虹橋場面監(jiān)視雷達的應用與發(fā)展

俞 婷

民航華東空管局技術保障中心職稱：助理工程師。

場面監(jiān)視雷達從一種一次雷達技術的地面應用，逐漸演變成類似于空中交通管理自動化系統(tǒng)的專用于機場地面交通管理的自動化系統(tǒng)。因此，場面監(jiān)視雷達系統(tǒng)與空管自動化系統(tǒng)一樣，伴隨著系統(tǒng)功能的增強，其系統(tǒng)功能的實現越來越依賴于外部信息的集成。但是目前的系統(tǒng)尚無法對起飛的航班進行掛單，為了能夠解決這一問題，本文主要介紹虹橋場面監(jiān)視雷達系統(tǒng)引入機場場面多點定位系統(tǒng)的信號實現起飛航班的掛單。

系統(tǒng)概述

應用背景

上海市因民用航空運輸繁忙建設虹橋和浦東兩個機場，為了滿足未來不斷增加的航班數量，適應空管業(yè)務的不斷發(fā)展，提高航班的準點起飛率和降低航班的延誤率，引進了場面監(jiān)視雷達系統(tǒng)。

虹橋場面監(jiān)視雷達系統(tǒng)于2010年1月開始施工建造，2010年4月底完成現場驗收，并于2010年6月正式投產運行，目前該系統(tǒng)工作情況良好，運行穩(wěn)定。

場面監(jiān)視雷達是一種用于監(jiān)視機場場面飛機及車輛的一次雷達，另外能夠接收外部的進近雷達、場監(jiān)雷達、多點定位、ADS-B、區(qū)管空管自動化系統(tǒng)數據、機場橋位信息、氣象等數據，經終端數據處理器融合處理后，提供覆蓋范圍內所有車輛和飛機準確、連續(xù)、實時位置和標牌顯示（飛機航班號、飛機機型、速度、停靠橋位等信息）。此外，系統(tǒng)采用適當的安全邏輯，提供相應的告警，具有良好的人機界面。

虹橋場面監(jiān)視雷達系統(tǒng)由雷達頭（天線及收發(fā)機）和終端部分組成。雷達頭部分采用法國TERMA 公司SCANTER2001 的21’圓極化反余割平方37dB 的裂縫天線，設有東、西兩個場監(jiān)雷達頭；終端部分采用 荷 蘭HITT 公 司 的A-SMGCS（Advanced-Surface Movement，Guidance and Control System）系統(tǒng)。

系統(tǒng)的外接信號

已經接入系統(tǒng)的信號

東、西場監(jiān)雷達頭信號

APP 進近雷達信號（虹橋THALES 雷達）

2.3不良反應事件情況比較:A組發(fā)生3例局部出血(7.5%),其中有牙齦出血2例、輕度咯血1例。消化道出血1例(2.5%);B組發(fā)生5例局部出血(12.5%),其中牙齦出血3例,痰中帶血2例。消化道出血2例(5.0%)。差異不存在統(tǒng)計學意義(P>0.05)。

橋位信息（機場數據庫AIS 系統(tǒng)）

歐洲貓綜合航跡信息

GPS 信號

氣象信息

尚未接入系統(tǒng)的信號

ADS-B 地面基站：采用ADS-B 航跡來識別飛機和車輛。裝有ADS-B 應答機的物體通過GPS 發(fā)送一個具有唯一身份和位置的信息，這樣可以可靠地識別出裝有ADS-B 應答機的目標。

多點定位系統(tǒng)：多點定位是一種監(jiān)視技術，可以通過幾個接收站接收的應答信號來比較飛機或車輛的到達時間。通過每個接收站接收信號的時間差來計算出飛機或車輛的位置。

TIS-B 系統(tǒng)：空中交通情報服務廣播，是一種監(jiān)視技術，給裝有TIS-B 設備的目標提供廣播信息。

系統(tǒng)的掛單機制

場面監(jiān)視雷達的掛單就是將場面上所監(jiān)視到的雷達航跡與飛行計劃或者車輛名稱相關聯起來，系統(tǒng)既可以自動掛單，也可以在特殊情況下進行人工掛單。

場面監(jiān)視系統(tǒng)的自動掛單需要進近雷達數據和來自THALES 自動化系統(tǒng)提供的飛行計劃。場監(jiān)系統(tǒng)接入了進近雷達信號，進近雷達覆蓋了機場范圍，提供進近雷達數據。進近航跡，包含了一個SSR 代碼和飛行計劃信息，可以和場監(jiān)航跡自動相關。此外，歐洲貓自動化系統(tǒng)對場監(jiān)A-SMGCS系統(tǒng)輸出飛行計劃和航跡數據，用來識別落地飛機。

對于降落的航班，需要來自進近雷達的SSR 代碼，然后通過與飛行計劃匹配，從而自動掛單。當飛機進入場監(jiān)雷達覆蓋范圍（靠近跑道邊緣），進近雷達的航跡會和場監(jiān)航跡相關聯。當進近航跡消失后，場監(jiān)雷達航跡會繼續(xù)對目標掛單。

而對于起飛的航班，飛機離開橋位后，系統(tǒng)自動分配一個隨機碼給此飛機，當此飛機滑行至跑道邊緣，進入場監(jiān)雷達和進近雷達融合處，系統(tǒng)獲得SSR 代碼，然后與飛行計劃相匹配，自動掛單。

由此看出現有的掛單機制是基于SSR 代碼的，一旦無法獲取航班的SSR 代碼，就無法通過SSR 代碼來尋找到匹配的飛行計劃，于是航班就無法掛單。

解決辦法

為了解決場面監(jiān)視雷達系統(tǒng)無法對起飛航班離開橋位起飛前掛單和場監(jiān)雷達盲區(qū)問題，可以考慮引入多點定位系統(tǒng)。

多點定位系統(tǒng)原理

多點定位（Multilateration，MLAT）系統(tǒng)通過計算飛機或車輛發(fā)射信號到達接收站的時間差（TDOA）來確定其空間位置。多點定位系統(tǒng)的有點是基站布置靈活、定位精度高、建設運行維護成本低，另外可以有效解決盲區(qū)問題。

圖1 多點定位系統(tǒng)原理圖

圖2 多點定位系統(tǒng)的組成圖

如圖1 所示，MLAT 利用雙曲線上的點到定點的距離差是常數，這樣三個接收機就可以產生兩條雙曲線，而兩條雙曲線的交點就是目標的位置。對于二維空間，兩個接收站決定了一條雙曲線，第三個接收站可以確定另一條雙曲線，兩條雙曲線的交點確定了目標的坐標X，Y。而對于三維空間，則需要四個就收站才能確定目標的坐標X，Y，Z。

多點定位系統(tǒng)的組成

多點定位系統(tǒng)主要由遠端站、中心站和參考應答機組成。如圖2 所示。

遠端站由機柜、通訊模塊、電源模塊和收發(fā)模塊組成，遠端站的分布是由覆蓋范圍和機場的地形所決定的，每個遠端站至少要能夠接受一個參考應答機的信號。

參考應答機就是一些特定位置的遠端站。參考應答機定期發(fā)送一個S 模式信號，遠端站對該信號的時間進行標記，然后與預期的標記值進行比較，以此來校正每個遠端站的振蕩器。

中心站主要用于綜合遠端站的信號，計算得到目標的TDOA 位置，再通過程序進行恢復由多徑干擾造成的信號損壞，由此可以通過最大似然估計法來精確地計算出二維或者三維的目標位置。

多點定位系統(tǒng)的布點

首先，為了節(jié)省安裝成本，布點的時候首先考慮利用場面上已有的臺站，例如可以考慮將參考應答機設置在塔臺、二次雷達站、場監(jiān)雷達站等，如圖所示。利用這些臺站已有的供電設備，數據傳輸鏈路，可以大大減少安裝時的布線工程，同時也不需要再進行第三方協(xié)議。

再者，目標發(fā)現的概率與接收站的冗余度有關。假設在100m 的范圍內少于100 個目標，并且該范圍內有最少3～4 個接收站，那么發(fā)現概率會達到99.9%。另外，目標的識別概率和接收站的冗余度也有關，假設在100 米的范圍內少于100 個目標，并且該范圍內有最少1～4 個接收站，那么識別概率會達到99.9%。

為了解決場面監(jiān)視系統(tǒng)，無法對起飛航班掛單的問題，虹橋機場的MLAT 系統(tǒng)必須配有接受/發(fā)射站點，通過這些站點發(fā)出詢問信號，目標接收后對其進行回復，那么MLAT 系統(tǒng)將該目標的位置和解碼的回復信號輸出給場面監(jiān)視雷達系統(tǒng)，則可以達到掛單的目的，并且可以提高目標位置的精確度?？梢钥紤]將接受/發(fā)射站點設置在橋位265、232 附近，在這里可以保證西面的所有目標都可以接受到詢問信號；塔臺和thales 二次雷達站設置接受/發(fā)射站點則可保證東面目標都可以接收到詢問信號。如圖所示。

而對于其他接收站而言，需要滿足覆蓋范圍的要求，每塊區(qū)域至少需要四個以上接收機，當任何接收機出現故障和數據丟失時，每塊區(qū)域至少可以有一個冗余的接收機。大致所要布點的位置如圖所示。

對于虹橋場面監(jiān)視系統(tǒng)來說，多點定位系統(tǒng)還可以彌補現在場監(jiān)雷達的盲區(qū)。并且多點定位系統(tǒng)可以融合ADS-B 信息，ADS-B 也是將來發(fā)展的一個趨勢，由此可見，多點定位系統(tǒng)非常靈活，成本也很低。