常亞楠

(中國民用航空中南地區(qū)空中交通管理局河南分局,河南 鄭州450000)

本文以鄭州現(xiàn)場的SKYNET自動化系統(tǒng)為例,對該系統(tǒng)外部接入的監(jiān)視源處理和融合機制分析。其中,雷達(dá)數(shù)據(jù)主要指的是一次雷達(dá)數(shù)據(jù)與二次雷達(dá)數(shù)據(jù),但目前存在低空空域難以完全覆蓋,受地域條件限制等缺點,無法滿足特殊地區(qū)的管制需求。而ADS-B技術(shù)用于空中交通管制,可以在無法部署航管雷達(dá)的地區(qū)為航空器提供優(yōu)于雷達(dá)間隔標(biāo)準(zhǔn)的虛擬雷達(dá)管制服務(wù),并對雷達(dá)無法探測的空域進(jìn)行信息彌補和增強,自動化系統(tǒng)通過結(jié)合不同監(jiān)視源的特性,可以在較大的區(qū)域內(nèi)實現(xiàn)飛行動態(tài)監(jiān)視,更精確的航跡信息。

1 SKYNET-X自動化系統(tǒng)概述

SKYNET-X自動化系統(tǒng)是澳大利亞泰雷茲公司的EUROCAT-X系統(tǒng)在中國通過北京華泰英翔空管技術(shù)有限公司注冊的空管自動化系統(tǒng)產(chǎn)品。與其它自動化系統(tǒng)一樣,SKYNET-X自動化系統(tǒng)能夠通過處理報文數(shù)據(jù)、雷達(dá)數(shù)據(jù)、ADS-B數(shù)據(jù)、WAM多點數(shù)據(jù)等眾多類型的監(jiān)視數(shù)據(jù),為管制員提供航班的4D剖面航路建立、沖突告警等重要告警提示,以及航班在飛行過程中的飛行動態(tài)和飛行信息等,是管制員在進(jìn)行對空指揮中的核心系統(tǒng)。

2 SKYNET-X自動化系統(tǒng)雷達(dá)數(shù)據(jù)處理機制

SKYNET-X自動化系統(tǒng)可接收來自雷達(dá)監(jiān)視源的點跡/航跡,并通過PLINES設(shè)備接收雷達(dá)數(shù)據(jù)并將這些雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行格式和協(xié)議轉(zhuǎn)換,由RS232同步串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成網(wǎng)口數(shù)據(jù),經(jīng)由交換機數(shù)據(jù)交換后送至雷達(dá)子網(wǎng),再由多雷達(dá)融合處理服務(wù)器MSTS和旁路雷達(dá)處理服務(wù)器DRA取用,不同服務(wù)器經(jīng)過后續(xù)處理后,形成系統(tǒng)綜合航跡或者單雷達(dá)航跡供管制現(xiàn)場使用。

2.1 MSTS服務(wù)器雷達(dá)數(shù)據(jù)處理

MSTS采用的是多源跟蹤處理技術(shù)進(jìn)行多雷達(dá)數(shù)據(jù)跟蹤、融合處理的,MSTS收到雷達(dá)報告時,會對其正北信息、扇區(qū)信息以及雷達(dá)報告的二次代碼、方位和高度信息進(jìn)行解析和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,將通過雷達(dá)質(zhì)量檢測的目標(biāo)報告,再經(jīng)過濾波窗口進(jìn)行外推、相關(guān)、融合計算,如果新的點跡報告處于該融合窗口內(nèi),則系統(tǒng)將更新系統(tǒng)航跡信號,如果不在融合窗口內(nèi),則生成一個新的航跡或者丟棄。值得一提的是,MSTS服務(wù)器在計算過程中具有BIAS補償功能,系統(tǒng)可以自動修正單雷達(dá)方位和距離,或者通過人工手動調(diào)節(jié)雷達(dá)參數(shù)的方式進(jìn)行修正,確保能夠最大程度的優(yōu)化收到的雷達(dá)信號。

2.2 DRA服務(wù)器雷達(dá)數(shù)據(jù)處理

旁路雷達(dá)處理服務(wù)器DRA旁路雷達(dá)數(shù)據(jù)處理服務(wù)器采用的是RBP技術(shù),該運算技術(shù)將接收到的單雷達(dá)報告與數(shù)據(jù)中的所有航跡信息通過航跡號,應(yīng)答機編碼,目標(biāo)位置、高度等信息進(jìn)行比對判斷后進(jìn)行相關(guān)、外推、跟蹤處理,更新或者新建單雷達(dá)航跡。DRA服務(wù)器的雷達(dá)數(shù)據(jù)融合依靠MTP技術(shù),這里不作贅述。

除了必要計算和處理,SKYNET-X自動化系統(tǒng)化中存在鏡像目標(biāo)抑制機制:即系統(tǒng)經(jīng)前期計算后,判斷該航跡不屬于某個已存在航跡的更新數(shù)據(jù),在新建航跡的過程中,如果該航跡與一個已存在航跡的高度與距離小于離線參數(shù)值,則系統(tǒng)將判定該航跡為反射假目標(biāo)(鏡像假目標(biāo)),會不再新建航跡并丟棄該目標(biāo),不做輸出。該機制能夠有效的抑制地面或空中物體造成的映射、鏡像雷達(dá)假目標(biāo)出現(xiàn)。

3 SKYNET-X自動化系統(tǒng)ADSB數(shù)據(jù)處理機制

廣播式自動相關(guān)監(jiān)視(ADS-B)技術(shù)是中國民航重點推進(jìn)的空管新技術(shù)之一,能夠彌補雷達(dá)監(jiān)視覆蓋的不足,為低空空域提供有效的監(jiān)視手段,豐富了中小機場管制運行方式,有效提高了空中交通管理的安全和效率,現(xiàn)已逐漸成為僅次于雷達(dá)數(shù)據(jù)的重要監(jiān)視源數(shù)據(jù)之一。河南六地的ADS-B站在2018年9月23日正式投入使用,彌補了前期雷達(dá)覆蓋薄弱的區(qū)域,解決了河南地區(qū)中小機場起降航班低空覆蓋不足的問題。目前六個ADS-B地面站運行情況比較穩(wěn)定,沒有出現(xiàn)故障情況,為河南空域提供了可靠的空域監(jiān)視手段。

3.1 ADS-B數(shù)據(jù)引接

以鄭州現(xiàn)場為例,ADS-B信號由萊斯ADS-B數(shù)據(jù)站發(fā)出,經(jīng)過傳輸鏈路到達(dá)自動化系統(tǒng)外部交換機,隨后進(jìn)入路由器或防火墻,最后經(jīng)過雷達(dá)子網(wǎng)交換機到達(dá)服務(wù)器。如圖1所示。

圖1 ADS-B信號接入方式

完成物理鏈路的連接后,還需要在SKYNET離線參數(shù)中配置對應(yīng)的離線參數(shù)ASF文件。

根據(jù)SKYNET-X自動化離線參數(shù)發(fā)布流程進(jìn)行參數(shù)發(fā)布后,即可在管制界面上看到引接進(jìn)入系統(tǒng)的ADS-B信號。在該套自動化系統(tǒng)中,可通過調(diào)整離線參數(shù)中的導(dǎo)航位置精度、導(dǎo)航完整性等級、監(jiān)視完整性等級、導(dǎo)航不確定類別的門限值來提高進(jìn)入系統(tǒng)的信號質(zhì)量,這樣可將低質(zhì)量ADS-B數(shù)據(jù)的影響降到最低或者直接丟棄不與使用。

3.2 ADS-B數(shù)據(jù)處理機制

SKYNET-X自動化系統(tǒng)在收到某架飛機的ADS-B報告時,首先要經(jīng)過一個數(shù)據(jù)解碼過程,系統(tǒng)將點跡報告信息解成系統(tǒng)內(nèi)部可以計算的格式,隨后進(jìn)行點跡與系統(tǒng)航跡的配對篩選操作,先后經(jīng)過預(yù)相關(guān)處理、相關(guān)處理和關(guān)聯(lián)三步來將正確的點跡與正確的航跡進(jìn)行配對。

3.2.1 預(yù)處理(PRE-CORRELATION)

數(shù)據(jù)預(yù)處理主要是根據(jù)系統(tǒng)收到的ADS-B點跡,與航跡的位置和24Bit碼信息進(jìn)行匹配,只有數(shù)據(jù)點跡和航跡的24bit碼一致,且點跡和航跡位置之差滿足系統(tǒng)參數(shù)要求,才可以進(jìn)入下一步。經(jīng)過PRE-CORRELATION處理之后,某一ADS-B點跡可以和多個航跡建立連接關(guān)系,等待后序計算。

3.2.2 相關(guān)處理(CORRELATION)

MSTS服務(wù)器會根據(jù)點跡的更新時間,對航跡進(jìn)行外推。對外推航跡和點跡的位置做似然分析,計算概率。相同的SSR代碼,24bit碼,呼號和航跡類型數(shù)據(jù)等,會作為加分項,在這一步進(jìn)行檢查。經(jīng)過CORRELATION之后,某一ADS-B點跡最多和三個航跡保持連接關(guān)系。

3.2.3 關(guān)聯(lián)(ASSOCIATION)

MSTS服務(wù)器使用數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)算法,分別計算仍具有關(guān)聯(lián)關(guān)系的點跡和航跡之間的關(guān)聯(lián)概率,并取其中概率最大的航跡點跡對,使用其中的點跡對航跡進(jìn)行更新。

3.3 ADS-B數(shù)據(jù)與其它監(jiān)視源數(shù)據(jù)的融合

在經(jīng)過配對篩選過程后,MSTS服務(wù)器將通過的點跡送入核心融合計算中進(jìn)行卡爾曼濾波計算,并用內(nèi)核計算出的狀態(tài)信息來更新與之配對的航跡,即filtering處理。當(dāng)系統(tǒng)收到的某個點跡無法找到能與之配對的航跡時,系統(tǒng)即會作出判定這是一個新出現(xiàn)的航跡目標(biāo)。MSTS服務(wù)器會將這個點跡報告發(fā)送給新建航跡模塊(Initialization模塊),等待新建該航跡。當(dāng)系統(tǒng)收到此目標(biāo)后續(xù)的第二個點跡報告時,MSTS就確認(rèn)這是真實的目標(biāo),開始新建航跡并分配可用的系統(tǒng)航跡號。此航跡號將伴隨著這個目標(biāo)的生命周期,當(dāng)已經(jīng)確認(rèn)的目標(biāo)不再被雷達(dá)識別時,MSTS會根據(jù)最后一次的目標(biāo)報告進(jìn)行三次外推計算,在第三次外推的同時,釋放航跡號。系統(tǒng)內(nèi)部流程如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)處理流程圖

這種數(shù)據(jù)融合方式將同一個航跡的多個監(jiān)視源數(shù)據(jù)合成為一個單一的系統(tǒng)航跡,自動化系統(tǒng)通過集合了多個信號源的優(yōu)點,因而定位的結(jié)果會比單一監(jiān)視源數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確、更真實。但另一方面,參與系統(tǒng)融合計算的監(jiān)視源眾多,數(shù)據(jù)質(zhì)量不一,這也會引入對系統(tǒng)計算航跡定位的影響。因此,相比其它融合方式,MSTS服務(wù)器對雷達(dá)數(shù)據(jù)的質(zhì)量相對敏感。但隨著監(jiān)視設(shè)備的技術(shù)進(jìn)步,監(jiān)視數(shù)據(jù)將會越來越精確,對雷達(dá)的數(shù)據(jù)敏感性可以讓MSTS提供足夠精確的目標(biāo)數(shù)據(jù)。

4 結(jié)論

綜上,從全國使用SKYNET-X自動化系統(tǒng)的運行現(xiàn)場來看,該系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及數(shù)據(jù)處理能力較好,對于各種監(jiān)視源數(shù)據(jù)都能有較強的兼容性和融合性,能夠有效的保障管制員對空指揮的安全性。但相較其它自動化系統(tǒng)來說,SKYNET-X自動化系統(tǒng)的監(jiān)視源參數(shù)配置較復(fù)雜,對于技術(shù)維護人員來說,如果調(diào)配各項參數(shù)使系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理性能最大化的體現(xiàn),是需要長期鉆研的課題。