場監雷達在機場中的應用

文/孫璐

對于戴高樂機場、希斯羅機場等，飛機穿越跑道、滑行道這些比較龐大且復雜的機場來說在實際的運營操作過程中總是會不可避免的會發生一些意外事故，進而導致機場出現擁擠的現象甚至會影響整個機場系統的正常運作，如何提高機場的可靠性以及高利用性是目前廣泛關注的問題。此外，對于一些處于氣象條件價差的機場來說，往往會受到自然災害的影響，例如大雪天氣，雨霧天氣等，都會嚴重的影響機場的指揮管制工作，導致站坪上飛機、車輛的流量受到限制，場面監視雷達的廣泛應用就是為了解決這兩方面問題。場面監視雷達是作為一二次雷達的有力補充，是實現II/III精密進近和現場指揮的重要配套設施之一。場面監視雷達系統的主要用于對機場地面的目標進行監視和跟蹤。通過對飛行數據、氣象觀測等信息進行充分的融合分析后，將機場停機坪、滑行道以及跑道上目標的實時狀態提供給管制人員和機場的地面服務人員，監測目標運動是否存在偏差，從而避免在有關區域內運動物體之間的相互沖突，防止跑道入侵。近年來雷達信號的處理技術快速發展，顯示器也發生了巨大的變化，不再單純的顯示一個個目標點，而是通過與外部數據相關聯，這樣管制員僅僅通過顯示器上就可以對飛機和車輛進行有效的區分，并且還能夠快速的對飛機的航班號、速度、將停靠的登機橋等信息進行識別。此外，場面監視雷達能夠有效的保證機場即使在低能見度情況下也可以正常運行。

1 系統介紹

本次工程中場面監視雷達系統主要的功能為監視功能，實時的監測滑行道、停機坪上飛機和車輛活動的具體狀態。而場面監視雷達系統的主要組成為雷達天線、天線基座、雷達收發機、雷達數據處理系統、服務顯示工作站、網絡交換系統等。同時，還需要配備相關的軟件，用以完成雷達信號的處理功能。為提高本系統的可靠性，雷達收發機為冗余配置，雷達數據處理主機、網絡交換機也均為冗余配置。

1.1 設備配置

場面監視雷達系統的主要組成為雷達天線、天線基座、雷達收發機、雷達數據處理系統、服務顯示工作站、網絡交換系統等。同時，還需要配備相關的軟件，用以完成雷達信號的處理功能。

為提高本系統的可靠性，雷達收發機為冗余配置，雷達數據處理主機、網絡交換機也均為冗余配置。本設計采用南京萊斯Scanter 5502場面監視雷達X波段設備。雙通道冗余設計和全固態技術為收發機所涉及的主要技術，并且還配置了兩套固態收發機，這些設備綜合起來構成了全冗余的收發機系統。即使單通道出現失效以及對通道進行臨時維護導致其關閉時，都不會對SMR的工作造成中斷。此外，還可以采用自動和手動的切換方式。

SMR將探測的回波信息處理輸出為原始視頻，本地的雷達數據處理單元對傳輸過來的原始視頻進行接收。雷達數據處理單元具備與雷達頭收發信機交叉連接功能，兩臺雷達數據處理單元同時工作，向系統發送各自的航跡信息，以保證在一臺出現故障的情況下，不影響整個系統的正常工作。雷達數據處理單元對原始雷達視頻進行雜波抑制等處理，得到場面活動目標的檢測視頻，可以對目標的位置和輪廓等各種信息進行提取。最后在這個基礎上，可以利用數據處理軟件對目標進行自動發現和跟蹤，并且能夠清晰的將目標的原始回波、輪廓和航跡等各種信息呈現在處理單元的顯示器上。同時，處理單元能夠將接收到的目標航跡信息和數字視頻信息等傳輸到本地和遠端的監視系統。

1.2 系統性能參數

SMR系統需提供360方位范圍滿足以下條件的覆蓋：

（1）覆蓋范圍：150-5000m；

（2）場面監視雷達天線工作頻率：9.1-9.5GHz；

（3）天線轉速：6-60rpm。

在距離上最小覆蓋不大于150米，單通道工作作用距離不小于5km，頻率分集模式作用距離不小于5km；在距離覆蓋范圍內覆蓋高度高于天線高度，可檢測跑道以上、高度100米以下的進近和離場航空器；高于上述高度的航空器如果被檢測到，需要抑制該目標。

天線下視角不小于40度；2500米范圍內，降雨量為25mm/h時，目標橫截面（等效RCS）為1m2時，探測概率為95%，最大虛報警概率（PFA）為10-6；3500米范圍內，降雨量為25mm/h時，目標橫截面（等效RCS）為1m2時，探測概率為90%，最大虛報警概率（PFA）為10-6；當距離縮小或降雨量減小時，覆蓋范圍內的憑據探測靈敏度（探測概率及最大虛報警概率）應提高。

2 臺址及臺站介紹

本設計根據航站區、飛行區構型以及場外環境、地勢等因素，新建的X波段場面監視雷達臺址為：1號場面監視雷達位于東跑道東側；2號場面監視雷達位于北跑道北側；3號場面監視雷達位于西一、西二跑道之間。1號場監覆蓋重點為東跑道、垂直聯絡道，同時兼顧北跑道，2號場監重點覆蓋北跑道和北跑道北側的滑行道，兼顧東跑道，3號場監覆蓋重點為西一、西二跑道和垂直聯絡道。以上所選臺址地勢平坦，地質條件良好。場監雷達站按照無人值守設計，塔底設置設備方艙。設備方艙配套相應的暖通、氣體消防、視頻監控等設施。在雷達塔上架設封閉式金屬線槽，作為電力電纜和通信光纜的敷設路由。

3 機房環境監控、安防系統

為方便工作人員的日常維護與監控，在各臺站內配置環境監控系統，能夠實時的監測機房內溫濕度、供配電、室內漏水、火災報警等參數。此外各臺站內考慮配置攝像機、數字硬盤錄像機等設備。上述信息通過光端機傳輸至新航管樓監控中心。監控中心配置安防監控終端、火災自動報警終端以及環境監控終端。

3.1 機房環境監控系統

機房環境監控系統的主要功能是：通過在機房內設置溫濕度傳感器、漏水監測傳感器，監視機房環境；通過供電檢測模塊對重要供電回路空氣開關的檢測，監視回路供電狀態；通過與UPS電源的數據通訊，監視UPS電源的工作狀態；通過與消防報警系統聯動，監視機房內火災隱患。最終實現對機房環境、機房安全、機房配套設備和重要供電回路的各種監視功能。

3.2 安防系統

根據安全管理需要，設置視頻監控系統。本次系統前端采用數字攝像機，存儲采用數字硬盤錄像機。室外設兩臺快球攝像機，監控整個臺站的外環境及圍界情況，室內設一臺半球型攝像機，該攝像機的主要作用就是進行安全防范監控。并且安防系統還能夠對攝像機圖像進行實時監視以及對圖像的數字化存儲功能，具備網絡遠程多路實時監視的功能。還能夠對錄像資料進行遠程網絡的查詢和回放，對于錄像資料還提供了遠程下載、備份的服務，滿足了用戶對監控圖像的隨時調取需要。數字攝像機采用720P像素，硬盤錄像機對所有本地視頻進行7×24小時的存儲，存儲天數為90天。

3.3 消防報警系統

場監機房內設置火災報警系統，通過使用智能型總線制火災自動報警系統對常場監機房全面保護。感煙探測器和感溫探測器的設置，能夠對溫度和煙霧信息進行準確的監控；此外，還需要設置緊急啟停按鈕、放氣指示燈、聲光報警器。系統對各種火災報警信號能夠及時的進行接收，然后發出報警信號，信號發送至環境監控采集設備，最后上傳至上級監控中心。氣體滅火控制盤分為手動和自動兩種，當控制盤處于手動狀態，只發出報警信號，不輸出動作信號，但是一旦值班人員對確認火警的發生后，對應急啟動按鈕進行控制，就可以使系統噴放氣體滅火劑啟動。

4 系統供電及接地

1號場監雷達站由2#消防站引雙路低壓電源，互投后供工藝使用。2號場監雷達站由3#消防站引雙路低壓電源，互投后供工藝使用。3號場監雷達站由1#消防站引雙路低壓電源，互投后供工藝使用。1號、2號、3號場監雷達站均與甚高頻遙控臺合建，臺站內為場監和甚高頻設備配備UPS設備，均冗余配置，后備時間按半小時考慮。在機房配電箱內安裝防浪涌保護器。雷達塔平臺上架設4根玻璃鋼避雷針。方艙內設備通過16mm2專用接地銅線與50mm2接地母線相連。接地電阻要求不大于4歐姆。建筑接地網及避雷設計由電氣專業考慮。

5 通信

通信采用光纜傳輸，光纖從機房預埋至手孔井，沿通信管道敷設至合建的甚高頻機房傳輸設備，最終傳輸到東塔附屬業務樓。傳輸設備由通信工程設計。