淺析SKYNET-X自動化系統監視源處理功能

常亞楠

(中國民用航空中南地區空中交通管理局河南分局,河南 鄭州450000)

本文以鄭州現場的SKYNET自動化系統為例,對該系統外部接入的監視源處理和融合機制分析。其中,雷達數據主要指的是一次雷達數據與二次雷達數據,但目前存在低空空域難以完全覆蓋,受地域條件限制等缺點,無法滿足特殊地區的管制需求。而ADS-B技術用于空中交通管制,可以在無法部署航管雷達的地區為航空器提供優于雷達間隔標準的虛擬雷達管制服務,并對雷達無法探測的空域進行信息彌補和增強,自動化系統通過結合不同監視源的特性,可以在較大的區域內實現飛行動態監視,更精確的航跡信息。

1 SKYNET-X自動化系統概述

SKYNET-X自動化系統是澳大利亞泰雷茲公司的EUROCAT-X系統在中國通過北京華泰英翔空管技術有限公司注冊的空管自動化系統產品。與其它自動化系統一樣,SKYNET-X自動化系統能夠通過處理報文數據、雷達數據、ADS-B數據、WAM多點數據等眾多類型的監視數據,為管制員提供航班的4D剖面航路建立、沖突告警等重要告警提示,以及航班在飛行過程中的飛行動態和飛行信息等,是管制員在進行對空指揮中的核心系統。

2 SKYNET-X自動化系統雷達數據處理機制

SKYNET-X自動化系統可接收來自雷達監視源的點跡/航跡,并通過PLINES設備接收雷達數據并將這些雷達數據進行格式和協議轉換,由RS232同步串口數據轉換成網口數據,經由交換機數據交換后送至雷達子網,再由多雷達融合處理服務器MSTS和旁路雷達處理服務器DRA取用,不同服務器經過后續處理后,形成系統綜合航跡或者單雷達航跡供管制現場使用。

2.1 MSTS服務器雷達數據處理

MSTS采用的是多源跟蹤處理技術進行多雷達數據跟蹤、融合處理的,MSTS收到雷達報告時,會對其正北信息、扇區信息以及雷達報告的二次代碼、方位和高度信息進行解析和坐標轉換,將通過雷達質量檢測的目標報告,再經過濾波窗口進行外推、相關、融合計算,如果新的點跡報告處于該融合窗口內,則系統將更新系統航跡信號,如果不在融合窗口內,則生成一個新的航跡或者丟棄。值得一提的是,MSTS服務器在計算過程中具有BIAS補償功能,系統可以自動修正單雷達方位和距離,或者通過人工手動調節雷達參數的方式進行修正,確保能夠最大程度的優化收到的雷達信號。

2.2 DRA服務器雷達數據處理

旁路雷達處理服務器DRA旁路雷達數據處理服務器采用的是RBP技術,該運算技術將接收到的單雷達報告與數據中的所有航跡信息通過航跡號,應答機編碼,目標位置、高度等信息進行比對判斷后進行相關、外推、跟蹤處理,更新或者新建單雷達航跡。DRA服務器的雷達數據融合依靠MTP技術,這里不作贅述。

除了必要計算和處理,SKYNET-X自動化系統化中存在鏡像目標抑制機制:即系統經前期計算后,判斷該航跡不屬于某個已存在航跡的更新數據,在新建航跡的過程中,如果該航跡與一個已存在航跡的高度與距離小于離線參數值,則系統將判定該航跡為反射假目標(鏡像假目標),會不再新建航跡并丟棄該目標,不做輸出。該機制能夠有效的抑制地面或空中物體造成的映射、鏡像雷達假目標出現。

3 SKYNET-X自動化系統ADSB數據處理機制

廣播式自動相關監視(ADS-B)技術是中國民航重點推進的空管新技術之一,能夠彌補雷達監視覆蓋的不足,為低空空域提供有效的監視手段,豐富了中小機場管制運行方式,有效提高了空中交通管理的安全和效率,現已逐漸成為僅次于雷達數據的重要監視源數據之一。河南六地的ADS-B站在2018年9月23日正式投入使用,彌補了前期雷達覆蓋薄弱的區域,解決了河南地區中小機場起降航班低空覆蓋不足的問題。目前六個ADS-B地面站運行情況比較穩定,沒有出現故障情況,為河南空域提供了可靠的空域監視手段。

3.1 ADS-B數據引接

以鄭州現場為例,ADS-B信號由萊斯ADS-B數據站發出,經過傳輸鏈路到達自動化系統外部交換機,隨后進入路由器或防火墻,最后經過雷達子網交換機到達服務器。如圖1所示。

圖1 ADS-B信號接入方式

完成物理鏈路的連接后,還需要在SKYNET離線參數中配置對應的離線參數ASF文件。

根據SKYNET-X自動化離線參數發布流程進行參數發布后,即可在管制界面上看到引接進入系統的ADS-B信號。在該套自動化系統中,可通過調整離線參數中的導航位置精度、導航完整性等級、監視完整性等級、導航不確定類別的門限值來提高進入系統的信號質量,這樣可將低質量ADS-B數據的影響降到最低或者直接丟棄不與使用。

3.2 ADS-B數據處理機制

SKYNET-X自動化系統在收到某架飛機的ADS-B報告時,首先要經過一個數據解碼過程,系統將點跡報告信息解成系統內部可以計算的格式,隨后進行點跡與系統航跡的配對篩選操作,先后經過預相關處理、相關處理和關聯三步來將正確的點跡與正確的航跡進行配對。

3.2.1 預處理(PRE-CORRELATION)

數據預處理主要是根據系統收到的ADS-B點跡,與航跡的位置和24Bit碼信息進行匹配,只有數據點跡和航跡的24bit碼一致,且點跡和航跡位置之差滿足系統參數要求,才可以進入下一步。經過PRE-CORRELATION處理之后,某一ADS-B點跡可以和多個航跡建立連接關系,等待后序計算。

3.2.2 相關處理(CORRELATION)

MSTS服務器會根據點跡的更新時間,對航跡進行外推。對外推航跡和點跡的位置做似然分析,計算概率。相同的SSR代碼,24bit碼,呼號和航跡類型數據等,會作為加分項,在這一步進行檢查。經過CORRELATION之后,某一ADS-B點跡最多和三個航跡保持連接關系。

3.2.3 關聯(ASSOCIATION)

MSTS服務器使用數據關聯算法,分別計算仍具有關聯關系的點跡和航跡之間的關聯概率,并取其中概率最大的航跡點跡對,使用其中的點跡對航跡進行更新。

3.3 ADS-B數據與其它監視源數據的融合

在經過配對篩選過程后,MSTS服務器將通過的點跡送入核心融合計算中進行卡爾曼濾波計算,并用內核計算出的狀態信息來更新與之配對的航跡,即filtering處理。當系統收到的某個點跡無法找到能與之配對的航跡時,系統即會作出判定這是一個新出現的航跡目標。MSTS服務器會將這個點跡報告發送給新建航跡模塊(Initialization模塊),等待新建該航跡。當系統收到此目標后續的第二個點跡報告時,MSTS就確認這是真實的目標,開始新建航跡并分配可用的系統航跡號。此航跡號將伴隨著這個目標的生命周期,當已經確認的目標不再被雷達識別時,MSTS會根據最后一次的目標報告進行三次外推計算,在第三次外推的同時,釋放航跡號。系統內部流程如圖2所示。

圖2 系統內部數據處理流程圖

這種數據融合方式將同一個航跡的多個監視源數據合成為一個單一的系統航跡,自動化系統通過集合了多個信號源的優點,因而定位的結果會比單一監視源數據更準確、更真實。但另一方面,參與系統融合計算的監視源眾多,數據質量不一,這也會引入對系統計算航跡定位的影響。因此,相比其它融合方式,MSTS服務器對雷達數據的質量相對敏感。但隨著監視設備的技術進步,監視數據將會越來越精確,對雷達的數據敏感性可以讓MSTS提供足夠精確的目標數據。

4 結論

綜上,從全國使用SKYNET-X自動化系統的運行現場來看,該系統的穩定性以及數據處理能力較好,對于各種監視源數據都能有較強的兼容性和融合性,能夠有效的保障管制員對空指揮的安全性。但相較其它自動化系統來說,SKYNET-X自動化系統的監視源參數配置較復雜,對于技術維護人員來說,如果調配各項參數使系統的數據處理性能最大化的體現,是需要長期鉆研的課題。