AirNet空管自動化系統(tǒng)地速跳變問題研究

摘要：本文分析了AirNet自動化系統(tǒng)多雷達融合中的地面速度跳變機理。針對自動化系統(tǒng)運行中的地速跳變，通過故障分析找出地速跳變的原因，并提出相應的速度跟蹤特殊處理機制，提高系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)的可用性。

關鍵字：AirNet空管自動化系統(tǒng);地速跳變;權重

0 ?引言

隨著我國民航業(yè)的快速發(fā)展，飛行流量急劇增加，給我國民航空管自動化系統(tǒng)帶來了巨大的壓力。為確保空中交通管制系統(tǒng)與航空運輸協(xié)調(diào)發(fā)展，滿足日益增長的民用航空需求，我國通過加大了通信、導航、氣象、雷達設備、基礎網(wǎng)絡等基礎設施建設，進一步改善了空域環(huán)境。同時，優(yōu)化航線結構，縮短垂直飛行間隔，實施雷達管制等措施，極大改善了空域環(huán)境，顯著提高了空中交通管制能力。然而，在有限的空域內(nèi)，飛機數(shù)量的增加增加了空域內(nèi)發(fā)生危險沖突的可能性，空中交通管制員越來越依賴空中交通管制自動化系統(tǒng)。

1 ?航跡融合跟蹤處理技術概述

AirNet空管自動化系統(tǒng)將不同監(jiān)視源報告的同一目標的數(shù)據(jù)（包括空中飛行目標和地面目標）進行融合跟蹤處理。可以處理雷達數(shù)據(jù)、ADS-B數(shù)據(jù)、MLAT數(shù)據(jù)、ADS-C數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可將各監(jiān)視源的航跡融合成系統(tǒng)綜合航跡。并對每個周期的綜合航跡進行跟蹤，使處理后的系統(tǒng)航跡更加接近真實航跡。單一監(jiān)視數(shù)據(jù)源（雷達、ADS-B、MLAT或ADS-C）數(shù)據(jù)異常或中斷不影響系統(tǒng)融合監(jiān)視航跡。由于融合功能由獨立線程實現(xiàn)，融合功能失效后也不會影響單一監(jiān)視數(shù)據(jù)源的輸出。

針對不同監(jiān)視源報告的同一目標（包括空中和地面目標），AirNet空管自動化系統(tǒng)統(tǒng)一進行融合和跟蹤處理。系統(tǒng)可以處理雷達數(shù)據(jù)、ADS-B數(shù)據(jù)、MLAT數(shù)據(jù)和ADS-C數(shù)據(jù)，并將每個監(jiān)視源的航跡融合到系統(tǒng)的綜合航跡中。通過跟蹤每個周期的綜合航跡，使處理后的系統(tǒng)軌跡更接近真實軌跡。并且單個監(jiān)視數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)的異常或中斷不會影響系統(tǒng)綜合航跡。由于融合功能由獨立線程實現(xiàn)，因此融合功能的故障不會影響單個監(jiān)視數(shù)據(jù)源的輸出。

航跡關聯(lián)是對對各監(jiān)視源接入的數(shù)據(jù)進行關聯(lián)處理，確定同一個航跡的所有數(shù)據(jù)源，并為它們分配相同的系統(tǒng)航跡號。相關條件為：應答機代碼相同（對于ADS-B數(shù)據(jù)，要求24位地址碼或航班號相同），且距離、航向差、高度差均小于配置文件中設置的航跡關聯(lián)條件。

數(shù)據(jù)融合功能是將不同監(jiān)視設備報告的同一目標的航跡數(shù)據(jù)進行融合，確定航跡的準確位置。信息融合處理包括空中監(jiān)視數(shù)據(jù)融合處理，為區(qū)管、進近、塔臺管制提供監(jiān)視服務。

2 ?問題分析

2.1問題描述

多雷達航跡處理顯示的航班CCA4162（應答機為A1567）速度K021，單雷達顯示的速度為K068。

2.2日志分析

AirNet空管自動化系統(tǒng)的多雷達數(shù)據(jù)融合是在服務器MSDP上完成的，通過查看該時間段主用MSDP的日志后發(fā)現(xiàn)，該目標在20：27：09時刻，僅能被雷達1觀察到，而且該雷達輸出信息為點跡信息，且該雷達為二次雷達，該雷達輸出數(shù)據(jù)一直不穩(wěn)定，在20：42：15時刻，雷達1有丟目標的情況;隨后雷達3也觀察到該目標，并且雷達3提供了比較穩(wěn)定的速度值，但是后面也發(fā)生了一個雷達周期目標丟失的情況，在20：43：33時刻，雷達3剛好丟了一個周期的該目標，此時只有雷達1觀察到該目標，因而，造成多雷達輸出速度突變?yōu)镵021。

2.3原因分析

融合規(guī)則：一個目標點可以被多個監(jiān)視設備報告，該點的位置由探測到它的多個監(jiān)視數(shù)據(jù)共同確定。系統(tǒng)可配置每個數(shù)據(jù)源在各個不同區(qū)域的靜態(tài)權重。另外，對目標進行濾波產(chǎn)生的協(xié)方差以及單通道測試目標偏移量、通道延時可形成動態(tài)權重[1]。結合靜態(tài)權重和動態(tài)權重，采用動態(tài)加權技術來計算目標當前的準確位置。

A）動靜態(tài)權重結合的多雷達融合

融合時所采用的動態(tài)權重由雷達實時質(zhì)量監(jiān)控結果，對單雷達目標的跟蹤處理效果，以及單雷達信息與多雷達融合信息的比較結果所決定。

B）單雷達目標跟蹤處理：

MSDP采用IMM算法（Interacting Multiple Model，交互式多模型算法）對單雷達航跡數(shù)據(jù)進行濾波處理，該算法支持固定速度直線的航空器運動、持續(xù)轉彎率的航空器運動、持續(xù)縱向加速的航空器運動等。

C）單雷達信息和多雷達融合信息比較

AirNet系統(tǒng)除了考慮通道傳輸質(zhì)量、測量精度、IMM算法跟蹤質(zhì)量外，還考慮了單雷達信息偏離多雷達融合信息的程度。根據(jù)AirNet系統(tǒng)融合算法得到系統(tǒng)融合航跡值之后，如果單雷達航跡越接近融合航跡，則該雷達的權重值應該越高;如果單雷達航跡越偏離融合航跡，則該雷達的權重值應該越低

D）多雷達融合靜態(tài)權重

系統(tǒng)的靜態(tài)權重劃分通過多邊形的方式來實現(xiàn)。通過DBM，將管制區(qū)域劃分為若干個多邊形。在每個多邊形區(qū)域內(nèi)，考慮該多邊形區(qū)域與雷達的距離、雷達設備精度等因素，對該多邊形區(qū)域內(nèi)的每部雷達的權重分別進行設置。靜態(tài)權重值為經(jīng)驗值。

根據(jù)雷達的靜態(tài)權重、各個監(jiān)視源實時質(zhì)量監(jiān)控結果、IMM跟蹤算法、以及上一周期融合效果，計算可得到對應雷達動態(tài)權重。結合動態(tài)權重和靜態(tài)權重，計算綜合權重系數(shù)最終得到融合數(shù)據(jù)。

2.3.2故障解析

系統(tǒng)在使用前要配置多雷達融合數(shù)據(jù)的相關參數(shù)，其中包含配置名為mosaic.cfg的靜態(tài)權重信息配置文件，這個文件在主監(jiān)視數(shù)據(jù)處理器（MSDP）的/home/cdatc/AirNet/config目錄下，該文件配置了區(qū)域內(nèi)參與融合的雷達的靜態(tài)權重信息;另外多雷達融合還依賴動態(tài)權重信息，如果目標突然丟失，就會造成動態(tài)權重的值突變。在只有單部雷達發(fā)現(xiàn)目標時，融合輸出直接受單部雷達輸出的影響，在有多部雷達時，速度等信息的輸出由多部雷達的靜態(tài)和動態(tài)權重歸一化后得出。根據(jù)目標地速不穩(wěn)定的情況，受單雷達輸出不穩(wěn)定的影響，動態(tài)權重會發(fā)生突變，導致輸出值也發(fā)生突變。

3 ?結束語

本文分析了AirNet空管自動化系統(tǒng)在多雷達融合時的地速跳變機制，針對該自動化系統(tǒng)在運行期間出現(xiàn)地速跳變的情況，通過故障分析找出了引起地速跳變的原因，同時也反映出，一方面我們可以通過平時多觀察各部雷達的有效穩(wěn)定性，對其靜態(tài)權重配置進行合理設置，另一方面系統(tǒng)有必要增加相應的速度跟蹤特殊處理機制來得到更加穩(wěn)定可用的數(shù)據(jù)。

參考文獻

[1]成都民航空管科技發(fā)展有限公司. AirNet空管自動化系統(tǒng)技術手冊[M].成都：成都民航空管科技發(fā)展有限公司， 2019.

作者簡介：張蕾;女;出生年月：1984 ;籍貫：貴州貴陽;民族：漢;最高學歷：碩士;目前職稱：高級工程師;研究方向：空管自動化系統(tǒng)，語音交換系統(tǒng)，軟件測試，數(shù)據(jù)挖掘。