勞常春

摘要：湛江S模式空地協(xié)同預(yù)警系統(tǒng)是空中交通管制自動化系統(tǒng)的高效輔助系統(tǒng)。相較于傳統(tǒng)A/C模式雷達(dá)監(jiān)視，S模式雷達(dá)數(shù)據(jù)應(yīng)用可得到更多航空器飛行信息，可為管制員提供更多基于S模式的精確告警。S模式空地協(xié)同預(yù)警系統(tǒng)2018年起安裝于中南地區(qū)各空管分局站，湛江空管站對S模式空地協(xié)同預(yù)警系統(tǒng)有近三年的運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗，該文介紹的部分區(qū)域單雷達(dá)覆蓋隱患排查有較好的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：S模式雷達(dá);空地協(xié)同;預(yù)警系統(tǒng);單雷達(dá)覆蓋;隱患排查

中圖分類號：TP311? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）03-0107-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

湛江S模式空地協(xié)同預(yù)警系統(tǒng)為管制員提供CFL（管制指令高度）與SFL（S模式機(jī)載設(shè)備下發(fā)高度）不一致告警、中期沖突告警、QNH告警、航班號不一致告警、MVA（最低監(jiān)視引導(dǎo)高度）告警等重要功能，該系統(tǒng)對飛行沖突的提前告警為管制員贏得了充足的解脫時間，已成為管制工作流程中不可或缺的重要部分。而S模式空地協(xié)同預(yù)警系統(tǒng)的正常運(yùn)行需要完整的S模式雷達(dá)信號覆蓋，部分區(qū)域單雷達(dá)覆蓋則成為影響管制工作的一個重要危險源。本文通過介紹S模式空地協(xié)同預(yù)警系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、部分告警功能和運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗，來了解該系統(tǒng)的一次“部分區(qū)域單雷達(dá)覆蓋”隱患排查過程。

1 S模式空地協(xié)同預(yù)警系統(tǒng)簡介

湛江空管站管制現(xiàn)場中，空中交通管制員主要通過甚高頻語音發(fā)布指令，對飛行員是否落實指令則依賴空管自動化系統(tǒng)的監(jiān)視和告警功能，未能提前預(yù)判管制指令的合理性以及航空器的飛行沖突。S模式空地協(xié)同預(yù)警系統(tǒng)是湛江Telephonics自動化系統(tǒng)的有效輔助告警工具，通過獲取自動化系統(tǒng)廣播的綜合航跡數(shù)據(jù)、飛行計劃數(shù)據(jù)以及機(jī)載下發(fā)的S模式雷達(dá)增強(qiáng)型數(shù)據(jù)，根據(jù)管制員輸入的CFL指令意圖高度，建立未來飛行空間模型，分析處理后得出預(yù)告警信息，實現(xiàn)安全關(guān)口前移。

2 系統(tǒng)組成及功能

湛江S模式空地協(xié)同預(yù)警系統(tǒng)由數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、網(wǎng)關(guān)服務(wù)器、數(shù)據(jù)記錄服務(wù)器、博達(dá)路由器、防火墻和八個席位終端組成。全系統(tǒng)局域網(wǎng)為廣播方式組網(wǎng)。

2.1 數(shù)據(jù)處理服務(wù)器

采用惠普DL380G10商用服務(wù)器安裝Windows Server2012，運(yùn)行C#語言編寫、CS架構(gòu)的服務(wù)端軟件，是計算各項告警的主要服務(wù)器，并且可以監(jiān)視自動化航跡數(shù)據(jù)、5路S模式雷達(dá)的數(shù)據(jù)狀態(tài)（綠色為正常，藍(lán)色為異常，紅色為無數(shù)據(jù)）和席位終端心跳狀態(tài)。

2.2 網(wǎng)關(guān)服務(wù)器和防火墻

出于保護(hù)空管自動化的網(wǎng)絡(luò)安全，S模式空地協(xié)同預(yù)警系統(tǒng)作為外掛系統(tǒng)需要加裝防火墻。防火墻采購了華為USG6000系列，成對端口配置單向流量，引接Telephonics自動化系統(tǒng)輸出的標(biāo)準(zhǔn)綜合航跡和飛行數(shù)據(jù);

而網(wǎng)關(guān)服務(wù)器的主要功能是主要作用是將Telephonics自動化系統(tǒng)的181.17.*.*網(wǎng)段轉(zhuǎn)為192.168.*.*，以提供本系統(tǒng)的使用，其中兩種數(shù)據(jù)使用不同的物理網(wǎng)卡。

2.3 數(shù)據(jù)記錄服務(wù)器

主要記錄交換機(jī)中的雷達(dá)數(shù)據(jù)、綜合航跡數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)運(yùn)行日志文件，包括管制員的操作記錄和告警信息。

2.4 博達(dá)路由器

是一個專用的空管雷達(dá)信號格式轉(zhuǎn)換設(shè)備，將HDLC串口雷達(dá)信號轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)信號，能較好地控制誤碼率和長時間穩(wěn)定運(yùn)行。博達(dá)路由器輸出的雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)信號接入核心交換機(jī)廣播至局域網(wǎng)。

2.5 席位終端

各終端通過局域網(wǎng)連接到服務(wù)器機(jī)柜（部分遠(yuǎn)端席位還需要光纖收發(fā)器延長傳輸距離），運(yùn)行了與聯(lián)通服務(wù)端軟件的終端軟件。終端軟件提供了空域態(tài)勢顯示、航跡及標(biāo)牌實時更新、產(chǎn)生各項聲光告警、人機(jī)交互等重要功能，是管制指令輸入、輔助管制員提前預(yù)判飛行沖突的主要屏幕終端。

在席位終端的界面上，管制員可以看到與空管自動化系統(tǒng)一致的空域地圖、航空器標(biāo)識符和基礎(chǔ)型飛行信息，數(shù)據(jù)處理服務(wù)器將S模式雷達(dá)數(shù)據(jù)通過融合處理算法將S模式增強(qiáng)型數(shù)據(jù)掛載到對應(yīng)航跡號上，所以終端界面上看到的航班號標(biāo)牌是帶有S模式雷達(dá)增強(qiáng)型數(shù)據(jù)的，設(shè)置指定項可輸入CFL指令高度。

3 信號流程

1）五路S模式雷達(dá)信號（廣州王子山雷達(dá)、?？谂f州雷達(dá)、海口云龍雷達(dá)、廣西崇左雷達(dá)、湛江新村雷達(dá)）通過傳輸設(shè)備接入雷達(dá)分配柜（含一分三無源分配器和一分八有源分配器），再進(jìn)入博達(dá)路由器DB25接入口，博達(dá)路由器輸出網(wǎng)絡(luò)信號到核心交換機(jī);

2）Telephonics自動化交換機(jī)的1803航跡數(shù)據(jù)通過防火墻“單向”傳輸至網(wǎng)關(guān)服務(wù)器，轉(zhuǎn)換網(wǎng)段后輸入至核心交換機(jī);

3）數(shù)據(jù)記錄服務(wù)器、數(shù)據(jù)處理服務(wù)器和所有終端均通過接入核心交換機(jī)進(jìn)行廣播式網(wǎng)絡(luò)交互，各設(shè)備都在核心交換機(jī)上獲取相應(yīng)端口的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

4 告警功能簡介

S模式空地協(xié)同預(yù)警系統(tǒng)提供CFL不一致告警、中期沖突告警、MVA告警、QNH不一致告警、航班號不一致告警、相似航班號告警等告警功能。鑒于相關(guān)專利要求，本文對部分告警功能作簡單介紹。

4.1 CFL不一致告警

CFL通常在空管自動化界面輸入，S模式空地協(xié)同預(yù)警系統(tǒng)可通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)獲取，但湛江Telephonics自動化系統(tǒng)的指令高度項僅用于電子移交，所以CFL高度需要在S模式空地協(xié)同預(yù)警系統(tǒng)中輸入，輸入的數(shù)值依據(jù)是管制員發(fā)布語音命令數(shù)值。正常情況下機(jī)組接收到語音指令后，將調(diào)整機(jī)載設(shè)備撥碼盤下發(fā)SFL飛行高度，S模式空地協(xié)同預(yù)警系統(tǒng)則對比CFL與SFL在容差范圍內(nèi)的一致性，如果20秒后不一致將發(fā)出告警。此告警作用是持續(xù)監(jiān)控指令執(zhí)行情況，防止偏離指令高度，做到技防管制員的指令口誤并予以警示。

4.2 航班號不一致告警

機(jī)載S模式雷達(dá)可下發(fā)當(dāng)次執(zhí)飛航班號，航班號不一致告警則是將機(jī)載下發(fā)的航班號與自動化綜合航跡中的相關(guān)航班號進(jìn)行比對，如有不一致將發(fā)出聲光告警，并且支持航空公司二字碼和三字碼的轉(zhuǎn)換。

5 部分區(qū)域單雷達(dá)覆蓋隱患排查

因S模式空地協(xié)同預(yù)警系統(tǒng)在管制工作中有重要地位，所以湛江空管站技術(shù)保障部定期組織隱患排查，保障該系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。作者通過技術(shù)分析，發(fā)現(xiàn)湛江S模式空地協(xié)同預(yù)警系統(tǒng)部分區(qū)域存在單雷達(dá)覆蓋安全隱患。該隱患可能導(dǎo)致湛江S模式空地協(xié)同預(yù)警系統(tǒng)無法識別湛江南部區(qū)域目標(biāo)的潛在沖突，造成通信導(dǎo)航監(jiān)視服務(wù)質(zhì)量降低，影響飛行和管制運(yùn)行效率，甚至導(dǎo)致不安全事件的發(fā)生。通過“人、機(jī)、環(huán)、管”四個方面對該隱患進(jìn)行原因分析，并制定落實整改措施，最終消除了湛江S模式空地協(xié)同預(yù)警系統(tǒng)部分區(qū)域單雷達(dá)覆蓋隱患。

5.1 隱患排查過程

值班員發(fā)現(xiàn)，湛江新村雷達(dá)站停機(jī)維護(hù)時，S模式空地協(xié)同預(yù)警系統(tǒng)上存在湛江區(qū)域以南的目標(biāo)的SFL、真空速和馬赫數(shù)增強(qiáng)型數(shù)據(jù)下發(fā)時有時無的現(xiàn)象，且目標(biāo)空心（僅有綜合航跡顯示、未掛載S模式數(shù)據(jù)）時間較長，相關(guān)告警功能有效性降低。檢查S模式空地協(xié)同預(yù)警系統(tǒng)服務(wù)器端綜合航跡正常，除新村外的王子山、崇左和舊州雷達(dá)信號均顯示正常，各客戶端軟件運(yùn)行正常，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)正常;當(dāng)新村雷達(dá)恢復(fù)正常提供雷達(dá)信號后，S模式空地協(xié)同預(yù)警系統(tǒng)所有目標(biāo)的SFL、真空速和馬赫數(shù)增強(qiáng)型監(jiān)視數(shù)據(jù)恢復(fù)正常。

作者推斷為雷達(dá)信號覆蓋問題導(dǎo)致：

由以上雷達(dá)覆蓋圖可得知，湛江以南區(qū)域主要由新村、舊州兩路雷達(dá)信號提供覆蓋，當(dāng)新村不提供信號時出現(xiàn)該情況，提示所用舊州雷達(dá)信號可能存在問題。

根據(jù)本系統(tǒng)引接雷達(dá)的信號流程，檢查舊州S模式雷達(dá)信號傳輸（FA36）落地端口、雷達(dá)信號分配器和博達(dá)路由器傳輸線路均正常，在各節(jié)點(diǎn)使用數(shù)據(jù)分析儀檢測舊州雷達(dá)信號傳輸無錯包、無誤碼。作者長時間、多次對該路雷達(dá)信號的檢查和測試均提示正常。協(xié)調(diào)舊州雷達(dá)站檢查信號源質(zhì)量，亦反饋信號正常。

作者向中南空管局相關(guān)專家發(fā)送雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包檢查發(fā)現(xiàn)，舊州雷達(dá)數(shù)據(jù)包偶爾存在短時間丟包率較大的情況;湛江多雷達(dá)信號監(jiān)控系統(tǒng)偶爾存在“舊州FA36-B雷達(dá)信號丟失扇區(qū)30個”等告警。

為確認(rèn)舊州雷達(dá)信號增強(qiáng)型監(jiān)視數(shù)據(jù)下發(fā)是否存在問題，作者搭建了一套可回放數(shù)據(jù)的測試系統(tǒng)，以舊州雷達(dá)單路輸出的形式回放數(shù)據(jù)，觀察發(fā)現(xiàn)存在絕大部分目標(biāo)僅有綜合航跡顯示，缺少增強(qiáng)型監(jiān)視數(shù)據(jù);聯(lián)系舊州雷達(dá)維護(hù)單位復(fù)制數(shù)據(jù)記錄服務(wù)器同一時段的雷達(dá)信號記錄數(shù)據(jù)，以舊州雷達(dá)單路輸出的形式回放，終發(fā)現(xiàn)存在同樣的問題：舊州S模式雷達(dá)增強(qiáng)型監(jiān)視數(shù)據(jù)下發(fā)時有時無。

綜上內(nèi)容分析，湛江S模式空地協(xié)同預(yù)警系統(tǒng)湛江以南區(qū)域存在：因增強(qiáng)型數(shù)據(jù)下發(fā)的缺失，導(dǎo)致單雷達(dá)覆蓋的安全隱患。該隱患較為隱秘，作者與各相關(guān)方積極溝通，利用多種技術(shù)手段，經(jīng)過多次對比反復(fù)測試排查最終找到該隱患。

5.2 隱患排查原因分析

5.2.1 人為原因

（1）S模式空地協(xié)同預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)初期，施工人員對信號來源的可用性檢測工作考慮不足;

（2）排查人員缺乏慎密思考的思維習(xí)慣，回放數(shù)據(jù)時湛江與數(shù)據(jù)源頭沒有回放同一時段的數(shù)據(jù)，而剛好該回放時段的目標(biāo)正常。

5.2.2 設(shè)備原因

（1）湛江技保部缺乏對雷達(dá)信號質(zhì)量檢查的專業(yè)設(shè)備或工具。只能回放對比分析才能確定問題，而未能直觀得出信號質(zhì)量報告。

（2）S模式空地協(xié)同預(yù)警系統(tǒng)中，服務(wù)器端的監(jiān)控只對數(shù)據(jù)有無進(jìn)行檢測，缺乏對雷達(dá)信號質(zhì)量檢測及告警功能。

5.2.3 環(huán)境原因

（1）外部環(huán)境：相鄰分局站的雷達(dá)站信號質(zhì)量存在問題，缺少高效的協(xié)同溝通機(jī)制。

5.2.4 管理原因

（1）工程管理：工程建設(shè)初期，對引接的雷達(dá)信號的驗證測試工作落實不到位;

（2）培訓(xùn)管理：雷達(dá)信號分析的知識的深入培訓(xùn)較少，熟練掌握雷達(dá)信號相關(guān)知識的人員較少;

（3）設(shè)備管理：部分區(qū)域雷達(dá)覆蓋冗余度不足，系統(tǒng)保障能力降低。

5.3 整改措施

5.3.1 針對設(shè)備原因

（1）提高系統(tǒng)雷達(dá)覆蓋能力，引入其他可用雷達(dá)進(jìn)行保障;

（2）增加S模式空地協(xié)同預(yù)警系統(tǒng)新引接雷達(dá)信號可用性檢測手段或流程;

（3）因處于項目成長期，向系統(tǒng)開發(fā)單位建議完善相關(guān)雷達(dá)信號質(zhì)量的檢測或告警功能。

5.3.2 針對培訓(xùn)管理原因

（1）開展案例分析培訓(xùn)，確保所有員工清楚此次事件始末，討論總結(jié)如何避免類似現(xiàn)象再次發(fā)生;

（2）科室開展針對S模式空地協(xié)同預(yù)警系統(tǒng)以及雷達(dá)信號格式知識的追加培訓(xùn)，提高值班人員應(yīng)對雷達(dá)信號類故障的處理能力。

5.3.3 針對施工管理原因

（1）涉及信號引接的施工項目需加強(qiáng)信號測試驗證工作，做好安全評估工作，評估通過后方可接入;

（2）對施工管理進(jìn)行信號流程引接的規(guī)范，完善項目施工的指導(dǎo)材料如項目施工檢查單、施工驗收標(biāo)準(zhǔn)清單（特別是信號引接的可用性檢驗方面），加強(qiáng)施工方案的合理性編寫和嚴(yán)格審核。

5.4 整改完成情況

5.4.1 增加引接云龍雷達(dá)增加保障

（1）經(jīng)信號覆蓋有效性分析后，協(xié)調(diào)中南空管局從TDM上引接云龍S模式雷達(dá)信號落地湛江;

（2）為驗證云龍雷達(dá)的可用性，搭建S模式空地協(xié)同預(yù)警系統(tǒng)測試平臺，嚴(yán)格填寫測試表格;

（3）測試通過后，嚴(yán)格執(zhí)行已制定的接入方案，將云龍S模式雷達(dá)信號接入在用S模式空地協(xié)同預(yù)警系統(tǒng)，經(jīng)管制試用正常后正式投入使用。

5.4.2 開展科室隱患梳理及科室培訓(xùn)

（1）在科室隱患梳理中，將S模式空地協(xié)同預(yù)警系統(tǒng)部分區(qū)域單雷達(dá)覆蓋隱患加入整改內(nèi)容;

（2）開展追加培訓(xùn)，確?？剖胰珕T清楚此次事件始末，并反思案例教訓(xùn)，避免類似現(xiàn)象再次發(fā)生。

5.4.3 加強(qiáng)信號引接管理

制定信號引接流程檢查單，在外部信號引接前，認(rèn)真落實信號驗證工作，測試驗證評估通過后，方可實施接入。

5.5 總結(jié)思考與借鑒價值

1）排查相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)中的雷達(dá)覆蓋情況，避免出現(xiàn)單雷達(dá)覆蓋情況。

2）在監(jiān)視系統(tǒng)的信號引接前，應(yīng)做好測試驗證工作，測試驗證評估通過后，方可實施接入。

3）排查監(jiān)視信號質(zhì)量問題時，要審慎制定對比分析策略，嚴(yán)格保持單一變量以及排除無關(guān)變量。如本次排查舊州雷達(dá)信號異常的經(jīng)驗上，必須單路回放同一時段不同采集點(diǎn)的記錄數(shù)據(jù)才有對比意義。

4）各系統(tǒng)的運(yùn)維保障離不開先進(jìn)儀器檢測或測試平臺的支持，自主研發(fā)雷達(dá)信號質(zhì)量分析系統(tǒng)或搭建測試平臺用于故障分析及相關(guān)測試評估可以大大提高設(shè)備運(yùn)行保障能力。

6 結(jié)束語

本文通過介紹湛江S模式空地協(xié)同預(yù)警系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、告警功能等內(nèi)容，突顯了S模式雷達(dá)新技術(shù)應(yīng)用對于空管工作的重要性。該系統(tǒng)的基于S模式數(shù)據(jù)的告警信息得到有效發(fā)揮，將大大提升管制員對航空器的安全指揮水平。

有關(guān)雷達(dá)信號覆蓋或基于監(jiān)視信號告警功能的失效，可以參考以上雷達(dá)覆蓋問題的隱患排查報告。通導(dǎo)人員對S模式空地協(xié)同預(yù)警系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)、隱患排查，保障了該系統(tǒng)的穩(wěn)定工作，為管制員“添翼護(hù)航”，有利于空管的安全秩序、有利于民航的安全發(fā)展。

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