S模式雷達(dá)技術(shù)在國產(chǎn)NUMEN-3000空管系統(tǒng)中的應(yīng)用

黃肖超 周祿華 李國競

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S模式雷達(dá)技術(shù)在國產(chǎn)NUMEN-3000空管系統(tǒng)中的應(yīng)用

黃肖超1周祿華2李國競1

（1.中國民航湖南空管分局 2.南京萊斯信息技術(shù)股份有限公司）

針對目前中國民航廣泛使用的監(jiān)視源A/C模式二次雷達(dá)存在二次代碼資源不足、機(jī)組運(yùn)行信息下行數(shù)據(jù)缺失等缺點，闡述S模式雷達(dá)信號的特點，并將S模式雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用于國產(chǎn)NUMEN-3000空管自動化系統(tǒng)。

S模式；下行數(shù)據(jù)；空管系統(tǒng)

0 引言

中國民航空中交通流量的快速增長促進(jìn)了新技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。民航監(jiān)視設(shè)備中一次雷達(dá)逐漸被A/C模式二次雷達(dá)取代。與一次雷達(dá)相比，二次雷達(dá)下行數(shù)據(jù)更多，信息可信度更高。但隨著航班量的不斷增長，A/C模式二次雷達(dá)出現(xiàn)二次代碼資源不足，機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)信息缺失等問題。

近年來，S模式技術(shù)取得了長足的進(jìn)步。從2014年開始，民航用戶所有采購的雷達(dá)都要求具有S模式技術(shù)，如法國Thales公司雷達(dá)、西班牙Indra公司雷達(dá)和中國電子科技集團(tuán)公司第十四研究所生產(chǎn)的恩瑞特雷達(dá)。S模式下行數(shù)據(jù)包括24位地址碼、航空器識別符、高度、速度、航向和意向高度等數(shù)據(jù)[1-2]。這些數(shù)據(jù)通過自動化系統(tǒng)解析，應(yīng)用于日常管制工作，提升了空中管制工作效率。

某空管分局2015年建設(shè)了一套國產(chǎn)恩瑞特S模式雷達(dá)，2017年NUMEN-3000空管自動化系統(tǒng)啟用后，將恩瑞特S模式雷達(dá)信號應(yīng)用于該系統(tǒng)。本文主要介紹S模式雷達(dá)技術(shù)在NUMEN-3000空管自動化系統(tǒng)的實際使用情況。

1 S模式技術(shù)

S模式技術(shù)是國際民航組織新航行系統(tǒng)的重要組成部分，是衛(wèi)星導(dǎo)航、航空器機(jī)載設(shè)備與地面設(shè)備等多種先進(jìn)技術(shù)的結(jié)合，可為管制員和飛行員提供更多的航空運(yùn)行態(tài)勢感知信息[3]。

S模式技術(shù)特點主要有：

1）采用24位二進(jìn)制數(shù)來標(biāo)記和識別航空器，代碼的數(shù)量達(dá)到224，解決了飛機(jī)代碼資源短缺的問題；同時下行的數(shù)據(jù)中包含航空器識別符，可提高航空器識別能力，減少管制員和飛行員的航空器識別工作量[4]；

2）下行數(shù)據(jù)段采用輪呼和鎖定協(xié)議，減少不同航空器的干擾，提高監(jiān)視數(shù)據(jù)的識別率；

3）在下行數(shù)據(jù)中可以看到當(dāng)前機(jī)組的運(yùn)行信息，如速度、航向和意向高度等數(shù)據(jù)，管制員不需要通過語音詢問即可查看航空器的狀態(tài)，有效提高空管的工作效率；

4）數(shù)據(jù)鏈路的運(yùn)用，提高了監(jiān)視數(shù)據(jù)的完整性和可靠性。

S模式技術(shù)的應(yīng)用，可以提高地空工作效率，共享地空數(shù)據(jù)，減少技術(shù)和人為差錯，提高航空器安全運(yùn)行水平。

2 NUMEN-3000空管自動化系統(tǒng)

NUMEN-3000是一套實時數(shù)據(jù)處理、每天24小時不間斷的空管自動化系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過處理雷達(dá)、ADS-B等數(shù)據(jù)，提供空中飛行態(tài)勢的顯示和各種飛行沖突及異常的告警；通過處理飛行計劃和動態(tài)電報，提供飛行計劃和飛行動態(tài)相關(guān)信息及管理手段，在確保民航空管對空指揮任務(wù)的安全實施中發(fā)揮著重要的作用。

NUMEN-3000空管自動化系統(tǒng)主要由信息接入/輸出子系統(tǒng)（RFP）、監(jiān)視數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)（SDP）、飛行數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)（FDP）、數(shù)據(jù)記錄子系統(tǒng)（DRF）、數(shù)據(jù)管理席（DBMS）、技術(shù)維護(hù)席（TSP）、雷達(dá)管制員席（SDD）、主任管制員席（SP）、計劃協(xié)調(diào)席（FDOP）和技術(shù)監(jiān)控席（SMP）等組成。各子系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)組建成星形拓樸結(jié)構(gòu)的3個以太局域網(wǎng)（A、B、C）。系統(tǒng)采用三網(wǎng)運(yùn)行方式，以保證網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)可靠、高效傳輸，結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 NUMEN-3000空管自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 S模式技術(shù)的應(yīng)用

S模式雷達(dá)技術(shù)應(yīng)用于NUMEN-3000空管自動化系統(tǒng)，較好地解決了因二次代碼資源不足引起的相關(guān)問題。S模式雷達(dá)技術(shù)在NUMEN-3000空管自動化系統(tǒng)的主要應(yīng)用有：S模式相關(guān)掛標(biāo)牌、告警處理和計劃不相關(guān)目標(biāo)顯示[5]。

3.1 S模式相關(guān)掛標(biāo)牌

雷達(dá)航跡和飛行計劃航跡相關(guān)是NUMEN-3000空管自動化系統(tǒng)的重要功能。所謂相關(guān)就是雷達(dá)探測到的目標(biāo)航跡如何與飛行計劃進(jìn)行匹配。目前使用A/C模式雷達(dá)信號的自動化系統(tǒng)通過比對綜合航跡與飛行計劃中的二次代碼（secondary surveillance radar，SSR），滿足一定條件即可相關(guān)，將航跡掛上標(biāo)牌。

在NUMEN-3000空管自動化系統(tǒng)中，S模式雷達(dá)信息中的24位地址碼和航空器識別符數(shù)據(jù)配置相關(guān)處理原則為：系統(tǒng)通過PLAN_ AUTOCOUPLE_ ADDRESS_WEIGHT，PLAN_ AUTOCOUPLE_ CALL_WEIGHT和PLAN_ AUTOCOUPLE_CODE_ WEIGHT 3個離線參數(shù)控制自動相關(guān)處理優(yōu)先級。上述3個離線參數(shù)值越大，權(quán)重越高，優(yōu)先級也越高。某空管分局NUMEN-3000空管自動化系統(tǒng)S模式自動相關(guān)處理優(yōu)先級參數(shù)配置如表1所示。

表1 S模式自動相關(guān)處理優(yōu)先級參數(shù)配置

在S模式雷達(dá)信號覆蓋范圍內(nèi)，且飛機(jī)在自動相關(guān)區(qū)域內(nèi)，NUMEN-3000空管自動化系統(tǒng)將優(yōu)先檢查S模式航跡與飛行計劃中的地址碼信息是否一致。若地址碼一致，該航跡和飛行計劃自動相關(guān)，并顯示詳細(xì)的航班信息；若地址碼不一致，由于地址碼優(yōu)先級最高，所有系統(tǒng)不會再進(jìn)行二次代碼、航班號、航路和時間的一致性檢查，該航跡不會完成自動相關(guān)。當(dāng)S模式航跡與計劃中的地址碼缺失任意一方（S模式應(yīng)答機(jī)故障或航空公司FPL報18編組漏發(fā)CODE信息），地址碼相關(guān)的高優(yōu)先級將降到最低，系統(tǒng)將再按照優(yōu)先級順序檢查二次代碼的一致性，這要求航跡具有有效的二次代碼，同時飛行計劃中的SSR和之前的二次代碼（pre secondary surveillance radar，PSSR）至少有一個非空。如果此時飛行計劃中的ASSR和PSSR至少有一個與航跡的二次代碼相同，則認(rèn)為雙方的二次代碼一致。由于二次代碼不具有唯一性，因此二次代碼一致性滿足后系統(tǒng)還會進(jìn)行航路和時間的一致性檢查，所有條件都滿足后才進(jìn)行自動相關(guān)。

飛機(jī)注冊時，S模式被分配了唯一的地址。這種通過地址碼優(yōu)先自動相關(guān)的配置，有效降低了機(jī)組因調(diào)錯應(yīng)答機(jī)而不能正確自動掛標(biāo)牌的概率。

在實際應(yīng)用中，NUMEN-3000空管自動化系統(tǒng)偶爾遇到S模式航跡和計劃因為地址碼數(shù)據(jù)不一致導(dǎo)致的不能相關(guān)或自動去相關(guān)的故障。在S模式雷達(dá)信號覆蓋區(qū)域內(nèi)，無法自動相關(guān)故障原因多為航空公司拍發(fā)的FPL報CODE信息錯誤，或機(jī)務(wù)維修時更換的應(yīng)答機(jī)備件地址碼信息與該飛機(jī)批復(fù)的地址碼不一致所致。由于某分局目前區(qū)域內(nèi)只有一套恩瑞特S模式雷達(dá)覆蓋，S模式雷達(dá)信號覆蓋略有不足。當(dāng)航跡進(jìn)入系統(tǒng)自動相關(guān)區(qū)域且在S模式雷達(dá)信號覆蓋范圍之外，系統(tǒng)優(yōu)先通過二次代碼完成自動相關(guān)；當(dāng)航跡進(jìn)入S模式雷達(dá)信號覆蓋范圍之內(nèi)時，系統(tǒng)因為航跡數(shù)據(jù)更新再次檢查自動相關(guān)的優(yōu)先級，由于航跡和計劃的地址碼信息不一致，系統(tǒng)會將原來處于相關(guān)狀態(tài)的航跡去相關(guān)，并分裂成未相關(guān)航跡和計劃航跡，即使此時航跡和計劃的二次代碼一致。

如果航跡和計劃至少有一方缺失地址碼信息，并且二次代碼的一致性也無法驗證（即航跡和計劃至少有一方缺失有效的二次代碼，對于計劃來說，缺失二次代碼是指ASSR和PSSR都為空），系統(tǒng)將檢查航班號的一致性。這要求航跡自身攜帶有航班號信息，此時如果航班號完全相同，則認(rèn)為雙方的航班號一致。

與二次代碼的情況類似，航跡中攜帶的航班號不能保證唯一性和正確性，因此航班號一致性滿足后系統(tǒng)還會進(jìn)行航路和時間的一致性檢查，所有條件都滿足后才進(jìn)行自動相關(guān)。當(dāng)S模式航跡中的航班號與計劃中的航班號不一致時，系統(tǒng)會產(chǎn)生CS提示告警，如圖2所示。

圖2 S模式CS告警提示

3.2 告警處理

NUMEN-3000空管自動化系統(tǒng)將飛機(jī)傳遞的最終設(shè)置選擇高度（final state selected altitude，F(xiàn)SSA）與管制員設(shè)置的指令高度層（cleared flight level，CFL）高度進(jìn)行一致性判斷。若不一致，在標(biāo)牌上進(jìn)行提示，在配置地段顯示黃色FSSA告警字符，用以提醒管制員，需要確認(rèn)檢查，如圖3所示。這樣可以增強(qiáng)地空之間的聯(lián)系，降低風(fēng)險，提高安全等級和運(yùn)行效率。

圖3 指令高度不一致告警FSSA

3.3 計劃不相關(guān)目標(biāo)顯示

S模式雷達(dá)的下行數(shù)據(jù)包含航空器呼號等數(shù)據(jù)。當(dāng)系統(tǒng)無法找到與航跡相匹配的計劃時，綜合航跡會顯示S模式下行數(shù)據(jù)的航班號，作為識別參考。同時，為了區(qū)分S模式航班號與正常標(biāo)牌航班號，NUMEN-3000空管自動化系統(tǒng)在標(biāo)牌上顯示特殊顏色的航班號（如草綠色），如圖4所示。

圖4 S模式航班號顯示

4 結(jié)語

本文通過分析S模式雷達(dá)信號數(shù)據(jù)全、識別能力強(qiáng)等優(yōu)點，闡述了國產(chǎn)S模式雷達(dá)技術(shù)在NUMEN- 3000空管自動化系統(tǒng)的應(yīng)用：S模式相關(guān)掛標(biāo)牌、告警處理和計劃不相關(guān)目標(biāo)顯示。本文可作為S模式在其他系統(tǒng)應(yīng)用的借鑒。但目前S模式數(shù)據(jù)的應(yīng)用還比較有限，S模式下行數(shù)據(jù)中的很多數(shù)據(jù)，如高度、航向、速度和氣溫等都沒有得到有效的利用，在后續(xù)的技術(shù)革新與自動化系統(tǒng)發(fā)展中，應(yīng)該加大S模式數(shù)據(jù)的應(yīng)用研究，為提高空中交通管制效率和航空安全做出更大貢獻(xiàn)。

[1] MH/T 4029.2-2012. 民用航空空中交通管制自動化系統(tǒng)第2部分：技術(shù)要求[S].北京:中國民用航空局,2012.

[2] RTCA/DO-181D. Minimum operational performance standards for air traffic control radar beacon system/mode select (atcrbs/mode s)airborne equipment[S]. U S A, 2008.

[3] 王洪,劉昌忠,汪學(xué)剛.二次雷達(dá)S模式綜述[J].電訊技術(shù), 2008(7):113-118.

[4] 應(yīng)偉煜,楊愷,周祿華. S模式雷達(dá)技術(shù)在空管自動化系統(tǒng)的應(yīng)用[J].網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用,2017(12):146-147.

[5] 黃帆.在空管自動化系統(tǒng)中S模式的應(yīng)用需求分析[J].信息通信,2017(9):140-141.

Application of S Mode Radar Technology in Domestic NUMEN-3000 Air Traffic Control System

Huang Xiaochao1Zhou Luhua2Li Guojing1

(1. Hunan Air Traffic Management Sub-Bureau of Civil Aviation Administration of China 2. Nanjing LES Information Technology Co., Ltd.)

With the rapid growth of civil aviation air traffic flow, the requirements for air traffic control monitoring equipment are becoming higher and higher. At present, the widely used surveillance source is the A/C mode secondary radar. The shortcomings of A/C mode radar are insufficient secondary code resources and missing downlink data of crew operation information. It has been unable to meet the future development needs of civil aviation. This paper analyzes the advantages of S mode radar signal, expounds the characteristics of S mode radar technology, and designs and realizes the application of S mode technology in domestic NUMEN-3000 automation system.

S Mode; Downlink Data; Air Traffic Control System

黃肖超，男，1985年生，工程師，主要研究方向：空管自動化系統(tǒng)技術(shù)。

周祿華（通信作者），男，1975年生，研究員級高工，主要研究方向：空管系統(tǒng)總體技術(shù)。E-mail: zlh_28@163.com

李國競，男，1987年生，工程師，主要研究方向：空管自動化系統(tǒng)技術(shù)。