S模式雷達和ADS-B數據在空管自動化系統中的應用

鄭楷文

【摘? 要】S模式雷達和ADS-B數據與普通A/C模式雷達相比，具備更多的數據項，可以給管制員提供更多關于飛機和機載設備的信息。同時，這些數據在空管自動化系統中的應用，使系統在雷達數據處理、飛行計劃與航跡相關、告警功能都得到了進一步優化。論文詳細分析了S模式雷達和ADS-B數據在自動化系統中的應用，并對應用以來出現的問題進行了探討。

【Abstract】S mode radar and ADS-B data have more data items than ordinary A/C mode radar， which can provide controllers with more information about aircraft and airborne equipment. At the same time， the application of these data in ATC automation system makes the radar data processing， flight plan and track related， warning function of the system further optimized. This paper analyzes the application of S mode radar and ADS-B data in automation system in detail， and discusses the problems since application.

【關鍵詞】S模式雷達;ADS-B數據;應用

【Keywords】S mode radar; ADS-B data; application

【中圖分類號】V355? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）11-0162-02

1 S模式雷達及ADS-B原理

S模式雷達起源于美英，其最初出現的目的是解決飛機數量逐漸增大帶來的普通二次雷達異步干擾問題。S模式雷達具有全呼和選呼功能，實現對安裝有S模式應答機的飛機進行點名式詢問，有效降低了異步干擾和同步串擾，且對數據精度處理能力更強，還具備地空數據通信能力。

ADS-B即廣播式自動相關監視系統，將飛機數據以ADS-B報文形式通過空-空、空-地數據鏈廣播式傳播。ADS-B最初是為了滿足非雷達覆蓋區域的監視需求使用的，具備數據傳輸快、精度高、成本低的特點。ADS-B按照收發信息的方向分為ADS-B IN和ADS-B OUT兩種類型，目前廣泛應用的是ADS-B OUT技術。

山東分局目前主用NUMEN-2000自動化系統，備用華泰英翔自動化系統。目前兩套自動化系統均具備S模式和ADS-B數據處理功能。本文以NUMEN-2000自動化系統為例，分析系統對S模式和ADS-B數據的處理。

2 自動化系統數據處理

2.1 雷達數據處理

S模式的應用提高了系統相關計算的效率和準確性。相對于A/C模式雷達數據報文格式為CAT001和CAT002，S模式雷達報文格式為CAT034和CAT048。除A/C模式雷達具備的二次代碼、位置、高度、速度外，S模式雷達還可提供地址碼（I048/210）、航班號（I048/240）、磁航向、飛行員選擇高度、真空速等新數據項。NUMEN2000自動化系統對這些數據進行解析和計算，生成單雷達航跡，再根據單雷達航跡生成系統航跡。在生成系統航跡時，判斷是否為同一目標時，除考慮位置距離、高度差、二次代碼、航跡號外，還增加了地址碼相關因子，并令其具有最高權重，除非距離過大，否則只要是地址碼相同，就會被判斷為同一目標。

2.2 ADS-B數據處理

ADS-B報文格式為CAT021，NUMEN2000系統將單路ADS-B數據經過解析、計算，生成單路ADS-B航跡，進而融合成ADS-B航跡，系統把融合后的ADS-B航跡作為一路獨立監視信號源，和其他各路單雷達航跡一起，加入多雷達融合計算，生成系統航跡。ADS-B融合航跡信號標識符為“▲”。

ADS-B信息中通常會聲明本次目標報告的質量，其衡量的指標包括速度的不確定性NUCr（有時以速度的精確性NACv代替）、位置的不確定性NUCp（有時以完好性NIC代替）、氣壓高度的完好性NICbaro、監視完好性級別SIL以及位置的精確性NACp。系統可以對每項指標設置門限值，并定義其是否關鍵，當關鍵指標低于門限值時，系統會自動丟棄該數據，但是這樣可能會造成航跡斷續。因此系統未對任何指標定義為關鍵指標，但是對于當ADS-B 數據的精度低于門限值時，如NUC值低于5或者NIC低于6或者SIL低于2時，在管制席位以航跡標識符“△”表示ADS-B位置報告數據的精度低。

2.3 飛行計劃與航跡相關

S模式雷達和ADS-B數據中增加了航班號和24位地址碼，NUMEN2000自動化系統中，通過離線參數控制計劃和監視數據的相關處理中24位地址碼、二次代碼、航班號的相關權重。在相關計算中，首先比較權重最高的因子，如果一致則繼續進行時間航路一致性檢查，看是否相關上，如果不一致則直接判定為不相關。當最高權重的項無法比較時，考慮優先級次高的項，以此類推。由于地址碼對于飛機來說是獨一無二的，使用地址碼為最高優先級的相關因子，可提高系統相關率，減少相關錯的概率。同時，24位地址碼共有1677萬多個，而二次代碼只有4096個，隨著航班量的增加，二次代碼數量不足的問題日益明顯，逐漸使用地址碼代替二次代碼在相關中的作用可以解決這個問題。

2.4 告警處理

FSSA告警：NUMEN-2000系統提取了S模式和ADS-B數據中機組設置的目的高度SA（SELECTED ALTITUDE），與管制員設置的目的高度（CFL）的一致性對比，來檢查機組是否正確執行了管制員的指令，如果不一致就在管制該航班的席位上發出告警，即意圖高度與指令高度一致性告警。FSSA告警與CLAM告警不同，CLAM告警是當航班的實際高度以及運動趨勢與管制員指令高度不符合時發出的告警，考慮到飛機反應時間、雷達高度更新周期等因素，為防止虛警，告警設置的延遲較大，而FSSA設置的告警周期較短，可以在CLAM告警出現前對管制員進行提示。

DS告警：飛行計劃與航跡自動或人工相關以后，正常情況下，航跡的地址碼、航班號、二次代碼均應與飛行計劃保持一致。但如果任一項出現了不一致的情況，不論是相關時就不一致還是后期航跡或計劃變更導致的不一致，均會在標牌上告警字符DS提示管制員進行人工檢查，即地址碼/二次代碼/航班號不一致告警。

TA/RA告警：ADS-B和S模式雷達數據可以獲得航空器的TACS處理建議報告，當兩架航空器發生沖突導致TACS告警時，在標牌上進行緊急告警提示，并顯示TACS處理建議，增強管制員情景意識。該功能不屬于第一階段數據應用的要求，目前尚未上線。

3 存在的問題及解決辦法

①S模式和ADS-B數據的加入，使自動化系統能觀察到場面雷達目標，擴大了管制員觀察范圍。但有時本場起飛航班在地面上提前誤開啟應答機，導致雷達觀察到目標，和飛行計劃提前進行相關，激活飛行計劃。之后雖然航班關閉應答機，但激活的飛行計劃會按照推算的出邊界點時間自動終止，導致飛機真正起飛的時候相關不上計劃，無法自動拍發起飛報。這個問題廠家通過新增地面屏蔽區將地面目標屏蔽掉，不參與相關計算解決，但有時個別航班在地面移動過程中，高度產生波動，系統就不屏蔽這個航班，導致上述情況依舊發生。

②夏季航班大面積延誤時，對于本場中轉的聯程航班，兩段計劃均處于預激活狀態，且地址碼、航班號相同，系統可以通過兩段計劃的二次代碼進行區分。但當地址碼權重最高時，系統將不考慮二次代碼直接進行相關，經常發生后一段計劃和前一段飛行的航跡錯誤相關導致計劃提前終止的情況。對于雷達覆蓋范圍內機場中轉，僅其中后一段計劃和本場有關的航班，也經常出現其前一段航跡和后一段計劃相關上的情形。對于這類問題，廠家修改程序，增加非本場起飛航班計劃進行地址碼相關時必須已經收到過起飛報的限制，但對于本場中轉的聯程航班，這個問題始終無法解決。

③NEWMEN-2000自動化系統在對空速和磁航向這兩項數據進行融合處理時，所采用的方法是少數服從多數，當只有兩個信號源、無法使用少數服從多數原則時，將采信權重更高的信號源所提供的數據，并且空速和磁航向兩個數據將使用同一監視源提供的。當系統將未報告這兩項數據的S模式雷達和ADS-B信號數據納入備選時，將會把本來是空的數據當作0值數據處理，必然會使0值信號占有較高的比例以及較高的權重，進而導致系統有更高的概率采信0值數據而不是正常的數據。聯系廠家并提出修改意見：對于未提供這兩項數據的數據源，使其不參與數據融合，且兩項數據單獨進行判斷取舍。程序修改后，該問題得到解決。

4 結語

本文介紹了S模式雷達和ADS-B數據基本原理，詳細分析了這兩類數據在空管自動化系統中的應用，總結了S模式和ADS-B數據應用過程中出現的問題及解決辦法。面對新技術，自動化系統還需要不斷完善和優化功能，提升正確處理和使用S模式雷達和ADS-B數據能力，未來S模式雷達和ADS-B數據將成為空管主要監視手段之一。