北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)A-SMGCS 高級(jí)地面監(jiān)視引導(dǎo)系統(tǒng)中監(jiān)視數(shù)據(jù)的處理

邢 晉

（華北空管局，北京 100621）

0 引言

北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)（Beijing Daxing International Airport）于2014年12月開(kāi)始動(dòng)工，于2015年9月全面開(kāi)工。2019年9月25日，機(jī)場(chǎng)正式投入運(yùn)營(yíng)。北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)建設(shè)并運(yùn)行著全國(guó)首個(gè)四級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的高級(jí)機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面活動(dòng)目標(biāo)引導(dǎo)及控制系統(tǒng)即A-SMGCS 高級(jí)地面監(jiān)視引導(dǎo)系統(tǒng)（advanced-surfacemovementguideandcontrolsy stem，簡(jiǎn)稱(chēng)“A-SMGCS 系統(tǒng)”），居世界領(lǐng)先地位。

在A-SMGCS 高級(jí)地面監(jiān)視引導(dǎo)系統(tǒng)中，監(jiān)視功能是系統(tǒng)各種功能正常運(yùn)行的基礎(chǔ)。ASMGCS 系統(tǒng)監(jiān)視信號(hào)源引接了包含多部場(chǎng)面監(jiān)視雷達(dá)、2部航管雷達(dá)、多部ADS-B（廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視）基站，以及多點(diǎn)相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)的監(jiān)視源數(shù)據(jù)。通過(guò)接收多種監(jiān)視源數(shù)據(jù)，并進(jìn)行解析及融合處理，可實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面覆蓋范圍內(nèi)的航空器和車(chē)輛進(jìn)行連續(xù)的定位與標(biāo)識(shí)。并在管制席的態(tài)勢(shì)界面上顯示活動(dòng)目標(biāo)（航空器和車(chē)輛）的運(yùn)動(dòng)態(tài)勢(shì)。

圖1

1 監(jiān)視數(shù)據(jù)的來(lái)源

A-SMGCS 高級(jí)地面監(jiān)視引導(dǎo)系統(tǒng)接入的各類(lèi)監(jiān)視數(shù)據(jù)可為不同種類(lèi)的目標(biāo)報(bào)告信息。航管雷達(dá)監(jiān)視源分為一次、二次、S模式等，主要監(jiān)控空中目標(biāo)落地階段以及最后的五邊降落階段，為較高高度的目標(biāo)提供監(jiān)視服務(wù)；ADS-B 監(jiān)視源、場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)監(jiān)視源及正在積極建設(shè)的多點(diǎn)相關(guān)監(jiān)視源可對(duì)在機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面范圍內(nèi)活動(dòng)的航空器和車(chē)輛進(jìn)行連續(xù)的定位與標(biāo)識(shí)，主要為地面及低高度目標(biāo)提供監(jiān)視服務(wù)。系統(tǒng)對(duì)各個(gè)監(jiān)視源的數(shù)據(jù)進(jìn)行完整性和有效性檢查，經(jīng)過(guò)篩選的數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)、配對(duì)，實(shí)現(xiàn)單雷達(dá)數(shù)據(jù)處理的融合，形成穩(wěn)定的單雷達(dá)航跡目標(biāo)，可在態(tài)勢(shì)界面上單獨(dú)進(jìn)行查看。同時(shí)也為后續(xù)多傳感器的目標(biāo)跟蹤和處理提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2 監(jiān)視數(shù)據(jù)的融合

A-SMGCS 高級(jí)地面監(jiān)視引導(dǎo)系統(tǒng)在單監(jiān)視源數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，采用多種濾波方法建立動(dòng)力學(xué)模型和觀測(cè)模型，對(duì)多路監(jiān)視源數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理，計(jì)算生成系統(tǒng)綜合航跡位置信息，并顯示在系統(tǒng)態(tài)勢(shì)界面內(nèi)。系統(tǒng)綜合航跡是充分運(yùn)用多源信息的冗余性和互補(bǔ)性的結(jié)果，較各路單監(jiān)視源數(shù)據(jù)更為精確平滑，在系統(tǒng)的日常使用中更具有適用性。

圖2

3 監(jiān)視數(shù)據(jù)的更新周期

A-SMGCS 高級(jí)地面監(jiān)視引導(dǎo)系統(tǒng)對(duì)處于不同階段的監(jiān)視目標(biāo)采取更新周期自動(dòng)可變的處理方式。

當(dāng)某一目標(biāo)只有航管雷達(dá)探測(cè)到目標(biāo)時(shí)，融合航跡的更新周期為4s；當(dāng)場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)、ADS－B 監(jiān)視源、多點(diǎn)相關(guān)監(jiān)視源可以同時(shí)探測(cè)到目標(biāo)時(shí)，系統(tǒng)融合航跡的更新周期自動(dòng)變?yōu)?s，保證系統(tǒng)融合航跡的更新周期為參與融合數(shù)據(jù)源的最小更新周期。

對(duì)于空中落地目標(biāo)，當(dāng)其位于最后的五邊降落階段時(shí)，系統(tǒng)將在航管雷達(dá)4s 更新報(bào)告的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，結(jié)合飛機(jī)降落運(yùn)動(dòng)模型，將航跡周期插值為2s 更新，以提高系統(tǒng)跟蹤的實(shí)時(shí)性，同時(shí)有利于實(shí)現(xiàn)空中航管雷達(dá)4s 信號(hào)源與地面監(jiān)視1s 信號(hào)源的平滑過(guò)渡。靈活可變的數(shù)據(jù)更新周期，對(duì)于管制人員使用A-SMGCS 高級(jí)地面監(jiān)視引導(dǎo)系統(tǒng)為機(jī)組提供服務(wù)增加了可靠性與實(shí)時(shí)性。

4 地面目標(biāo)航跡位置優(yōu)選和智能計(jì)算

A-SMGCS 高級(jí)地面監(jiān)視引導(dǎo)系統(tǒng)對(duì)于場(chǎng)面上多信號(hào)源覆蓋區(qū)域內(nèi)的同一目標(biāo)進(jìn)行航跡數(shù)據(jù)的計(jì)算處理時(shí)，系統(tǒng)將同時(shí)實(shí)時(shí)計(jì)算各個(gè)信號(hào)源報(bào)告位置與其歷史運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的變化關(guān)系并進(jìn)行優(yōu)選處理，同時(shí)結(jié)合數(shù)據(jù)的分布規(guī)律進(jìn)行優(yōu)化過(guò)濾，將報(bào)告位置與其他信號(hào)源有明顯差異、或運(yùn)動(dòng)軌跡明顯偏離正常軌跡的信號(hào)源進(jìn)行自動(dòng)排除，減少單路錯(cuò)誤的信號(hào)源信息對(duì)綜合航跡位置產(chǎn)生的干擾，提高目標(biāo)的準(zhǔn)確性和可靠性。

A-SMGCS 高級(jí)地面監(jiān)視引導(dǎo)系統(tǒng)計(jì)算綜合航跡位置時(shí)，實(shí)時(shí)判斷信號(hào)源報(bào)告位置與機(jī)場(chǎng)物理地形的相關(guān)關(guān)系（如跑道中心線(xiàn)，滑行道中心線(xiàn)，草坪等），結(jié)合機(jī)場(chǎng)物理地形數(shù)據(jù)和歷史航跡的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，在保證航跡真實(shí)性和機(jī)動(dòng)性的前提下，對(duì)信號(hào)源報(bào)告的位置誤差進(jìn)行小幅度糾錯(cuò)和抖動(dòng)抑制，并通過(guò)平滑濾波算法提高綜合航跡的穩(wěn)定性和平滑度。

5 不確定目標(biāo)的識(shí)別與抑制

A-SMGCS 高級(jí)地面監(jiān)視引導(dǎo)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)距離相近目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡及趨勢(shì)，當(dāng)兩相鄰目標(biāo)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)及歷史軌跡完全相似且距離小于正常管制運(yùn)動(dòng)間隔時(shí)，系統(tǒng)會(huì)識(shí)別該目標(biāo)對(duì)是否為分裂目標(biāo)，并將分裂目標(biāo)進(jìn)行抑制。A-SMGCS 高級(jí)地面監(jiān)視引導(dǎo)系統(tǒng)中的場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)監(jiān)視源屬于一次雷達(dá)，通過(guò)雷達(dá)回波反射確定目標(biāo)位置。雷達(dá)回波會(huì)因?yàn)榻ㄖ?、?chē)輛等回波干擾或天氣原因不可避免的產(chǎn)生各類(lèi)不確定目標(biāo)。系統(tǒng)通過(guò)信號(hào)源的特殊跟蹤及融匯區(qū)域的細(xì)化設(shè)置，盡可能地減少場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)報(bào)告假目標(biāo)對(duì)系統(tǒng)觀測(cè)的影響。

A-SMGCS 高級(jí)地面監(jiān)視引導(dǎo)系統(tǒng)針對(duì)單監(jiān)視源可設(shè)置以下特殊跟蹤融合區(qū)域：?jiǎn)伪O(jiān)視源生效區(qū)；單監(jiān)視源丟失區(qū)；單監(jiān)視源初始航跡抑制區(qū)；單監(jiān)視源數(shù)據(jù)不可信區(qū)；單監(jiān)視源融合優(yōu)先級(jí)區(qū)。

6 結(jié)束語(yǔ)

在A-SMGCS 高級(jí)地面監(jiān)視引導(dǎo)系統(tǒng)的各項(xiàng)功能中，監(jiān)視功能是各種功能正常運(yùn)行的基礎(chǔ)。監(jiān)視功能的設(shè)計(jì)對(duì)于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)定位精確，標(biāo)識(shí)清晰，既要確保目標(biāo)監(jiān)視的準(zhǔn)確性、可靠性，又要保證控制引導(dǎo)、路徑規(guī)劃等數(shù)據(jù)處理功能的實(shí)時(shí)性和靈活性，同時(shí)又要具有較高的可操作性、先進(jìn)性和人－機(jī)界面的友好性。

A-SMGCS 高級(jí)地面監(jiān)視引導(dǎo)系統(tǒng)為管制員提供直觀可視的操作界面，大幅提高了大興機(jī)場(chǎng)交通的通暢率及運(yùn)行效率，同時(shí)減輕管制員和機(jī)組工作人員的工作負(fù)荷。