空管自動化系統飛行計劃與雷達航跡相關技術分析

陳志峰

【摘要】 本文通過分析飛行計劃與雷達航跡的相關技術，結合自動化系統在實際運行中飛行計劃與雷達航跡相關出現的常見問題，提出了一種飛行計劃與雷達航跡相關的解決方案。

【關鍵詞】 飛行計劃 雷達航跡 相關因子 SSR

一、引言

在空管自動化系統中，飛行計劃與雷達航跡的相關主要是指根據一定的準則將雷達航跡目標與飛行計劃進行關聯，從而為管制用戶提供較為完整的飛行態勢信息。其中，雷達航跡主要是指由雷達探測得到的空中目標的位置、方向、速度等數據；飛行計劃是指預先或臨時確定的與航班相關的飛行航線以及航班的速度、高度、時間、起飛機場、目的機場等參數的總和。通過將雷達航跡與飛行計劃的融合，可以充分利用飛行計劃關于目標的屬性信息以及雷達關于目標的位置信息，實現對目標全面及時地了解和掌握。

二、飛行計劃與雷達航跡相關技術分析

目前，存在多種飛行計劃與雷達航跡相關的技術，如傳統的SSR關聯法；通過飛行計劃的三階段飛行模型航跡預測而采用的方向距離相關法；利用方向因子、偏航因子、時差因子的計算采用的最優關聯閾值法；改進的MK-NN算法；基于模糊綜合函數的飛行計劃與雷達航跡關聯法等。通過對以上技術的分析可知，飛行計劃與雷達航跡的相關技術大體上主要分為兩類，一類是采用二次雷達編碼（SSR代碼）關聯方法。另外一類是通過建立計劃航跡，利用相關因子（包含偏航因子、時間因子、方向因子、速度因子等）和SSR匹配原則完成飛行計劃與雷達航跡的相關，本文定義此種方法為相關因子關聯法。

2.1 SSR關聯法

SSR關聯法主要滿足以下條件：（1）雷達航跡沒有重復的SSR。若雷達覆蓋的區域內航跡處在重復二次代碼告警狀態，即同時存在有兩個SSR 代碼相同的雷達航跡，即使存在相應的飛行計劃，也不做相關處理。（2）存在與雷達航跡對應的飛行計劃。如要完成雷達航跡與飛行計劃的相關，就要存在與之對應的飛行計劃。目前，飛行計劃的來源主要包括RPL庫和通過各種AFTN報文（主要包括PFL、CPL、DEP、EST等）創建。（3）飛行計劃滿足自動相關的條件。飛行計劃只有處在預激活、協調、管制、移交等狀態才能與雷達航跡進行相關。

2.2 相關因子關聯法

由于航班的飛行是有規律性和計劃性的，航班必須按照指定的航路飛行，我們可以利用當前航跡點的偏航程度、時間、飛行方向、速度等因子，通過與建立的飛行計劃航跡進行比對，以此來推斷哪些飛行計劃與哪些航跡點存在關聯。

（1）計劃航跡的建立。計劃航跡主要是根據航班的飛行計劃，通過航路轉換，將飛機的飛行航路信息轉換成航路中各個關鍵航路點的信息， 這些航路點包括各導航臺、 各地理參考點、管制區的入界出界點、起飛落地機場等。（2）偏航因子。動態航跡點與某航路段的距離（當前航跡點到航路段的垂直距離），可以反映該航跡點處于該航路段的可能性大小；若該航路段是某飛行計劃航路的一部分，則這種偏離程度代表了航跡點偏離計劃航路的距離程度，偏離程度越高說明該航跡與某計劃航路相關的可能性越低，我們認為它是動態航跡點與飛行計劃關聯質量的一個因子，并稱之為偏航因子。（3）時間因子。將雷達航跡點在某航路段上投影，根據飛行計劃信息可以計算出航空器預計到達該投影位置時的時間，該預計時間與雷達航跡當前的時間相比較存在的時間差，可反映該航跡點在時間上偏離計劃航路的程度，差值越大，說明該航跡與某計劃航路相關聯的可能性越低。（4）方向因子。航空器在某航路上飛行是有一定的方向的，因此可以認為飛行計劃中的各航線段也是有方向的。對于入港和飛越的航班，在其進入交接點附近時予以檢查，雷達航跡的飛行方向與飛行計劃的方向應大致符合，若當前航空器航跡點的方向與某航路段方向的夾角越小，則該航跡點與該航路段的關聯可能性越高。（5）速度因子。航空器在飛行過程中是有速度的，而飛行計劃中也有巡航速度信息。如果在某時刻航空器的飛行速度與計劃航跡中的巡航速度相差很大，那么該雷達航跡與飛行計劃關聯度視為很小。本方法的缺點是由飛行計劃推出的計劃航跡與真實飛行情況相比，誤差較大。而方向因子、偏航因子、時差因子所確定的閾值范圍較大，在空中目標較多的情況下容易引起誤關聯。

三、飛行計劃與雷達航跡相關解決方案

為保證飛行計劃與雷達航跡的相關率，同時考慮到算法的復雜性，目前的自動化系統大多是綜合上述兩類方法，并結合各管制區域的特點，較好的解決了飛行計劃與雷達航跡的相關問題。然而，在自動化系統的實際運行中，由于人為及天氣等因素，往往導致飛行計劃與雷達航跡的相關出現不匹配的現象。

造成上述問題的根本原因有兩種，一是管制相關區域內同時存在有兩個SSR 代碼相同的雷達航跡；二是對于同一航班存在兩個計劃航跡且預分配了相同的SSR。因此，會出現以下三種情況：（1）一個雷達航跡對應兩個計劃航跡；（2）兩個雷達航跡對應一個計劃航跡；（3）兩個雷達航跡對應兩個計劃航跡。

針對上述問題，本文提出了一種飛行計劃與雷達航跡相關的解決方案，具體內容如下：

（1）根據整個管制區的情況，建立兩個相關區域：第一個區域本文定義為相關區域A，以跑到中心點為中心，r為半徑，h為高，建立一個柱體，其中r、h根據實際情況設定。相關區域A主要是用于本場起飛的航班在塔臺管制范圍內進行相關處理。第二個區域本文定義為相關區域B，將管制區邊界外擴D，高為H，并去掉第一個區域而形成的柱體，其中D、H根據實際情況設定。相關區域B主要是用于第一種情況外的相關處理。

（2）相關區域A的相關處理：對于相關區域A，主要關注的是本場起飛航班的情況。在進行相關處理前，需建立本場起飛航班的計劃庫。相關區域A內的相關處理，僅需查詢本場起飛航班的計劃庫即可。因在本場起飛的航班涉及到跑道、起飛方向的動態變化，所以雷達航跡的偏航因子、速度因子、方向因子等均不能作為表征因子，而僅靠時間因子其準確性較差，所以在相關區域A內，不適宜使用相關因子關聯法，只能采用SSR關聯法。

對于一個雷達航跡對應一條飛行計劃的情況，采用SSR關聯法。對于兩個雷達航跡對應一條飛行計劃的情況，若兩個雷達航跡均在相關區域A，不做相關處理；若一個雷達航跡在相關區域A，另一個雷達航跡在相關區域B，相關區域A內的雷達航跡可以完成相關。

對于一個雷達航跡對應兩條飛行計劃的情況，不做相關處理，可由管制員手動選擇相關。對于其他情況，不作相關處理。

（3）相關區域B的相關處理。對于相關區域B，主要關注的是本場落地及飛越航班的情況。在進行相關處理前，需建立本場落地及飛越航班計劃庫。相關區域B內的相關處理，僅需查詢本場落地及飛越航班計劃庫即可。在相關區域B，可采用SSR關聯法與相關因子關聯法相結合。

對于一個雷達航跡對應一條飛行計劃的情況，采用SSR關聯法。對于兩個雷達航跡對應一條飛行計劃的情況，若兩個雷達航跡均在相關區域B，采用相關因子關聯法；若一個雷達航跡在相關區域A，另一個雷達航跡在相關區域B，相關區域B內的雷達航跡可以完成相關。

對于一個雷達航跡對應兩條飛行計劃的情況，采用相關因子關聯法。對于其他情況，不做相關處理。

四、總結

本文通過對飛行計劃與雷達航跡相關技術的分析，結合自動化系統在實際運行中飛行計劃與雷達航跡相關出現的常見問題，提出了一種飛行計劃與雷達航跡相關的解決方案。文中所述方案僅從理論的分析得出，實際的使用效果還需進一步驗證。