虹桥场面监视雷达的应用与发展

俞 婷

民航华东空管局技术保障中心职称：助理工程师。

场面监视雷达从一种一次雷达技术的地面应用，逐渐演变成类似于空中交通管理自动化系统的专用于机场地面交通管理的自动化系统。因此，场面监视雷达系统与空管自动化系统一样，伴随着系统功能的增强，其系统功能的实现越来越依赖于外部信息的集成。但是目前的系统尚无法对起飞的航班进行挂单，为了能够解决这一问题，本文主要介绍虹桥场面监视雷达系统引入机场场面多点定位系统的信号实现起飞航班的挂单。

系统概述

应用背景

上海市因民用航空运输繁忙建设虹桥和浦东两个机场，为了满足未来不断增加的航班数量，适应空管业务的不断发展，提高航班的准点起飞率和降低航班的延误率，引进了场面监视雷达系统。

虹桥场面监视雷达系统于2010年1月开始施工建造，2010年4月底完成现场验收，并于2010年6月正式投产运行，目前该系统工作情况良好，运行稳定。

场面监视雷达是一种用于监视机场场面飞机及车辆的一次雷达，另外能够接收外部的进近雷达、场监雷达、多点定位、ADS-B、区管空管自动化系统数据、机场桥位信息、气象等数据，经终端数据处理器融合处理后，提供覆盖范围内所有车辆和飞机准确、连续、实时位置和标牌显示（飞机航班号、飞机机型、速度、停靠桥位等信息）。此外，系统采用适当的安全逻辑，提供相应的告警，具有良好的人机界面。

虹桥场面监视雷达系统由雷达头（天线及收发机）和终端部分组成。雷达头部分采用法国TERMA 公司SCANTER2001 的21’圆极化反余割平方37dB 的裂缝天线，设有东、西两个场监雷达头；终端部分采用 荷 兰HITT 公 司 的A-SMGCS（Advanced-Surface Movement，Guidance and Control System）系统。

系统的外接信号

已经接入系统的信号

东、西场监雷达头信号

APP 进近雷达信号（虹桥THALES 雷达）

2.3不良反应事件情况比较:A组发生3例局部出血(7.5%),其中有牙龈出血2例、轻度咯血1例。消化道出血1例(2.5%);B组发生5例局部出血(12.5%),其中牙龈出血3例,痰中带血2例。消化道出血2例(5.0%)。差异不存在统计学意义(P>0.05)。

桥位信息（机场数据库AIS 系统）

欧洲猫综合航迹信息

GPS 信号

气象信息

尚未接入系统的信号

ADS-B 地面基站：采用ADS-B 航迹来识别飞机和车辆。装有ADS-B 应答机的物体通过GPS 发送一个具有唯一身份和位置的信息，这样可以可靠地识别出装有ADS-B 应答机的目标。

多点定位系统：多点定位是一种监视技术，可以通过几个接收站接收的应答信号来比较飞机或车辆的到达时间。通过每个接收站接收信号的时间差来计算出飞机或车辆的位置。

TIS-B 系统：空中交通情报服务广播，是一种监视技术，给装有TIS-B 设备的目标提供广播信息。

系统的挂单机制

场面监视雷达的挂单就是将场面上所监视到的雷达航迹与飞行计划或者车辆名称相关联起来，系统既可以自动挂单，也可以在特殊情况下进行人工挂单。

场面监视系统的自动挂单需要进近雷达数据和来自THALES 自动化系统提供的飞行计划。场监系统接入了进近雷达信号，进近雷达覆盖了机场范围，提供进近雷达数据。进近航迹，包含了一个SSR 代码和飞行计划信息，可以和场监航迹自动相关。此外，欧洲猫自动化系统对场监A-SMGCS系统输出飞行计划和航迹数据，用来识别落地飞机。

对于降落的航班，需要来自进近雷达的SSR 代码，然后通过与飞行计划匹配，从而自动挂单。当飞机进入场监雷达覆盖范围（靠近跑道边缘），进近雷达的航迹会和场监航迹相关联。当进近航迹消失后，场监雷达航迹会继续对目标挂单。

而对于起飞的航班，飞机离开桥位后，系统自动分配一个随机码给此飞机，当此飞机滑行至跑道边缘，进入场监雷达和进近雷达融合处，系统获得SSR 代码，然后与飞行计划相匹配，自动挂单。

由此看出现有的挂单机制是基于SSR 代码的，一旦无法获取航班的SSR 代码，就无法通过SSR 代码来寻找到匹配的飞行计划，于是航班就无法挂单。

解决办法

为了解决场面监视雷达系统无法对起飞航班离开桥位起飞前挂单和场监雷达盲区问题，可以考虑引入多点定位系统。

多点定位系统原理

多点定位（Multilateration，MLAT）系统通过计算飞机或车辆发射信号到达接收站的时间差（TDOA）来确定其空间位置。多点定位系统的有点是基站布置灵活、定位精度高、建设运行维护成本低，另外可以有效解决盲区问题。

图1 多点定位系统原理图

图2 多点定位系统的组成图

如图1 所示，MLAT 利用双曲线上的点到定点的距离差是常数，这样三个接收机就可以产生两条双曲线，而两条双曲线的交点就是目标的位置。对于二维空间，两个接收站决定了一条双曲线，第三个接收站可以确定另一条双曲线，两条双曲线的交点确定了目标的坐标X，Y。而对于三维空间，则需要四个就收站才能确定目标的坐标X，Y，Z。

多点定位系统的组成

多点定位系统主要由远端站、中心站和参考应答机组成。如图2 所示。

远端站由机柜、通讯模块、电源模块和收发模块组成，远端站的分布是由覆盖范围和机场的地形所决定的，每个远端站至少要能够接受一个参考应答机的信号。

参考应答机就是一些特定位置的远端站。参考应答机定期发送一个S 模式信号，远端站对该信号的时间进行标记，然后与预期的标记值进行比较，以此来校正每个远端站的振荡器。

中心站主要用于综合远端站的信号，计算得到目标的TDOA 位置，再通过程序进行恢复由多径干扰造成的信号损坏，由此可以通过最大似然估计法来精确地计算出二维或者三维的目标位置。

多点定位系统的布点

首先，为了节省安装成本，布点的时候首先考虑利用场面上已有的台站，例如可以考虑将参考应答机设置在塔台、二次雷达站、场监雷达站等，如图所示。利用这些台站已有的供电设备，数据传输链路，可以大大减少安装时的布线工程，同时也不需要再进行第三方协议。

再者，目标发现的概率与接收站的冗余度有关。假设在100m 的范围内少于100 个目标，并且该范围内有最少3～4 个接收站，那么发现概率会达到99.9%。另外，目标的识别概率和接收站的冗余度也有关，假设在100 米的范围内少于100 个目标，并且该范围内有最少1～4 个接收站，那么识别概率会达到99.9%。

为了解决场面监视系统，无法对起飞航班挂单的问题，虹桥机场的MLAT 系统必须配有接受/发射站点，通过这些站点发出询问信号，目标接收后对其进行回复，那么MLAT 系统将该目标的位置和解码的回复信号输出给场面监视雷达系统，则可以达到挂单的目的，并且可以提高目标位置的精确度。可以考虑将接受/发射站点设置在桥位265、232 附近，在这里可以保证西面的所有目标都可以接受到询问信号；塔台和thales 二次雷达站设置接受/发射站点则可保证东面目标都可以接收到询问信号。如图所示。

而对于其他接收站而言，需要满足覆盖范围的要求，每块区域至少需要四个以上接收机，当任何接收机出现故障和数据丢失时，每块区域至少可以有一个冗余的接收机。大致所要布点的位置如图所示。

对于虹桥场面监视系统来说，多点定位系统还可以弥补现在场监雷达的盲区。并且多点定位系统可以融合ADS-B 信息，ADS-B 也是将来发展的一个趋势，由此可见，多点定位系统非常灵活，成本也很低。