民用航空空管監(jiān)視雷達(dá)功能的檢測(cè)研究

許新瑞

（民航甘肅空管分局，甘肅 蘭州730087）

應(yīng)用空中交通管制雷達(dá)，能能夠讓管制員得到更加準(zhǔn)確的信息，讓航空器管制的間隔不斷縮小。導(dǎo)致此種情況出現(xiàn)的主要原因是縮小雷達(dá)管制的間隔對(duì)于雷達(dá)性能是要求很高[1]。對(duì)于上述出現(xiàn)的這些問題，需要針對(duì)航空雷達(dá)功能的檢測(cè)方法和關(guān)鍵性指標(biāo)進(jìn)行分析。

1 民用航空空管對(duì)于監(jiān)視雷達(dá)技術(shù)和功能的要求

1.1 航空監(jiān)視雷達(dá)技術(shù)基本內(nèi)容

雷達(dá)技術(shù)主要使用的是無線電波技術(shù)，完成定位及測(cè)量位置。1935 年是最早出現(xiàn)在英國，主要應(yīng)用在軍事領(lǐng)域。與人工雷達(dá)技術(shù)相比，一次雷達(dá)技術(shù)的精度更高。二次雷達(dá)技術(shù)在1953年出現(xiàn)，主要是在空管系統(tǒng)當(dāng)中應(yīng)用，確定飛機(jī)的位置信息以及飛行高度，為飛行員提供更加全面的信息。

民航航空領(lǐng)域當(dāng)中最早使用的雷達(dá)監(jiān)視技術(shù)是一次雷達(dá)技術(shù)，在空中發(fā)射電磁波。飛機(jī)只要飛過雷達(dá)監(jiān)測(cè)的空域，在機(jī)載雷達(dá)當(dāng)中配備了專門的接收設(shè)備，便可以接受反射電波。雖然一次雷達(dá)技術(shù)能夠指揮飛機(jī)的航路，避免發(fā)生事故，但是此種雷達(dá)技術(shù)同時(shí)也存在著一定的風(fēng)險(xiǎn)[2]。

1.2 航空監(jiān)視雷達(dá)技術(shù)的主要功能

在航空監(jiān)測(cè)當(dāng)中，雷達(dá)技術(shù)是最基礎(chǔ)也是適用范圍最廣泛的。對(duì)于航空器的飛行活動(dòng)采取各種有效的監(jiān)控活動(dòng)，尤其是和雷達(dá)一致性相關(guān)的檢測(cè)技術(shù)更需要重視，這樣可以幫助有效規(guī)避在飛行器軌跡當(dāng)中發(fā)生的各種沖突事件，還對(duì)于飛行器的安全飛行產(chǎn)生更強(qiáng)大的保護(hù)作用，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位。同樣也可以獲取更加全面的信息，比如運(yùn)行參數(shù)、飛行高度以及彎道數(shù)等，采集到參數(shù)在遞交給交通管理系統(tǒng)之后，也就表示這監(jiān)視任務(wù)完成，這樣也能夠確飛機(jī)的飛行狀態(tài)是否是正常的。按照具體的數(shù)據(jù)情況，航空監(jiān)管人員再提出具體的飛行許可。

圖1 所描述的就是航空監(jiān)視雷達(dá)技術(shù)的主要組成和功能情況。也描述了數(shù)據(jù)是如何接受和轉(zhuǎn)換、處理和顯示的。在大型的航空管制中心當(dāng)中，雷達(dá)數(shù)據(jù)所包含的有異地和本地?cái)?shù)據(jù)。

對(duì)于雷達(dá)性能的檢測(cè)，需要使用到PSR 技術(shù)和SSR 技術(shù)和目標(biāo)報(bào)告等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是從不同的雷達(dá)站所引接過來的，也可以從雷達(dá)接口和預(yù)處理器當(dāng)中完成引接。通常情況下后者的這種引接方式是更加方便的[4]。因此在本次研究當(dāng)中就是在預(yù)處理器以及雷達(dá)接口位置引入數(shù)據(jù)，然后再把這些數(shù)據(jù)直接送入到雷達(dá)性能系統(tǒng)當(dāng)中，完成數(shù)據(jù)的分析，然后再給出測(cè)評(píng)結(jié)果。

圖1 航空監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)主要組成和功能

2 民用航空空管監(jiān)視雷達(dá)功能檢測(cè)技術(shù)具體應(yīng)用

2.1 數(shù)據(jù)處理方法

主要是實(shí)時(shí)分析雷達(dá)性能涉及到的相關(guān)數(shù)據(jù)。Np1 表示PSR 單目標(biāo)檢測(cè)報(bào)告；Ns1 表示SSR 的單目標(biāo)檢測(cè)報(bào)告，聯(lián)合目標(biāo)檢測(cè)報(bào)告使用Nc1 表示。

2.1.1 性能檢測(cè)方法

主要是通過錯(cuò)誤檢測(cè)以及檢測(cè)概率來衡量的。正確檢測(cè)分析的前提是雷達(dá)的一次目標(biāo)和二次目標(biāo)報(bào)告以及聯(lián)合報(bào)告都是正確的，這樣才可以計(jì)算出報(bào)告總數(shù)量。對(duì)于出現(xiàn)明顯錯(cuò)誤以及外推情況的數(shù)據(jù)是不能包含在內(nèi)的，否則最終產(chǎn)生的結(jié)果是檢測(cè)概率超出了1.SSR 的工作模式一般情況下有兩種，包含了高度模式C 和識(shí)別模式A，所以在檢測(cè)當(dāng)中需要考慮這兩種模式。需要使用到公式：

在這個(gè)公式當(dāng)中,Nsta 以及Nstc 所表示的模式A 以及模式C 的目標(biāo)報(bào)告數(shù)量。在這里的有效表示的是結(jié)合雷達(dá)的詢問來給出相應(yīng)的應(yīng)答代碼，這是屬于正常的過程。正確所表示的是A模式或者C 模式的應(yīng)答代碼是正確的，也就表示代碼正確，若是錯(cuò)誤則表示代碼是不正確的。和檢測(cè)概率對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)是錯(cuò)誤目標(biāo)報(bào)告率，對(duì)于本次納入的PSR 指標(biāo)以及SSR 指標(biāo)之間是存在著差異的。

2.1.2 質(zhì)量性能的檢測(cè)方法

評(píng)價(jià)質(zhì)量性能的情況通常是從分辨率以及位置精度方面考慮。

其中位置精度代表的是目標(biāo)位置和實(shí)際位置之間存在的差異，具體體現(xiàn)為隨機(jī)誤差、系統(tǒng)以及位置方面的誤差。對(duì)于固定系統(tǒng)而言，系統(tǒng)誤差屬于固定值。而隨機(jī)誤差包含包含方位和斜距誤差，通過標(biāo)準(zhǔn)差來表示這種誤差。

分辨力則達(dá)標(biāo)的是對(duì)于兩架比較接近的飛機(jī)進(jìn)行區(qū)別的能力，還要求具體給出每一架飛機(jī)的具體檢測(cè)報(bào)告。PSR 數(shù)據(jù)以及SSR 數(shù)據(jù)這兩種聯(lián)合起來，代表的是兩個(gè)雷達(dá)每個(gè)天線在掃描期當(dāng)中檢測(cè)同以目標(biāo)，把得到的兩個(gè)目標(biāo)報(bào)告整合成一個(gè)目標(biāo)報(bào)告。此種能力是由Pc 來表示，誤聯(lián)合率則是使用Pcf 來表示。

2.2 有效性分析

有效性所指的是在給定的隨機(jī)時(shí)間以及時(shí)間范圍當(dāng)中，系統(tǒng)的有效使用率[5]。有效使用具體表示的是系統(tǒng)所給定的條件是固定的，在此基礎(chǔ)上完成服務(wù)。有效性具體通過三個(gè)方面的指標(biāo)來衡量，分別是實(shí)時(shí)性、任意時(shí)段有效性以及穩(wěn)態(tài)的有效性。

3 民航航空相關(guān)監(jiān)視數(shù)據(jù)的應(yīng)用案例分析

3.1 數(shù)據(jù)的采集

采集數(shù)據(jù)過程當(dāng)中，最為關(guān)鍵的問題就是需要確定采樣的具體周期，結(jié)合數(shù)據(jù)具體的處理過程來給出相應(yīng)的結(jié)果，還要提供充足的時(shí)間，確保數(shù)據(jù)在合適的范圍當(dāng)中得到有效采集，采集的測(cè)量參數(shù)需要做到不同而同，應(yīng)當(dāng)將系統(tǒng)關(guān)鍵指標(biāo)當(dāng)做是標(biāo)準(zhǔn)，比如就需要考慮到檢測(cè)概率這個(gè)測(cè)量參數(shù)。表1 為SSR性能相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果：

表1 SSR 性能數(shù)據(jù)結(jié)果分析

經(jīng)過數(shù)據(jù)的計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)，想要滿足最低的需求大約需要65min 左右。因?yàn)樾枰浞直Ｕ蠑?shù)據(jù)記錄的質(zhì)量和數(shù)量。所設(shè)置的90mn 的采樣時(shí)間，是可以滿足生產(chǎn)需求的。

3.2 PSR 檢測(cè)問題

與PSR 相關(guān)的檢測(cè)問題，所選取的雷達(dá)是常用經(jīng)驗(yàn)值，當(dāng)背景屬于均勻高斯白噪聲情況下，可以得到最優(yōu)檢測(cè)結(jié)果。若是使用雷達(dá)來檢測(cè)雜波邊緣環(huán)境，可以發(fā)現(xiàn)CA 的檢測(cè)性下降趨勢(shì)十分明顯，GO 對(duì)于虛警的控制能力明顯要比CA 的控制能力更高，所以是可以選擇GO 檢測(cè)器的。

3.3 有效性檢測(cè)結(jié)果

圖2 為一年時(shí)間之內(nèi)，系統(tǒng)的運(yùn)行有效期。從a1 到a6 所表示的是系統(tǒng)正常運(yùn)行的時(shí)間，定期維修所帶來的失效期，使用s表示。從f1 到f4 代表著因?yàn)榫唧w的軟硬件等帶來的失效期。若是情況允許，可以計(jì)算得到系統(tǒng)的最大失效期，累計(jì)以及定期維修導(dǎo)致失效期。

圖2 有效性統(tǒng)計(jì)結(jié)果示意圖

4 結(jié)論

本次開展研究的視角是從民航航空監(jiān)視雷達(dá)方面入手的，主要是幫助解決民航發(fā)展當(dāng)中所遇到的具體問題的。提出了民航航空監(jiān)視數(shù)據(jù)的雷達(dá)性能檢測(cè)初步方案，其中納入了更多關(guān)鍵性指標(biāo)分析方法。這可以幫助有效合理縮小雷達(dá)控制的間隔，對(duì)于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)化和改善產(chǎn)生了比較顯著的改善作用。在實(shí)際民航航空監(jiān)視當(dāng)中其是有很多影響因素，除了需要考慮到雷達(dá)性能，還需要考慮到管制員工、空域結(jié)構(gòu)等內(nèi)容。怎樣考慮這些因素，這是在今后構(gòu)建起更加完善的評(píng)價(jià)模型的依據(jù)和基礎(chǔ)。