二次雷達S模式技術(shù)在空管局自動化中的應(yīng)用

陳 劼

（中國民航華東地區(qū)空中交通管理局，上海 200000）

0 引 言

改革開放以來我國經(jīng)濟快速發(fā)展，促進了我國民航及空管事業(yè)的高速發(fā)展，民航飛行量激增，空管管理壓力增大，長期處于滿負荷甚至超負荷運行狀態(tài)。目前，機場雷達系統(tǒng)布局和設(shè)施應(yīng)用ADS-B技術(shù)和防撞技術(shù)很大程度上滿足了航空業(yè)務(wù)等監(jiān)視技術(shù)的需要，但是部分空管局空中交通流量依然很大，飛行密度持續(xù)增高，民用與軍用空域結(jié)構(gòu)日趨復雜。一些國內(nèi)主流繁忙機場采用二次雷達S模式雷達和ADS-B技術(shù)，對機場空管提供監(jiān)視補盲和系統(tǒng)備份，同時結(jié)合大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)，整合空管系統(tǒng)內(nèi)部資源，高效集成遠端臺站設(shè)備實時監(jiān)控、經(jīng)典案例分析、預(yù)防性維護、專家知識庫以及移動式巡查管理等遠端臺站綜合智慧管理業(yè)務(wù)，從而提升民航空管制效率和能力[1]。

1 二次雷達S模式技術(shù)

雷達技術(shù)應(yīng)用在機場，監(jiān)視機場航空器飛行狀態(tài)、飛行信息及機場安全等，確保機場運行安全。傳統(tǒng)意義上，機場雷達系統(tǒng)主要包括一次雷達系統(tǒng)和二次雷達系統(tǒng)。一次雷達系統(tǒng)主要利用雷達天線發(fā)射一定頻率的信號，目標反射信號后，利用信號反射波原理實現(xiàn)目標的監(jiān)視、捕捉、跟蹤以及定位等功能。一次雷達系統(tǒng)通常被描述成完全獨立、非合作監(jiān)視。二次雷達系統(tǒng)主要利用接收機進行信號問詢，目標接收機收到問詢信號按照應(yīng)答機制進行答復、尋址、信號定位以及雙向鏈路，從而實現(xiàn)監(jiān)視任務(wù)。二次雷達系統(tǒng)主要有A、B、C、A/C以及S模式，基本工作原理如圖1所示。

二次雷達S模式雷達技術(shù)最早始于20世紀60年代，是基于A/C模式逐步發(fā)展應(yīng)用起來的。A/C模式（Mode A/C Surveillance）應(yīng)答機監(jiān)視通過A/C模式詢問，可實現(xiàn)4 096條MODE 3/A二次應(yīng)答代碼通道詢問應(yīng)答和特殊編碼應(yīng)答，對飛行器高度、位置等信息進行完全監(jiān)視。1981年，美國的離散尋址信標（DABS）和英國的選擇地址二次監(jiān)視雷達（ADSEL）技術(shù)進行有效整合，最終形成二次雷達S模式雷達監(jiān)視系統(tǒng)。目前，二次雷達S模式雷達監(jiān)視系統(tǒng)已經(jīng)比較成熟，廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)鏈、ADS-B的1090兆赫擴展電文、多點定位以及飛行防撞系統(tǒng)[2]。

二次雷達S模式雷達特點在于有效解決傳統(tǒng)A/C模式二次雷達識別碼（A碼）只能達到4 096個應(yīng)答瓶頸問題。二次雷達S模式雷達采用24位地址碼編碼模式，可給每個飛行器分配16 777 216個問詢地址碼，且每個飛行器出廠后的S模識別碼具有唯一性。二次雷達S模式雷達由于具有飛行器唯一特殊編碼，在發(fā)射詢問信號時可進行單獨應(yīng)答模式，不會產(chǎn)生問詢及應(yīng)答混亂，極大地降低了雷達間的異步干擾問題。二次雷達S模式采用雙向數(shù)據(jù)鏈信息交互功能詢問應(yīng)答過程，可實現(xiàn)飛行器注冊識別碼、航班序列號、SSR應(yīng)答代碼、磁航方向、飛行速度、轉(zhuǎn)彎角以及機型等數(shù)據(jù)信息的識別和讀取，便于機場及空管系統(tǒng)對飛行器進行監(jiān)視管理。另外，二次雷達S模式雷達接收應(yīng)答信號采用新型信號調(diào)制和解碼方式，實現(xiàn)航跡信息關(guān)聯(lián)、“FSSA”告警，極大地降低了誤碼率，提高了雷達分辨率，提升了雷達監(jiān)視覆蓋領(lǐng)域，使得信息接收精準度和完整性較高，有效保證了飛機飛行安全，提高了空管效率和安全性。

二次雷達S模式雷達數(shù)據(jù)格式采用ASTERIX標準048及034類。單雷達目標報告001類升級成048類，包含了I048/210的飛機24位地址碼和航班號I048/240等飛機識別信息，同時增加了I048/260等ACAS報告數(shù)據(jù)項。單雷達勤務(wù)報告002類升級信息成034類。

2 二次雷達S模式雷達在空管自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 二次雷達S模式雷達信息融合與告警

我國很多空管自動化系統(tǒng)中具有二次雷達S模式雷達信息融合功能，空管系統(tǒng)采用級別相關(guān)和告警優(yōu)先原則。二次雷達S模式下行數(shù)據(jù)中的最終意圖高度與CFL不一致（FSSA）告警功能的應(yīng)用，極大提升了空域管制的安全性。空管自動化系統(tǒng)可以根據(jù)S模雙向鏈路信息以及地址碼等信息，自動融合飛機識別碼、航班號（SI）、24位地址碼、雷達信號強弱、飛機高度和方位、飛行速度和定位信息、CAT048和CAT034等識別信息?？展鼙O(jiān)視系統(tǒng)根據(jù)信息融合，在監(jiān)視顯示端自動繪制、顯示飛行航跡，管制員方便在雷達屏幕上讀取飛機調(diào)定高度、真空速及航向等飛行信息等。飛機一旦出現(xiàn)飛行偏差，系統(tǒng)自動發(fā)出“FSSA”等告警，便于空管人員與機組人員溝通，而空管人員可在雷達顯示界面看到機組對管制指令接收執(zhí)行正確性。表1給出了飛行雷達告警信息[3]。

表1 二次雷達S模式飛行告警信息表

2.2 雷達界面顯示

機場空管自動化系統(tǒng)雷達監(jiān)視顯示界面具有ACID、SSR切換功能，ACID主要顯示信息包括飛機航班號、S模識別碼、24位航空器地址碼、航跡識別碼（TRGT ID）以及航班呼號（Target ID）等信息，并可根據(jù)監(jiān)視需要進行自由切換，如圖2所示。

圖2 二次雷達S模式監(jiān)視界面

在系統(tǒng)的ADSB/MODE-S/MLAT顯示窗口有下送該數(shù)據(jù)時，S MODE顯示內(nèi)容如圖3所示。

圖3 飛機下行數(shù)據(jù)S模窗口顯示圖

2.3 數(shù)據(jù)鏈路應(yīng)用

S模式雷達數(shù)據(jù)鏈路（ES）擴展頻率采用1 090 MHz，ES上行頻率為1 030 MHz，下行頻率為1 090 MHz，采用脈沖位置信息編碼格式，目前多結(jié)合ADS-B系統(tǒng)應(yīng)用。消息位bit位0用“O1”表示的“0”,“l(fā)”用“10”表示。下行1 090 MHz頻率為ES鏈路中發(fā)射機天線發(fā)射的飛行器高度、經(jīng)緯度以及速度等信息。ES數(shù)據(jù)鏈下行頻率目前也應(yīng)用到飛行沖突避免系統(tǒng)（Traffic Collision Avoidance System，TCAS）系統(tǒng)中，如圖4所示。

圖4 ES下行鏈路頻率波形圖

圖4中，Bus報頭8 μs消息標識出S模式，后112 bit為數(shù)據(jù)信息位，數(shù)據(jù)位嚴格按照航空報文信息編碼規(guī)則編碼，每個消息數(shù)據(jù)位由DF、CA、CF、ME以及PI字段構(gòu)成。在雷達監(jiān)視界面，可通過航班號下拉菜單中的MOM界面，利用ADSB/MODE-S/MLAT窗口查看當前航班S MODE顯示內(nèi)容。

3 結(jié) 論

目前，我國航空運輸業(yè)務(wù)日益繁忙，空管自動化系統(tǒng)應(yīng)用也逐年升級、改進。為保證空中交通管制的安全性、高效性和有序性，空管局多采用多種雷達監(jiān)視模式構(gòu)成空管雷達網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，形成了完善的多雷達單目標監(jiān)視，并通過數(shù)據(jù)系統(tǒng)對監(jiān)視數(shù)據(jù)進行高效信息融合，輸出雷達航跡等綜合融合數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了飛行計劃相關(guān)、信息數(shù)據(jù)共享、空域管制、信息告警以及顯示等功能，從而提高了監(jiān)視精度和空中交通管制的全面性。