淺析萊斯自動化系統(tǒng)監(jiān)視數(shù)據(jù)處理

劉旭

【摘要】? ? 近年來，隨著對備份自動化系統(tǒng)的重視程度不斷提升，萊斯自動化系統(tǒng)在管制運行中的使用頻率逐步提高。本文主要介紹萊斯自動化系統(tǒng)監(jiān)視數(shù)據(jù)處理流程，旨在對萊斯自動化系統(tǒng)功能有進一步的認識。

【關(guān)鍵詞】? ? 萊斯自動化系統(tǒng)? ? 監(jiān)視數(shù)據(jù)處理

萊斯自動化系統(tǒng)是民航華北空管局使用的備份自動化系統(tǒng)。為鞏固、強化備份空管自動化系統(tǒng)在管制指揮運行中的處理能力，民航華北空管局發(fā)布了《萊斯備份自動化系統(tǒng)常態(tài)化使用方案》，旨在備份自動化系統(tǒng)在關(guān)鍵時刻能夠用得上、頂?shù)米　１疚闹饕榻B了萊斯自動化系統(tǒng)監(jiān)視數(shù)據(jù)處理的原理，希望技術(shù)人員能夠?qū)ο到y(tǒng)雷達處理過程有更深刻的理解，不斷提高自身業(yè)務(wù)水平，更好的為管制員提供服務(wù)。

一、監(jiān)視數(shù)據(jù)信息流程

如圖所示，萊斯自動化系統(tǒng)收到監(jiān)視數(shù)據(jù)后，首先在雷達前置處理機上進行監(jiān)視數(shù)據(jù)預(yù)處理，包括數(shù)據(jù)解析、主備通道控制和格式轉(zhuǎn)換工作，然后將主通道數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)視數(shù)據(jù)處理模塊進行數(shù)據(jù)處理，并同時輸出監(jiān)視數(shù)據(jù)的質(zhì)量指標統(tǒng)計結(jié)果至監(jiān)控終端。監(jiān)視數(shù)據(jù)處理模塊在接到監(jiān)視數(shù)據(jù)后首先進行單雷達監(jiān)視數(shù)據(jù)處理，并生成單路航跡，然后將多個單路航跡融合生成綜合航跡。通過系統(tǒng)其它模塊對單路及綜合航跡數(shù)據(jù)進行告警計算、QNH高度修正、航跡與計劃相關(guān)，最后將處理后的單路及綜合航跡向各席位及外部系統(tǒng)進行輸出。

二、監(jiān)視數(shù)據(jù)前置處理

為了盡量保證參與監(jiān)視數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)質(zhì)量，減輕后端處理的負擔(dān)，系統(tǒng)接入包括雷達數(shù)據(jù)、ADS-B數(shù)據(jù)等各種監(jiān)視數(shù)據(jù)時都會先經(jīng)過前置處理模塊進行預(yù)處理，篩選整理后再進入監(jiān)視數(shù)據(jù)處理模塊進行航跡的生成和維護等工作。

2.1監(jiān)視數(shù)據(jù)前置處理機的配置

監(jiān)視數(shù)據(jù)前置處理模塊部署在監(jiān)視數(shù)據(jù)前置處理機上，監(jiān)視數(shù)據(jù)前置處理機之間通過獨立的雷達子網(wǎng)互聯(lián)，其它服務(wù)器只能通過C網(wǎng)登錄監(jiān)視數(shù)據(jù)前置機。系統(tǒng)有多種監(jiān)視數(shù)據(jù)前置處理機：在主監(jiān)視數(shù)據(jù)處理模塊之前配置了4臺RFP服務(wù)器和2臺SFP服務(wù)器，RFP引接普通航管雷達數(shù)據(jù)，SFP引接ADS-B和MLAT數(shù)據(jù);在旁路監(jiān)視數(shù)據(jù)處理模塊之前配置了4臺BRFP服務(wù)器和2臺BSFP服務(wù)器，BRFP引接普通航管雷達數(shù)據(jù)，BSFP引接ADS-B和MLAT數(shù)據(jù);在塔臺本地監(jiān)視數(shù)據(jù)處理模塊之前配置了2臺TSFP服務(wù)器，可引接普通航管雷達數(shù)據(jù)、ADS-B和MLAT數(shù)據(jù)。

2.2監(jiān)視數(shù)據(jù)格式分解和合法性檢查

監(jiān)視數(shù)據(jù)前置處理模塊對接入的監(jiān)視數(shù)據(jù)按照對應(yīng)的格式規(guī)范進行數(shù)據(jù)項分解，提取其中目標屬性、位置、高度、速度、24位地址碼、時標等信息，同時對接收到的數(shù)據(jù)項做必要的合法性檢查，數(shù)據(jù)幀中聲明的本監(jiān)視源的區(qū)域碼和地址碼不符合定義則被系統(tǒng)丟棄（此項檢查可通過離線參數(shù)SAC_SIC_CHECK來控制是否執(zhí)行），長度錯誤（數(shù)據(jù)幀實際長度與聲明的不符或過長）的數(shù)據(jù)幀、組裝格式錯誤（不符合已定義的數(shù)據(jù)格式）的數(shù)據(jù)幀等明顯有問題的數(shù)據(jù)將被過濾掉，以此保證異常的監(jiān)視數(shù)據(jù)不會對后續(xù)的單路航跡處理和多路航跡融合造成不良影響。

監(jiān)視數(shù)據(jù)前置處理模塊在對原始監(jiān)視數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)項進行分解提取之后，將其中的有用信息重新組裝成精簡格式的數(shù)據(jù)幀發(fā)送給對應(yīng)的監(jiān)視數(shù)據(jù)處理模塊進行處理，如此做法可大為減少數(shù)據(jù)流量，減輕后端的處理壓力。

2.3監(jiān)視數(shù)據(jù)的主/備通道處理

系統(tǒng)支持對每個監(jiān)視數(shù)據(jù)源同時接入A/B兩個通道的數(shù)據(jù)，監(jiān)視數(shù)據(jù)前置處理模塊同時在接收所有通道上的數(shù)據(jù)，在通道控制模塊的自動控制或人工控制下，將其中質(zhì)量比較好的通道作為主通道，當(dāng)前主通道上的信息才會被發(fā)送給SDP進行進一步處理，當(dāng)前備用通道上的信息則不向后端發(fā)送，這也是出于減輕SDP負擔(dān)的考慮。

監(jiān)視數(shù)據(jù)主/備通道人工或自動切換由系統(tǒng)監(jiān)控席決定，自動切換的條件根據(jù)監(jiān)控席的邏輯判斷得出，切換的決定由監(jiān)視數(shù)據(jù)前置處理模塊負責(zé)執(zhí)行。

三、監(jiān)視數(shù)據(jù)處理

監(jiān)視數(shù)據(jù)處理模塊接收前置處理模塊發(fā)送過來的處理過后的監(jiān)視數(shù)據(jù)，完成航跡目標信息的生成和更新工作。

航跡信息從性質(zhì)上可分為兩大類：單路航跡和綜合航跡。

單路航跡：是指雷達數(shù)據(jù)、ADS-B數(shù)據(jù)、MLAT數(shù)據(jù)等單獨的監(jiān)視數(shù)據(jù)源，由系統(tǒng)進行處理后生成的前后具有關(guān)聯(lián)性的航跡。用戶可以選擇每路單路航跡是否參與系統(tǒng)的綜合航跡融合，不參與融合的單路航跡對綜合航跡不會造成影響。

綜合航跡：是指系統(tǒng)將參與融合的所有單路航跡的各種數(shù)據(jù)進行融合，生成的能夠表示目標最佳狀態(tài)的唯一目標信息。

3.1單路監(jiān)視數(shù)據(jù)處理

監(jiān)視數(shù)據(jù)處理模塊提取出目標的位置、高度、速度、屬性、識別符、時標等數(shù)據(jù)項，進行數(shù)據(jù)項的合法性檢查，將通過檢查的目標進行坐標系轉(zhuǎn)換并投影到系統(tǒng)平面上，參與單路航跡跟蹤處理。如果系統(tǒng)判定最新收到的航跡與上個周期的某個目標為同一航空器則對該航跡信息進行更新，如果系統(tǒng)判斷最新的航跡為新的航空器則新建一個航跡。

目標相關(guān)需要對目標位置、高度、24位地址碼、航班號、二次代碼等數(shù)據(jù)項進行評估。首先對各個數(shù)據(jù)項分別進行評估，依據(jù)兩個目標在同一數(shù)據(jù)項的相似程度評估是否為一個目標的可能性，然后根據(jù)各個數(shù)據(jù)項的重要性權(quán)重（系統(tǒng)可以配置24位地址碼、航班號、二次代碼的影響權(quán)重）綜合考慮是否更新上個周期的某個航跡或者建立一個新的單路航跡。

3.2多路監(jiān)視數(shù)據(jù)融合處理

對于系統(tǒng)綜合航跡，除了可以分別控制雷達航跡、ADS-B合成航跡和MLAT合成航跡是否參與融合，還可以離線定義已經(jīng)確定參與融合的幾種航跡的融合可信度。在參與融合的幾種航跡信息都能覆蓋到某個目標的情況下，融合可信度設(shè)置為“低”的航跡不會對系統(tǒng)綜合航跡造成任何影響;可信度設(shè)置為“高”的航跡正常參與融合。在只有某種航跡能發(fā)現(xiàn)目標的情況下，只要這種航跡被允許參與融合，則系統(tǒng)正常通過融合處理生成系統(tǒng)綜合航跡，不再考慮融合可信度。綜合航跡目標的位置由參與融合的各路單路航跡目標位置經(jīng)過卡爾曼濾波處理后得到。綜合航跡目標的速度由綜合航跡的目標位置進行迭代計算，經(jīng)過卡爾曼濾波處理后得到。綜合航跡目標的高度選取了參與融合的某個單路雷達航跡的高度，并在每次系統(tǒng)綜合航跡更新時進行檢查，視情況繼續(xù)沿用同一部雷達所報告的高度或是重新選擇其他雷達的報告高度。檢查過程具有幾個特點：一是盡量不更換雷達以避免高度數(shù)值回跳;二是比選時少數(shù)服從多數(shù)。因為濾波平滑方法是利用歷史值來修正當(dāng)前值，使其不出現(xiàn)明顯的跳變，適合用來處理航空器水平位置上的變化（因航空器在高速移動時的慣性因素不可避免）;與之情況不同的是垂直方向的變化，高度可能在某一數(shù)值上停留很久后突然改變，引入濾波平滑后將不可避免帶來反應(yīng)慢、報告給管制員的數(shù)值跟不上實際變化的問題。

3.2.1綜合航跡的目標相關(guān)

綜合航跡的目標相關(guān)與單路航跡判定方法相似，系統(tǒng)判定多路監(jiān)視源報告的多個已確認的目標信息是否和某個已存在的綜合航跡為同一目標。如果相關(guān)通過，則認為這些目標信息確指一個目標，接著進行卡爾曼濾波等后續(xù)處理，否則建立新的綜合航跡。與單路航跡的情況不同，只有場面范圍內(nèi)的新建綜合航跡會立刻顯示在界面上，其他區(qū)域內(nèi)的新建綜合航跡至少要經(jīng)過3個更新周期的確認才會進行顯示。

3.2.2綜合航跡的更新頻率

一般情況下，系統(tǒng)的綜合航跡更新周期為4秒。在PRM窗口中如果系統(tǒng)綜合航跡有ADS-B或MLAT數(shù)據(jù)參與融合時，且位于離線定義的航跡快速更新空域內(nèi)，則航跡的更新周期為1秒。

3.3 QNH高度修正

系統(tǒng)能根據(jù)接收到的QNH信息，對單路航跡目標和綜合航跡目標的標準大氣壓高度進行QNH高度修正處理，使得目標在QNH空域內(nèi)顯示修正海壓高度。

QNH修正高度的數(shù)值由以下公式得出：

QNH修正高度 = 標準氣壓高度 +（QNH - 1013.2）× 修正系數(shù)

其中修正系數(shù)在不同QNH值的情況下取值不同。

在水平方向上，用QNH空域的側(cè)向界限作為水平邊界，在區(qū)域內(nèi)的目標才可能進行QNH高度修正，在區(qū)域外的目標保持標準大氣壓高度。

在垂直方向上，QNH空域的上界為過渡高度（TA）和過渡高度層（TL）組成的過渡夾層，目標上升穿越TA時，將從QNH修正高度轉(zhuǎn)為標準大氣壓高度;目標下降穿越TL時，將從標準大氣壓高度轉(zhuǎn)為QNH修正高度。

TA和TL之間的高度差叫高度偏移量（RH），有關(guān)系式：TA + RH = TL

因此在數(shù)據(jù)庫中指定TA或TL其中之一的值，并且設(shè)置為計算基準，另外一個的值由系統(tǒng)根據(jù)上述公式自動得出。

這里RH的取值和QNH的大小有關(guān)，在數(shù)據(jù)庫中可設(shè)置QNH的兩個邊界值limit1和limit2，同時也需要設(shè)置三種對應(yīng)的RH的可能取值RH0、RH1和RH2，他們之間的關(guān)系為：

1）QNH ≤ limit1時，RH的取值為RH0;

2）limit1 < QNH < limit2時，RH的取值為RH1;

QNH ≥ limit2時，RH的取值為RH2。

3.4航跡過載處理

系統(tǒng)能根據(jù)設(shè)定的處理能力對監(jiān)視數(shù)據(jù)進行超載處理，當(dāng)所跟蹤處理的目標的數(shù)量達到系統(tǒng)規(guī)定的值時，系統(tǒng)能在監(jiān)控界面上發(fā)出超載告警提示，并對溢出數(shù)據(jù)進行取舍處理：如果新目標在管制區(qū)外，則無條件丟棄;如果新目標在管制區(qū)內(nèi)，則挑選一個既在管制區(qū)外又沒有和飛行計劃相關(guān)上的已有目標進行丟棄;如果沒有滿足條件的已有目標，則新目標被丟棄。

四、結(jié)束語

萊斯自動化系統(tǒng)的不斷改進，目前已與主用系統(tǒng)在操作界面和功能性上基本一致。隨著主備同步等一系列技術(shù)的應(yīng)用，未來將實現(xiàn)主備自動化的無縫切換。希望各位技術(shù)人員能夠深入學(xué)習(xí)不同系統(tǒng)間的差異，逐步提高備份自動化的運行穩(wěn)定性，為管制員提供更好的技術(shù)服務(wù)。

參考文獻

[1]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

[2]萊斯自動化系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計說明

參? 考? 文? 獻

[1]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

[2]萊斯自動化系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計說明