jī)場(chǎng)將全部采用S模式二次雷達(dá)設(shè)備供空管管制部門使用。因此，關(guān)注S模式二次雷達(dá)設(shè)備在使用過程中所暴露出來的問題，并對(duì)其進(jìn)行研究分析，對(duì)保障航空安全具有廣泛且深遠(yuǎn)的意義[1]。

本文以南京目前在開放使用的西班牙INDRA廠家生產(chǎn)的IRS-20MP/L型號(hào)S模式二次雷達(dá)設(shè)備為例，對(duì)其產(chǎn)生的目標(biāo)速度跳變問題進(jìn)行研究和分析，希望能對(duì)相關(guān)技術(shù)人員有所啟發(fā)。

1 目標(biāo)速度跳變?cè)?/p>

速度跳變通常是指目標(biāo)在移動(dòng)過程中，速度發(fā)生抖動(dòng)，突然產(chǎn)生速度升高或者降低的現(xiàn)象。管制人員通過自動(dòng)化顯示屏幕指揮飛機(jī)，目標(biāo)的速度數(shù)據(jù)是由二次雷達(dá)設(shè)備給出，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，經(jīng)過自動(dòng)化設(shè)備，最終顯示在管制終端。因此，管制人員所看到的目標(biāo)的速度跳變，有可能是飛機(jī)真實(shí)的速度變化，也有可能是網(wǎng)絡(luò)傳輸或者雷達(dá)和自動(dòng)化設(shè)備所引起的。下面我們主要討論由二次雷達(dá)設(shè)備所引起的目標(biāo)速度跳變情況。在空中交通管制中，目標(biāo)產(chǎn)生速度跳變，如果情況頻發(fā)或者較為嚴(yán)重，會(huì)直接影響管制部門對(duì)飛機(jī)的正常指揮，嚴(yán)重情況可能會(huì)直接導(dǎo)致飛機(jī)避讓或者復(fù)飛的不安全事件[2]。

1.1 目標(biāo)的航跡抖動(dòng)

當(dāng)雷達(dá)獲得目標(biāo)前一次的點(diǎn)跡數(shù)據(jù)與后一次的點(diǎn)跡數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性較差，或者說兩次數(shù)據(jù)解析出的位置信息相差超過正常范圍，便會(huì)產(chǎn)生航跡抖動(dòng)，直接反映在管制自動(dòng)化屏幕上便是目標(biāo)移動(dòng)出現(xiàn)異常，移動(dòng)距離突然變大或者變小，這會(huì)直接導(dǎo)致目標(biāo)產(chǎn)生速度跳變[3]。2017年南京INDRA S模式二次雷達(dá)航跡抖動(dòng)統(tǒng)計(jì)如表1所示。

回放錄像，目標(biāo)此時(shí)都處在大幅度轉(zhuǎn)向或者直角拐彎的時(shí)間段里，姿態(tài)變化非常大。

1.2 目標(biāo)的高度跳變

高度跳變是指雷達(dá)針對(duì)同一目標(biāo)，接連兩次解析出來的高度數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性較低，產(chǎn)生高度變化異常，如果高度變化非常大，就有可能導(dǎo)致目標(biāo)的速度跳變。2017年南京INDRA S模式二次雷達(dá)高度跳變統(tǒng)計(jì)如表2所示。

經(jīng)過回放錄像，分析認(rèn)為：（1）目標(biāo)在下降過程中產(chǎn)生的高度跳變有可能是由于目標(biāo)所處周圍環(huán)境的氣壓產(chǎn)生變化所致，因?yàn)槔走_(dá)地面站所獲得的高度數(shù)據(jù)通常都是解析飛機(jī)上的氣壓高度表給出的數(shù)據(jù)而來。（2）根據(jù)資料，INDRA S模式二次雷達(dá)解析出來的高度數(shù)據(jù)會(huì)有7 m左右的誤差，屬于正常范圍，一般不會(huì)導(dǎo)致目標(biāo)出現(xiàn)速度跳變。

（3）目標(biāo)在落地過程中，低于雷達(dá)天線的水平高度時(shí)，會(huì)導(dǎo)致雷達(dá)設(shè)備在低俯仰角條件下，波束開裂，與天線的俯仰角有關(guān)，也可歸屬為天線性能問題[4]。

1.3 目標(biāo)航跡丟失

在雷達(dá)探測(cè)目標(biāo)的過程中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)目標(biāo)航跡丟失情況，也會(huì)引起目標(biāo)的速度跳變。2017年南京INDRA S模式二次雷達(dá)目標(biāo)航跡丟失統(tǒng)計(jì)如表3所示。

將目標(biāo)航跡丟失的情況進(jìn)行總結(jié)：（1）雷達(dá)設(shè)備本身屬性有關(guān)，例如穿越雷達(dá)的頂空盲區(qū)、目標(biāo)處在雷達(dá)的威力范圍邊緣等情況。（2）雷達(dá)設(shè)備故障，例如監(jiān)控軟件出現(xiàn)故障，導(dǎo)致第一次詢問航跡丟失，下一次詢問出現(xiàn)兩個(gè)航跡。（3）目標(biāo)周圍環(huán)境有關(guān)，例如跑道上目標(biāo)被遮擋。（4）機(jī)載設(shè)備問題，引起多雷達(dá)航跡丟失。

2 預(yù)防措施和解決方法

單雷達(dá)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，監(jiān)視范圍有限，精度不高，易出現(xiàn)目標(biāo)航跡抖動(dòng)、航跡丟失和高度跳變等問題，為了提供連續(xù)的空中交通狀況，確保飛行安全的最好方法就是采用多雷達(dá)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，通過多雷達(dá)聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合，可以大大提高監(jiān)視目標(biāo)的質(zhì)量，減少目標(biāo)速度跳變情況的發(fā)生。雷達(dá)數(shù)據(jù)處理中的多目標(biāo)跟蹤方法可分為兩類：（1）最大似然法，包括人工標(biāo)圖法、航跡分義發(fā)，聯(lián)合似然算法、0-1整數(shù)規(guī)劃法、廣義相關(guān)法等。（2）貝葉斯方法，包括概率數(shù)據(jù)互聯(lián)算法、聯(lián)合概率數(shù)據(jù)互聯(lián)算法，最近鄰域法、最優(yōu)貝葉斯算法，多假設(shè)法等[5]。加權(quán)平均法是一種典型的數(shù)據(jù)融合算法，主要根據(jù)雷達(dá)的測(cè)量精度對(duì)其設(shè)置權(quán)值，精度高的權(quán)值大，精度低的權(quán)值小。權(quán)值可以在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)根據(jù)需要進(jìn)行靈活設(shè)置。Pow1?powN是各雷達(dá)對(duì)應(yīng)的權(quán)限，para1?paraN是各雷達(dá)的目標(biāo)航跡參數(shù)，para是加權(quán)后的目標(biāo)航跡參數(shù)，有：

上式對(duì)目標(biāo)航跡的位置、高度和速度的融合處理都合適。最后，把加權(quán)融合后的航跡用來更新對(duì)應(yīng)的目標(biāo)系統(tǒng)航跡。目標(biāo)航跡加權(quán)處理流程如圖1所示。加權(quán)平均法形式簡(jiǎn)單、運(yùn)算量小，其融合精度要低于精度高的單站，但比精度低的單站效果好，是空管自動(dòng)化系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)的較為實(shí)用的數(shù)據(jù)融合方法。使用該方法，最好采用精度相近的雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，否則有可能會(huì)引入其他的目標(biāo)速度跳變情況[6]。

另外，航路航線設(shè)計(jì)避開雷達(dá)的頂空盲區(qū)，加強(qiáng)雷達(dá)設(shè)備維護(hù)，適當(dāng)調(diào)整雷達(dá)天線的俯仰角以及加強(qiáng)與航空公司溝通等方法也可以有效地預(yù)防和解決問題。

3 結(jié)語

文中通過參考相關(guān)技術(shù)資料，以南京機(jī)場(chǎng)為例，對(duì)2017年INDRA S模式二次雷達(dá)所發(fā)生的目標(biāo)速度跳變情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并分析引起目標(biāo)速度跳變的原因，包括航跡抖動(dòng)、航跡丟失和高度跳變等情況，針對(duì)S模式二次雷達(dá)目標(biāo)跳變的原因，給出“多雷達(dá)加權(quán)融合”的解決方法，該方法實(shí)用性強(qiáng)，使用簡(jiǎn)單，可作為自動(dòng)化進(jìn)行雷達(dá)信號(hào)融合的參考方法之一。

[參考文獻(xiàn)]

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[5]李曉峰.通信原理[M].北京：清華大學(xué)出版社，2014.

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