場(chǎng)面和廣域多點(diǎn)定位系統(tǒng)技術(shù)要求的差異性闡述

邱志豪

摘 要 本文主要介紹場(chǎng)面和廣域多點(diǎn)定位系統(tǒng)技術(shù)要求，通過(guò)對(duì)比闡述它們之間的差異性，為民航行業(yè)技術(shù)人員深入研究多點(diǎn)定位系統(tǒng)技術(shù)要求提供有力的幫助。

關(guān)鍵詞 場(chǎng)面 廣域 多點(diǎn)定位系統(tǒng) 技術(shù)要求

中圖分類(lèi)號(hào)：TH911.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2017.07.017

Explaining The Differences of Technical Requirement

between MLAT and WAM

QIU Zhihao

（South China Air Traffic Control Bureau of CAAC， Guangzhou， Guangdong 510403）

Abstract This paper mainly introduces the technical requirements of scene and wide area multi-point positioning system， and explains the difference between them and provides a powerful help for the technical personnel of civil aviation industry to study the technical requirements of multi-point positioning system.

Keywords scene； wild area； multi-point positioning system； technical requirements

0 引言

多點(diǎn)定位系統(tǒng)已經(jīng)被國(guó)際民航組織ICAO確定為未來(lái)監(jiān)視技術(shù)發(fā)展的主要方向，歐美主要航空強(qiáng)國(guó)正在加速推進(jìn)多點(diǎn)定位技術(shù)的應(yīng)用。近年來(lái)我國(guó)民航行業(yè)也在積極推動(dòng)多點(diǎn)定位系統(tǒng)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化，同時(shí)制定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和相應(yīng)政策，以及開(kāi)展專業(yè)執(zhí)照考核，促使系統(tǒng)推廣應(yīng)用日趨完善。

多點(diǎn)定位技術(shù)主要是利用多個(gè)接收站接收目標(biāo)發(fā)射的同一應(yīng)答信號(hào)，通過(guò)對(duì)各個(gè)接收站接收的信號(hào)到達(dá)時(shí)間差進(jìn)行解算處理實(shí)現(xiàn)目標(biāo)定位。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（時(shí)間同步方式）上看，多點(diǎn)定位系統(tǒng)可分為分布式和集中式，它們均具有主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種工作模式。跟雷達(dá)設(shè)備對(duì)比，多點(diǎn)定位系統(tǒng)具有定位精度高、更新率快、系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單、部署和維護(hù)成本低等優(yōu)勢(shì)。

根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景不同，多點(diǎn)定位系統(tǒng)可分成兩種類(lèi)型：機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面多點(diǎn)定位系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱場(chǎng)面多點(diǎn)）和廣域多點(diǎn)定位系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱廣域多點(diǎn)）。前者主要應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面，對(duì)場(chǎng)面上的航空器和車(chē)輛進(jìn)行監(jiān)視；而后者應(yīng)用于終端（進(jìn)近）或航路。

國(guó)內(nèi)民航行業(yè)將多點(diǎn)定位系統(tǒng)技術(shù)要求也劃分成兩部分，分別是機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面多點(diǎn)定位系統(tǒng)通用技術(shù)要求[1]和廣域多點(diǎn)定位系統(tǒng)通用技術(shù)要求[2]。國(guó)內(nèi)外廠家研制生產(chǎn)的多點(diǎn)定位系統(tǒng)根據(jù)設(shè)備型號(hào)須滿足對(duì)應(yīng)的技術(shù)要求，才能獲得使用許可證，才允許作為合法設(shè)備投入安全生產(chǎn)。

由于不同應(yīng)用場(chǎng)合的關(guān)注點(diǎn)不一樣，場(chǎng)面多點(diǎn)和廣域多點(diǎn)的技術(shù)要求的內(nèi)容存在差異性。本文主要通過(guò)對(duì)比分析這兩個(gè)技術(shù)要求，總結(jié)歸納出異同點(diǎn)，可以為技術(shù)人員深入研究多點(diǎn)定位系統(tǒng)提供鋪墊和幫助。

1 技術(shù)要求差異性對(duì)比

1.1 系統(tǒng)組成

場(chǎng)面多點(diǎn)和廣域多點(diǎn)的系統(tǒng)組成是基本一致的。無(wú)論是系統(tǒng)主要組成、支持雙網(wǎng)、支持雙機(jī)、手動(dòng)/自動(dòng)切換功能，還是采用商業(yè)貨架產(chǎn)品、成熟操作系統(tǒng)等，兩者要求均相同。不過(guò)需要注意一下，測(cè)試應(yīng)答機(jī)在場(chǎng)面多點(diǎn)屬于必選，但在廣域多點(diǎn)屬于可選。

1.2 總體要求

場(chǎng)面多點(diǎn)和廣域多點(diǎn)的總體要求是完全相同的。它們都擁有以下功能或能力：物理防錯(cuò)安裝設(shè)計(jì)、防雷設(shè)計(jì)、重啟時(shí)間、切換時(shí)間、BITE自檢、抗干擾和分辨交織應(yīng)答、過(guò)流和過(guò)壓保護(hù)、設(shè)計(jì)壽命、系統(tǒng)年度可用性、MTBCF和MTTR、處理模A/C/ S類(lèi)信號(hào)等。

1.3 性能要求

場(chǎng)面多點(diǎn)和廣域多點(diǎn)在性能要求上關(guān)注不一樣。除了系統(tǒng)容量相同之外，存在以下區(qū)別：

（1）系統(tǒng)處理時(shí)延。場(chǎng)面多點(diǎn)要求不大于0.5s，而廣域多點(diǎn)根據(jù)不同模式來(lái)定義：在數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模式（通信設(shè)施時(shí)延不超過(guò)500ms）不大于1s，在周期性延遲模式不大于目標(biāo)報(bào)告輸出周期加1s，在周期性預(yù)測(cè)模式不大于0.5s。

（2）目標(biāo)報(bào)告平均更新率。場(chǎng)面多點(diǎn)要求按照每秒至少1次設(shè)計(jì)，以達(dá)到每秒1次的概率來(lái)統(tǒng)計(jì)，在系統(tǒng)監(jiān)視范圍內(nèi)和機(jī)動(dòng)區(qū)不小于95%，在停機(jī)坪不小于70%，在停機(jī)位不小于50%。而廣域多點(diǎn)則要求航路和終端（進(jìn)近）的目標(biāo)報(bào)告更新最大間隔值分別是8s和5s，系統(tǒng)更新ACID和模式A代碼變化的概率不小于95%（3倍更新最大間隔），系統(tǒng)更新緊急代碼和SPI的概率不小于95%（1倍更新最大間隔）。

（3）系統(tǒng)周期性服務(wù)報(bào)更新率。場(chǎng)面多點(diǎn)要求不大于每次1s，而廣域多點(diǎn)要求不大于每次5s。

（4）目標(biāo)水平位置精度。場(chǎng)面多點(diǎn)僅對(duì)場(chǎng)面目標(biāo)有要求：在跑道、滑行道和停機(jī)坪中心線，達(dá)到7.5m和12m的置信度分別是95%和99%；在停機(jī)位，在5s內(nèi)目標(biāo)平均水平位置誤差不超過(guò)20m。而廣域多點(diǎn)要求航路和終端（進(jìn)近）的目標(biāo)水平位置精度最大值分別是350m和150m。

（5）探測(cè)目標(biāo)概率。場(chǎng)面多點(diǎn)要求對(duì)模式S目標(biāo)的探測(cè)概率如下：在跑道、滑行道和停機(jī)坪中心線2s內(nèi)不小于99.9%；在停機(jī)位5s內(nèi)不小于99.9%。而廣域多點(diǎn)要求位置探測(cè)概率不小于97%。

（6）系統(tǒng)錯(cuò)誤探測(cè)概率。場(chǎng)面多點(diǎn)要求小于10-4，而廣域多點(diǎn)要求不大于10-3。

（7）系統(tǒng)目標(biāo)識(shí)別概率。場(chǎng)面多點(diǎn)要求模式S目標(biāo)應(yīng)大于99.9%，而廣域多點(diǎn)要求在1個(gè)目標(biāo)報(bào)告更新最大間隔內(nèi)，系統(tǒng)識(shí)別航空器地址碼概率不小于99%，系統(tǒng)識(shí)別模式A代碼和C代碼概率分別不小于98%和96%。

（8）系統(tǒng)錯(cuò)誤識(shí)別概率。場(chǎng)面多點(diǎn)要求在5s周期內(nèi)小于10-6，而廣域多點(diǎn)要求對(duì)航空器地址碼、模式A代碼、模式C代碼、ACID的錯(cuò)誤識(shí)別均不大于0.1%。

（9）航跡初始化。場(chǎng)面多點(diǎn)要求系統(tǒng)航跡起始時(shí)間不大于5s。而廣域多點(diǎn)要求在5倍更新最大間隔內(nèi)（起飛目標(biāo)以3倍更新最大間隔來(lái)計(jì)算），系統(tǒng)航跡起始概率達(dá)到99%。

此外，廣域多點(diǎn)要求能夠區(qū)分間隔超過(guò)10NM的具有相同航空器地址碼的目標(biāo)。僅配置模式A/C應(yīng)答機(jī)的航空器在表1所示空域范圍和間隔水平下，須滿足以下要求：位置探測(cè)概率在間隔1和間隔2須分別達(dá)到不小于60%和98%；代碼識(shí)別概率在間隔1和間隔2分別達(dá)到不小于30%和90%。

表1 模式A/C航空器水平間隔

1.4 詢問(wèn)站

場(chǎng)面多點(diǎn)和廣域多點(diǎn)對(duì)詢問(wèn)站的描述類(lèi)似，包括詢問(wèn)站主要設(shè)施組成、詢問(wèn)控制、工作頻率、發(fā)射脈沖指標(biāo)、被動(dòng)運(yùn)行模式、模式S 選擇性詢問(wèn)、天線極化等。唯一不同點(diǎn)就是：發(fā)射機(jī)作用范圍。場(chǎng)面多點(diǎn)要求不小于2.5 km，而廣域多點(diǎn)要求發(fā)射機(jī)的脈沖峰值功率應(yīng)滿足系統(tǒng)監(jiān)視范圍覆蓋要求，輸出功率可調(diào)。

1.5 接收站

場(chǎng)面多點(diǎn)和廣域多點(diǎn)對(duì)接收站的描述僅有部分相同，包括接收站主要組成、信號(hào)解碼處理、工作頻率、天線極化等。存在以下區(qū)別：

（1）接收站之間時(shí)差測(cè)量精度。場(chǎng)面多點(diǎn)要求是任意兩個(gè)接收站之間時(shí)差測(cè)量精度不大于10ns（分布式系統(tǒng)），廣域多點(diǎn)沒(méi)有這個(gè)要求。

（2）接收機(jī)靈敏度。場(chǎng)面多點(diǎn)和廣域多點(diǎn)分別要求不大于-75 dBm和-85 dBm。

（3）接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍。場(chǎng)面多點(diǎn)和廣域多點(diǎn)分別要求不小于65 dB和75dB。

（4）解碼能力。場(chǎng)面多點(diǎn)要求接收機(jī)正確探測(cè)解碼率須滿足：功率為MTL+3dBm（廣域多點(diǎn)要求一樣）時(shí)不小于99.9%，功率為-78dBm（廣域多點(diǎn)要求-88dBm）時(shí)不小于90%，功率為-81dBm（廣域多點(diǎn)要求-91dBm）時(shí)不小于15%。

1.6 測(cè)試應(yīng)答機(jī)

場(chǎng)面多點(diǎn)和廣域多點(diǎn)對(duì)測(cè)試應(yīng)答機(jī)的描述完全一致，包括主要組成、發(fā)射機(jī)工作頻率、發(fā)射脈沖指標(biāo)（幅度差值、頻譜、雜散和二次諧波）、接收機(jī)工作頻率、切線靈敏度、天線極化等。

1.7 中心處理站

場(chǎng)面多點(diǎn)和廣域多點(diǎn)對(duì)在中心處理站的描述僅部分相同，包括目標(biāo)信息處理、輸出ASTERIX格式報(bào)文（CAT019服務(wù)報(bào)、CAT020目標(biāo)報(bào)告和CAT021 ADS-B目標(biāo)報(bào)告）、數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議、時(shí)間同步功能等。存在以下區(qū)別：

（1）數(shù)據(jù)輸出模式。場(chǎng)面多點(diǎn)沒(méi)有此項(xiàng)要求，而廣域多點(diǎn)要求支持?jǐn)?shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模式、周期性延遲模式和周期性預(yù)測(cè)模式。

（2）CAT010場(chǎng)面移動(dòng)數(shù)據(jù)報(bào)。場(chǎng)面多點(diǎn)要求輸出，廣域多點(diǎn)不需要。

（3）目標(biāo)報(bào)告數(shù)據(jù)項(xiàng)。場(chǎng)面多點(diǎn)和廣域多點(diǎn)對(duì)目標(biāo)報(bào)告數(shù)據(jù)項(xiàng)輸出有區(qū)別，詳細(xì)見(jiàn)表2所示。

表2 多點(diǎn)定位目標(biāo)報(bào)告數(shù)據(jù)項(xiàng)

1.8 監(jiān)控維護(hù)單元

場(chǎng)面多點(diǎn)和廣域多點(diǎn)對(duì)監(jiān)控維護(hù)單元的描述一樣，包括目標(biāo)實(shí)時(shí)顯示和記錄回放、本地和遠(yuǎn)程監(jiān)控能力、實(shí)時(shí)監(jiān)視系統(tǒng)模塊及通信網(wǎng)絡(luò)、周期性檢查關(guān)鍵性能參數(shù)、配置和控制功能、連續(xù)性檢查系統(tǒng)完好性、初始化故障組件、分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)輸出質(zhì)量、日志記錄和查詢、系統(tǒng)用戶權(quán)限分級(jí)管理等。

1.9 工作環(huán)境

場(chǎng)面多點(diǎn)和廣域多點(diǎn)對(duì)工作環(huán)境的描述也相同，包括工作電源（接收站、發(fā)射站、測(cè)試應(yīng)答機(jī)擁有交流和直流，中央處理站、監(jiān)控維護(hù)單元僅有交流）、室內(nèi)設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性（溫度、濕度）、室外設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性（溫度、濕度、風(fēng)速、降雨、冰雹、冰載、鹽霧、外殼防護(hù)等級(jí)）。

2 總結(jié)

多點(diǎn)定位系統(tǒng)未來(lái)將會(huì)在我國(guó)民航進(jìn)行大規(guī)模推廣建設(shè)。通過(guò)對(duì)比分析場(chǎng)面多點(diǎn)技術(shù)要求和廣域多點(diǎn)技術(shù)要求之間的差異性，認(rèn)真研究和透徹理解行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，提高設(shè)備保障和維護(hù)測(cè)試水平。

參考文獻(xiàn)

[1] 多點(diǎn)定位系統(tǒng)通用技術(shù)要求 第1部分：機(jī)場(chǎng)場(chǎng)面多點(diǎn)定位系統(tǒng)（征求意見(jiàn)稿）.中國(guó)民用航空局空中交通管理局技術(shù)中心，2016：1-8.

[2] 多點(diǎn)定位系統(tǒng)通用技術(shù)要求 第2部分：廣域多點(diǎn)定位系統(tǒng)（征求意見(jiàn)稿）.中國(guó)民用航空局空中交通管理局技術(shù)中心，2016：1-9.