AirNet空管自動(dòng)化系統(tǒng)地速跳變問題研究

摘要：本文分析了AirNet自動(dòng)化系統(tǒng)多雷達(dá)融合中的地面速度跳變機(jī)理。針對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行中的地速跳變，通過故障分析找出地速跳變的原因，并提出相應(yīng)的速度跟蹤特殊處理機(jī)制，提高系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)的可用性。

關(guān)鍵字：AirNet空管自動(dòng)化系統(tǒng);地速跳變;權(quán)重

0 ?引言

隨著我國民航業(yè)的快速發(fā)展，飛行流量急劇增加，給我國民航空管自動(dòng)化系統(tǒng)帶來了巨大的壓力。為確?？罩薪煌ü苤葡到y(tǒng)與航空運(yùn)輸協(xié)調(diào)發(fā)展，滿足日益增長的民用航空需求，我國通過加大了通信、導(dǎo)航、氣象、雷達(dá)設(shè)備、基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，進(jìn)一步改善了空域環(huán)境。同時(shí)，優(yōu)化航線結(jié)構(gòu)，縮短垂直飛行間隔，實(shí)施雷達(dá)管制等措施，極大改善了空域環(huán)境，顯著提高了空中交通管制能力。然而，在有限的空域內(nèi)，飛機(jī)數(shù)量的增加增加了空域內(nèi)發(fā)生危險(xiǎn)沖突的可能性，空中交通管制員越來越依賴空中交通管制自動(dòng)化系統(tǒng)。

1 ?航跡融合跟蹤處理技術(shù)概述

AirNet空管自動(dòng)化系統(tǒng)將不同監(jiān)視源報(bào)告的同一目標(biāo)的數(shù)據(jù)（包括空中飛行目標(biāo)和地面目標(biāo)）進(jìn)行融合跟蹤處理?？梢蕴幚砝走_(dá)數(shù)據(jù)、ADS-B數(shù)據(jù)、MLAT數(shù)據(jù)、ADS-C數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可將各監(jiān)視源的航跡融合成系統(tǒng)綜合航跡。并對(duì)每個(gè)周期的綜合航跡進(jìn)行跟蹤，使處理后的系統(tǒng)航跡更加接近真實(shí)航跡。單一監(jiān)視數(shù)據(jù)源（雷達(dá)、ADS-B、MLAT或ADS-C）數(shù)據(jù)異?；蛑袛嗖挥绊懴到y(tǒng)融合監(jiān)視航跡。由于融合功能由獨(dú)立線程實(shí)現(xiàn)，融合功能失效后也不會(huì)影響單一監(jiān)視數(shù)據(jù)源的輸出。

針對(duì)不同監(jiān)視源報(bào)告的同一目標(biāo)（包括空中和地面目標(biāo)），AirNet空管自動(dòng)化系統(tǒng)統(tǒng)一進(jìn)行融合和跟蹤處理。系統(tǒng)可以處理雷達(dá)數(shù)據(jù)、ADS-B數(shù)據(jù)、MLAT數(shù)據(jù)和ADS-C數(shù)據(jù)，并將每個(gè)監(jiān)視源的航跡融合到系統(tǒng)的綜合航跡中。通過跟蹤每個(gè)周期的綜合航跡，使處理后的系統(tǒng)軌跡更接近真實(shí)軌跡。并且單個(gè)監(jiān)視數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)的異?；蛑袛嗖粫?huì)影響系統(tǒng)綜合航跡。由于融合功能由獨(dú)立線程實(shí)現(xiàn)，因此融合功能的故障不會(huì)影響單個(gè)監(jiān)視數(shù)據(jù)源的輸出。

航跡關(guān)聯(lián)是對(duì)對(duì)各監(jiān)視源接入的數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)處理，確定同一個(gè)航跡的所有數(shù)據(jù)源，并為它們分配相同的系統(tǒng)航跡號(hào)。相關(guān)條件為：應(yīng)答機(jī)代碼相同（對(duì)于ADS-B數(shù)據(jù)，要求24位地址碼或航班號(hào)相同），且距離、航向差、高度差均小于配置文件中設(shè)置的航跡關(guān)聯(lián)條件。

數(shù)據(jù)融合功能是將不同監(jiān)視設(shè)備報(bào)告的同一目標(biāo)的航跡數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，確定航跡的準(zhǔn)確位置。信息融合處理包括空中監(jiān)視數(shù)據(jù)融合處理，為區(qū)管、進(jìn)近、塔臺(tái)管制提供監(jiān)視服務(wù)。

2 ?問題分析

2.1問題描述

多雷達(dá)航跡處理顯示的航班CCA4162（應(yīng)答機(jī)為A1567）速度K021，單雷達(dá)顯示的速度為K068。

2.2日志分析

AirNet空管自動(dòng)化系統(tǒng)的多雷達(dá)數(shù)據(jù)融合是在服務(wù)器MSDP上完成的，通過查看該時(shí)間段主用MSDP的日志后發(fā)現(xiàn)，該目標(biāo)在20：27：09時(shí)刻，僅能被雷達(dá)1觀察到，而且該雷達(dá)輸出信息為點(diǎn)跡信息，且該雷達(dá)為二次雷達(dá)，該雷達(dá)輸出數(shù)據(jù)一直不穩(wěn)定，在20：42：15時(shí)刻，雷達(dá)1有丟目標(biāo)的情況;隨后雷達(dá)3也觀察到該目標(biāo)，并且雷達(dá)3提供了比較穩(wěn)定的速度值，但是后面也發(fā)生了一個(gè)雷達(dá)周期目標(biāo)丟失的情況，在20：43：33時(shí)刻，雷達(dá)3剛好丟了一個(gè)周期的該目標(biāo)，此時(shí)只有雷達(dá)1觀察到該目標(biāo)，因而，造成多雷達(dá)輸出速度突變?yōu)镵021。

2.3原因分析

融合規(guī)則：一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)可以被多個(gè)監(jiān)視設(shè)備報(bào)告，該點(diǎn)的位置由探測到它的多個(gè)監(jiān)視數(shù)據(jù)共同確定。系統(tǒng)可配置每個(gè)數(shù)據(jù)源在各個(gè)不同區(qū)域的靜態(tài)權(quán)重。另外，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行濾波產(chǎn)生的協(xié)方差以及單通道測試目標(biāo)偏移量、通道延時(shí)可形成動(dòng)態(tài)權(quán)重[1]。結(jié)合靜態(tài)權(quán)重和動(dòng)態(tài)權(quán)重，采用動(dòng)態(tài)加權(quán)技術(shù)來計(jì)算目標(biāo)當(dāng)前的準(zhǔn)確位置。

A）動(dòng)靜態(tài)權(quán)重結(jié)合的多雷達(dá)融合

融合時(shí)所采用的動(dòng)態(tài)權(quán)重由雷達(dá)實(shí)時(shí)質(zhì)量監(jiān)控結(jié)果，對(duì)單雷達(dá)目標(biāo)的跟蹤處理效果，以及單雷達(dá)信息與多雷達(dá)融合信息的比較結(jié)果所決定。

B）單雷達(dá)目標(biāo)跟蹤處理：

MSDP采用IMM算法（Interacting Multiple Model，交互式多模型算法）對(duì)單雷達(dá)航跡數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，該算法支持固定速度直線的航空器運(yùn)動(dòng)、持續(xù)轉(zhuǎn)彎率的航空器運(yùn)動(dòng)、持續(xù)縱向加速的航空器運(yùn)動(dòng)等。

C）單雷達(dá)信息和多雷達(dá)融合信息比較

AirNet系統(tǒng)除了考慮通道傳輸質(zhì)量、測量精度、IMM算法跟蹤質(zhì)量外，還考慮了單雷達(dá)信息偏離多雷達(dá)融合信息的程度。根據(jù)AirNet系統(tǒng)融合算法得到系統(tǒng)融合航跡值之后，如果單雷達(dá)航跡越接近融合航跡，則該雷達(dá)的權(quán)重值應(yīng)該越高;如果單雷達(dá)航跡越偏離融合航跡，則該雷達(dá)的權(quán)重值應(yīng)該越低

D）多雷達(dá)融合靜態(tài)權(quán)重

系統(tǒng)的靜態(tài)權(quán)重劃分通過多邊形的方式來實(shí)現(xiàn)。通過DBM，將管制區(qū)域劃分為若干個(gè)多邊形。在每個(gè)多邊形區(qū)域內(nèi)，考慮該多邊形區(qū)域與雷達(dá)的距離、雷達(dá)設(shè)備精度等因素，對(duì)該多邊形區(qū)域內(nèi)的每部雷達(dá)的權(quán)重分別進(jìn)行設(shè)置。靜態(tài)權(quán)重值為經(jīng)驗(yàn)值。

根據(jù)雷達(dá)的靜態(tài)權(quán)重、各個(gè)監(jiān)視源實(shí)時(shí)質(zhì)量監(jiān)控結(jié)果、IMM跟蹤算法、以及上一周期融合效果，計(jì)算可得到對(duì)應(yīng)雷達(dá)動(dòng)態(tài)權(quán)重。結(jié)合動(dòng)態(tài)權(quán)重和靜態(tài)權(quán)重，計(jì)算綜合權(quán)重系數(shù)最終得到融合數(shù)據(jù)。

2.3.2故障解析

系統(tǒng)在使用前要配置多雷達(dá)融合數(shù)據(jù)的相關(guān)參數(shù)，其中包含配置名為mosaic.cfg的靜態(tài)權(quán)重信息配置文件，這個(gè)文件在主監(jiān)視數(shù)據(jù)處理器（MSDP）的/home/cdatc/AirNet/config目錄下，該文件配置了區(qū)域內(nèi)參與融合的雷達(dá)的靜態(tài)權(quán)重信息;另外多雷達(dá)融合還依賴動(dòng)態(tài)權(quán)重信息，如果目標(biāo)突然丟失，就會(huì)造成動(dòng)態(tài)權(quán)重的值突變。在只有單部雷達(dá)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)時(shí)，融合輸出直接受單部雷達(dá)輸出的影響，在有多部雷達(dá)時(shí)，速度等信息的輸出由多部雷達(dá)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)權(quán)重歸一化后得出。根據(jù)目標(biāo)地速不穩(wěn)定的情況，受單雷達(dá)輸出不穩(wěn)定的影響，動(dòng)態(tài)權(quán)重會(huì)發(fā)生突變，導(dǎo)致輸出值也發(fā)生突變。

3 ?結(jié)束語

本文分析了AirNet空管自動(dòng)化系統(tǒng)在多雷達(dá)融合時(shí)的地速跳變機(jī)制，針對(duì)該自動(dòng)化系統(tǒng)在運(yùn)行期間出現(xiàn)地速跳變的情況，通過故障分析找出了引起地速跳變的原因，同時(shí)也反映出，一方面我們可以通過平時(shí)多觀察各部雷達(dá)的有效穩(wěn)定性，對(duì)其靜態(tài)權(quán)重配置進(jìn)行合理設(shè)置，另一方面系統(tǒng)有必要增加相應(yīng)的速度跟蹤特殊處理機(jī)制來得到更加穩(wěn)定可用的數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]成都民航空管科技發(fā)展有限公司. AirNet空管自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)手冊(cè)[M].成都：成都民航空管科技發(fā)展有限公司， 2019.

作者簡介：張蕾;女;出生年月：1984 ;籍貫：貴州貴陽;民族：漢;最高學(xué)歷：碩士;目前職稱：高級(jí)工程師;研究方向：空管自動(dòng)化系統(tǒng)，語音交換系統(tǒng)，軟件測試，數(shù)據(jù)挖掘。