EUROCAT—XV5空管自動化系統(tǒng)STCA告警原理及測試方案淺析

黃帆

【摘 要】本文在對EUROCAT-X V5空管自動化系統(tǒng)STCA告警原理進(jìn)行闡述的基礎(chǔ)上，深入分析STCA告警功能測試的方法，從而提出一套合理可行的方案，能夠?qū)TCA告警進(jìn)行較全面的測試，以便發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)功能的缺陷或參數(shù)設(shè)置的偏差，確保該功能能夠滿足管制工作的要求，保障空管安全。

【關(guān)鍵詞】EUROCAT-X V5系統(tǒng)；空管自動化；STCA告警；告警測試

0 引言

EUROCAT-X V5空管自動化系統(tǒng)（以下簡稱“系統(tǒng)”）是廣州區(qū)域管制中心的主用空管自動化系統(tǒng)，為空中交通管制員提供雷達(dá)監(jiān)視、危險(xiǎn)告警、飛行計(jì)劃處理等服務(wù)，在空中交通管制工作中起著至關(guān)重要的作用。短期沖突告警（Short-Term Conflict Alert，以下簡稱STCA）功能是系統(tǒng)提供的最重要的功能之一，能夠在航空器違反或即將違反飛行間隔時(shí)發(fā)出告警提示，提醒管制員及時(shí)采取措施避免沖突發(fā)生，在保障飛行安全方面起到關(guān)鍵作用。

1 STCA告警原理

系統(tǒng)對每一對符合條件的航跡進(jìn)行跟蹤計(jì)算，當(dāng)發(fā)現(xiàn)航跡對的水平、垂直間距同時(shí)小于或者在用戶規(guī)定的告警時(shí)間內(nèi)將要同時(shí)小于參數(shù)值時(shí)，系統(tǒng)告警[1]。系統(tǒng)推測向前看時(shí)間內(nèi)航跡預(yù)計(jì)到達(dá)的位置和高度，確定告警計(jì)算的范圍，使告警能具有前探性，預(yù)測未來可能發(fā)生的沖突[2]，如圖1所示。

系統(tǒng)首先進(jìn)行航跡合格性的檢查，比如高度、速度、SSR、航班號、是否處在抑制區(qū)、與航跡關(guān)聯(lián)的飛行計(jì)劃狀態(tài)等，這些狀態(tài)均需滿足要求才對航跡進(jìn)行告警計(jì)算。航跡對同時(shí)違反規(guī)定的水平間隔和垂直間隔則判斷其產(chǎn)生沖突。最小水平及垂直間隔是通過離線定義，其中最小垂直間隔則根據(jù)航跡的高度不同而設(shè)置兩種間隔值，高空采用較大間隔，中低空采用較小間隔，滿足RVSM條件的也可采用較小間隔，區(qū)調(diào)區(qū)域和進(jìn)近區(qū)域采用不同間隔標(biāo)準(zhǔn)，如果兩飛機(jī)分別在不同區(qū)域，則使用較小間隔進(jìn)行計(jì)算。

當(dāng)系統(tǒng)檢測到航跡對的沖突，那么這對航跡對的沖突計(jì)數(shù)器M將相應(yīng)增加；當(dāng)之前預(yù)測到的沖突已經(jīng)不再被系統(tǒng)檢測到，那么這對航跡對的沖突丟失計(jì)數(shù)器N將相應(yīng)增加；沖突質(zhì)量為M/（M+N）[2]。按照上述計(jì)算，在管制席位上能夠看到STCA告警的主要為以下三種沖突[2，3]：

（1）Real conflict：沖突時(shí)間等于0；

（2）Close conflict：沖突時(shí)間小于STCA_IMMINENT_TIME（30秒）；

（3）Actual conflict：沖突時(shí)間小于STCA_WARNING_TIME（60秒） and（沖突質(zhì)量大于STCA_CONFLICT_QUALITY（0.7）or沖突計(jì)數(shù)器M大于STCA_COUNTER_THREHOLD（2）or在沖突時(shí)間的水平間隔小于STCA_SEVERE_SEPARATION_DISTANCE（2.8海里）；

另外，系統(tǒng)在垂直方向上的高度預(yù)測加入了具有CFL數(shù)據(jù)的航跡使用高度層保護(hù)方法，使高度預(yù)測更為合理，避免了一些虛假告警的產(chǎn)生[1]。當(dāng)航空器下降時(shí)，CFL-RDP_MAX_LEVEL_OVERSHOOT（40米）作為高度預(yù)測的限制；當(dāng)航空器爬升時(shí)，CFL+RDP_MAX_LEVEL_

OVERSHOOT作為高度預(yù)測的限制；還定義了一些不使用CFL數(shù)據(jù)對高度預(yù)測進(jìn)行限制的情況[2]。

系統(tǒng)定義與STCA告警有關(guān)參數(shù)的離線數(shù)據(jù)文件主要是CA_PARAMETERS.ASF和STCA_AREAS.ASF，前者定義告警間隔、告警時(shí)間、告警條件等參數(shù)，后者定義告警區(qū)和告警抑制區(qū)，詳見參考文獻(xiàn)[3]。

2 STCA告警測試方案

2.1 測試工具

使用雷達(dá)信號模擬器輸出指定雷達(dá)格式的扇區(qū)和目標(biāo)等數(shù)據(jù)包，把這些數(shù)據(jù)包通過同步設(shè)備輸出為同步HDLC信號，經(jīng)過交叉線轉(zhuǎn)換后由PLINE輸入EUROCAT-X V5系統(tǒng)的雷達(dá)處理服務(wù)器。系統(tǒng)讀入模擬雷達(dá)信號后形成單路雷達(dá)航跡，通過卡爾曼濾波算法融合成系統(tǒng)航跡，并顯示在管制席位界面上。測試設(shè)備的連線圖如圖2所示。

2.2 測試步驟

（1）在系統(tǒng)的離線數(shù)據(jù)管理服務(wù)器上選定被替換的雷達(dá)，記下雷達(dá)格式、經(jīng)緯度、高度、轉(zhuǎn)速、作用距離、點(diǎn)跡/航跡、是否帶正北、是否帶時(shí)間戳、識別碼等關(guān)鍵參數(shù)；

（2）在雷達(dá)信號模擬器上修改配置文件config.xml，填入上述參數(shù)；

（3）對雷達(dá)信號模擬器的操作系統(tǒng)時(shí)間進(jìn)行校準(zhǔn)；

（4）連接雷達(dá)信號模擬器、扁平線、跳線盒（或交叉線）、PLINE；

（5）按照測試用例定義的場景編輯測試腳本；

（6）運(yùn)行雷達(dá)模擬器；

（7）在系統(tǒng)管制席位上確認(rèn)被替換的雷達(dá)已激活，確認(rèn)單雷達(dá)和多雷達(dá)模式下能看到模擬的飛行目標(biāo)；

（8）選定某一模擬目標(biāo)，創(chuàng)建相應(yīng)（應(yīng)答碼、高度、飛行航路一致）的飛行計(jì)劃，使之與目標(biāo)相關(guān)；

（9）將目標(biāo)接管，隨著腳本運(yùn)行觀察目標(biāo)的告警狀態(tài)，是否達(dá)到預(yù)期的測試效果，做好測試結(jié)果的記錄工作。

2.3 測試用例

測試用例的設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)參考文獻(xiàn)[4]的規(guī)定以及自動化系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)手冊來制定，觸發(fā)STCA告警的情況很多，為了讓測試方案涵蓋盡可能多的場景，應(yīng)先對測試場景按不同標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類，再將各種場景組合得出較完整的測試用例，表1列出了STCA告警測試的場景分類設(shè)計(jì)方案以供參考。

將以上類別經(jīng)過反復(fù)組合可獲得較全面的測試用例，舉個(gè)簡單的例子，相對飛行+平行飛行+同高度+沿航線飛行，該組合獲得場景是兩航空器在相同高度沿相同航線定速相對飛行，根據(jù)該場景設(shè)計(jì)測試用例如下：用雷達(dá)信號模擬器向被測系統(tǒng)發(fā)送2個(gè)目標(biāo)，目標(biāo)1（二次代碼A1234），飛行速度900km/h，高度7800米，目標(biāo)2（二次代碼A3456），速度900km/h，高度7800米，沿相同航路相向平飛，兩個(gè)目標(biāo)水平方向起始距離為80km，建立相應(yīng)飛行計(jì)劃，并使之與模擬目標(biāo)相關(guān)。至少一個(gè)目標(biāo)處于controlled狀態(tài)。在席位屏幕上觀察，兩目標(biāo)逐漸靠近，在相距約35公里時(shí)出現(xiàn)STCA告警，并伴有聲音提示。

結(jié)合上述例子，通過對測試用例所設(shè)計(jì)的場景參數(shù)及系統(tǒng)離線參數(shù)的計(jì)算，可得出預(yù)測的告警距離。計(jì)算過程如下：由于兩目標(biāo)高度一致，且均為平飛，因此，垂直間隔為0米，此時(shí)主要考慮水平間隔的計(jì)算，假設(shè)系統(tǒng)最小水平間隔設(shè)置為5km，兩目標(biāo)相對速度1800km/h，假設(shè)STCA_WARNING_TIME為60秒，按照飛行趨勢，檢測到?jīng)_突后沖突質(zhì)量為1，也就是說，當(dāng)沖突時(shí)間小于60秒則告警出現(xiàn)，因此，告警距離=相對速度*告警時(shí)間+最小間隔=35km。這個(gè)告警距離與實(shí)際告警距離不一定完全一致，因?yàn)橄到y(tǒng)每兩個(gè)航跡更新周期進(jìn)行一次STCA告警的計(jì)算，因此，及時(shí)達(dá)到告警距離，也是要在系統(tǒng)進(jìn)行告警計(jì)算時(shí)才可能出現(xiàn)告警，如果達(dá)到告警距離后兩個(gè)周期仍不告警則認(rèn)為測試不通過。

總之，測試用例應(yīng)列明根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理所計(jì)算出來的結(jié)果，也就是測試的預(yù)期結(jié)果，若真實(shí)測試結(jié)果與預(yù)期結(jié)果不符，則認(rèn)為測試不通過。

3 總結(jié)和展望

本文在對EUROCAT-X V5系統(tǒng)STCA告警原理進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上，提出一套可行的、較全面的測試方案，并闡述了測試工具、測試場景、測試用例的設(shè)計(jì)方法，為發(fā)現(xiàn)STCA告警功能缺陷或告警參數(shù)設(shè)置不合理提供了切實(shí)可行且覆蓋面廣的測試手段。

該套測試方案可推廣應(yīng)用于其他廠家生產(chǎn)的空管自動化系統(tǒng)測試，在軟件新版本測試、補(bǔ)丁測試、兩項(xiàng)告警功能測試中具有較高的應(yīng)用價(jià)值。下一步將在實(shí)際運(yùn)用中進(jìn)一步檢驗(yàn)并完善測試方案。

【參考文獻(xiàn)】

[1]中國民航空管自動化處理系統(tǒng)低高度告警及沖突告警功能使用管理規(guī)定[S].

[2]EUROCAT-X System/Segment Specification.

[3]EUROCAT-X Data Preparation HMI Specification.

[4]空中交通管制自動化系統(tǒng)最低安全高度告警及短期飛行沖突告警功能[S].

[責(zé)任編輯：李書培]