空管自動(dòng)化系統(tǒng)飛行計(jì)劃與雷達(dá)航跡相關(guān)技術(shù)分析

陳志峰

【摘要】 本文通過(guò)分析飛行計(jì)劃與雷達(dá)航跡的相關(guān)技術(shù)，結(jié)合自動(dòng)化系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中飛行計(jì)劃與雷達(dá)航跡相關(guān)出現(xiàn)的常見(jiàn)問(wèn)題，提出了一種飛行計(jì)劃與雷達(dá)航跡相關(guān)的解決方案。

【關(guān)鍵詞】 飛行計(jì)劃 雷達(dá)航跡 相關(guān)因子 SSR

一、引言

在空管自動(dòng)化系統(tǒng)中，飛行計(jì)劃與雷達(dá)航跡的相關(guān)主要是指根據(jù)一定的準(zhǔn)則將雷達(dá)航跡目標(biāo)與飛行計(jì)劃進(jìn)行關(guān)聯(lián)，從而為管制用戶提供較為完整的飛行態(tài)勢(shì)信息。其中，雷達(dá)航跡主要是指由雷達(dá)探測(cè)得到的空中目標(biāo)的位置、方向、速度等數(shù)據(jù)；飛行計(jì)劃是指預(yù)先或臨時(shí)確定的與航班相關(guān)的飛行航線以及航班的速度、高度、時(shí)間、起飛機(jī)場(chǎng)、目的機(jī)場(chǎng)等參數(shù)的總和。通過(guò)將雷達(dá)航跡與飛行計(jì)劃的融合，可以充分利用飛行計(jì)劃關(guān)于目標(biāo)的屬性信息以及雷達(dá)關(guān)于目標(biāo)的位置信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)全面及時(shí)地了解和掌握。

二、飛行計(jì)劃與雷達(dá)航跡相關(guān)技術(shù)分析

目前，存在多種飛行計(jì)劃與雷達(dá)航跡相關(guān)的技術(shù)，如傳統(tǒng)的SSR關(guān)聯(lián)法；通過(guò)飛行計(jì)劃的三階段飛行模型航跡預(yù)測(cè)而采用的方向距離相關(guān)法；利用方向因子、偏航因子、時(shí)差因子的計(jì)算采用的最優(yōu)關(guān)聯(lián)閾值法；改進(jìn)的MK-NN算法；基于模糊綜合函數(shù)的飛行計(jì)劃與雷達(dá)航跡關(guān)聯(lián)法等。通過(guò)對(duì)以上技術(shù)的分析可知，飛行計(jì)劃與雷達(dá)航跡的相關(guān)技術(shù)大體上主要分為兩類，一類是采用二次雷達(dá)編碼（SSR代碼）關(guān)聯(lián)方法。另外一類是通過(guò)建立計(jì)劃航跡，利用相關(guān)因子（包含偏航因子、時(shí)間因子、方向因子、速度因子等）和SSR匹配原則完成飛行計(jì)劃與雷達(dá)航跡的相關(guān)，本文定義此種方法為相關(guān)因子關(guān)聯(lián)法。

2.1 SSR關(guān)聯(lián)法

SSR關(guān)聯(lián)法主要滿足以下條件：（1）雷達(dá)航跡沒(méi)有重復(fù)的SSR。若雷達(dá)覆蓋的區(qū)域內(nèi)航跡處在重復(fù)二次代碼告警狀態(tài)，即同時(shí)存在有兩個(gè)SSR 代碼相同的雷達(dá)航跡，即使存在相應(yīng)的飛行計(jì)劃，也不做相關(guān)處理。（2）存在與雷達(dá)航跡對(duì)應(yīng)的飛行計(jì)劃。如要完成雷達(dá)航跡與飛行計(jì)劃的相關(guān)，就要存在與之對(duì)應(yīng)的飛行計(jì)劃。目前，飛行計(jì)劃的來(lái)源主要包括RPL庫(kù)和通過(guò)各種AFTN報(bào)文（主要包括PFL、CPL、DEP、EST等）創(chuàng)建。（3）飛行計(jì)劃滿足自動(dòng)相關(guān)的條件。飛行計(jì)劃只有處在預(yù)激活、協(xié)調(diào)、管制、移交等狀態(tài)才能與雷達(dá)航跡進(jìn)行相關(guān)。

2.2 相關(guān)因子關(guān)聯(lián)法

由于航班的飛行是有規(guī)律性和計(jì)劃性的，航班必須按照指定的航路飛行，我們可以利用當(dāng)前航跡點(diǎn)的偏航程度、時(shí)間、飛行方向、速度等因子，通過(guò)與建立的飛行計(jì)劃航跡進(jìn)行比對(duì)，以此來(lái)推斷哪些飛行計(jì)劃與哪些航跡點(diǎn)存在關(guān)聯(lián)。

（1）計(jì)劃航跡的建立。計(jì)劃航跡主要是根據(jù)航班的飛行計(jì)劃，通過(guò)航路轉(zhuǎn)換，將飛機(jī)的飛行航路信息轉(zhuǎn)換成航路中各個(gè)關(guān)鍵航路點(diǎn)的信息， 這些航路點(diǎn)包括各導(dǎo)航臺(tái)、 各地理參考點(diǎn)、管制區(qū)的入界出界點(diǎn)、起飛落地機(jī)場(chǎng)等。（2）偏航因子。動(dòng)態(tài)航跡點(diǎn)與某航路段的距離（當(dāng)前航跡點(diǎn)到航路段的垂直距離），可以反映該航跡點(diǎn)處于該航路段的可能性大?。蝗粼摵铰范问悄筹w行計(jì)劃航路的一部分，則這種偏離程度代表了航跡點(diǎn)偏離計(jì)劃航路的距離程度，偏離程度越高說(shuō)明該航跡與某計(jì)劃航路相關(guān)的可能性越低，我們認(rèn)為它是動(dòng)態(tài)航跡點(diǎn)與飛行計(jì)劃關(guān)聯(lián)質(zhì)量的一個(gè)因子，并稱之為偏航因子。（3）時(shí)間因子。將雷達(dá)航跡點(diǎn)在某航路段上投影，根據(jù)飛行計(jì)劃信息可以計(jì)算出航空器預(yù)計(jì)到達(dá)該投影位置時(shí)的時(shí)間，該預(yù)計(jì)時(shí)間與雷達(dá)航跡當(dāng)前的時(shí)間相比較存在的時(shí)間差，可反映該航跡點(diǎn)在時(shí)間上偏離計(jì)劃航路的程度，差值越大，說(shuō)明該航跡與某計(jì)劃航路相關(guān)聯(lián)的可能性越低。（4）方向因子。航空器在某航路上飛行是有一定的方向的，因此可以認(rèn)為飛行計(jì)劃中的各航線段也是有方向的。對(duì)于入港和飛越的航班，在其進(jìn)入交接點(diǎn)附近時(shí)予以檢查，雷達(dá)航跡的飛行方向與飛行計(jì)劃的方向應(yīng)大致符合，若當(dāng)前航空器航跡點(diǎn)的方向與某航路段方向的夾角越小，則該航跡點(diǎn)與該航路段的關(guān)聯(lián)可能性越高。（5）速度因子。航空器在飛行過(guò)程中是有速度的，而飛行計(jì)劃中也有巡航速度信息。如果在某時(shí)刻航空器的飛行速度與計(jì)劃航跡中的巡航速度相差很大，那么該雷達(dá)航跡與飛行計(jì)劃關(guān)聯(lián)度視為很小。本方法的缺點(diǎn)是由飛行計(jì)劃推出的計(jì)劃航跡與真實(shí)飛行情況相比，誤差較大。而方向因子、偏航因子、時(shí)差因子所確定的閾值范圍較大，在空中目標(biāo)較多的情況下容易引起誤關(guān)聯(lián)。

三、飛行計(jì)劃與雷達(dá)航跡相關(guān)解決方案

為保證飛行計(jì)劃與雷達(dá)航跡的相關(guān)率，同時(shí)考慮到算法的復(fù)雜性，目前的自動(dòng)化系統(tǒng)大多是綜合上述兩類方法，并結(jié)合各管制區(qū)域的特點(diǎn)，較好的解決了飛行計(jì)劃與雷達(dá)航跡的相關(guān)問(wèn)題。然而，在自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中，由于人為及天氣等因素，往往導(dǎo)致飛行計(jì)劃與雷達(dá)航跡的相關(guān)出現(xiàn)不匹配的現(xiàn)象。

造成上述問(wèn)題的根本原因有兩種，一是管制相關(guān)區(qū)域內(nèi)同時(shí)存在有兩個(gè)SSR 代碼相同的雷達(dá)航跡；二是對(duì)于同一航班存在兩個(gè)計(jì)劃航跡且預(yù)分配了相同的SSR。因此，會(huì)出現(xiàn)以下三種情況：（1）一個(gè)雷達(dá)航跡對(duì)應(yīng)兩個(gè)計(jì)劃航跡；（2）兩個(gè)雷達(dá)航跡對(duì)應(yīng)一個(gè)計(jì)劃航跡；（3）兩個(gè)雷達(dá)航跡對(duì)應(yīng)兩個(gè)計(jì)劃航跡。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出了一種飛行計(jì)劃與雷達(dá)航跡相關(guān)的解決方案，具體內(nèi)容如下：

（1）根據(jù)整個(gè)管制區(qū)的情況，建立兩個(gè)相關(guān)區(qū)域：第一個(gè)區(qū)域本文定義為相關(guān)區(qū)域A，以跑到中心點(diǎn)為中心，r為半徑，h為高，建立一個(gè)柱體，其中r、h根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定。相關(guān)區(qū)域A主要是用于本場(chǎng)起飛的航班在塔臺(tái)管制范圍內(nèi)進(jìn)行相關(guān)處理。第二個(gè)區(qū)域本文定義為相關(guān)區(qū)域B，將管制區(qū)邊界外擴(kuò)D，高為H，并去掉第一個(gè)區(qū)域而形成的柱體，其中D、H根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定。相關(guān)區(qū)域B主要是用于第一種情況外的相關(guān)處理。

（2）相關(guān)區(qū)域A的相關(guān)處理：對(duì)于相關(guān)區(qū)域A，主要關(guān)注的是本場(chǎng)起飛航班的情況。在進(jìn)行相關(guān)處理前，需建立本場(chǎng)起飛航班的計(jì)劃庫(kù)。相關(guān)區(qū)域A內(nèi)的相關(guān)處理，僅需查詢本場(chǎng)起飛航班的計(jì)劃庫(kù)即可。因在本場(chǎng)起飛的航班涉及到跑道、起飛方向的動(dòng)態(tài)變化，所以雷達(dá)航跡的偏航因子、速度因子、方向因子等均不能作為表征因子，而僅靠時(shí)間因子其準(zhǔn)確性較差，所以在相關(guān)區(qū)域A內(nèi)，不適宜使用相關(guān)因子關(guān)聯(lián)法，只能采用SSR關(guān)聯(lián)法。

對(duì)于一個(gè)雷達(dá)航跡對(duì)應(yīng)一條飛行計(jì)劃的情況，采用SSR關(guān)聯(lián)法。對(duì)于兩個(gè)雷達(dá)航跡對(duì)應(yīng)一條飛行計(jì)劃的情況，若兩個(gè)雷達(dá)航跡均在相關(guān)區(qū)域A，不做相關(guān)處理；若一個(gè)雷達(dá)航跡在相關(guān)區(qū)域A，另一個(gè)雷達(dá)航跡在相關(guān)區(qū)域B，相關(guān)區(qū)域A內(nèi)的雷達(dá)航跡可以完成相關(guān)。

對(duì)于一個(gè)雷達(dá)航跡對(duì)應(yīng)兩條飛行計(jì)劃的情況，不做相關(guān)處理，可由管制員手動(dòng)選擇相關(guān)。對(duì)于其他情況，不作相關(guān)處理。

（3）相關(guān)區(qū)域B的相關(guān)處理。對(duì)于相關(guān)區(qū)域B，主要關(guān)注的是本場(chǎng)落地及飛越航班的情況。在進(jìn)行相關(guān)處理前，需建立本場(chǎng)落地及飛越航班計(jì)劃庫(kù)。相關(guān)區(qū)域B內(nèi)的相關(guān)處理，僅需查詢本場(chǎng)落地及飛越航班計(jì)劃庫(kù)即可。在相關(guān)區(qū)域B，可采用SSR關(guān)聯(lián)法與相關(guān)因子關(guān)聯(lián)法相結(jié)合。

對(duì)于一個(gè)雷達(dá)航跡對(duì)應(yīng)一條飛行計(jì)劃的情況，采用SSR關(guān)聯(lián)法。對(duì)于兩個(gè)雷達(dá)航跡對(duì)應(yīng)一條飛行計(jì)劃的情況，若兩個(gè)雷達(dá)航跡均在相關(guān)區(qū)域B，采用相關(guān)因子關(guān)聯(lián)法；若一個(gè)雷達(dá)航跡在相關(guān)區(qū)域A，另一個(gè)雷達(dá)航跡在相關(guān)區(qū)域B，相關(guān)區(qū)域B內(nèi)的雷達(dá)航跡可以完成相關(guān)。

對(duì)于一個(gè)雷達(dá)航跡對(duì)應(yīng)兩條飛行計(jì)劃的情況，采用相關(guān)因子關(guān)聯(lián)法。對(duì)于其他情況，不做相關(guān)處理。

四、總結(jié)

本文通過(guò)對(duì)飛行計(jì)劃與雷達(dá)航跡相關(guān)技術(shù)的分析，結(jié)合自動(dòng)化系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中飛行計(jì)劃與雷達(dá)航跡相關(guān)出現(xiàn)的常見(jiàn)問(wèn)題，提出了一種飛行計(jì)劃與雷達(dá)航跡相關(guān)的解決方案。文中所述方案僅從理論的分析得出，實(shí)際的使用效果還需進(jìn)一步驗(yàn)證。