關(guān)于AirNet空管自動化系統(tǒng)監(jiān)視數(shù)據(jù)處理的研究

楊炎熙

摘 要：AirNet空管自動化系統(tǒng)由中國民航第二研究所研發(fā)，是一套基于Linux多任務(wù)操作系統(tǒng)的空管自動化系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要對監(jiān)視數(shù)據(jù)和飛行計劃數(shù)據(jù)進行處理，為管制員提供航空器在空中的飛行動態(tài)信息、安全間隔信息和相關(guān)告警信息。AirNet空管自動化系統(tǒng)是管制員進行空中交通管制的重要工具，是空管運行部門主要的空中監(jiān)視手段。本文主要對AirNet空管自動化系統(tǒng)監(jiān)視數(shù)據(jù)處理功能進行研究，以便更好地掌握和使用該系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：AirNet;空管自動化系統(tǒng);監(jiān)視數(shù)據(jù);前置處理;融合處理

中圖分類號：V355文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）05-0041-03

Abstract： The AirNet air traffic control automation system was developed by the Second Research Institute of CAAC， which is a set of air traffic control automation system based on Linux multitasking operating system. This system mainly processes surveillance data and flight plan data， and provides controllers with flight dynamics information， safety interval information and related warning information of the aircraft in the air. The AirNet air traffic control automation system is an important tool for controllers to conduct air traffic control， and it is the main air surveillance method of air traffic operation departments. This paper mainly researched and analyzed the monitoring data processing functions of the AirNet air traffic control automation system， in order to better master the use of the system.

Keywords： AirNet;air traffic control automation system;surveillance data;pre-processing;fusion processing

AirNet空管自動化系統(tǒng)采用開放式體系和分布式計算的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，能夠處理多種監(jiān)視數(shù)據(jù)，具有處理精度高、時效性強、系統(tǒng)運行穩(wěn)定等特點[1-2]。系統(tǒng)航跡進行各種告警處理，對雷達目標高度進行QNH修正，在雷達目標丟失后能夠通過飛行計劃外推顯示。

1 AirNet空管自動化系統(tǒng)的特性

1.1 可靠性和可用性

系統(tǒng)在架構(gòu)體系上體現(xiàn)出容錯性和可用性管理功能。可用性管理功能通過一套分層的服務(wù)來提供高級別應(yīng)用所需的良好環(huán)境，這種方法通過封裝底層函數(shù)簡化了應(yīng)用軟件。系統(tǒng)的所有設(shè)備能夠保證滿足大多數(shù)空管自動化系統(tǒng)環(huán)境可靠性、可維護性的嚴格標準[3]。系統(tǒng)使用的設(shè)備可以進行自檢測、錯誤檢測和隔離，系統(tǒng)所有關(guān)鍵部分都采用冗余技術(shù)。

1.2 開放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和模塊化設(shè)計

系統(tǒng)內(nèi)部采用標準TCP/IP和UDP/IP通信協(xié)議，具備標準的雷達數(shù)據(jù)、電報數(shù)據(jù)、AIDC、ADS等接口，能與外部系統(tǒng)實現(xiàn)信息的互聯(lián)。每個主要的子系統(tǒng)功能都由獨立的功能模塊實現(xiàn)，每個模塊都封裝了它所需要的數(shù)據(jù)，通過這種方法定義好內(nèi)部通信標準。

2 AirNet空管自動化系統(tǒng)的設(shè)計

如圖1所示，系統(tǒng)劃分為三套網(wǎng)絡(luò)：工作網(wǎng)絡(luò)（A網(wǎng)、B網(wǎng)）保證服務(wù)器和工作站間的信息交換，旁路網(wǎng)絡(luò)（C網(wǎng)）采用獨立的交換機、獨立的旁路服務(wù)器，以解決A、B網(wǎng)癱瘓后雷達數(shù)據(jù)的不間斷向管制席位顯示的問題。

3 AirNet空管自動化系統(tǒng)監(jiān)視數(shù)據(jù)處理研究

3.1 監(jiān)視數(shù)據(jù)前置處理原理

如圖2所示，監(jiān)視數(shù)據(jù)前置服務(wù)器（SDFP）通過外部接口，將接收的雷達數(shù)據(jù)（點跡、航跡、點航跡）、ADS-B數(shù)據(jù)、MLAT數(shù)據(jù)、氣象雷達數(shù)據(jù)進行質(zhì)量監(jiān)控、雙通道數(shù)據(jù)比選、格式轉(zhuǎn)換、坐標變換等處理，然后將預(yù)處理后的監(jiān)視數(shù)據(jù)提供給監(jiān)視數(shù)據(jù)融合服務(wù)器（MSDP）使用。

監(jiān)視數(shù)據(jù)融合服務(wù)器（MSDP）對預(yù)處理后的監(jiān)視數(shù)據(jù)行融合處理、單通道目標過濾、航跡動態(tài)跟蹤、目標QNH高度修正、高度跟蹤處理、航跡過載處理等。對融合后的綜合航跡進行平滑處理，防止航跡由于數(shù)據(jù)源的不穩(wěn)定而出現(xiàn)跳變。最終將形成穩(wěn)定的系統(tǒng)航跡進行輸出，顯示終端（SDD）接收到處理后的系統(tǒng)航跡進行輸出顯示，為管制員提供空中航空器實時的動態(tài)信息。

3.2 監(jiān)視數(shù)據(jù)前置處理

3.2.1 監(jiān)視數(shù)據(jù)接收和解析。監(jiān)視數(shù)據(jù)前置處理系統(tǒng)（SDFP）由監(jiān)視數(shù)據(jù)分配器DS-4、協(xié)轉(zhuǎn)設(shè)備MPDC和兩臺互為冗余的服務(wù)器組成。監(jiān)視數(shù)據(jù)前置處理系統(tǒng)（SDFP）將接收到的各種監(jiān)視源信號轉(zhuǎn)換為Airnet空管自動化系統(tǒng)可以識別的內(nèi)部格式，支持的數(shù)據(jù)格式種類較多，如ASTERIX、MP2、CD2、Toshiba、MHT4008-2006等格式。系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)視數(shù)據(jù)離線參數(shù)的配置，進行不同類型數(shù)據(jù)的解析。

3.2.2 監(jiān)視數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)控。監(jiān)視數(shù)據(jù)前置處理系統(tǒng)（SDFP）對各監(jiān)視源數(shù)據(jù)進行實時的質(zhì)量監(jiān)控。SDFP監(jiān)視的數(shù)據(jù)質(zhì)量指標有9個。一是數(shù)據(jù)有無，判斷設(shè)定時間內(nèi)有無接收到監(jiān)視數(shù)據(jù)。二是幀校驗，根據(jù)CRC校驗來判定系統(tǒng)收到的錯誤數(shù)據(jù)包與總數(shù)據(jù)包的比值，該校驗與信號傳輸鏈路有關(guān)。三是數(shù)據(jù)延時，根據(jù)接收數(shù)據(jù)的時效性進行判斷，如果延遲過大，則數(shù)據(jù)就失去了有效性。四是扇區(qū)連續(xù)性，根據(jù)正北和扇區(qū)等服務(wù)信息檢查該指標，否則不檢查。五是數(shù)據(jù)精度，檢查測試目標相對于其標準位置的偏移值。六是數(shù)據(jù)必備項有無，對二次點跡數(shù)據(jù)進行必備數(shù)據(jù)項信息檢查，并對航跡數(shù)據(jù)進行必備數(shù)據(jù)項信息檢查。七是數(shù)據(jù)項有效性檢驗，要計算出現(xiàn)不合法數(shù)據(jù)項值的目標數(shù)與總目標數(shù)據(jù)之比。八是目標連續(xù)性，要計算相鄰周期內(nèi)同一目標不連續(xù)出現(xiàn)的次數(shù)與總目標之比。九是采用時間窗口滑動工具，對指定時間段內(nèi)的原始數(shù)據(jù)質(zhì)量進行上述指標的統(tǒng)計。

3.2.3 監(jiān)視數(shù)據(jù)通道比選。SDFP對于每個監(jiān)視數(shù)據(jù)源都可以配置為雙通道數(shù)據(jù)接入，如果兩通道均有數(shù)據(jù)輸入，系統(tǒng)默認該監(jiān)視源采用自動比選通道模式，會不斷對兩個通道的數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)控指標進行比較。

3.2.4 監(jiān)視數(shù)據(jù)坐標轉(zhuǎn)換。地心空間直角坐標系統(tǒng)，是目標從雷達本地坐標系統(tǒng)變換到以跑道中心為系統(tǒng)中心點的坐標系統(tǒng)的基礎(chǔ)。等距方位投影，是目標坐標和其他空域坐標（機場、終端區(qū)、航路等）變換到以跑道中心為系統(tǒng)中心點的坐標的關(guān)鍵。AirNet空管自動化系統(tǒng)的坐標轉(zhuǎn)換算法獨立于具體的橢球體參數(shù)，如果所有空域信息和地心空間直角坐標采用相同的橢球體參數(shù)，則坐標變換是準確的。

3.3 監(jiān)視數(shù)據(jù)融合處理

3.3.1 監(jiān)視數(shù)據(jù)融合處理概念。監(jiān)視數(shù)據(jù)融合處理包含：單監(jiān)視源區(qū)域目標屏蔽，雷達航跡非初始化區(qū)域處理，航跡關(guān)聯(lián)、跟蹤、融合，目標高度跟蹤及高度突變處理，QNH修正，航跡過載處理，緊急狀態(tài)告警，SPI狀態(tài)提示，重復(fù)二次代碼告警等。

3.3.2 單監(jiān)視源目標屏蔽。單監(jiān)視源目標屏蔽指定監(jiān)視源在劃定區(qū)域內(nèi)的目標：參數(shù)取自filter.cfg地圖文件，可在DBM上的作圖工具中畫出屏蔽區(qū)域地圖，設(shè)置屏蔽高度范圍，并指定要屏蔽的監(jiān)視源ID號。當(dāng)指定雷達的目標落在該區(qū)域的高度范圍內(nèi)時，目標被屏蔽。

3.3.3 單監(jiān)視源非初始化處理。對于某些質(zhì)量較差的監(jiān)視源，可能在某個區(qū)域經(jīng)常出現(xiàn)假目標的情況。為了防止這種情況的出現(xiàn)，系統(tǒng)允許為指定監(jiān)視源劃定區(qū)域。當(dāng)該區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)新目標時，直接丟棄不用。但對于區(qū)域外進入該區(qū)域的目標，要最大程度避免雷達質(zhì)量不佳帶來的干擾。

3.3.4 監(jiān)視數(shù)據(jù)融合處理流程。一是航跡關(guān)聯(lián)。滿足相關(guān)條件的目標關(guān)聯(lián)為同一目標，分配相同的系統(tǒng)航跡號。不同雷達航跡相關(guān)條件為：應(yīng)答機代碼相同（無應(yīng)答機代碼的判斷24位地址碼）;距離小于相關(guān)距離;高度差小于相關(guān)高度;航向差小于相關(guān)航向。二是數(shù)據(jù)融合：對于多雷達目標數(shù)據(jù)進行加權(quán)融合處理，本系統(tǒng)采用動態(tài)權(quán)重和靜態(tài)權(quán)重相結(jié)合的算法來計算融合。三是航跡跟蹤：對已融合的系統(tǒng)航跡，需要進行濾波跟蹤處理，使目標位置更接近實際位置，防止目標位置突然跳變的情況。

4 結(jié)語

本文主要對AirNet空管自動化系統(tǒng)監(jiān)視數(shù)據(jù)處理進行了探究，并且詳細地介紹了監(jiān)視數(shù)據(jù)處理的流程，分析了監(jiān)視數(shù)據(jù)前置處理和監(jiān)視數(shù)據(jù)融合處理的工作原理。總之，深入學(xué)習(xí)掌握該系統(tǒng)，對空管行業(yè)的技術(shù)保障人員來說尤為重要。

參考文獻：

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