空管自动化系统飞行计划与雷达航迹相关技术分析

陈志峰

【摘要】 本文通过分析飞行计划与雷达航迹的相关技术，结合自动化系统在实际运行中飞行计划与雷达航迹相关出现的常见问题，提出了一种飞行计划与雷达航迹相关的解决方案。

【关键词】 飞行计划 雷达航迹 相关因子 SSR

一、引言

在空管自动化系统中，飞行计划与雷达航迹的相关主要是指根据一定的准则将雷达航迹目标与飞行计划进行关联，从而为管制用户提供较为完整的飞行态势信息。其中，雷达航迹主要是指由雷达探测得到的空中目标的位置、方向、速度等数据；飞行计划是指预先或临时确定的与航班相关的飞行航线以及航班的速度、高度、时间、起飞机场、目的机场等参数的总和。通过将雷达航迹与飞行计划的融合，可以充分利用飞行计划关于目标的属性信息以及雷达关于目标的位置信息，实现对目标全面及时地了解和掌握。

二、飞行计划与雷达航迹相关技术分析

目前，存在多种飞行计划与雷达航迹相关的技术，如传统的SSR关联法；通过飞行计划的三阶段飞行模型航迹预测而采用的方向距离相关法；利用方向因子、偏航因子、时差因子的计算采用的最优关联阈值法；改进的MK-NN算法；基于模糊综合函数的飞行计划与雷达航迹关联法等。通过对以上技术的分析可知，飞行计划与雷达航迹的相关技术大体上主要分为两类，一类是采用二次雷达编码（SSR代码）关联方法。另外一类是通过建立计划航迹，利用相关因子（包含偏航因子、时间因子、方向因子、速度因子等）和SSR匹配原则完成飞行计划与雷达航迹的相关，本文定义此种方法为相关因子关联法。

2.1 SSR关联法

SSR关联法主要满足以下条件：（1）雷达航迹没有重复的SSR。若雷达覆盖的区域内航迹处在重复二次代码告警状态，即同时存在有两个SSR 代码相同的雷达航迹，即使存在相应的飞行计划，也不做相关处理。（2）存在与雷达航迹对应的飞行计划。如要完成雷达航迹与飞行计划的相关，就要存在与之对应的飞行计划。目前，飞行计划的来源主要包括RPL库和通过各种AFTN报文（主要包括PFL、CPL、DEP、EST等）创建。（3）飞行计划满足自动相关的条件。飞行计划只有处在预激活、协调、管制、移交等状态才能与雷达航迹进行相关。

2.2 相关因子关联法

由于航班的飞行是有规律性和计划性的，航班必须按照指定的航路飞行，我们可以利用当前航迹点的偏航程度、时间、飞行方向、速度等因子，通过与建立的飞行计划航迹进行比对，以此来推断哪些飞行计划与哪些航迹点存在关联。

（1）计划航迹的建立。计划航迹主要是根据航班的飞行计划，通过航路转换，将飞机的飞行航路信息转换成航路中各个关键航路点的信息， 这些航路点包括各导航台、 各地理参考点、管制区的入界出界点、起飞落地机场等。（2）偏航因子。动态航迹点与某航路段的距离（当前航迹点到航路段的垂直距离），可以反映该航迹点处于该航路段的可能性大小；若该航路段是某飞行计划航路的一部分，则这种偏离程度代表了航迹点偏离计划航路的距离程度，偏离程度越高说明該航迹与某计划航路相关的可能性越低，我们认为它是动态航迹点与飞行计划关联质量的一个因子，并称之为偏航因子。（3）时间因子。将雷达航迹点在某航路段上投影，根据飞行计划信息可以计算出航空器预计到达该投影位置时的时间，该预计时间与雷达航迹当前的时间相比较存在的时间差，可反映该航迹点在时间上偏离计划航路的程度，差值越大，说明该航迹与某计划航路相关联的可能性越低。（4）方向因子。航空器在某航路上飞行是有一定的方向的，因此可以认为飞行计划中的各航线段也是有方向的。对于入港和飞越的航班，在其进入交接点附近时予以检查，雷达航迹的飞行方向与飞行计划的方向应大致符合，若当前航空器航迹点的方向与某航路段方向的夹角越小，则该航迹点与该航路段的关联可能性越高。（5）速度因子。航空器在飞行过程中是有速度的，而飞行计划中也有巡航速度信息。如果在某时刻航空器的飞行速度与计划航迹中的巡航速度相差很大，那么该雷达航迹与飞行计划关联度视为很小。本方法的缺点是由飞行计划推出的计划航迹与真实飞行情况相比，误差较大。而方向因子、偏航因子、时差因子所确定的阈值范围较大，在空中目标较多的情况下容易引起误关联。

三、飞行计划与雷达航迹相关解决方案

为保证飞行计划与雷达航迹的相关率，同时考虑到算法的复杂性，目前的自动化系统大多是综合上述两类方法，并结合各管制区域的特点，较好的解决了飞行计划与雷达航迹的相关问题。然而，在自动化系统的实际运行中，由于人为及天气等因素，往往导致飞行计划与雷达航迹的相关出现不匹配的现象。

造成上述问题的根本原因有两种，一是管制相关区域内同时存在有两个SSR 代码相同的雷达航迹；二是对于同一航班存在两个计划航迹且预分配了相同的SSR。因此，会出现以下三种情况：（1）一个雷达航迹对应两个计划航迹；（2）两个雷达航迹对应一个计划航迹；（3）两个雷达航迹对应两个计划航迹。

针对上述问题，本文提出了一种飞行计划与雷达航迹相关的解决方案，具体内容如下：

（1）根据整个管制区的情况，建立两个相关区域：第一个区域本文定义为相关区域A，以跑到中心点为中心，r为半径，h为高，建立一个柱体，其中r、h根据实际情况设定。相关区域A主要是用于本场起飞的航班在塔台管制范围内进行相关处理。第二个区域本文定义为相关区域B，将管制区边界外扩D，高为H，并去掉第一个区域而形成的柱体，其中D、H根据实际情况设定。相关区域B主要是用于第一种情况外的相关处理。

（2）相关区域A的相关处理：对于相关区域A，主要关注的是本场起飞航班的情况。在进行相关处理前，需建立本场起飞航班的计划库。相关区域A内的相关处理，仅需查询本场起飞航班的计划库即可。因在本场起飞的航班涉及到跑道、起飞方向的动态变化，所以雷达航迹的偏航因子、速度因子、方向因子等均不能作为表征因子，而仅靠时间因子其准确性较差，所以在相关区域A内，不适宜使用相关因子关联法，只能采用SSR关联法。

对于一个雷达航迹对应一条飞行计划的情况，采用SSR关联法。对于两个雷达航迹对应一条飞行计划的情况，若两个雷达航迹均在相关区域A，不做相关处理；若一个雷达航迹在相关区域A，另一个雷达航迹在相关区域B，相关区域A内的雷达航迹可以完成相关。

对于一个雷达航迹对应两条飞行计划的情况，不做相关处理，可由管制员手动选择相关。对于其他情况，不作相关处理。

（3）相关区域B的相关处理。对于相关区域B，主要关注的是本场落地及飞越航班的情况。在进行相关处理前，需建立本场落地及飞越航班计划库。相关区域B内的相关处理，仅需查询本场落地及飞越航班计划库即可。在相关区域B，可采用SSR关联法与相关因子关联法相结合。

对于一个雷达航迹对应一条飞行计划的情况，采用SSR关联法。对于两个雷达航迹对应一条飞行计划的情况，若两个雷达航迹均在相关区域B，采用相关因子关联法；若一个雷达航迹在相关区域A，另一个雷达航迹在相关区域B，相关区域B内的雷达航迹可以完成相关。

对于一个雷达航迹对应两条飞行计划的情况，采用相关因子关联法。对于其他情况，不做相关处理。

四、总结

本文通过对飞行计划与雷达航迹相关技术的分析，结合自动化系统在实际运行中飞行计划与雷达航迹相关出现的常见问题，提出了一种飞行计划与雷达航迹相关的解决方案。文中所述方案仅从理论的分析得出，实际的使用效果还需进一步验证。