湛江S模式空地協(xié)同預警系統(tǒng)部分區(qū)域單雷達覆蓋隱患排查方法研究

勞常春

摘要：湛江S模式空地協(xié)同預警系統(tǒng)是空中交通管制自動化系統(tǒng)的高效輔助系統(tǒng)。相較于傳統(tǒng)A/C模式雷達監(jiān)視，S模式雷達數(shù)據(jù)應用可得到更多航空器飛行信息，可為管制員提供更多基于S模式的精確告警。S模式空地協(xié)同預警系統(tǒng)2018年起安裝于中南地區(qū)各空管分局站，湛江空管站對S模式空地協(xié)同預警系統(tǒng)有近三年的運行維護經(jīng)驗，該文介紹的部分區(qū)域單雷達覆蓋隱患排查有較好的借鑒意義。

關鍵詞：S模式雷達;空地協(xié)同;預警系統(tǒng);單雷達覆蓋;隱患排查

中圖分類號：TP311? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）03-0107-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

湛江S模式空地協(xié)同預警系統(tǒng)為管制員提供CFL（管制指令高度）與SFL（S模式機載設備下發(fā)高度）不一致告警、中期沖突告警、QNH告警、航班號不一致告警、MVA（最低監(jiān)視引導高度）告警等重要功能，該系統(tǒng)對飛行沖突的提前告警為管制員贏得了充足的解脫時間，已成為管制工作流程中不可或缺的重要部分。而S模式空地協(xié)同預警系統(tǒng)的正常運行需要完整的S模式雷達信號覆蓋，部分區(qū)域單雷達覆蓋則成為影響管制工作的一個重要危險源。本文通過介紹S模式空地協(xié)同預警系統(tǒng)的基本結構、部分告警功能和運行維護經(jīng)驗，來了解該系統(tǒng)的一次“部分區(qū)域單雷達覆蓋”隱患排查過程。

1 S模式空地協(xié)同預警系統(tǒng)簡介

湛江空管站管制現(xiàn)場中，空中交通管制員主要通過甚高頻語音發(fā)布指令，對飛行員是否落實指令則依賴空管自動化系統(tǒng)的監(jiān)視和告警功能，未能提前預判管制指令的合理性以及航空器的飛行沖突。S模式空地協(xié)同預警系統(tǒng)是湛江Telephonics自動化系統(tǒng)的有效輔助告警工具，通過獲取自動化系統(tǒng)廣播的綜合航跡數(shù)據(jù)、飛行計劃數(shù)據(jù)以及機載下發(fā)的S模式雷達增強型數(shù)據(jù)，根據(jù)管制員輸入的CFL指令意圖高度，建立未來飛行空間模型，分析處理后得出預告警信息，實現(xiàn)安全關口前移。

2 系統(tǒng)組成及功能

湛江S模式空地協(xié)同預警系統(tǒng)由數(shù)據(jù)處理服務器、網(wǎng)關服務器、數(shù)據(jù)記錄服務器、博達路由器、防火墻和八個席位終端組成。全系統(tǒng)局域網(wǎng)為廣播方式組網(wǎng)。

2.1 數(shù)據(jù)處理服務器

采用惠普DL380G10商用服務器安裝Windows Server2012，運行C#語言編寫、CS架構的服務端軟件，是計算各項告警的主要服務器，并且可以監(jiān)視自動化航跡數(shù)據(jù)、5路S模式雷達的數(shù)據(jù)狀態(tài)（綠色為正常，藍色為異常，紅色為無數(shù)據(jù)）和席位終端心跳狀態(tài)。

2.2 網(wǎng)關服務器和防火墻

出于保護空管自動化的網(wǎng)絡安全，S模式空地協(xié)同預警系統(tǒng)作為外掛系統(tǒng)需要加裝防火墻。防火墻采購了華為USG6000系列，成對端口配置單向流量，引接Telephonics自動化系統(tǒng)輸出的標準綜合航跡和飛行數(shù)據(jù);

而網(wǎng)關服務器的主要功能是主要作用是將Telephonics自動化系統(tǒng)的181.17.*.*網(wǎng)段轉為192.168.*.*，以提供本系統(tǒng)的使用，其中兩種數(shù)據(jù)使用不同的物理網(wǎng)卡。

2.3 數(shù)據(jù)記錄服務器

主要記錄交換機中的雷達數(shù)據(jù)、綜合航跡數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)運行日志文件，包括管制員的操作記錄和告警信息。

2.4 博達路由器

是一個專用的空管雷達信號格式轉換設備，將HDLC串口雷達信號轉換為網(wǎng)絡信號，能較好地控制誤碼率和長時間穩(wěn)定運行。博達路由器輸出的雷達網(wǎng)絡信號接入核心交換機廣播至局域網(wǎng)。

2.5 席位終端

各終端通過局域網(wǎng)連接到服務器機柜（部分遠端席位還需要光纖收發(fā)器延長傳輸距離），運行了與聯(lián)通服務端軟件的終端軟件。終端軟件提供了空域態(tài)勢顯示、航跡及標牌實時更新、產(chǎn)生各項聲光告警、人機交互等重要功能，是管制指令輸入、輔助管制員提前預判飛行沖突的主要屏幕終端。

在席位終端的界面上，管制員可以看到與空管自動化系統(tǒng)一致的空域地圖、航空器標識符和基礎型飛行信息，數(shù)據(jù)處理服務器將S模式雷達數(shù)據(jù)通過融合處理算法將S模式增強型數(shù)據(jù)掛載到對應航跡號上，所以終端界面上看到的航班號標牌是帶有S模式雷達增強型數(shù)據(jù)的，設置指定項可輸入CFL指令高度。

3 信號流程

1）五路S模式雷達信號（廣州王子山雷達、?？谂f州雷達、?？谠讫埨走_、廣西崇左雷達、湛江新村雷達）通過傳輸設備接入雷達分配柜（含一分三無源分配器和一分八有源分配器），再進入博達路由器DB25接入口，博達路由器輸出網(wǎng)絡信號到核心交換機;

2）Telephonics自動化交換機的1803航跡數(shù)據(jù)通過防火墻“單向”傳輸至網(wǎng)關服務器，轉換網(wǎng)段后輸入至核心交換機;

3）數(shù)據(jù)記錄服務器、數(shù)據(jù)處理服務器和所有終端均通過接入核心交換機進行廣播式網(wǎng)絡交互，各設備都在核心交換機上獲取相應端口的數(shù)據(jù)進行處理。

4 告警功能簡介

S模式空地協(xié)同預警系統(tǒng)提供CFL不一致告警、中期沖突告警、MVA告警、QNH不一致告警、航班號不一致告警、相似航班號告警等告警功能。鑒于相關專利要求，本文對部分告警功能作簡單介紹。

4.1 CFL不一致告警

CFL通常在空管自動化界面輸入，S模式空地協(xié)同預警系統(tǒng)可通過網(wǎng)絡數(shù)據(jù)獲取，但湛江Telephonics自動化系統(tǒng)的指令高度項僅用于電子移交，所以CFL高度需要在S模式空地協(xié)同預警系統(tǒng)中輸入，輸入的數(shù)值依據(jù)是管制員發(fā)布語音命令數(shù)值。正常情況下機組接收到語音指令后，將調(diào)整機載設備撥碼盤下發(fā)SFL飛行高度，S模式空地協(xié)同預警系統(tǒng)則對比CFL與SFL在容差范圍內(nèi)的一致性，如果20秒后不一致將發(fā)出告警。此告警作用是持續(xù)監(jiān)控指令執(zhí)行情況，防止偏離指令高度，做到技防管制員的指令口誤并予以警示。

4.2 航班號不一致告警

機載S模式雷達可下發(fā)當次執(zhí)飛航班號，航班號不一致告警則是將機載下發(fā)的航班號與自動化綜合航跡中的相關航班號進行比對，如有不一致將發(fā)出聲光告警，并且支持航空公司二字碼和三字碼的轉換。

5 部分區(qū)域單雷達覆蓋隱患排查

因S模式空地協(xié)同預警系統(tǒng)在管制工作中有重要地位，所以湛江空管站技術保障部定期組織隱患排查，保障該系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。作者通過技術分析，發(fā)現(xiàn)湛江S模式空地協(xié)同預警系統(tǒng)部分區(qū)域存在單雷達覆蓋安全隱患。該隱患可能導致湛江S模式空地協(xié)同預警系統(tǒng)無法識別湛江南部區(qū)域目標的潛在沖突，造成通信導航監(jiān)視服務質(zhì)量降低，影響飛行和管制運行效率，甚至導致不安全事件的發(fā)生。通過“人、機、環(huán)、管”四個方面對該隱患進行原因分析，并制定落實整改措施，最終消除了湛江S模式空地協(xié)同預警系統(tǒng)部分區(qū)域單雷達覆蓋隱患。

5.1 隱患排查過程

值班員發(fā)現(xiàn)，湛江新村雷達站停機維護時，S模式空地協(xié)同預警系統(tǒng)上存在湛江區(qū)域以南的目標的SFL、真空速和馬赫數(shù)增強型數(shù)據(jù)下發(fā)時有時無的現(xiàn)象，且目標空心（僅有綜合航跡顯示、未掛載S模式數(shù)據(jù)）時間較長，相關告警功能有效性降低。檢查S模式空地協(xié)同預警系統(tǒng)服務器端綜合航跡正常，除新村外的王子山、崇左和舊州雷達信號均顯示正常，各客戶端軟件運行正常，系統(tǒng)網(wǎng)絡正常;當新村雷達恢復正常提供雷達信號后，S模式空地協(xié)同預警系統(tǒng)所有目標的SFL、真空速和馬赫數(shù)增強型監(jiān)視數(shù)據(jù)恢復正常。

作者推斷為雷達信號覆蓋問題導致：

由以上雷達覆蓋圖可得知，湛江以南區(qū)域主要由新村、舊州兩路雷達信號提供覆蓋，當新村不提供信號時出現(xiàn)該情況，提示所用舊州雷達信號可能存在問題。

根據(jù)本系統(tǒng)引接雷達的信號流程，檢查舊州S模式雷達信號傳輸（FA36）落地端口、雷達信號分配器和博達路由器傳輸線路均正常，在各節(jié)點使用數(shù)據(jù)分析儀檢測舊州雷達信號傳輸無錯包、無誤碼。作者長時間、多次對該路雷達信號的檢查和測試均提示正常。協(xié)調(diào)舊州雷達站檢查信號源質(zhì)量，亦反饋信號正常。

作者向中南空管局相關專家發(fā)送雷達網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包檢查發(fā)現(xiàn)，舊州雷達數(shù)據(jù)包偶爾存在短時間丟包率較大的情況;湛江多雷達信號監(jiān)控系統(tǒng)偶爾存在“舊州FA36-B雷達信號丟失扇區(qū)30個”等告警。

為確認舊州雷達信號增強型監(jiān)視數(shù)據(jù)下發(fā)是否存在問題，作者搭建了一套可回放數(shù)據(jù)的測試系統(tǒng)，以舊州雷達單路輸出的形式回放數(shù)據(jù)，觀察發(fā)現(xiàn)存在絕大部分目標僅有綜合航跡顯示，缺少增強型監(jiān)視數(shù)據(jù);聯(lián)系舊州雷達維護單位復制數(shù)據(jù)記錄服務器同一時段的雷達信號記錄數(shù)據(jù)，以舊州雷達單路輸出的形式回放，終發(fā)現(xiàn)存在同樣的問題：舊州S模式雷達增強型監(jiān)視數(shù)據(jù)下發(fā)時有時無。

綜上內(nèi)容分析，湛江S模式空地協(xié)同預警系統(tǒng)湛江以南區(qū)域存在：因增強型數(shù)據(jù)下發(fā)的缺失，導致單雷達覆蓋的安全隱患。該隱患較為隱秘，作者與各相關方積極溝通，利用多種技術手段，經(jīng)過多次對比反復測試排查最終找到該隱患。

5.2 隱患排查原因分析

5.2.1 人為原因

（1）S模式空地協(xié)同預警系統(tǒng)建設初期，施工人員對信號來源的可用性檢測工作考慮不足;

（2）排查人員缺乏慎密思考的思維習慣，回放數(shù)據(jù)時湛江與數(shù)據(jù)源頭沒有回放同一時段的數(shù)據(jù)，而剛好該回放時段的目標正常。

5.2.2 設備原因

（1）湛江技保部缺乏對雷達信號質(zhì)量檢查的專業(yè)設備或工具。只能回放對比分析才能確定問題，而未能直觀得出信號質(zhì)量報告。

（2）S模式空地協(xié)同預警系統(tǒng)中，服務器端的監(jiān)控只對數(shù)據(jù)有無進行檢測，缺乏對雷達信號質(zhì)量檢測及告警功能。

5.2.3 環(huán)境原因

（1）外部環(huán)境：相鄰分局站的雷達站信號質(zhì)量存在問題，缺少高效的協(xié)同溝通機制。

5.2.4 管理原因

（1）工程管理：工程建設初期，對引接的雷達信號的驗證測試工作落實不到位;

（2）培訓管理：雷達信號分析的知識的深入培訓較少，熟練掌握雷達信號相關知識的人員較少;

（3）設備管理：部分區(qū)域雷達覆蓋冗余度不足，系統(tǒng)保障能力降低。

5.3 整改措施

5.3.1 針對設備原因

（1）提高系統(tǒng)雷達覆蓋能力，引入其他可用雷達進行保障;

（2）增加S模式空地協(xié)同預警系統(tǒng)新引接雷達信號可用性檢測手段或流程;

（3）因處于項目成長期，向系統(tǒng)開發(fā)單位建議完善相關雷達信號質(zhì)量的檢測或告警功能。

5.3.2 針對培訓管理原因

（1）開展案例分析培訓，確保所有員工清楚此次事件始末，討論總結如何避免類似現(xiàn)象再次發(fā)生;

（2）科室開展針對S模式空地協(xié)同預警系統(tǒng)以及雷達信號格式知識的追加培訓，提高值班人員應對雷達信號類故障的處理能力。

5.3.3 針對施工管理原因

（1）涉及信號引接的施工項目需加強信號測試驗證工作，做好安全評估工作，評估通過后方可接入;

（2）對施工管理進行信號流程引接的規(guī)范，完善項目施工的指導材料如項目施工檢查單、施工驗收標準清單（特別是信號引接的可用性檢驗方面），加強施工方案的合理性編寫和嚴格審核。

5.4 整改完成情況

5.4.1 增加引接云龍雷達增加保障

（1）經(jīng)信號覆蓋有效性分析后，協(xié)調(diào)中南空管局從TDM上引接云龍S模式雷達信號落地湛江;

（2）為驗證云龍雷達的可用性，搭建S模式空地協(xié)同預警系統(tǒng)測試平臺，嚴格填寫測試表格;

（3）測試通過后，嚴格執(zhí)行已制定的接入方案，將云龍S模式雷達信號接入在用S模式空地協(xié)同預警系統(tǒng)，經(jīng)管制試用正常后正式投入使用。

5.4.2 開展科室隱患梳理及科室培訓

（1）在科室隱患梳理中，將S模式空地協(xié)同預警系統(tǒng)部分區(qū)域單雷達覆蓋隱患加入整改內(nèi)容;

（2）開展追加培訓，確?？剖胰珕T清楚此次事件始末，并反思案例教訓，避免類似現(xiàn)象再次發(fā)生。

5.4.3 加強信號引接管理

制定信號引接流程檢查單，在外部信號引接前，認真落實信號驗證工作，測試驗證評估通過后，方可實施接入。

5.5 總結思考與借鑒價值

1）排查相關監(jiān)視系統(tǒng)中的雷達覆蓋情況，避免出現(xiàn)單雷達覆蓋情況。

2）在監(jiān)視系統(tǒng)的信號引接前，應做好測試驗證工作，測試驗證評估通過后，方可實施接入。

3）排查監(jiān)視信號質(zhì)量問題時，要審慎制定對比分析策略，嚴格保持單一變量以及排除無關變量。如本次排查舊州雷達信號異常的經(jīng)驗上，必須單路回放同一時段不同采集點的記錄數(shù)據(jù)才有對比意義。

4）各系統(tǒng)的運維保障離不開先進儀器檢測或測試平臺的支持，自主研發(fā)雷達信號質(zhì)量分析系統(tǒng)或搭建測試平臺用于故障分析及相關測試評估可以大大提高設備運行保障能力。

6 結束語

本文通過介紹湛江S模式空地協(xié)同預警系統(tǒng)的基本結構、告警功能等內(nèi)容，突顯了S模式雷達新技術應用對于空管工作的重要性。該系統(tǒng)的基于S模式數(shù)據(jù)的告警信息得到有效發(fā)揮，將大大提升管制員對航空器的安全指揮水平。

有關雷達信號覆蓋或基于監(jiān)視信號告警功能的失效，可以參考以上雷達覆蓋問題的隱患排查報告。通導人員對S模式空地協(xié)同預警系統(tǒng)的運行維護、隱患排查，保障了該系統(tǒng)的穩(wěn)定工作，為管制員“添翼護航”，有利于空管的安全秩序、有利于民航的安全發(fā)展。

參考文獻：

[1] 楊曉天，曹蘇蘇.S模式讓地空監(jiān)視更具優(yōu)勢[J].空運商務，2018（4）：71-72.

[2] 水泉，余飛俠.S模式二次雷達協(xié)同監(jiān)視功能系統(tǒng)仿真[J].現(xiàn)代信息科技，2020，4（6）：39-42.

[3] 鄒殿臣.S模式空管二次雷達詢問與監(jiān)視技術研究[J].數(shù)字技術與應用，2016（9）：86-87，90.

[4] 陳劼.二次雷達S模式技術在空管局自動化中的應用[J].通信電源技術，2020，37（10）：125-127.

[5] 劉帥.S模式多雷達數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D].西安：西安電子科技大學，2017.

【通聯(lián)編輯：梁書】