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雷达技术在空管自动化系统的应用

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《雷达科学与技术》2017年第5期

摘要:民航空中交通流量的持续增长对提升空管监视设备提出了更高的要求,目前普遍使用的A/C模式二次雷达,由于二次代码资源缺乏、缺少飞行员和航空器的下行数据、航空器数据更新频率低等不足,已经无法满足未来民航发展的需求。本文分析了S模式雷达技术,通过对下行数据的解析和应用,结合现有空管雷达融合、相关和告警技术,提出为了S模式雷达技术在空管系统中的应用实例。

关键词:s模式;下行数据;空管系统

0引言

到2020年,我国民航空中交通流量将达到2014年的3倍左右,年起降架次将超过1500万。雷达等传统监视技术及其布局、数量将难以满足日益增长的航空运输的需要[1]。华东地区空中交通流量大,飞行密度高,空域结构复杂,迫切需要S雷达技术提供监视补盲与备份,以提升空中交通管制能力。同时,地面监视处理系统也需要航空器更多的信息,普通的A/C模式二次雷达已经无法更好的适应目前众多的实际需求。一种新的我们称之为S模式的雷达应运而生。S模式技术从二十世纪六十年代开始发展,现阶段基于S模式应答机的技术已十分成熟。目前商用航空器已大部分安装了S模式应答机。S模式应答机目前主要应用在S模式雷达、数据链系统、多点定位系统、1090兆赫扩展电文的ADS-B技术和在防相撞系统中。

1S模式雷达技术简介

A/C模式应答机监视能力(ModeA/CSurveillance)。传统的A/C模式应答机能应答询问机发出的询问信号,A模式询问时,应答信号为4096个MODE3/A二次代码;C模式询问时,应答信号为高度编码信息。通过雷达询问机和机载A/C模式应答机联合可以提供航空器的二次代码、高度和位置信息。用于管制[2]。“S”是选择()的意思。S模式二次雷达是由传统A/C模式二次雷达基础上发展起来的。当有限的二次雷达识别码(最多4096个)成为航班量增长的瓶颈时,英国和美国分别开始发展改进系统,英国发展了选择地址二次监视雷达(ADSEL),美国研究了离散寻址信标系统(DABS),1981年英美达成协议将两者合而为一,称为S模式系统[3]。由于S模式基于传统A/C模式,因此S模式完全兼容传统A/C模式。S模式相对于常规A/C模式有以下优点:

(1)S模式二次雷达足以解决传统A/C二次雷达A码(识别码)资源紧张的问题S模式系统为每架飞机提供了单独的24位地址码,总共具有16,777,216个地址码。全球范围内每架飞机的S模式地址在出厂后唯一指定,S模式二次雷达用S模式地址码来代替A码实现识别功能。

(2)询问方式的改变,根本上解决了应答混淆现象S模式雷达发射的询问信号中包含了飞机的地址码,只有地址码相符的飞机才会产生应答,实现了有选择的点名制询问,被点名的回答,未被点名的不回答,因此现在分辨两架飞机有如分辨两个人,即使他们抱在一起也能将他们分开。

(3)询问率和应答率的降低,从根本上减少了雷达间异步干扰的产生由于S模式雷达是点名询问,因此采用S模式后,我们就可降低对目标的询问率,因而也降低了目标的应答率,从而降低了异步干扰的产生。

(4)S模式雷达能够得到比A/C模式雷达更丰富的信息S模式具有地空双向数据交流功能,其中可以携带大量数据信息。通过询问应答模式,可以读取机载应答机BDS寄存器中的信息,因此S模式下雷达输出的数据信息十分丰富,其中包括:飞机航班号、飞机24位地址信息、飞机磁航向、飞机真空速、飞机转弯角等。这些信息便于管制人员了解飞机更详细的状况。

(5)S模式雷达接收的数据更加精准可靠由于应答信号采用了新的调制和编码方式,使解码的误码率大大降低,因此S模式二次雷达所接收到的信息的完整性和可靠性比传统的A/C模式二次雷达高。另外,S模式二次雷达可以提供分辨率为25英尺(7.62米)的高度信息,优于传统的A/C模式分辨率为100英尺(30.48米)的高度信息。目前上海区管中心的主用/备用自动化系统引接了10部S模式雷达,分别是:上海虹桥、南京尹山、南昌生米、福州风洞山、连云港袁闸、青岛流亭、杭州恩瑞特、宁波、合肥、盐城恩瑞特,这10部S模式雷达基本可以覆盖上海大部分区域。

2目前的S模式雷达应用

S模式雷达数据采用的格式为ASTERIX标准中的048类和034类,其中048类是单雷达目标报告001类信息的升级版,034类是单雷达勤务报告002类信息的升级版。以2010年发布的1.17版048类格式定义为例,与001类所具有的数据项相比,最大的不同是多出了飞机识别信息(航班号I048/240)、24位地址码(I048/210)和ACAS报告(I048/260)等新数据项。在现有空管自动化系统的版本中,S模式信息主用应用于如下几方面:

2.1S模式雷达的融合处理

当系统中S模式雷达信息参加融合时,系统级别的相关会优先考虑S模式的地址码和航班号,系统级别的融合跟踪会采用S模式的雷达信息。S模式雷达输出的信息包括高度信息、A码、飞机识别信息(航班号)SI、飞机24位地址信息SA、信号强度信息、方位信息、时标信息。无论是任何版本的数据类型,包括ASTERIX的CAT048、CAT034、CAT021、CAT02、CAT001等种类信息,监视数据处理能根据数据类型的各个数据项,提取分解目标状态的各个信息,包括高度、位置、方向、速度、呼号、地址等信息,实现单监视信息的相关和跟踪,同时把这些数据融合到系统航迹中,产生信息更全面的系统航迹。

2.2界面显示

通过管制界面菜单栏的弹出的下拉菜单按钮,可供更换使用的航空器识别源包括:(1)和航迹相关的飞行计划的航班呼号(显示为:ACID);(2)航迹的A/C模式的二次代码(显示为:SSR);(3)航迹的24位航空器地址码(显示为:24BIT);(4)航迹的目标航迹识别码(显示为:TRGTID)。通过菜单按键可对管制界面上监视航迹标牌的航空器识别源进行切换显示切换SSR、24位地址码、目标识别码(航班呼号)之间显示切换。

2.3自动相关

自动相关是基于比较监视航迹中送来的信息和飞行计划数据之间的信息,综合采用以下相关因素:TargetID(航班呼号)、TargetADD(24位地址码)、ASSR、PSSR四个因素的权值,并可以离线配置这些相关因素,综合权值最高的航迹与计划对优先做相关判断。这样可以充分利用S模式的信息进行相关,极大的提升了相关的准确性。

2.424位地址码重码告警

在现有空管自动化系统版本中,若发现飞行器出现相同TARGETADDRESS,在管制界面出现DUPE重码告警功能。

3S模式雷达应用过程中的问题

3.1航空公司输入不准确问题

在S模式雷达运行初期,存在着部分航空公司在FPL中输入错误的航空器24BITCODE甚至不予输入,一些机组在航空器的FMC系统中系统输入与FPL中呼号不符的航班号,或者不予输入,导致不能发挥S模式的功能,为此专门协调相关航空公司,对于具备S模式的航空器,在填报或拍发FPL是能在报文第18编组中正确输入该航空器唯一的24BITCODE,并且机组在航空器的FMC系统规范输入与FPL中呼号保持一致的航班号。

3.2机载设备24bit重码问题

在现有THALES自动化系统版本中,若发现飞行器出现相同TARGETADDRESS,在管制界面出现DUPE重码告警功能。按常规,这种DUPE不应该存在,因为24bit是飞机全球唯一的标识,不应该有重复。但是,上海曾出现3次此类告警,出现此类告警时,由于DUPE还有二次代码重码的含义,所以一般管制员会修改航班的二次应答机,但是告警始终无法消除,给管制工作带来影响。

4S模式雷达在今后的新应用

4.1S模式下行数据的显示

新应用中加入了S模式下行数据飞行员选择高度,飞机航向,飞机地速等等显示。具体实现:可以在管制界面增加一个DownlinkDatawindow,当在管制界面上选中一架航班时,该航班的某些下行数据将在该窗口中显示。

4.2显示航班呼号

在新应用中,当出现没有相关的S模式航迹时,管制界面上将同时显示SSR及TargetID(航班呼号),这样管制员可以获得更多的飞机识别信息。

4.3呼号不一致告警

在新应用中,当相关的航迹中的航班呼号与S模式雷达探测到的下行数据中的航班呼号不一致时,将会产生告警。这样可以提醒管制及时发现,避免错误相关导致的错误管制。

4.4CFL不一致告警

当S模式下行数据中的飞行员选择高度与飞行计划数据中管制员指令高度不一致时,将会产生告警。提醒管制员和飞行员核对飞行高度。

5结束语

目前上海自动化系统是2015升级新版本之后,才刚刚开始真正对S模式雷达数据进行应用,S模式有许多下行数据,自动化系统对这些数据的应用也只处于初步研究阶段,大多数数据也仅是供管制员显示,真正能应用的数据也只是航班号,地址码和飞行员选择的高度。并且,有些数据需要航空公司,飞行员的配合才能正确使用。对于S模式数据的应用,国外自动化系统也没有更多的经验可以借鉴。所以,今后也需要飞行员、管制员、技术人员一起,共同对这些数据的进行研究,其应用之路将是任重而道远。

参考文献:

[1]中国民用航空ADS-B实施规划.中国民用航空局,2012.

[2]MH4010-2000空中交通管制二次监视雷达设备技术规范.中国民用航空局,2000.

[3]王洪,刘昌忠,汪学刚.二次雷达S模式综述[J].电讯技术,2008.

作者:应伟煜1;杨恺2;周禄华1 单位:1.中国民用航空华东地区空中交通管理局,2.南京莱斯信息技术股份有限公司

雷达科学与技术杂志责任编辑:张雨    阅读:人次