S模式數(shù)據(jù)的分析與應(yīng)用

陳京華

摘 要：S模式雷達(dá)因?yàn)槠淠軌颢@得更多的目標(biāo)數(shù)據(jù)，可以幫助實(shí)現(xiàn)更好的監(jiān)視和管制，本文從S模式的應(yīng)用出發(fā)，對(duì)S模式雷達(dá)下行數(shù)據(jù)（Downlink Airborne Parameter，簡稱DAP）進(jìn)行了簡要的分析并結(jié)合實(shí)際工作情況探討S模式雷達(dá)數(shù)據(jù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：S模式、DAP、CAP、SAP

一、S模式的應(yīng)用

在歐洲，S模式的應(yīng)用可以分為兩個(gè)階段：第一階段S模式基本型監(jiān)視，第二階段S模式增強(qiáng)型監(jiān)視；

（一）S模式基本型監(jiān)視（ELS）

指利用S模式的基本能力實(shí)現(xiàn)基本功能，包括：獲取飛機(jī)的地址碼和呼號(hào)，以用來識(shí)別飛機(jī)；獲取飛機(jī)應(yīng)答機(jī)能力的報(bào)告，可以讓地面的雷達(dá)設(shè)備得到應(yīng)答機(jī)目前通信能力；獲取飛機(jī)的高度信息；獲取飛機(jī)的飛行狀態(tài)信息；獲取飛機(jī)SI編碼能力報(bào)告，以明確機(jī)載設(shè)備是否具備識(shí)別地面SI碼設(shè)備的能力。

這些都是傳統(tǒng)二次雷達(dá)所不具備的，可以解決傳統(tǒng)二次雷達(dá)一些固有的問題，包括：

1、由于采用了24位bit碼作為飛機(jī)的地址碼，可以提供近170萬個(gè)地址碼，相比原來的3/A碼，可以解決飛機(jī)識(shí)別碼不夠的問題；

2、提高監(jiān)視數(shù)據(jù)的完整性，通過選擇性詢問，可以解決同步串?dāng)_、過度詢問、反射等問題，提高數(shù)據(jù)的可靠性；

3、有利于改進(jìn)空域態(tài)勢顯示和跟蹤，S模式中飛機(jī)呼號(hào)和更好的高度精度有利于自動(dòng)化系統(tǒng)的航跡跟蹤計(jì)算，并向管制人員展示；

4、相關(guān)信息在空管自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用有利于告警功能的實(shí)現(xiàn)和完善；

（二）S模式增強(qiáng)型監(jiān)視（EHS）

S模式增強(qiáng)型監(jiān)視是在基本型的基礎(chǔ)上增加了8個(gè)DAP數(shù)據(jù)，具體見表1（表中的后兩列分別代表Track Angle Rate可用和不可用時(shí)DAP的數(shù)據(jù)內(nèi)容）。

這8個(gè)參數(shù)比ELS有更多的優(yōu)勢，包括：

1、數(shù)據(jù)信息直接來源于飛機(jī)自身，可以幫助自動(dòng)化系統(tǒng)更好的實(shí)現(xiàn)航跡跟蹤，并且直接顯示在管制員屏幕上，幫助管制人員更加直觀的了解飛機(jī)狀態(tài)，判斷飛機(jī)是否按照管制要求飛行；

2、降低管制人員的工作負(fù)荷，由于部分信息管制人員可以直接讀取下行數(shù)據(jù)，可以有效減少管制員和飛行員之間的通話量；

3、通過提供更多的信息，實(shí)現(xiàn)管制員與飛行員之間的交叉檢查，從而對(duì)潛在沖突的實(shí)現(xiàn)提前預(yù)警。

二、DAP數(shù)據(jù)的應(yīng)用分析

前文中提到的8類數(shù)據(jù)，對(duì)管制人員和自動(dòng)化系統(tǒng)來說有著顯著的利用價(jià)值，其中直接被管制人員利用的數(shù)據(jù)可以稱為CAPs（Controller Access Parameters），可以用于自動(dòng)化系統(tǒng)以提高監(jiān)視能力的數(shù)據(jù)可以稱為SAPs（System Access Parameters），這些分類并沒有絕對(duì)的區(qū)分，一個(gè)數(shù)據(jù)可以是CAPs的同時(shí)也是SAPs。

（一）Selected Altitude parameter

該參數(shù)可以用于自動(dòng)化系統(tǒng)的告警機(jī)制中，以減少在垂直方向上可能產(chǎn)生的告警；同時(shí)該參數(shù)也可以在管制人員的顯示界面上直觀顯示，或者用于與管制人員輸入的指定高度進(jìn)行交叉檢查，從而有效地降低潛在的高度沖突風(fēng)險(xiǎn)；

（二）Roll Angle parameter

該參數(shù)可以配合空速（True Airspeed）在自動(dòng)化系統(tǒng)中進(jìn)行融匯計(jì)算，從而提高航跡精度，為管制人員水平方向上的調(diào)度指揮提供更可靠的信息；

（三）Track Angle Rater parameter

該參數(shù)為目標(biāo)的轉(zhuǎn)向速度，也被稱為Rate of Turn parameter，其在自動(dòng)化系統(tǒng)中進(jìn)行融匯計(jì)算時(shí)可以起到與Roll Angle和True Airspeed融匯計(jì)算一樣的作用；

（四）True Track Angle parameter

該參數(shù)可以配合地速（Ground Speed）數(shù)據(jù)在自動(dòng)化系統(tǒng)中進(jìn)行融匯計(jì)算，在航跡初始化階段提高航跡精度，特別是雷達(dá)覆蓋邊緣處的航跡初始化；

（五）Ground Speed parameter

該參數(shù)來源于機(jī)載設(shè)備，同樣也可以用地面設(shè)備測量得出；

（六）Magnetic Heading parameter

該參數(shù)可以在管制席位屏幕上直觀顯示，也可用于系統(tǒng)航跡的計(jì)算，為管制人員水平方向上的調(diào)度指揮提供更可靠的信息；

（七）Indicated Airspeed parameter

該參數(shù)與Magnetic Heading類似，同樣可以在管制席位屏幕上直觀顯示，也可用于系統(tǒng)航跡的計(jì)算；

（八）Vertical rate parameter

該參數(shù)包括兩個(gè)參數(shù)，分別是氣壓高度速率（Barometric Altitude Rate）和慣性垂直速度（the Inertial Vertical Velocity）；

（九）Barometric Pressure Setting

該參數(shù)為飛機(jī)上設(shè)置的大氣壓力值，可以用來與管制已有的參數(shù)進(jìn)行比對(duì)，特別是在進(jìn)近終端區(qū)域時(shí)，該參數(shù)可以和Selected Altitude參數(shù)一起可以為高度沖突提供早期預(yù)警；

三、實(shí)際應(yīng)用情況

目前在我國空域運(yùn)行的飛機(jī)中有超過90%安裝有S模式應(yīng)答機(jī)，從2013年開始逐步將S模式數(shù)據(jù)處理功能部署到部分空管自動(dòng)化系統(tǒng)中。相應(yīng)的，S模式雷達(dá)的數(shù)量也逐步增加； 24位地址碼的使用有效地降低了誤相關(guān)的概率；

以Selected Altitude參數(shù)為例，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)組操作與管制指令不適配時(shí)提前告警，該告警相比較傳統(tǒng)的CLAM（Cleared Level Adherence Monitoring），能夠更早的發(fā)出告警，對(duì)目前管制工作的作用將會(huì)尤為明顯（如圖1）；

例如X年X月X日，某航空公司B744飛機(jī)執(zhí)行法蘭克福至浦東航班，管制員指揮其下降高度到標(biāo)準(zhǔn)氣壓4200米保持，2分鐘后，管制員發(fā)現(xiàn)該機(jī)突破指令高度4200米并有繼續(xù)下降趨勢。如果自動(dòng)化系統(tǒng)能夠獲取到Selected Altitude參數(shù)，系統(tǒng)就可以提前發(fā)出告警，而非等到飛機(jī)實(shí)際突破高度后再行處理，從而避免潛在的風(fēng)險(xiǎn)。；

四、應(yīng)用展望

目前已經(jīng)安裝的部分S模式雷達(dá)未開啟EHS功能，也就不能獲取上文所提的各項(xiàng)DAPs數(shù)據(jù)，但相應(yīng)的雷達(dá)配置參數(shù)和傳輸參數(shù)修改以及配合自動(dòng)化系統(tǒng)的測試工作已經(jīng)緊鑼密鼓的開展，在不久的將來能夠?yàn)楣苤铺峁┹^為完整的S模式應(yīng)用，能夠更好地實(shí)現(xiàn)監(jiān)視功能，為管制人員提供更多的信息，提升整個(gè)體系的安全運(yùn)行能力。

參考文獻(xiàn)：

[1] Operational Use of Downlink Airborne Parameters，EUROCONTROL Guidelines，09/11/2012

[2] Mode S Operational Overview，EUROCONTROL Website

[3]Surveillance-mode-s-information-paper-ehs-capability-assessment， EUROCONTROL Website

[4]surveillance-mode-s-els-ops-manual-ed-1.0-20110102， EUROCONTROL