THALES自動(dòng)化系統(tǒng)飛行軌跡計(jì)算與投遞原理淺析

陳玉平

摘要：隨著民航飛行流量的增加，提供優(yōu)質(zhì)的空中交通管制服務(wù)勢在必行。飛行數(shù)據(jù)處理功能是空中交通管制自動(dòng)化系統(tǒng)的重要功能之一，本文主要介紹了THALES自動(dòng)化系統(tǒng)的飛行數(shù)據(jù)處理中的4D軌跡的建立和計(jì)算方法，通過扇區(qū)和交接點(diǎn)的計(jì)算，進(jìn)行飛行計(jì)劃和進(jìn)程單的投遞。結(jié)合飛行軌跡計(jì)算原理和系統(tǒng)中的日志，對生產(chǎn)運(yùn)行中出現(xiàn)的投遞問題進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并給出了原因。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化系統(tǒng)；FDP；4D軌跡；投遞

中圖分類號(hào)：TP391.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）01-0219-02

空中交通管制自動(dòng)化系統(tǒng)是空中交通管制員指揮航空器的手段之一。它的功能是對多部雷達(dá)送來的航跡進(jìn)行處理，并將雷達(dá)航跡與飛行計(jì)劃進(jìn)行相關(guān)，將目標(biāo)顯示在管制席位上，使管制員能實(shí)時(shí)掌握空中飛機(jī)的動(dòng)態(tài)，為管制指揮提供依據(jù)?？展茏詣?dòng)化系統(tǒng)好比管制員的眼睛，隨著空中流量的迅猛增長，給空中交通服務(wù)提出了更高的要求，對空管自動(dòng)化系統(tǒng)的依賴也越來越強(qiáng)，尤其對自動(dòng)化系統(tǒng)的飛行數(shù)據(jù)處理功能的準(zhǔn)確性也提出了越來越高的要求。

在空管自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中，管制員經(jīng)常反映所管轄航班在扇區(qū)內(nèi)顯示的顏色不正確的問題，這與飛行數(shù)據(jù)處理、飛行軌跡計(jì)算及計(jì)劃投遞有著密切的關(guān)系。下面以THALES自動(dòng)化系統(tǒng)為基礎(chǔ)，介紹飛行軌跡計(jì)算與投遞。

1 飛行數(shù)據(jù)處理功能介紹

THALES空管自動(dòng)化系統(tǒng)包括雷達(dá)數(shù)據(jù)處理和飛行數(shù)據(jù)處理兩大主要功能。飛行數(shù)據(jù)處理功能（FDP）主要完成的任務(wù)是處理接收到的飛行電報(bào)、管制輸入等數(shù)據(jù)，生成飛行計(jì)劃，管理飛行計(jì)劃生命周期和應(yīng)答機(jī)代碼，完成飛行軌跡的計(jì)算、管制的移交和協(xié)調(diào)、進(jìn)程單的投遞和打印等功能。

系統(tǒng)定義了飛行數(shù)據(jù)區(qū)（FDRG）、飛行計(jì)劃系統(tǒng)區(qū)（FPSA）、飛行計(jì)劃擴(kuò)展區(qū)（FPEA），以便對飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的處理。飛行數(shù)據(jù)區(qū)（FDRG）就是北京空管中心管轄的整個(gè)飛行管制區(qū)域，在FDRG之內(nèi)，系統(tǒng)對飛行計(jì)劃執(zhí)行完整的數(shù)據(jù)處理，在FDRG之外的另外兩個(gè)區(qū)域，F(xiàn)DP只是對飛行計(jì)劃進(jìn)行必要的分析和簡單的處理。

系統(tǒng)的飛行數(shù)據(jù)區(qū)實(shí)際上是所管制的空域，是一個(gè)三維空間，由所管轄區(qū)域的范圍和高度組成。為了便于管制指揮系統(tǒng)將整個(gè)管制空域分割成多個(gè)物理扇區(qū)（Volumetric Sectors），包括區(qū)域和終端區(qū)。根據(jù)終端區(qū)飛行特點(diǎn)，終端管制區(qū)需要按照進(jìn)、離港劃設(shè)進(jìn)近管制扇區(qū)，導(dǎo)致無法按地理位置分割。為了滿足上述工作上的需要，系統(tǒng)在物理扇區(qū)的層面下又定義了功能扇區(qū)（Functional Sectors），一個(gè)物理扇區(qū)可以包含兩個(gè)或兩個(gè)以上的功能扇區(qū)。例如終端區(qū)的一個(gè)物理扇區(qū)可以包含離場、進(jìn)場兩個(gè)功能扇區(qū)。

系統(tǒng)中航班的飛行數(shù)據(jù)主要來自各類飛行計(jì)劃電報(bào)、雷達(dá)數(shù)據(jù)處理模塊（RDP）提供的系統(tǒng)航跡和管制員輸入的飛行信息。FDP將不同來源的飛行計(jì)劃數(shù)據(jù)信息按照ICAO格式進(jìn)行處理和分析，創(chuàng)建初始的飛行數(shù)據(jù)記錄條（FDR）。

FDP根據(jù)收到的航班的飛行數(shù)據(jù)生成飛行計(jì)劃的同時(shí)，為每個(gè)航班也計(jì)算出一條飛行軌跡，F(xiàn)DP從航班的飛行數(shù)據(jù)中抽取重要航路點(diǎn)，起飛/落地機(jī)場高度，飛行高度，飛行速度，下線定義的航空器性能等數(shù)據(jù)計(jì)算出航班的初始飛行軌跡。

2 飛行軌跡計(jì)算

2.1 飛行軌跡概念

THALES系統(tǒng)對飛行軌跡的定義如下：飛行軌跡=航路（Route）+剖面（Profile）+時(shí)間（Times）。系統(tǒng)通常在創(chuàng)建飛行計(jì)劃時(shí)，就計(jì)算出了飛機(jī)初始的飛行軌跡。在整個(gè)飛行計(jì)劃生命周期內(nèi)，根據(jù)飛行計(jì)劃航路修改、接收到的雷達(dá)位置報(bào)告（APR）等信息不斷進(jìn)行更新和修改。

Thales自動(dòng)化系統(tǒng)采用四維飛行軌跡計(jì)算。系統(tǒng)提取FPL領(lǐng)航計(jì)劃中的航路點(diǎn)、高度等信息進(jìn)行剖面計(jì)算和預(yù)計(jì)穿越的扇區(qū)的計(jì)算，移交點(diǎn)的確定以及飛行過程中每個(gè)點(diǎn)飛越時(shí)間的計(jì)算，不斷地對飛行軌跡進(jìn)行修正，以便獲取最精確的計(jì)劃軌跡和飛行態(tài)勢，提供給管制作為飛行指揮的依據(jù)。

2.2 飛行軌跡計(jì)算

系統(tǒng)依據(jù)FPL報(bào)文編組15的航路信息、并根據(jù)領(lǐng)航計(jì)劃報(bào)中的巡航速度、起飛、落地機(jī)場和當(dāng)前飛行計(jì)劃飛經(jīng)航路的各個(gè)點(diǎn)的經(jīng)緯度（這些數(shù)據(jù)都來自離線定義）等信息，計(jì)算出飛行計(jì)劃的3D飛行軌跡，大致計(jì)算出飛行計(jì)劃的飛行軌跡。航路的4D計(jì)算是在3D剖面的基礎(chǔ)上計(jì)算出各個(gè)航路點(diǎn)的預(yù)計(jì)飛越時(shí)間ETO（Estimated Time of Overfly），并推算出經(jīng)過的管制扇區(qū)，經(jīng)過每個(gè)功能扇區(qū)的邊界時(shí)間，并計(jì)算移交時(shí)間和投遞扇區(qū)。

2.2.1 航路解析

FDP從領(lǐng)航計(jì)劃報(bào)FPL中提取起飛機(jī)場、落地機(jī)場及第15組航路信息中確定各類與管制相關(guān)的航路點(diǎn)、導(dǎo)航臺(tái)的信息、進(jìn)離港程序中的各點(diǎn)信息進(jìn)行處理。

2.2.2 剖面計(jì)算

系統(tǒng)為每一個(gè)飛行計(jì)劃進(jìn)行飛行剖面計(jì)算，在空間構(gòu)造一個(gè)三維軌跡。剖面計(jì)算基于從飛行計(jì)劃中提取的航路點(diǎn)、起飛機(jī)場/降落機(jī)場、起飛降落機(jī)場的高度、申請的速度、離線定義的航空器性能文件等數(shù)據(jù)。

每架航班的飛行都可以由起飛、巡航和降落三個(gè)階段組成。飛行數(shù)據(jù)處理器從飛行計(jì)劃中提取RFL巡航高度作為航班起飛階段的最高點(diǎn)，并根據(jù)離線定義的飛機(jī)機(jī)型、爬升率、速度等性能數(shù)據(jù)計(jì)算航班的初始起飛階段，即“forward profile”。飛行數(shù)據(jù)處理器根據(jù)“forward profile”推算出上升階段每個(gè)點(diǎn)的實(shí)際飛行高度AFL。對于降落階段，飛行數(shù)據(jù)處理器同樣依據(jù)飛機(jī)性能參數(shù)計(jì)算出飛機(jī)降落階段的飛行剖面。該剖面是從落地機(jī)場倒推到巡航過程中最高下降點(diǎn)，被稱之為“backward profile”。起飛和降落階段的飛行剖面計(jì)算完成后，F(xiàn)DP將最高爬升點(diǎn)和最高下降點(diǎn)連接起來形成飛機(jī)的巡航階段。FDP從領(lǐng)航計(jì)劃報(bào)文的15字段中提取各點(diǎn)的高度作為各階段的剖面計(jì)算高度PCFL。若出現(xiàn)“forward profile”未到達(dá)RFL時(shí)就和“backward profile”剖面相遇的情況，F(xiàn)DP會(huì)判斷航班巡航高度不會(huì)到達(dá)申請的RFL，并按照兩個(gè)階段的相遇點(diǎn)計(jì)算出新的飛行軌跡。

系統(tǒng)在下列情況下會(huì)進(jìn)行剖面計(jì)算工作：

（1）生成計(jì)劃時(shí)計(jì)算出初始飛行剖面。

（2）當(dāng)飛行航路或起飛機(jī)場落地機(jī)場改變時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)高度PCFL值計(jì)算飛行剖面，將起飛落地機(jī)場的高度作為剖面計(jì)算的起始點(diǎn)和終止點(diǎn)。

（3）航路點(diǎn)的預(yù)計(jì)高度PCFL發(fā)生改變時(shí)。

（4）當(dāng)FDP收到雷達(dá)數(shù)據(jù)處理器送來的飛機(jī)自動(dòng)位置報(bào)告APR，并且APR所報(bào)告的飛機(jī)飛行高度與系統(tǒng)計(jì)算出的飛行高度AFL值相差超過系統(tǒng)參數(shù)MAX_PROFILE_RA-DAR_LEVEL_DISCREPANCY[2]（系統(tǒng)定義為1000feet）時(shí)，會(huì)重新計(jì)算剖面。當(dāng)飛機(jī)在“backward profile”階段時(shí)，若APR報(bào)告高度高于降落階段剖面，系統(tǒng)不會(huì)重新計(jì)算剖面。

2.2.3 預(yù)計(jì)過點(diǎn)時(shí)間計(jì)算

飛行數(shù)據(jù)處理器根據(jù)飛機(jī)性能及高空風(fēng)速數(shù)據(jù)計(jì)算出起飛和降落階段的時(shí)間，同時(shí)根據(jù)飛行計(jì)劃中的巡航速度計(jì)算出巡航階段的時(shí)間。系統(tǒng)推算出飛機(jī)經(jīng)過的航路點(diǎn)或報(bào)告點(diǎn)的預(yù)計(jì)過點(diǎn)時(shí)間ETO。這樣完成4D飛行軌跡的計(jì)算。如圖1所示。

2.2.4 穿越扇區(qū)計(jì)算

一架航班在整個(gè)飛行過程中會(huì)穿越不同的空域，會(huì)被多個(gè)管制員管轄，管制員需要提前獲得要穿越它管轄的扇區(qū)的航班的計(jì)劃信息，因此提前計(jì)算出航班要穿越的扇區(qū)的信息是至關(guān)重要。同時(shí)自動(dòng)移交程序也依賴于該信息。

FDP計(jì)算出飛行計(jì)劃軌跡穿越各扇區(qū)的點(diǎn)，并將其定義成穿越點(diǎn)Transition Fix，同時(shí)計(jì)算每個(gè)飛越點(diǎn)的飛行高度AFL。系統(tǒng)根據(jù)離線定義的自動(dòng)移交文件（AUTOMATIC_TRANSF

ER_CONDITIONS.ASF）完成航班在各個(gè)扇區(qū)和FDRG之間的移交工作。下面是移交定義：對AC01，如果航班起飛機(jī)場是ZBAA，移交點(diǎn)VM，那么移交給AC04。

/AC01/

if DEP is ZBAA，SRE 0 is VM，，，，，，

hand AC04

if DEP is ZBAA，SRE 0 is LADIX，，，，，，

hand AC04

if DEP is ZBAA，SRE 0 is WF，，，，，，

hand AC04

根據(jù)投遞文件將航班相應(yīng)的電子進(jìn)程單投遞到相應(yīng)的管制席位上。

/TAC02/

if ， ， ， ， ， ， ，

post 1 02 GEO MMI AC02

post 2 02 GEO MMI AC02

post 3 02 GEO MMI AC02

post 4 02 GEO MMI AC02

if ， ， ， ， ， ， ，

post 5 02 GEO MMI AC02

post 6 02 GEO MMI AC02

系統(tǒng)按照飛行軌跡，根據(jù)系統(tǒng)定義的離線數(shù)據(jù)完成航班在本管制區(qū)域內(nèi)航班的飛行和移交。

3 結(jié)語

飛行數(shù)據(jù)處理中，飛行計(jì)劃軌跡的計(jì)算與飛機(jī)移交和計(jì)劃投遞直接影響到管制指揮的效率。由于不同原因可能導(dǎo)致航班不能正確移交給負(fù)責(zé)管轄它的扇區(qū)，顏色顯示為黑色，使管制員不能及時(shí)關(guān)注該航空器，可能造成與扇區(qū)內(nèi)其他航空器的沖突。通過對飛行軌跡計(jì)算、移交與投遞原理的分析，將有效提高調(diào)查此類問題的能力，為飛行安全提供保障。