倪睿

摘 要：空管自動化系統(tǒng)是空中交通管制工作的關鍵設備之一，及時有效處理外部監(jiān)視源數(shù)據(jù)并形成穩(wěn)定的系統(tǒng)航跡屬于空管自動化系統(tǒng)的核心功能。本文以萊斯空管自動化系統(tǒng)為例，針對監(jiān)視數(shù)據(jù)的處理及應用進行綜合分析。

關鍵詞：監(jiān)視數(shù)據(jù)；空管自動化

前言

近年來，隨著我國民航事業(yè)的高速發(fā)展和航班流量持續(xù)增長，空中交通管制的工作壓力不斷升級。為確保空中航班的交通安全，進一步提高民航飛機的觀測精度，用于探測航空器的監(jiān)視手段已經(jīng)從傳統(tǒng)的航管一次雷達、A/C模式二次雷達，演變到包含更多航空器信息的S模式雷達、廣播式自動相關監(jiān)視系統(tǒng)ADS-B等途徑。監(jiān)視數(shù)據(jù)的多樣化和復雜化對空管自動化系統(tǒng)的處理功能提出了極大挑戰(zhàn)，本文將基于國產(chǎn)萊斯空管系統(tǒng)平臺，探討自動化系統(tǒng)監(jiān)視數(shù)據(jù)處理功能的原理及實現(xiàn)。

一、監(jiān)視數(shù)據(jù)概述

監(jiān)視數(shù)據(jù)是指不同監(jiān)視源探測到的航空器數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)內容主要包括航空器的位置、方向、高度、速度、二次代碼等信息。隨著空管監(jiān)視技術的不斷發(fā)展，監(jiān)視源種類不斷增多，而不同監(jiān)視源所探測的監(jiān)視數(shù)據(jù)類型有所差異。一次雷達數(shù)據(jù)主要攜帶了目標的位置報告和高度報告，A/C模式二次雷達增加了航空器的二次代碼信息用于航空器識別。S模式雷達作為增強型二次雷達，具備地空數(shù)據(jù)交互能力，可以攜帶大量數(shù)據(jù)，包含航班號、24位地址碼、磁航向、真空速、轉向角等信息，便于地面管制人員詳細了解航空器狀況。ADS-B（廣播式自動相關系統(tǒng)）數(shù)據(jù)除了可以攜帶航空器飛行狀態(tài)信息和識別信息外，還可以通過特定的下行數(shù)據(jù)項報告數(shù)據(jù)質量，從而提高空管自動化系統(tǒng)的處理精度。此外，監(jiān)視數(shù)據(jù)還有相應的數(shù)據(jù)格式定義，包括ASTERIX標準格式、MP2標準格式、中國民航MH/T 4008-2000格式等，不同的數(shù)據(jù)格式所定義的數(shù)據(jù)項和數(shù)據(jù)內容都有所差異，因而對空管自動化系統(tǒng)的監(jiān)視數(shù)據(jù)解析能力提出了更高要求。

二、萊斯空管自動化系統(tǒng)監(jiān)視數(shù)據(jù)處理

1、前置處理

監(jiān)視數(shù)據(jù)的前置處理主要包括：1）數(shù)據(jù)格式分解；2）合法性檢查；3）數(shù)據(jù)質量指標統(tǒng)計。數(shù)據(jù)格式分解是指當系統(tǒng)檢測到有監(jiān)視數(shù)據(jù)輸入時，前置處理模塊將按照對應的格式規(guī)范對監(jiān)視數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)項分解，提取其中的有用信息，包括目標屬性、目標位置、目標高度、目標速度等內容。此外，系統(tǒng)還會對接收到的數(shù)據(jù)項做必要的合法性檢查，對包括實際長度與聲明不符或過長的數(shù)據(jù)幀、組裝格式錯誤的數(shù)據(jù)幀等有明顯問題的數(shù)據(jù)進行過濾，以確保異常數(shù)據(jù)不會對后續(xù)的單路航跡處理和多路航跡融合造成影響。

數(shù)據(jù)質量統(tǒng)計主要是針對監(jiān)視數(shù)據(jù)的特定質量指標進行監(jiān)視和統(tǒng)計，并在指標超過告警門限值時發(fā)出告警提示，并自動對其進行隔離，以確保系統(tǒng)的正常處理。質量指標的檢查和統(tǒng)計主要包括以下數(shù)據(jù)項：1）CRC錯誤校驗：2）錯誤幀統(tǒng)計；3）雷達丟失正北統(tǒng)計；4）丟失扇區(qū)統(tǒng)計；5）已跟蹤航跡不正常丟失統(tǒng)計；6）時標檢查。系統(tǒng)提供相應日志記錄統(tǒng)計結果，下面結合具體日志進行分析：

2019/06/03 10：00：19> [1]A01 收到錯幀0個，收到延遲幀0個，共收到數(shù)據(jù)幀514個，最后計算結果錯幀率pernum=0，延遲幀率pernum=0；

2019/06/03 10：00：19> [2]A01 和上次計算的時間間隔為30.05秒，實際收到扇號0個，本雷達周期為4秒，每周期最多報告32個扇號，因此共應該收到240.40個，最后計算結果pernum=100；

2019/06/03 10：00：19> [3]A01 實際丟掉正北30個，應該報告30個，最后計算結果pernum=100。（為遵守保密原則，對于監(jiān)視源的具體信息進行了修改處理）

以上三條日志信息分別記錄了前置模塊對數(shù)據(jù)錯誤幀、丟失扇區(qū)和丟失正北統(tǒng)計結果，可以看到該路監(jiān)視數(shù)據(jù)的丟失扇區(qū)率和丟失正北率都達到了100%，系統(tǒng)會對該路數(shù)據(jù)進行隔離。系統(tǒng)對于其他檢查項也設有相應日志，便于系統(tǒng)維護人員排查故障。

2、單路監(jiān)視數(shù)據(jù)處理

單路監(jiān)視數(shù)據(jù)處理指生成并維護單路航跡的處理過程，主要包括：1）單路監(jiān)視數(shù)據(jù)預處理；2）單路航跡跟蹤處理；3）單路航跡質量控制。監(jiān)視數(shù)據(jù)處理模塊接受到前置模塊送來的數(shù)據(jù)后，會對其進行相應的預處理。將通過質量檢查的目標信息進行坐標轉換后投影到系統(tǒng)平面上，并參與后續(xù)單路航跡的跟蹤處理。

單路航跡的跟蹤處理包括已有航跡目標的更新和新航跡目標的生成。如果系統(tǒng)識別出接收到的目標信息與上個周期內系統(tǒng)中某個航跡目標指向同一航空器，則此次收到的目標信息為此航跡目標的更新信息，系統(tǒng)將刷新此目標的狀態(tài)描述。如果系統(tǒng)無法找到可以與該目標信息相關的已存在航跡目標，則將根據(jù)此次目標信息建立一個新的航跡目標。

單路航跡質量控制主要是為了減少虛假目標、低質量目標等不利因素對系統(tǒng)的影響。系統(tǒng)可以離線定義監(jiān)視源有效距離、新目標抑制區(qū)、目標完全屏蔽區(qū)等參數(shù)和區(qū)域，來確保單路航跡的穩(wěn)定有效。此外，針對ADS-B（廣播式自動相關系統(tǒng)）的監(jiān)視數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會檢查NUCr（速度的不確定性）、NUCp（位置的不確定性）、SIL（監(jiān)視完好性級別）等特定數(shù)據(jù)項，當目標數(shù)據(jù)的相應數(shù)據(jù)項低于設定門限值且指標被定義為檢查項時，此目標信息將被丟棄。

3、多路監(jiān)視數(shù)據(jù)融合處理

多路監(jiān)視數(shù)據(jù)處理指生成并保持系統(tǒng)航跡的過程。單路監(jiān)視數(shù)據(jù)處理的航跡報告經(jīng)過目標相關識別后，系統(tǒng)判定航跡信息是否屬于同一個目標，如屬同一目標，則采用融合式的卡爾曼濾波算法對該航跡進行更新，盡可能保證綜合航跡的連續(xù)、平滑，否則建立新的綜合航跡。

卡爾曼濾波算法采用線性遞推的方式對目標進行未來軌跡的推測，該算法適應性強，外推和濾波數(shù)據(jù)的精度高，系統(tǒng)采用此方法對多路監(jiān)視數(shù)據(jù)融合信息的目標位置和速度進行平滑跟蹤處理。對于目標高度信息，則直接采用數(shù)據(jù)質量相對較好的監(jiān)視源報告。這是由于濾波平滑的方法意味著利用歷史值來修正當前值，使之不出現(xiàn)明顯跳變。此方法對于處理航空器在水平方向的變化十分有效，但是對于垂直方向的處理則會出現(xiàn)偏差。由于航空器往往會在長時間保持平飛后突然上升或下降，采用監(jiān)視源實時探測的高度數(shù)值會更為精確。

三、結語

本文分析了監(jiān)視數(shù)據(jù)在空管自動化系統(tǒng)中由原始數(shù)據(jù)轉變?yōu)橄到y(tǒng)航跡的處理過程。監(jiān)視數(shù)據(jù)的有效處理將極大提高空中交通管制的工作效率，從而進一步保障航班飛行安全。

參考文獻：

[1]嚴景謙，ADS-B 與空管監(jiān)視雷達數(shù)據(jù)的融合處理研究，[J]，科學與財富，2017（18）：188-189