AirNet空管自動化系統地速跳變問題研究

摘要：本文分析了AirNet自動化系統多雷達融合中的地面速度跳變機理。針對自動化系統運行中的地速跳變，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，提高系統處理數據的可用性。

關鍵字：AirNet空管自動化系統;地速跳變;權重

0 ?引言

隨著我國民航業的快速發展，飛行流量急劇增加，給我國民航空管自動化系統帶來了巨大的壓力。為確保空中交通管制系統與航空運輸協調發展，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、基礎網絡等基礎設施建設，進一步改善了空域環境。同時，優化航線結構，縮短垂直飛行間隔，實施雷達管制等措施，極大改善了空域環境，顯著提高了空中交通管制能力。然而，在有限的空域內，飛機數量的增加增加了空域內發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。

1 ?航跡融合跟蹤處理技術概述

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

針對不同監視源報告的同一目標（包括空中和地面目標），AirNet空管自動化系統統一進行融合和跟蹤處理。系統可以處理雷達數據、ADS-B數據、MLAT數據和ADS-C數據，并將每個監視源的航跡融合到系統的綜合航跡中。通過跟蹤每個周期的綜合航跡，使處理后的系統軌跡更接近真實軌跡。并且單個監視數據源數據的異常或中斷不會影響系統綜合航跡。由于融合功能由獨立線程實現，因此融合功能的故障不會影響單個監視數據源的輸出。

航跡關聯是對對各監視源接入的數據進行關聯處理，確定同一個航跡的所有數據源，并為它們分配相同的系統航跡號。相關條件為：應答機代碼相同（對于ADS-B數據，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條件。

數據融合功能是將不同監視設備報告的同一目標的航跡數據進行融合，確定航跡的準確位置。信息融合處理包括空中監視數據融合處理，為區管、進近、塔臺管制提供監視服務。

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空管自動化系統的多雷達數據融合是在服務器MSDP上完成的，通過查看該時間段主用MSDP的日志后發現，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，該雷達輸出數據一直不穩定，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提供了比較穩定的速度值，但是后面也發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為K021。

2.3原因分析

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

A）動靜態權重結合的多雷達融合

融合時所采用的動態權重由雷達實時質量監控結果，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）對單雷達航跡數據進行濾波處理，該算法支持固定速度直線的航空器運動、持續轉彎率的航空器運動、持續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系統除了考慮通道傳輸質量、測量精度、IMM算法跟蹤質量外，還考慮了單雷達信息偏離多雷達融合信息的程度。根據AirNet系統融合算法得到系統融合航跡值之后，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）多雷達融合靜態權重

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

根據雷達的靜態權重、各個監視源實時質量監控結果、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權重。結合動態權重和靜態權重，計算綜合權重系數最終得到融合數據。

2.3.2故障解析

系統在使用前要配置多雷達融合數據的相關參數，其中包含配置名為mosaic.cfg的靜態權重信息配置文件，這個文件在主監視數據處理器（MSDP）的/home/cdatc/AirNet/config目錄下，該文件配置了區域內參與融合的雷達的靜態權重信息;另外多雷達融合還依賴動態權重信息，如果目標突然丟失，就會造成動態權重的值突變。在只有單部雷達發現目標時，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和動態權重歸一化后得出。根據目標地速不穩定的情況，受單雷達輸出不穩定的影響，動態權重會發生突變，導致輸出值也發生突變。

3 ?結束語

本文分析了AirNet空管自動化系統在多雷達融合時的地速跳變機制，針對該自動化系統在運行期間出現地速跳變的情況，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定性，對其靜態權重配置進行合理設置，另一方面系統有必要增加相應的速度跟蹤特殊處理機制來得到更加穩定可用的數據。

參考文獻

[1]成都民航空管科技發展有限公司. AirNet空管自動化系統技術手冊[M].成都：成都民航空管科技發展有限公司， 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，語音交換系統，軟件測試，數據挖掘。