雷達(dá)數(shù)據(jù)處理在空中交通管制系統(tǒng)中的應(yīng)用

趙艷

【摘要】 本文首先介紹了空管系統(tǒng)和雷達(dá)數(shù)據(jù)處理的概念，然后介紹了雷達(dá)數(shù)據(jù)處理在空管系統(tǒng)中的主要作用、構(gòu)成、處理步驟和基本要求。

【關(guān)鍵字】 雷達(dá)數(shù)據(jù)處理 集中式結(jié)構(gòu) 馬賽克

隨著近年來(lái)國(guó)內(nèi)航班流量的飛速增長(zhǎng)，空中交通管制系統(tǒng)已經(jīng)成為必不可少的一種技術(shù)手段，其不僅能夠提供實(shí)時(shí)的空中交通態(tài)勢(shì)顯示，更關(guān)鍵的是能夠有效地提醒管制員現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)生或者未來(lái)可能發(fā)生的飛行沖突和各類告警信息。雷達(dá)數(shù)據(jù)處理的主要任務(wù)就是通過(guò)雷達(dá)收集到的目標(biāo)信息估算出相應(yīng)目標(biāo)的航跡，同時(shí)預(yù)測(cè)該目標(biāo)將來(lái)的信息，空管系統(tǒng)就是它的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域，圖1給出了兩者結(jié)合的一個(gè)流程。在空管系統(tǒng)中，估算和預(yù)測(cè)目標(biāo)的航跡并不是不是最終的目的，相關(guān)數(shù)據(jù)可以用于指揮飛機(jī)、保持間隔、控制航路航線、控制進(jìn)離場(chǎng)程序、飛行沖突告警、最低安全高度告警和測(cè)量距離等等。

一、雷達(dá)數(shù)據(jù)處理在空管系統(tǒng)中的主要作用及構(gòu)成

空管系統(tǒng)通過(guò)準(zhǔn)確地定位及識(shí)別每一架航班，從而輔助民航空管管制員在各種氣象條件下二十四小時(shí)不間斷地監(jiān)視空中的航班。用于民航空管系統(tǒng)的雷達(dá)主要被分為空管一次雷達(dá)和空管二次雷達(dá)。為了節(jié)約投資和場(chǎng)地，也可以將一次雷達(dá)的天線安裝在二類雷達(dá)天線的上方，共用旋轉(zhuǎn)鉸鏈、馬達(dá)和伺服機(jī)構(gòu)等等。這樣的配置方式能夠結(jié)合一次雷達(dá)可以主動(dòng)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)和二次雷達(dá)作用距離遠(yuǎn)、穩(wěn)定可靠、編碼信息豐富的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于繁忙的機(jī)場(chǎng)或航線十分合適?？展芟到y(tǒng)是一個(gè)完備而復(fù)雜的整體系統(tǒng)，不僅包括技術(shù)資源和操作管理，還包括維護(hù)人員和管理機(jī)構(gòu)。這些構(gòu)成元素均是為了保障安全有序并且高效的空中交通。它們能夠更加合理的調(diào)配有限的空域資源、盡量縮短航班等待以及延誤的時(shí)間、盡量選擇經(jīng)濟(jì)節(jié)約的高度或者航線飛行，最終達(dá)到節(jié)約資金和提高服務(wù)質(zhì)量的目的。

二、雷達(dá)數(shù)據(jù)處理的步驟和要求

在數(shù)據(jù)處理的過(guò)程中，第一步，需要對(duì)獲得的雷達(dá)點(diǎn)跡數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的預(yù)處理，可以實(shí)時(shí)地修正測(cè)量數(shù)據(jù)中包含的系統(tǒng)誤差，去掉固定的目標(biāo)，保證在一定的虛警概率下盡可能地提高發(fā)現(xiàn)概率。第二步，針對(duì)點(diǎn)跡進(jìn)行統(tǒng)一的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換。第三步，對(duì)比處理后的點(diǎn)跡數(shù)據(jù)和現(xiàn)存的航跡數(shù)據(jù)，進(jìn)行航跡起始、航跡關(guān)聯(lián)、跟蹤濾波、航跡終止等操作。最后將航跡信息傳送給空管自動(dòng)化系統(tǒng)，并呈現(xiàn)給管制員。雷達(dá)數(shù)據(jù)處理需要滿足以下的要求。

1、系統(tǒng)具備高可靠性和可用性。假設(shè)發(fā)生低等級(jí)故障時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)必須能夠正常工作；假設(shè)發(fā)生高等級(jí)故障時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)必須能夠按照降級(jí)的模式工作；假設(shè)局部設(shè)備故障，整個(gè)系統(tǒng)必須能夠重新組合。2、系統(tǒng)具備較高的自動(dòng)化水平。要慎重考慮那些需要自動(dòng)化的功能，既要避免系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜，還要避免操作過(guò)于復(fù)雜。3、系統(tǒng)操作需要模塊化和可擴(kuò)展性。這樣可以方便添加或者移除某些功能，使系統(tǒng)能夠適應(yīng)不同的航路管理和機(jī)場(chǎng)地面管理等。

三、雷達(dá)數(shù)據(jù)處理的集中式結(jié)構(gòu)和相關(guān)技術(shù)

為了提高管制員指揮的安全性和效率，需要引接外部監(jiān)視源和控制中心的雷達(dá)數(shù)據(jù)。故多雷達(dá)融合就是一項(xiàng)關(guān)鍵的能力。同樣的，針對(duì)各航班的飛行計(jì)劃和更新的報(bào)文以及狀態(tài)都需要在有管轄權(quán)的控制中心間進(jìn)行傳遞和交互。最常見(jiàn)的雷達(dá)數(shù)據(jù)處理結(jié)構(gòu)是集中式，如圖2所示。一般由大型的高端商用服務(wù)器完成雷達(dá)數(shù)據(jù)處理及飛行計(jì)劃處理這兩大功能?？梢允褂靡慌_(tái)小型服務(wù)器完成數(shù)據(jù)從服務(wù)器到終端的傳送和交換，包括航跡信息和飛行計(jì)劃信息等等，從而使服務(wù)器處理的數(shù)據(jù)與終端顯示的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步。

對(duì)空中目標(biāo)進(jìn)行穩(wěn)定的跟蹤，采用馬賽克的方法將管制空域劃分為棋盤狀的網(wǎng)格，每個(gè)航班都必然存在于某個(gè)網(wǎng)格中。對(duì)每個(gè)網(wǎng)格定義一個(gè)雷達(dá)主數(shù)據(jù)源和一個(gè)備數(shù)據(jù)源。航班處于該網(wǎng)格內(nèi)時(shí)，優(yōu)先用主數(shù)據(jù)源提供的點(diǎn)跡完成航跡跟蹤。當(dāng)主數(shù)據(jù)源的性能降級(jí)甚至失效的時(shí)候，可以用備數(shù)據(jù)源代替主數(shù)據(jù)源。該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)多雷達(dá)跟蹤，且不用每部雷達(dá)覆蓋很大，但整個(gè)雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋遠(yuǎn)大于單部雷達(dá)。因?yàn)椴捎昧瞬煌W(wǎng)格中雷達(dá)獲取的點(diǎn)跡，故最終顯示出來(lái)的每一架航班的系統(tǒng)航跡可能會(huì)具備不同的數(shù)據(jù)更新速率。如果某個(gè)雷達(dá)掃描周期的數(shù)據(jù)丟失，系統(tǒng)會(huì)用現(xiàn)有位置和速度進(jìn)行航跡外推，并在外推的基礎(chǔ)上繼續(xù)進(jìn)行跟蹤。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]何友.雷達(dá)數(shù)據(jù)處理及應(yīng)用[M]. 北京：電子工業(yè)出版社.2006