某航班在自動(dòng)化系統(tǒng)中產(chǎn)生RA告警的原因分析

摘" 要：為提高航空器運(yùn)行安全，增強(qiáng)地空的協(xié)同合作，空管自動(dòng)化系統(tǒng)通過(guò)解析獲取到的S模式基本監(jiān)視（ELS）中的下行數(shù)據(jù)，得到機(jī)組發(fā)給管制員的高度、速度、二次代碼、航班號(hào)和告警等信息，在管制席位上呈現(xiàn)出來(lái)。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)在自動(dòng)化系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn)RA虛警，以及兩套自動(dòng)化系統(tǒng)顯示告警不一致的問(wèn)題。通過(guò)研究RA告警的產(chǎn)生機(jī)制，對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)產(chǎn)生RA告警的原因進(jìn)行分析，進(jìn)而可判斷出真實(shí)告警和虛告警，并得到兩套自動(dòng)化系統(tǒng)處理RA告警的機(jī)制差異。

關(guān)鍵詞：空中交通管理自動(dòng)化系統(tǒng)；S模式基本監(jiān)視（ELS）；RA告警；虛告警

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391；TN95" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" 文章編號(hào)：2096-4706（2025）03-0012-04

Analysis of the Causes of RA Alarms in the ATM-AS of a Flight

YANG Yong

（Yunnan Branch of China Civil Aviation Southwest Air Traffic Management Bureau， Kunming" 650200， China）

Abstract： In order to improve the safety of aircraft operation and enhance the cooperation between the ground and the air， the Air Traffic Management Automation System （ATM-AS） obtains the downlink data in the Mode S Elementary Surveillance （ELS） by parsing. The height， speed， secondary code， flight number and alarm information sent by the unit to the controller are obtained and presented at the control seat. In the actual operation process， technicians find the problems that RA 1 alarms often occur in automation systems and the two sets of automation systems show inconsistent alarms. By studying the generation mechanism of RA alarms， the causes of RA alarms in automation systems are analyzed. Furthermore， the real alarms and the 1 alarms can be judged， and the mechanism difference between the two sets of automation systems to deal with RA alarms can be obtained.

Keywords： ATM-AS; Mode S Elementary Surveillance （ELS）; RA alarm; 1 alarm

0" 引" 言

隨著人們出行需求的日益增長(zhǎng)，使用技防手段[1]充分利用監(jiān)視源下行數(shù)據(jù)信息，為管制員提供告警提示，從而遏制不安全事件的發(fā)生，已成為擺在每一位技術(shù)人員面前的迫切問(wèn)題?！睹窈娇展茏詣?dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用S模式數(shù)據(jù)的技術(shù)和功能要求》中明確指出，“系統(tǒng)應(yīng)能獲取S模式ELS下行數(shù)據(jù)中的TCAS RA信息，并在管制席位進(jìn)行提示[2]”“在標(biāo)牌上提供航跡處于TCAS RA的提示”。昆明現(xiàn)場(chǎng)目前使用的是NUMEN-2000自動(dòng)化系統(tǒng)和AirNet 5.8自動(dòng)化系統(tǒng)，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，兩套自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)RA告警的產(chǎn)生有偶爾不一致的現(xiàn)象，通過(guò)分析兩套自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)S模式雷達(dá)下行數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的區(qū)別，分析出一套系統(tǒng)產(chǎn)生RA告警時(shí)，另一套系統(tǒng)不產(chǎn)生RA告警的原因，可以使技術(shù)人員更好地掌握自動(dòng)化系統(tǒng)處理差異，從而更好地為管制提供服務(wù)。

1" TCAS告警原理分析

TCAS（Traffic Alert and Collision Avoidance System）是空中交通預(yù)警和防撞系統(tǒng)，它通過(guò)獲得附近飛機(jī)應(yīng)答機(jī)發(fā)射的數(shù)據(jù)，并且使用此數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)估潛在的沖突威脅[3]。TCAS通過(guò)確定以下幾個(gè)參數(shù)來(lái)計(jì)算入侵飛機(jī)的航跡、最近的接近點(diǎn)（CPA）以及到達(dá)CPA之前估算時(shí)間（TAU）：一是入侵飛機(jī)的方位；二是飛機(jī)和入侵飛機(jī)之間的距離、間隔速率或接近速率；三是入侵飛機(jī)的相對(duì)高度。如果TCAS探測(cè)到一架入侵飛機(jī)的航跡可能是一個(gè)相撞威脅，它觸發(fā)音響和目視指示信息以及垂直速度指令，以保證充分的航跡間隔和最小的垂直速度變化，如圖1所示。TCAS把飛機(jī)周?chē)目沼蚍譃?個(gè)區(qū)域，從而評(píng)估潛在的相撞威脅，距離由遠(yuǎn)及近、威脅由小到大可分為：其他入侵飛機(jī)、最接近的入侵飛機(jī)、交通咨詢(xún)TA（Traffic Advisory）和決斷咨詢(xún)RA（Resolution Advisory）。其中，RA提供給飛行機(jī)組潛在的碰撞目標(biāo)的位置信息，RA提供給飛行機(jī)組預(yù)測(cè)的碰撞目標(biāo)的位置信息和指令來(lái)避免沖突[4]。

真實(shí)的TCAS告警情況下，當(dāng)斷定有與本機(jī)存在潛在危險(xiǎn)接近的飛機(jī)時(shí)，會(huì)提前20～48秒發(fā)出TA警告，之后本機(jī)將對(duì)入侵飛機(jī)連續(xù)監(jiān)測(cè)約15秒，如果危險(xiǎn)接近情況仍然存在，則TCAS發(fā)出RA告警。虛告警情況下，TA和RA告警間隔很短，或者直接出現(xiàn)RA而不出現(xiàn)TA，或與機(jī)組證實(shí)周?chē)o(wú)其他飛機(jī)。TCAS虛警通常有以下原因[5-6]：

1）TCAS因本機(jī)設(shè)備原因收到本機(jī)應(yīng)答機(jī)回答的信號(hào)，包括應(yīng)答機(jī)抑制失效、本機(jī)應(yīng)答機(jī)高頻率和連續(xù)的C模式詢(xún)問(wèn)等情況。

2）TCAS收到了其他飛機(jī)帶有錯(cuò)誤的應(yīng)答機(jī)信號(hào)，包括其他入侵飛機(jī)帶有錯(cuò)誤的高度編碼器、地面ATC測(cè)試、假目標(biāo)假信號(hào)、分離信號(hào)等。

3）TCAS使用的1 030/1 090 MHz無(wú)線電頻率受到干擾。

2" 產(chǎn)生RA告警的原因分析

2.1" 與RA告警有關(guān)的數(shù)據(jù)項(xiàng)

ASTERIX CAT048[7]（提供了S模式雷達(dá)單雷達(dá)目標(biāo)報(bào)告）和ASTERIX CAT021[8]（提供了ADS-B目標(biāo)報(bào)告）均有表示RA報(bào)告的數(shù)據(jù)項(xiàng)。ASTERIX CAT048中數(shù)據(jù)項(xiàng)為I048/250項(xiàng)和I048/260項(xiàng)，CAT021中數(shù)據(jù)項(xiàng)為I021/250項(xiàng)和I021/260項(xiàng)，兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中的RA告警數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和解析方法完全一致[5]。

2.2" I048/250和I048/260數(shù)據(jù)項(xiàng)

對(duì)于S模式雷達(dá)數(shù)據(jù)而言，ASTERIX CAT048提供了單雷達(dá)的目標(biāo)報(bào)告。ASTERIX CAT048的UAP（User Application Profile）中與RA告警相關(guān)的數(shù)據(jù)項(xiàng)有I021/250項(xiàng)和I021/260項(xiàng)。其中，I048/250數(shù)據(jù)項(xiàng)提供了S模式MB（Message， Comm B）數(shù)據(jù)，如圖2所示。如果在最后一次掃描中提取出來(lái)二進(jìn)制數(shù)據(jù)源（Binary DataSource， BDS）數(shù)據(jù)，那么與S模式相關(guān)的每個(gè)ASTERIX記錄中都應(yīng)包含此項(xiàng)。對(duì)于BDS20，使用240項(xiàng)，對(duì)于BDS30，使用260項(xiàng)。I048/260數(shù)據(jù)項(xiàng)注釋部分明確指出：“This item shall be present when a Resolution Advisory has been generated in the last scan”，即當(dāng)最后的掃描中出現(xiàn)RA告警時(shí)，該項(xiàng)應(yīng)當(dāng)存在，如圖3所示。

如果在最后一次掃描中產(chǎn)生了決斷咨詢(xún)RA，則該項(xiàng)中應(yīng)帶有RA。RA告警不僅可以根據(jù)260數(shù)據(jù)項(xiàng)的BDS30數(shù)據(jù)塊置位信息表現(xiàn)，還可以通過(guò)260數(shù)據(jù)項(xiàng)（ACAS）表征，該數(shù)據(jù)項(xiàng)有7個(gè)字節(jié)，共計(jì)56位，其中，第28位MTE（第4個(gè)字節(jié)的第4位）和第2個(gè)字節(jié)ARA（第9～15位）是用來(lái)確認(rèn)RA告警的。自動(dòng)化系統(tǒng)能夠獲取S模式雷達(dá)的下行數(shù)據(jù)，通過(guò)解析，使其在標(biāo)牌上產(chǎn)生/不產(chǎn)生RA告警。

2.3" 產(chǎn)生RA告警的原因分析

昆明現(xiàn)場(chǎng)使用的是NUMEN-2000自動(dòng)化系統(tǒng)和AirNet 5.8自動(dòng)化系統(tǒng)，兩套自動(dòng)化系統(tǒng)互為主備，雖然具備的功能基本一致，參數(shù)設(shè)置也相同，能盡量讓用戶(hù)使用時(shí)無(wú)差異感，但兩套系統(tǒng)出自不同的廠家，在設(shè)計(jì)思路上有些許差異。下面以一個(gè)RA虛告警的例子，解釋兩系統(tǒng)在處理RA告警時(shí)的差異。

某日，管制員反映航班A在NUMEN-2000自動(dòng)化系統(tǒng)上產(chǎn)生了RA告警，而AirNet自動(dòng)化系統(tǒng)上并未出現(xiàn)。詢(xún)問(wèn)管制員后得知，在產(chǎn)生該告警之前未產(chǎn)生TA告警，之后請(qǐng)管制員與機(jī)組證實(shí)，機(jī)組周邊并無(wú)其他飛機(jī)，初步判斷該告警為虛告警。

之后，在NUMEN-2000自動(dòng)化系統(tǒng)上重演，發(fā)現(xiàn)由單路S模式雷達(dá)B和綜合航跡均產(chǎn)生了RA告警，如圖4所示。

綜合航跡的RA來(lái)自單路雷達(dá)B，該雷達(dá)為S模式雷達(dá)，其RA告警來(lái)源于Data Item I048/260， ACAS Resolution Advisory Report或者Data Item I048/250， Mode S MB Data BDS30。現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)播放原始數(shù)據(jù)，在前置機(jī)RFP主機(jī)上/home/atc/log/pcp_log目錄新建radarno.reg文件，內(nèi)容填7（雷達(dá)B的編號(hào)），生成了跟蹤該雷達(dá)的文件，在其中找到了*acas*文件，表明有RA告警，打開(kāi)數(shù)據(jù)項(xiàng)正文，對(duì)原始數(shù)據(jù)（圖5）進(jìn)行分析。

如圖5所示，最左側(cè)數(shù)字1 910至1 918為行數(shù)，第1 910行為航班A的地址碼，下一行為航班號(hào)，第1 913行至第1 915行為250數(shù)據(jù)項(xiàng)，第1 913行“02”表示后面有8乘2個(gè)字節(jié)，第1 914行是BDS30數(shù)據(jù)塊（末尾以30結(jié)尾），該數(shù)據(jù)塊記錄關(guān)于RA告警的置位信息：

BDS30數(shù)據(jù)塊“fe 81 03 00 00 00 00 30”。

其中，第4個(gè)字節(jié)00表示MTE置位信息，十六進(jìn)制“00”轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制是0000 0000，該二進(jìn)制中的的第4位表示MTE是0；第2個(gè)字節(jié)81表示ARA置位信息，十六進(jìn)制“81”轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制是1000 0001，該二進(jìn)制第1位是1，第2位到第7位都是0，最后一位是擴(kuò)展位。

結(jié)合MTE和ARA的置位信息，根據(jù)表中RA告警置位信息，可看到該情況屬于第一行的ARA項(xiàng)（1000 000，第9到第15位，不含擴(kuò)展位）第9位為1，第11、12位為0，其他位為任意0或1，MTE項(xiàng)（0）為任意0或1。據(jù)此，該消息符合RA告警置位（表1）[9]，所以會(huì)出現(xiàn)RA告警。

經(jīng)過(guò)分析兩套自動(dòng)化系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)在處理下行數(shù)據(jù)判斷RA告警時(shí)，兩個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的機(jī)制有所不同：NUMEN-2000自動(dòng)化系統(tǒng)優(yōu)先使用260數(shù)據(jù)項(xiàng)來(lái)判斷RA，當(dāng)該項(xiàng)沒(méi)有時(shí)，則使用250數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行判斷；AirNet 5.8自動(dòng)化系統(tǒng)只使用260數(shù)據(jù)項(xiàng)來(lái)判斷RA。當(dāng)出現(xiàn)RA告警時(shí)，S模式雷達(dá)下行數(shù)據(jù)中若只有250數(shù)據(jù)項(xiàng)，會(huì)導(dǎo)致RA告警出現(xiàn)在NUMEN-2000自動(dòng)化系統(tǒng)上，而AirNet 5.8自動(dòng)化系統(tǒng)上未出現(xiàn)。由于I048/250數(shù)據(jù)項(xiàng)和I048/260數(shù)據(jù)項(xiàng)均可能含有RA告警信息，因此可能會(huì)導(dǎo)致不同的自動(dòng)化廠家在設(shè)計(jì)RA告警功能時(shí)，產(chǎn)生歧義。

3" 結(jié)" 論

RA告警是航空安全中最重要的告警之一，采用技防手段將接收到的S模式雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，可以將RA告警直觀地顯示在標(biāo)牌上提示管制員。由于RA告警偶有虛告警產(chǎn)生且I048/250項(xiàng)和I028/260項(xiàng)均能表征RA告警，昆明現(xiàn)場(chǎng)使用的兩套自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)RA告警的處理機(jī)制不一致。通過(guò)對(duì)RA告警原理的學(xué)習(xí)和CAT048相關(guān)數(shù)據(jù)項(xiàng)的解析，可以判斷RA告警的虛實(shí)，從而提高航空器運(yùn)行安全。

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作者簡(jiǎn)介：楊勇（1987—），男，彝族，云南臨滄人，通信導(dǎo)航監(jiān)視工程師，本科，研究方向：民航地空通信、航管信息系統(tǒng)。