胡今晶

摘要：伴隨空管自動(dòng)化行業(yè)的高速發(fā)展，S模式雷達(dá)、ADS-B等多種監(jiān)視新技術(shù)廣泛應(yīng)用，自動(dòng)化系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)多監(jiān)視源的融合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)單一目標(biāo)位置的精確計(jì)算。因此，對(duì)多雷達(dá)融合機(jī)制的深入研究，有助于自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)人員快速分析日常運(yùn)行問題。本文結(jié)合運(yùn)行實(shí)際，闡述了對(duì)ADS-B原始數(shù)據(jù)中位置信息的解析以及西安區(qū)域管制中心所轄主備用自動(dòng)化系統(tǒng)多雷達(dá)融合處理中航向數(shù)據(jù)的融合機(jī)制，希望對(duì)航跡融合問題的深入排查分析提供有力幫助。

關(guān)鍵詞：空管自動(dòng)化系統(tǒng);多雷達(dá)融合;航向融合;異?，F(xiàn)象;監(jiān)視數(shù)據(jù);目標(biāo)航向。

1 ADS-B系統(tǒng)原理

廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視（ADS-B）是國(guó)際民航組織確定的未來主要監(jiān)視技術(shù)。ADS-B 基于衛(wèi)星定位和地/空數(shù)據(jù)鏈通信，提供了更加安全、高效的空中交通監(jiān)視手段，能有效提高管制員和飛行員的運(yùn)行態(tài)勢(shì)感知能力，擴(kuò)大監(jiān)視覆蓋范圍，提高空中交通安全水平、空域容量與運(yùn)行效率。

ADS-B的工作原理是通過機(jī)載系統(tǒng)導(dǎo)出飛機(jī)定位的四維位置信息（包括經(jīng)度、緯度、高度和時(shí)間）以及其他的必要飛行參數(shù)，地面基站通過對(duì)接收的報(bào)文信息進(jìn)行解析，并將位置和高度信息實(shí)時(shí)在監(jiān)視器上顯示，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)視。它是集現(xiàn)代最先進(jìn)的數(shù)據(jù)通信、衛(wèi)星導(dǎo)航和監(jiān)視技術(shù)千一體的新一代航行系統(tǒng)的先進(jìn)技術(shù)，主要用于空中交通管理對(duì)航空器飛行動(dòng)態(tài)的跟蹤監(jiān)視，其工作原理如圖所示1.1所示。

ADS-B系統(tǒng)是一種雙向數(shù)據(jù)鏈的廣播監(jiān)視系統(tǒng)，不僅用于空對(duì)地的下行通信鏈路，下傳飛機(jī)位置報(bào)告，而且也能實(shí)現(xiàn)飛行員同管制員之間直接雙向數(shù)據(jù)通信和上傳飛行報(bào)文信息。裝備 ADS-B設(shè)備的飛機(jī)，依靠機(jī)載導(dǎo)航設(shè)備全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)和其他機(jī)載信息源（如慣性導(dǎo)航系統(tǒng)等）獲取自身位置、速度等信息以及其他飛行所需信息，并通過數(shù)據(jù)鏈周期性地向周邊自動(dòng)廣播出去，供外界對(duì)其進(jìn)行監(jiān)視。同時(shí)，該系統(tǒng)也能接收鄰近目標(biāo)飛機(jī)的廣播信息，使得飛行員能更好地了解空中附近其他飛機(jī)的飛行動(dòng)態(tài)，并自主地保持合適的安全間隔，能有效地保障飛機(jī)的飛行安全和防止目標(biāo)飛機(jī)的非法入侵。

2 主備用自動(dòng)化系統(tǒng)多雷達(dá)融合航向信息融合機(jī)制

空管自動(dòng)化系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為核心，實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)、飛行計(jì)劃、氣象等信息的自動(dòng)化處理系統(tǒng)。通過人機(jī)交互界面為管制員提供對(duì)整個(gè)管制區(qū)內(nèi)飛行活動(dòng)的監(jiān)視、預(yù)測(cè)和告警信息，從而大大提高了空域的使用效率，增強(qiáng)了空中飛行的安全度，減輕了管制員的工作負(fù)荷?？展茏詣?dòng)化系統(tǒng)的核心是多雷達(dá)航跡融合與飛行計(jì)劃處理。

西安區(qū)管主用INDRA自動(dòng)化系統(tǒng)監(jiān)視數(shù)據(jù)處理模塊設(shè)有MAIN組和FALLBACK組。其中每組配置兩臺(tái)RDCU服務(wù)器，用于進(jìn)行監(jiān)視數(shù)據(jù)前端處理，每臺(tái)RDCU負(fù)責(zé)處理一路監(jiān)視原始數(shù)據(jù);配置兩臺(tái)SDP，熱備份互為冗余。MAIN組采用卡爾曼濾波，F(xiàn)ALLBACK組采用α-β濾波方法。

備用民航二所自動(dòng)化系統(tǒng)監(jiān)視數(shù)據(jù)處理模塊設(shè)有兩臺(tái)SDFP服務(wù)器，進(jìn)行監(jiān)視數(shù)據(jù)前端處理，兩臺(tái)MSDP服務(wù)器，進(jìn)行監(jiān)視數(shù)據(jù)融合處理，一臺(tái)BSDP服務(wù)器，進(jìn)行監(jiān)視數(shù)據(jù)旁路處理。民航二所自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)各監(jiān)視源接入的數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)處理，確定同一個(gè)航跡的所有數(shù)據(jù)源，并為它們分配相同的系統(tǒng)航跡號(hào)。相關(guān)條件為：相同應(yīng)答機(jī)編碼、且距離、航向差、高度差、速度差均小于配置文件中的相關(guān)值。

民航二所自動(dòng)化系統(tǒng)中，當(dāng)一個(gè)目標(biāo)可以被多部監(jiān)視源探測(cè)到，該目標(biāo)的位置由探測(cè)到它的多個(gè)監(jiān)視數(shù)據(jù)共同確定。配置每部監(jiān)視源在各個(gè)區(qū)域的靜態(tài)權(quán)重;另外，對(duì)單監(jiān)視源目標(biāo)進(jìn)行濾波產(chǎn)生的協(xié)方差以及單雷達(dá)測(cè)試目標(biāo)偏移量、通道延時(shí)可形成動(dòng)態(tài)權(quán)重。結(jié)合靜態(tài)權(quán)重和動(dòng)態(tài)權(quán)重，采用加權(quán)融合的方式來確定目標(biāo)的準(zhǔn)確位置。

西安區(qū)管主備用自動(dòng)化系統(tǒng)航向融合模式為動(dòng)態(tài)加權(quán)平均算法，即多部探測(cè)到該目標(biāo)的雷達(dá)數(shù)據(jù)按照權(quán)重進(jìn)行累加，最終得到融合航跡的航向數(shù)據(jù)。其中動(dòng)態(tài)加權(quán)權(quán)重由雷達(dá)實(shí)時(shí)質(zhì)量監(jiān)控結(jié)果，對(duì)單雷達(dá)目標(biāo)的跟蹤處理效果，以及單雷達(dá)信息與多雷達(dá)融合信息的比較結(jié)果所決定。

實(shí)時(shí)質(zhì)量監(jiān)控由監(jiān)視數(shù)據(jù)前端處理模塊實(shí)現(xiàn)，主要包括通道狀態(tài)檢查、幀校驗(yàn)、服務(wù)信息連續(xù)性檢驗(yàn)、數(shù)據(jù)必備項(xiàng)檢查、測(cè)試目標(biāo)驗(yàn)證、數(shù)據(jù)項(xiàng)有效性驗(yàn)證、航跡連續(xù)性檢驗(yàn)。其中，對(duì)動(dòng)態(tài)權(quán)重有貢獻(xiàn)的主要為通道狀態(tài)檢查和測(cè)試目標(biāo)驗(yàn)證。

自動(dòng)化系統(tǒng)融合航跡的位置、航向等信息的刷新周期為4秒，當(dāng)系統(tǒng)收到對(duì)于同一目標(biāo)、相同雷達(dá)源的數(shù)據(jù)時(shí)，航向融合參考的數(shù)據(jù)源均為最新一個(gè)到達(dá)自動(dòng)化系統(tǒng)的雷達(dá)數(shù)據(jù)包。

3 異?，F(xiàn)象研究及分析

3.1 異?，F(xiàn)象統(tǒng)計(jì)

2020年INDRA自動(dòng)化系統(tǒng)接入ADS-B二級(jí)數(shù)據(jù)中心融合信號(hào)后，自動(dòng)化系統(tǒng)SDD界面中，本場(chǎng)起飛航班偶有目標(biāo)位置跳變等異?，F(xiàn)象。截止2021年3月4日，問題統(tǒng)計(jì)如表1所示。

技術(shù)人員分別回放INDRA自動(dòng)化系統(tǒng)和民航二所自動(dòng)化系統(tǒng)錄像發(fā)現(xiàn)，目標(biāo)位置跳變期間，可被本場(chǎng)雷神二次、INDRA二次、移動(dòng)雷達(dá)和ADS-B信號(hào)多重覆蓋。目標(biāo)跳變期間，二次雷達(dá)融合目標(biāo)正常顯示在南跑道，ADS-B信號(hào)跳變至北跑道，進(jìn)而造成北跑道落地航班出現(xiàn)錯(cuò)相關(guān)等異常情況。

3.2 監(jiān)視數(shù)據(jù)排查分析

西安區(qū)管INDRA自動(dòng)化系統(tǒng)引接的雙路ADS-B信號(hào)在負(fù)四米機(jī)房網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備落地后，接入二層交換機(jī)，經(jīng)二層交換機(jī)分路后分別傳輸至INDRA自動(dòng)化系統(tǒng)四臺(tái)RDCU監(jiān)視數(shù)據(jù)前端處理服務(wù)器。

參照ASTERIX數(shù)據(jù)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)發(fā)生航向漂移期間的雷神二次、INDRA二次和移動(dòng)雷達(dá)的ASTERIX原始數(shù)據(jù)進(jìn)行逐一分析，分析結(jié)果如下：

ADS-B二級(jí)數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)分析：

通過對(duì)ADS-B二級(jí)數(shù)據(jù)中心錄像進(jìn)行回放，回放發(fā)現(xiàn)問題航班在ADS-B二級(jí)數(shù)據(jù)中心的融合ADS-B目標(biāo)位置自起飛后持續(xù)正常，沿南跑道正常飛行。隨后對(duì)ADS-B二級(jí)數(shù)據(jù)中心原始數(shù)據(jù)包進(jìn)行詳細(xì)解析。

經(jīng)過對(duì)ADS-B二級(jí)數(shù)據(jù)中心原始數(shù)據(jù)的分析及與INDRA自動(dòng)化系統(tǒng)錄像對(duì)比，發(fā)現(xiàn)ADS-B二級(jí)數(shù)據(jù)中心輸出的ADS-B融合航跡在12：38：44時(shí)目標(biāo)位置位于南跑道（如圖2中的位置A），而INDRA自動(dòng)化系統(tǒng)SDD終端上該目標(biāo)顯示在北跑道范圍內(nèi)（如圖2.1中的位置B），初步分析ADS-B二級(jí)數(shù)據(jù)中心輸出的ADS-B融合航跡與INDRA自動(dòng)化系統(tǒng)處理后的ADS-B融合航跡位置不一致[1]。

INDRA自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析：

為進(jìn)一步確認(rèn)目標(biāo)位置跳變產(chǎn)生問題的故障節(jié)點(diǎn)，技術(shù)人員進(jìn)行了INDRA自動(dòng)化系統(tǒng)RDCU服務(wù)器錄像回放分析。經(jīng)過回放發(fā)現(xiàn)RDCU錄像中位置跳變航班的ADS-B信號(hào)自南跑道起飛后，持續(xù)沿南跑道直線飛行進(jìn)入一邊，未發(fā)生位置跳變現(xiàn)象，分析確認(rèn)INDRA自動(dòng)化系統(tǒng)引接的ADS-B融合信號(hào)正常，INDRA自動(dòng)化系統(tǒng)RDCU服務(wù)器對(duì)ADS-B信號(hào)的前端預(yù)處理正常，初步判定目標(biāo)位置跳變?cè)驗(yàn)镮NDRA自動(dòng)化系統(tǒng)SDP服務(wù)器多雷達(dá)融合處理異常導(dǎo)致[1]。

民航二所自動(dòng)化系統(tǒng)接收ADS-B原始數(shù)據(jù)包分析：

為進(jìn)一步確認(rèn)自動(dòng)化系統(tǒng)引接的ADS-B數(shù)據(jù)狀態(tài)，技術(shù)人員選取2月23日個(gè)別ADS-B原始數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析，同時(shí)與民航二所自動(dòng)化系統(tǒng)多雷達(dá)融合處理和顯示結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，分析結(jié)果如下：

1）本場(chǎng)離港航班第一個(gè)數(shù)據(jù)包

通過對(duì)比確認(rèn)，ADS-B原始數(shù)據(jù)包中航班號(hào)、24位地址碼、二次代碼、目標(biāo)飛行高度、速度、航向、位置信息與自動(dòng)化系統(tǒng)SDD終端顯示均一致。

2）離港航班飛行高度3000米時(shí)的數(shù)據(jù)包

通過對(duì)比確認(rèn)，ADS-B原始數(shù)據(jù)包中航班號(hào)、24位地址碼、二次代碼、目標(biāo)飛行高度、速度、航向、位置信息與自動(dòng)化系統(tǒng)SDD終端顯示均一致。

3）飛越航班飛行高度9000米時(shí)的數(shù)據(jù)包

通過對(duì)比確認(rèn)，ADS-B原始數(shù)據(jù)包中航班號(hào)、24位地址碼、二次代碼、目標(biāo)飛行高度、速度、航向、位置信息與自動(dòng)化系統(tǒng)SDD終端顯示均一致。

4）本場(chǎng)進(jìn)港航班最后一個(gè)數(shù)據(jù)包

通過對(duì)比確認(rèn)，ADS-B原始數(shù)據(jù)包中航班號(hào)、24位地址碼、二次代碼、目標(biāo)飛行高度、速度、航向、位置信息與自動(dòng)化系統(tǒng)SDD終端顯示均一致[1]。

3.3 目標(biāo)航向漂移原因分析及改進(jìn)建議

3.3.1 原因分析

通過對(duì)各高度層、多種飛行姿態(tài)航班的ADS-B原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)ADS-B二級(jí)數(shù)據(jù)中心輸出至自動(dòng)化系統(tǒng)的ADS-B原始數(shù)據(jù)中航班號(hào)、24位地址碼、二次代碼數(shù)據(jù)等目標(biāo)識(shí)別信息與自動(dòng)化系統(tǒng)處理結(jié)果一致，高度、速度、航向、NUC精度值等動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)與自動(dòng)化系統(tǒng)處理結(jié)果一致。

綜上，判定INDRA自動(dòng)化系統(tǒng)ADS-B目標(biāo)位置跳變是由于INDRA自動(dòng)化系統(tǒng)中個(gè)別目標(biāo)的多雷達(dá)航跡融合結(jié)果異常導(dǎo)致。

3.3.2 改進(jìn)建議

1）廠家已提供新版本軟件，新版本軟件中已修復(fù)ADS-B信號(hào)引起的本場(chǎng)跑道范圍內(nèi)目標(biāo)異常問題，新版軟件發(fā)布后可解決該問題;

2）已于3月5日晚在ADS-B二級(jí)數(shù)據(jù)中心設(shè)置ADS-B信號(hào)屏蔽區(qū)緩解該問題，至今再未發(fā)生ADS-B目標(biāo)漂移的問題;

3）加強(qiáng)對(duì)INDRA自動(dòng)化系統(tǒng)ADS-B信號(hào)的狀態(tài)監(jiān)控和巡視，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)進(jìn)行處置。

4 結(jié)束語

通過對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)監(jiān)視數(shù)據(jù)前端處理、融合處理以及對(duì)雷達(dá)原始數(shù)據(jù)的深入分析，可實(shí)現(xiàn)對(duì)空管日常運(yùn)行中出現(xiàn)的目標(biāo)異常問題（目標(biāo)丟失、目標(biāo)分裂、假目標(biāo)、航向跳變、高度跳變等）的快速定位，豐富問題排查方法。同時(shí)，可通過對(duì)問題的精確定位，促進(jìn)各運(yùn)行單位有效管控運(yùn)行隱患，避免對(duì)管制運(yùn)行安全造成影響。

未來，伴隨ADS-B、S模式雷達(dá)的廣泛應(yīng)用，技術(shù)人員可通過對(duì)監(jiān)視原始數(shù)據(jù)的解析，全面掌握監(jiān)視數(shù)據(jù)源和機(jī)載設(shè)備間的雙向交互信息，進(jìn)而為管制用戶提供更加高效可靠的監(jiān)視數(shù)據(jù)保障手段。

參考文獻(xiàn)：

[1]西安區(qū)域管制中心AirNet空管自動(dòng)化備份系統(tǒng)技術(shù)手冊(cè)