劉旭

【摘要】? ? 近年來，隨著對(duì)備份自動(dòng)化系統(tǒng)的重視程度不斷提升，萊斯自動(dòng)化系統(tǒng)在管制運(yùn)行中的使用頻率逐步提高。本文主要介紹萊斯自動(dòng)化系統(tǒng)監(jiān)視數(shù)據(jù)處理流程，旨在對(duì)萊斯自動(dòng)化系統(tǒng)功能有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。

【關(guān)鍵詞】? ? 萊斯自動(dòng)化系統(tǒng)? ? 監(jiān)視數(shù)據(jù)處理

萊斯自動(dòng)化系統(tǒng)是民航華北空管局使用的備份自動(dòng)化系統(tǒng)。為鞏固、強(qiáng)化備份空管自動(dòng)化系統(tǒng)在管制指揮運(yùn)行中的處理能力，民航華北空管局發(fā)布了《萊斯備份自動(dòng)化系統(tǒng)常態(tài)化使用方案》，旨在備份自動(dòng)化系統(tǒng)在關(guān)鍵時(shí)刻能夠用得上、頂?shù)米　１疚闹饕榻B了萊斯自動(dòng)化系統(tǒng)監(jiān)視數(shù)據(jù)處理的原理，希望技術(shù)人員能夠?qū)ο到y(tǒng)雷達(dá)處理過程有更深刻的理解，不斷提高自身業(yè)務(wù)水平，更好的為管制員提供服務(wù)。

一、監(jiān)視數(shù)據(jù)信息流程

如圖所示，萊斯自動(dòng)化系統(tǒng)收到監(jiān)視數(shù)據(jù)后，首先在雷達(dá)前置處理機(jī)上進(jìn)行監(jiān)視數(shù)據(jù)預(yù)處理，包括數(shù)據(jù)解析、主備通道控制和格式轉(zhuǎn)換工作，然后將主通道數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)視數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并同時(shí)輸出監(jiān)視數(shù)據(jù)的質(zhì)量指標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果至監(jiān)控終端。監(jiān)視數(shù)據(jù)處理模塊在接到監(jiān)視數(shù)據(jù)后首先進(jìn)行單雷達(dá)監(jiān)視數(shù)據(jù)處理，并生成單路航跡，然后將多個(gè)單路航跡融合生成綜合航跡。通過系統(tǒng)其它模塊對(duì)單路及綜合航跡數(shù)據(jù)進(jìn)行告警計(jì)算、QNH高度修正、航跡與計(jì)劃相關(guān)，最后將處理后的單路及綜合航跡向各席位及外部系統(tǒng)進(jìn)行輸出。

二、監(jiān)視數(shù)據(jù)前置處理

為了盡量保證參與監(jiān)視數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)質(zhì)量，減輕后端處理的負(fù)擔(dān)，系統(tǒng)接入包括雷達(dá)數(shù)據(jù)、ADS-B數(shù)據(jù)等各種監(jiān)視數(shù)據(jù)時(shí)都會(huì)先經(jīng)過前置處理模塊進(jìn)行預(yù)處理，篩選整理后再進(jìn)入監(jiān)視數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行航跡的生成和維護(hù)等工作。

2.1監(jiān)視數(shù)據(jù)前置處理機(jī)的配置

監(jiān)視數(shù)據(jù)前置處理模塊部署在監(jiān)視數(shù)據(jù)前置處理機(jī)上，監(jiān)視數(shù)據(jù)前置處理機(jī)之間通過獨(dú)立的雷達(dá)子網(wǎng)互聯(lián)，其它服務(wù)器只能通過C網(wǎng)登錄監(jiān)視數(shù)據(jù)前置機(jī)。系統(tǒng)有多種監(jiān)視數(shù)據(jù)前置處理機(jī)：在主監(jiān)視數(shù)據(jù)處理模塊之前配置了4臺(tái)RFP服務(wù)器和2臺(tái)SFP服務(wù)器，RFP引接普通航管雷達(dá)數(shù)據(jù)，SFP引接ADS-B和MLAT數(shù)據(jù);在旁路監(jiān)視數(shù)據(jù)處理模塊之前配置了4臺(tái)BRFP服務(wù)器和2臺(tái)BSFP服務(wù)器，BRFP引接普通航管雷達(dá)數(shù)據(jù)，BSFP引接ADS-B和MLAT數(shù)據(jù);在塔臺(tái)本地監(jiān)視數(shù)據(jù)處理模塊之前配置了2臺(tái)TSFP服務(wù)器，可引接普通航管雷達(dá)數(shù)據(jù)、ADS-B和MLAT數(shù)據(jù)。

2.2監(jiān)視數(shù)據(jù)格式分解和合法性檢查

監(jiān)視數(shù)據(jù)前置處理模塊對(duì)接入的監(jiān)視數(shù)據(jù)按照對(duì)應(yīng)的格式規(guī)范進(jìn)行數(shù)據(jù)項(xiàng)分解，提取其中目標(biāo)屬性、位置、高度、速度、24位地址碼、時(shí)標(biāo)等信息，同時(shí)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)項(xiàng)做必要的合法性檢查，數(shù)據(jù)幀中聲明的本監(jiān)視源的區(qū)域碼和地址碼不符合定義則被系統(tǒng)丟棄（此項(xiàng)檢查可通過離線參數(shù)SAC_SIC_CHECK來控制是否執(zhí)行），長度錯(cuò)誤（數(shù)據(jù)幀實(shí)際長度與聲明的不符或過長）的數(shù)據(jù)幀、組裝格式錯(cuò)誤（不符合已定義的數(shù)據(jù)格式）的數(shù)據(jù)幀等明顯有問題的數(shù)據(jù)將被過濾掉，以此保證異常的監(jiān)視數(shù)據(jù)不會(huì)對(duì)后續(xù)的單路航跡處理和多路航跡融合造成不良影響。

監(jiān)視數(shù)據(jù)前置處理模塊在對(duì)原始監(jiān)視數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行分解提取之后，將其中的有用信息重新組裝成精簡格式的數(shù)據(jù)幀發(fā)送給對(duì)應(yīng)的監(jiān)視數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行處理，如此做法可大為減少數(shù)據(jù)流量，減輕后端的處理壓力。

2.3監(jiān)視數(shù)據(jù)的主/備通道處理

系統(tǒng)支持對(duì)每個(gè)監(jiān)視數(shù)據(jù)源同時(shí)接入A/B兩個(gè)通道的數(shù)據(jù)，監(jiān)視數(shù)據(jù)前置處理模塊同時(shí)在接收所有通道上的數(shù)據(jù)，在通道控制模塊的自動(dòng)控制或人工控制下，將其中質(zhì)量比較好的通道作為主通道，當(dāng)前主通道上的信息才會(huì)被發(fā)送給SDP進(jìn)行進(jìn)一步處理，當(dāng)前備用通道上的信息則不向后端發(fā)送，這也是出于減輕SDP負(fù)擔(dān)的考慮。

監(jiān)視數(shù)據(jù)主/備通道人工或自動(dòng)切換由系統(tǒng)監(jiān)控席決定，自動(dòng)切換的條件根據(jù)監(jiān)控席的邏輯判斷得出，切換的決定由監(jiān)視數(shù)據(jù)前置處理模塊負(fù)責(zé)執(zhí)行。

三、監(jiān)視數(shù)據(jù)處理

監(jiān)視數(shù)據(jù)處理模塊接收前置處理模塊發(fā)送過來的處理過后的監(jiān)視數(shù)據(jù)，完成航跡目標(biāo)信息的生成和更新工作。

航跡信息從性質(zhì)上可分為兩大類：單路航跡和綜合航跡。

單路航跡：是指雷達(dá)數(shù)據(jù)、ADS-B數(shù)據(jù)、MLAT數(shù)據(jù)等單獨(dú)的監(jiān)視數(shù)據(jù)源，由系統(tǒng)進(jìn)行處理后生成的前后具有關(guān)聯(lián)性的航跡。用戶可以選擇每路單路航跡是否參與系統(tǒng)的綜合航跡融合，不參與融合的單路航跡對(duì)綜合航跡不會(huì)造成影響。

綜合航跡：是指系統(tǒng)將參與融合的所有單路航跡的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，生成的能夠表示目標(biāo)最佳狀態(tài)的唯一目標(biāo)信息。

3.1單路監(jiān)視數(shù)據(jù)處理

監(jiān)視數(shù)據(jù)處理模塊提取出目標(biāo)的位置、高度、速度、屬性、識(shí)別符、時(shí)標(biāo)等數(shù)據(jù)項(xiàng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)項(xiàng)的合法性檢查，將通過檢查的目標(biāo)進(jìn)行坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換并投影到系統(tǒng)平面上，參與單路航跡跟蹤處理。如果系統(tǒng)判定最新收到的航跡與上個(gè)周期的某個(gè)目標(biāo)為同一航空器則對(duì)該航跡信息進(jìn)行更新，如果系統(tǒng)判斷最新的航跡為新的航空器則新建一個(gè)航跡。

目標(biāo)相關(guān)需要對(duì)目標(biāo)位置、高度、24位地址碼、航班號(hào)、二次代碼等數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行評(píng)估。首先對(duì)各個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)分別進(jìn)行評(píng)估，依據(jù)兩個(gè)目標(biāo)在同一數(shù)據(jù)項(xiàng)的相似程度評(píng)估是否為一個(gè)目標(biāo)的可能性，然后根據(jù)各個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的重要性權(quán)重（系統(tǒng)可以配置24位地址碼、航班號(hào)、二次代碼的影響權(quán)重）綜合考慮是否更新上個(gè)周期的某個(gè)航跡或者建立一個(gè)新的單路航跡。

3.2多路監(jiān)視數(shù)據(jù)融合處理

對(duì)于系統(tǒng)綜合航跡，除了可以分別控制雷達(dá)航跡、ADS-B合成航跡和MLAT合成航跡是否參與融合，還可以離線定義已經(jīng)確定參與融合的幾種航跡的融合可信度。在參與融合的幾種航跡信息都能覆蓋到某個(gè)目標(biāo)的情況下，融合可信度設(shè)置為“低”的航跡不會(huì)對(duì)系統(tǒng)綜合航跡造成任何影響;可信度設(shè)置為“高”的航跡正常參與融合。在只有某種航跡能發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的情況下，只要這種航跡被允許參與融合，則系統(tǒng)正常通過融合處理生成系統(tǒng)綜合航跡，不再考慮融合可信度。綜合航跡目標(biāo)的位置由參與融合的各路單路航跡目標(biāo)位置經(jīng)過卡爾曼濾波處理后得到。綜合航跡目標(biāo)的速度由綜合航跡的目標(biāo)位置進(jìn)行迭代計(jì)算，經(jīng)過卡爾曼濾波處理后得到。綜合航跡目標(biāo)的高度選取了參與融合的某個(gè)單路雷達(dá)航跡的高度，并在每次系統(tǒng)綜合航跡更新時(shí)進(jìn)行檢查，視情況繼續(xù)沿用同一部雷達(dá)所報(bào)告的高度或是重新選擇其他雷達(dá)的報(bào)告高度。檢查過程具有幾個(gè)特點(diǎn)：一是盡量不更換雷達(dá)以避免高度數(shù)值回跳;二是比選時(shí)少數(shù)服從多數(shù)。因?yàn)闉V波平滑方法是利用歷史值來修正當(dāng)前值，使其不出現(xiàn)明顯的跳變，適合用來處理航空器水平位置上的變化（因航空器在高速移動(dòng)時(shí)的慣性因素不可避免）;與之情況不同的是垂直方向的變化，高度可能在某一數(shù)值上停留很久后突然改變，引入濾波平滑后將不可避免帶來反應(yīng)慢、報(bào)告給管制員的數(shù)值跟不上實(shí)際變化的問題。

3.2.1綜合航跡的目標(biāo)相關(guān)

綜合航跡的目標(biāo)相關(guān)與單路航跡判定方法相似，系統(tǒng)判定多路監(jiān)視源報(bào)告的多個(gè)已確認(rèn)的目標(biāo)信息是否和某個(gè)已存在的綜合航跡為同一目標(biāo)。如果相關(guān)通過，則認(rèn)為這些目標(biāo)信息確指一個(gè)目標(biāo)，接著進(jìn)行卡爾曼濾波等后續(xù)處理，否則建立新的綜合航跡。與單路航跡的情況不同，只有場面范圍內(nèi)的新建綜合航跡會(huì)立刻顯示在界面上，其他區(qū)域內(nèi)的新建綜合航跡至少要經(jīng)過3個(gè)更新周期的確認(rèn)才會(huì)進(jìn)行顯示。

3.2.2綜合航跡的更新頻率

一般情況下，系統(tǒng)的綜合航跡更新周期為4秒。在PRM窗口中如果系統(tǒng)綜合航跡有ADS-B或MLAT數(shù)據(jù)參與融合時(shí)，且位于離線定義的航跡快速更新空域內(nèi)，則航跡的更新周期為1秒。

3.3 QNH高度修正

系統(tǒng)能根據(jù)接收到的QNH信息，對(duì)單路航跡目標(biāo)和綜合航跡目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)大氣壓高度進(jìn)行QNH高度修正處理，使得目標(biāo)在QNH空域內(nèi)顯示修正海壓高度。

QNH修正高度的數(shù)值由以下公式得出：

QNH修正高度 = 標(biāo)準(zhǔn)氣壓高度 +（QNH - 1013.2）× 修正系數(shù)

其中修正系數(shù)在不同QNH值的情況下取值不同。

在水平方向上，用QNH空域的側(cè)向界限作為水平邊界，在區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)才可能進(jìn)行QNH高度修正，在區(qū)域外的目標(biāo)保持標(biāo)準(zhǔn)大氣壓高度。

在垂直方向上，QNH空域的上界為過渡高度（TA）和過渡高度層（TL）組成的過渡夾層，目標(biāo)上升穿越TA時(shí)，將從QNH修正高度轉(zhuǎn)為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓高度;目標(biāo)下降穿越TL時(shí)，將從標(biāo)準(zhǔn)大氣壓高度轉(zhuǎn)為QNH修正高度。

TA和TL之間的高度差叫高度偏移量（RH），有關(guān)系式：TA + RH = TL

因此在數(shù)據(jù)庫中指定TA或TL其中之一的值，并且設(shè)置為計(jì)算基準(zhǔn)，另外一個(gè)的值由系統(tǒng)根據(jù)上述公式自動(dòng)得出。

這里RH的取值和QNH的大小有關(guān)，在數(shù)據(jù)庫中可設(shè)置QNH的兩個(gè)邊界值limit1和limit2，同時(shí)也需要設(shè)置三種對(duì)應(yīng)的RH的可能取值RH0、RH1和RH2，他們之間的關(guān)系為：

1）QNH ≤ limit1時(shí)，RH的取值為RH0;

2）limit1 < QNH < limit2時(shí)，RH的取值為RH1;

QNH ≥ limit2時(shí)，RH的取值為RH2。

3.4航跡過載處理

系統(tǒng)能根據(jù)設(shè)定的處理能力對(duì)監(jiān)視數(shù)據(jù)進(jìn)行超載處理，當(dāng)所跟蹤處理的目標(biāo)的數(shù)量達(dá)到系統(tǒng)規(guī)定的值時(shí)，系統(tǒng)能在監(jiān)控界面上發(fā)出超載告警提示，并對(duì)溢出數(shù)據(jù)進(jìn)行取舍處理：如果新目標(biāo)在管制區(qū)外，則無條件丟棄;如果新目標(biāo)在管制區(qū)內(nèi)，則挑選一個(gè)既在管制區(qū)外又沒有和飛行計(jì)劃相關(guān)上的已有目標(biāo)進(jìn)行丟棄;如果沒有滿足條件的已有目標(biāo)，則新目標(biāo)被丟棄。

四、結(jié)束語

萊斯自動(dòng)化系統(tǒng)的不斷改進(jìn)，目前已與主用系統(tǒng)在操作界面和功能性上基本一致。隨著主備同步等一系列技術(shù)的應(yīng)用，未來將實(shí)現(xiàn)主備自動(dòng)化的無縫切換。希望各位技術(shù)人員能夠深入學(xué)習(xí)不同系統(tǒng)間的差異，逐步提高備份自動(dòng)化的運(yùn)行穩(wěn)定性，為管制員提供更好的技術(shù)服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1]民用航空空中交通管制自動(dòng)化系統(tǒng) 第2部分：技術(shù)要求

[2]萊斯自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì)說明

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]民用航空空中交通管制自動(dòng)化系統(tǒng) 第2部分：技術(shù)要求

[2]萊斯自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì)說明