THALES二次雷達(dá)目標(biāo)漂移分析及解決方法

□ 民航重慶空管分局 張 杰/文

為了解決重慶方斗山THALES二次雷達(dá)引起Airnet自動(dòng)化系統(tǒng)在部分區(qū)域預(yù)計(jì)線漂移的問(wèn)題，雷達(dá)技術(shù)人員通過(guò)對(duì)異常目標(biāo)統(tǒng)計(jì)分析找出了預(yù)計(jì)線漂移的方位、區(qū)域；分析引起目標(biāo)漂移的原因，提出了雷達(dá)目標(biāo)漂移問(wèn)題的解決思路和方法；提出了相關(guān)的Blanking Area參數(shù)解決方案，通過(guò)測(cè)試驗(yàn)證，該方案切實(shí)消除了方斗山雷達(dá)對(duì)自動(dòng)化目標(biāo)融合的影響。

隨著科技的進(jìn)步與社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的生活水平大幅度提高，出行方式大大改善，飛機(jī)越來(lái)越成為人們出行方式的首選。二次雷達(dá)作為管制員進(jìn)行空中交通管理的重要技術(shù)手段，管制員通過(guò)二次雷達(dá)獲取飛機(jī)位置、高度、速度、上升率、下降率等參數(shù)，對(duì)飛機(jī)在空中飛行的情況進(jìn)行監(jiān)視和管理，防止飛機(jī)在空中相撞，保證空中交通無(wú)阻和有序飛行。確保二次雷達(dá)設(shè)備的正常運(yùn)行是空中交通管理技術(shù)保障部門(mén)的主要日常任務(wù)之一。

本文從重慶空管方斗山THALES二次雷達(dá)在部分區(qū)域目標(biāo)漂移引起自動(dòng)化目標(biāo)預(yù)計(jì)線漂移問(wèn)題出發(fā)，分析出現(xiàn)漂移的原因，并提出相應(yīng)的解決方案。

預(yù)計(jì)線漂移

空管自動(dòng)化系統(tǒng)是一個(gè)以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)的復(fù)雜的分布式處理系統(tǒng)，它接收和處理來(lái)自各個(gè)雷達(dá)頭和飛行計(jì)劃的數(shù)據(jù)，通過(guò)人機(jī)界面給空中交通管制員提供對(duì)整個(gè)管制區(qū)內(nèi)飛行活動(dòng)的監(jiān)視、預(yù)測(cè)和告警信息，協(xié)助管制員對(duì)空中交通進(jìn)行安全有序的管理。預(yù)計(jì)線作為指示飛機(jī)飛行方向的信息，是管制員掌握飛行動(dòng)態(tài)的重要表征參數(shù)，如果出現(xiàn)異常有可能影響管制員對(duì)飛行動(dòng)態(tài)的判斷，發(fā)出不合理的指令。

重慶空管分局方斗山THALES二次雷達(dá)于2018年2月投入使用，并接入重慶分局Airnet和LES兩套自動(dòng)化系統(tǒng)。2018年3月，管制用戶反映在Airnet自動(dòng)化中，在QJG附近大量航班出現(xiàn)航跡預(yù)計(jì)線漂移現(xiàn)象。

經(jīng)Airnet自動(dòng)化端分析研究確定，航班預(yù)計(jì)線漂移現(xiàn)象均由方斗山雷達(dá)引起，漂移開(kāi)始的位置和結(jié)束的位置為QJG東北向30.7km/正北49°～25.6km/正北65°，在預(yù)計(jì)線漂移的同時(shí)，方斗山單雷達(dá)信號(hào)伴隨出現(xiàn)速度跳變現(xiàn)象。雷達(dá)技術(shù)人員在IBIS本地回放，發(fā)現(xiàn)部分區(qū)域目標(biāo)信號(hào)確實(shí)有漂移情況，且發(fā)生漂移的區(qū)域較為集中，主要在綦江附近、W180航線某一區(qū)域和涪陵上空南部區(qū)域，說(shuō)明目標(biāo)信息異常確實(shí)由雷達(dá)引起。經(jīng)過(guò)進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)，低高度航班出現(xiàn)漂移現(xiàn)象較為明顯，高高度航班漂移情況不明顯或不漂移，飛機(jī)飛行方向無(wú)論是東西方向還是南北方向，均往飛行方向的左右漂移，飛機(jī)軌跡呈S形。目前二次雷達(dá)測(cè)速采用前后兩次掃描位置距離差除以間隔時(shí)間的方式得到，位置測(cè)量偏差將直接導(dǎo)致速度計(jì)算錯(cuò)誤，出現(xiàn)跳變情況。自動(dòng)化系統(tǒng)采用多雷達(dá)融合方式，方斗山雷達(dá)的漂移目標(biāo)信息影響自動(dòng)化的融合處理，干擾航班預(yù)計(jì)線及速度的計(jì)算，導(dǎo)致預(yù)計(jì)線的漂移以及速度的跳變。

漂移原因分析

由于出現(xiàn)漂移均是沿航線左右漂移，出現(xiàn)漂移區(qū)域較小，不是覆蓋范圍內(nèi)所有航班都有漂移情況，且雷達(dá)雙通道均有相同的異常情況，故可排除接收機(jī)故障或者OBA參數(shù)設(shè)置不正確等雷達(dá)設(shè)備信號(hào)接收和處理原因，初步懷疑外部因素導(dǎo)致目標(biāo)漂移。

經(jīng)過(guò)對(duì)雷達(dá)覆蓋范圍內(nèi)大量航班航跡的觀察統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)漂移現(xiàn)象的航班都在雷達(dá)天線222°～232°方位區(qū)域內(nèi)，故將排查重點(diǎn)放在此范圍內(nèi)。

通過(guò)Google Earth理論分析以及實(shí)地勘察對(duì)雷達(dá)天線222°～232°方位的外部環(huán)境進(jìn)行了詳細(xì)摸排，主要考慮以下兩個(gè)方面的因素。

（一）高山遮擋

地形地物對(duì)無(wú)線電信號(hào)的反射和遮擋，將會(huì)直接影響雷達(dá)的空域覆蓋能力。通過(guò)Google Earth軟件在方斗山雷達(dá)222°～232°方向進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)距離雷達(dá)天線9km左右有一座山峰高度高于雷達(dá)天線平面，可能對(duì)雷達(dá)信號(hào)產(chǎn)生遮擋。為了進(jìn)一步確認(rèn)高山對(duì)雷達(dá)信號(hào)的遮擋情況，使用相關(guān)軟件在雷達(dá)天線塔實(shí)地查看雷達(dá)站周?chē)椒迩闆r，發(fā)現(xiàn)此方位確實(shí)有高于天線平面的山峰，如圖1所示，印證高山遮擋的存在。

（二）風(fēng)力發(fā)電機(jī)影響

根據(jù)相關(guān)規(guī)范，在空管二次監(jiān)視雷達(dá)16km范圍內(nèi)不應(yīng)有影響雷達(dá)正常工作的大型旋轉(zhuǎn)反射體，如風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)等。由于風(fēng)電場(chǎng)引起的多徑散射，使得航管二次監(jiān)視雷達(dá)應(yīng)答機(jī)發(fā)出的應(yīng)答信號(hào)可能產(chǎn)生多徑串?dāng)_、多徑交錯(cuò)和多徑覆蓋等問(wèn)題，進(jìn)而可能發(fā)生譯碼錯(cuò)誤，導(dǎo)致航管二次監(jiān)視雷達(dá)產(chǎn)生目標(biāo)定位誤差。

方斗山雷達(dá)站附近與雷達(dá)建設(shè)同期安裝了大量風(fēng)力發(fā)電機(jī)，圖2為雷達(dá)與風(fēng)力發(fā)電廠相對(duì)位置，橙色為222°～232°扇區(qū)，紫色為風(fēng)力發(fā)電機(jī)分布位置，距離雷達(dá)站4～10km，剛好位于目標(biāo)漂移區(qū)域，極易在222°～232°范圍內(nèi)導(dǎo)致目標(biāo)定位誤差，進(jìn)而引起速度跳變。

解決方法

經(jīng)過(guò)分析，漂移現(xiàn)象主要由外部因素引起，并且外部條件已無(wú)法改變，故只能從消除或減輕異常區(qū)域的影響著手解決問(wèn)題，減小漂移現(xiàn)象對(duì)自動(dòng)化綜合航跡的影響。

（一）自動(dòng)化端的優(yōu)化

通過(guò)重慶空域雷達(dá)覆蓋圖并結(jié)合自動(dòng)化觀察可以得出，出現(xiàn)漂移區(qū)域有多重雷達(dá)覆蓋，航班漂移情況在LES自動(dòng)化上的顯示較AirNet有所緩解，在LES自動(dòng)化上方斗山雷達(dá)源并未影響綜合航跡的漂移，可以看出LES自動(dòng)化對(duì)某一異常航跡的處理機(jī)制較為合理，故可以對(duì)AirNet自動(dòng)化綜合航跡處理進(jìn)行優(yōu)化或者降低方斗山雷達(dá)在異常區(qū)域的權(quán)重，降低方斗山雷達(dá)源綜合航跡信息的影響。

（二）雷達(dá)端參數(shù)修改

由于方斗山雷達(dá)屬于航路雷達(dá)，主要作用是重慶東邊空域的航路補(bǔ)盲，出現(xiàn)漂移區(qū)域?yàn)槟线厖^(qū)域航路，又由于異常原因?yàn)闊o(wú)法改變的外部因素，漂移區(qū)域均有重慶本場(chǎng)兩部雷達(dá)和重慶周邊雷達(dá)多重覆蓋，可以對(duì)此區(qū)域在雷達(dá)端進(jìn)行過(guò)濾處理或?qū)Ω呱絽^(qū)域進(jìn)行反射區(qū)抑制處理，對(duì)此區(qū)域在雷達(dá)端進(jìn)行目標(biāo)過(guò)濾處理不影響多重覆蓋要求。

漂移區(qū)域分別出現(xiàn)在W180航線上、綦江附近、涪陵附近三個(gè)區(qū)域，考慮分別對(duì)三個(gè)漂移區(qū)域采用雷達(dá)的Blanking Area功能進(jìn)行目標(biāo)過(guò)濾處理。

目標(biāo)信號(hào)經(jīng)過(guò)接收機(jī)形成應(yīng)答，在錄取器形成點(diǎn)跡，DPC通過(guò)相應(yīng)的準(zhǔn)則對(duì)點(diǎn)跡相關(guān)形成目標(biāo)航跡并輸出，Blanking Area原理是對(duì)設(shè)置區(qū)域內(nèi)錄取器產(chǎn)生的點(diǎn)跡信息在DPC進(jìn)行航跡處理時(shí)不做航跡處理，從而抑制設(shè)置區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)信息輸出，避免異常目標(biāo)信息影響自動(dòng)化系統(tǒng)融合。

THALES二次雷達(dá)提供有16個(gè)目標(biāo)過(guò)濾可設(shè)置區(qū)域，Blanking Area參數(shù)有以下幾個(gè)設(shè)置項(xiàng)，如表1所示。

表1 ：Blanking Area 參數(shù)設(shè)置項(xiàng)

通過(guò)以上參數(shù)的設(shè)置，形成一個(gè)需要過(guò)濾的立體空間。

目標(biāo)過(guò)濾參數(shù)的修改需要確定要過(guò)濾高度和區(qū)域劃定，前期已在不同時(shí)段對(duì)三區(qū)域內(nèi)的航班高度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，對(duì)具體漂移區(qū)域進(jìn)行確定，W180航線上飛機(jī)高度在12680～33990英尺之間，綦江附近飛機(jī)高度在7450～34990英尺之間，涪陵附近飛機(jī)高度在8700～22500英尺之間。Area參數(shù)是所要過(guò)濾區(qū)域的四點(diǎn)坐標(biāo)，經(jīng)在方斗山THALES雷達(dá)IBIS上查看確定要過(guò)濾區(qū)域。W180航線過(guò)濾區(qū)域 四 點(diǎn) 直 角 坐 標(biāo) 為（-67.82Nm，-52.90Nm）、（-65.57Nm，-52.96Nm）、(-64.23Nm，-79.42Nm)、（-67.23Nm，-79.42 Nm）。綦江附近過(guò)濾區(qū)域四點(diǎn)直角坐標(biāo)為（-81.39Nm，-49.99Nm）、（-71.67Nm，-52.59Nm）、（-75.74Nm，-93.54Nm）、(-91.3Nm，-93.6Nm)。涪陵附近過(guò)濾區(qū)域四點(diǎn)直角坐標(biāo)為（-45.45Nm，-33.32Nm）、（-29.40Nm，-28.75Nm）、（-29.04Nm，-29.91Nm）、(-44.9Nm，-34.88Nm)。

結(jié)束語(yǔ)：

通過(guò)Blanking Area參數(shù)設(shè)置了三個(gè)目標(biāo)偏移區(qū)域的立體空間，屏蔽異常目標(biāo)，成功解決了方斗山雷達(dá)引起的Airnet自動(dòng)化系統(tǒng)目標(biāo)漂移問(wèn)題，為其他雷達(dá)現(xiàn)場(chǎng)類(lèi)似異常情況的處理提供參考。