S模式雷达技术在国产NUMEN-3000空管系统中的应用

黄肖超 周禄华 李国竞



S模式雷达技术在国产NUMEN-3000空管系统中的应用

黄肖超1周禄华2李国竞1

（1.中国民航湖南空管分局 2.南京莱斯信息技术股份有限公司）

针对目前中国民航广泛使用的监视源A/C模式二次雷达存在二次代码资源不足、机组运行信息下行数据缺失等缺点，阐述S模式雷达信号的特点，并将S模式雷达技术应用于国产NUMEN-3000空管自动化系统。

S模式；下行数据；空管系统

0 引言

中国民航空中交通流量的快速增长促进了新技术的发展与应用。民航监视设备中一次雷达逐渐被A/C模式二次雷达取代。与一次雷达相比，二次雷达下行数据更多，信息可信度更高。但随着航班量的不断增长，A/C模式二次雷达出现二次代码资源不足，机组运行状态信息缺失等问题。

近年来，S模式技术取得了长足的进步。从2014年开始，民航用户所有采购的雷达都要求具有S模式技术，如法国Thales公司雷达、西班牙Indra公司雷达和中国电子科技集团公司第十四研究所生产的恩瑞特雷达。S模式下行数据包括24位地址码、航空器识别符、高度、速度、航向和意向高度等数据[1-2]。这些数据通过自动化系统解析，应用于日常管制工作，提升了空中管制工作效率。

某空管分局2015年建设了一套国产恩瑞特S模式雷达，2017年NUMEN-3000空管自动化系统启用后，将恩瑞特S模式雷达信号应用于该系统。本文主要介绍S模式雷达技术在NUMEN-3000空管自动化系统的实际使用情况。

1 S模式技术

S模式技术是国际民航组织新航行系统的重要组成部分，是卫星导航、航空器机载设备与地面设备等多种先进技术的结合，可为管制员和飞行员提供更多的航空运行态势感知信息[3]。

S模式技术特点主要有：

1）采用24位二进制数来标记和识别航空器，代码的数量达到224，解决了飞机代码资源短缺的问题；同时下行的数据中包含航空器识别符，可提高航空器识别能力，减少管制员和飞行员的航空器识别工作量[4]；

2）下行数据段采用轮呼和锁定协议，减少不同航空器的干扰，提高监视数据的识别率；

3）在下行数据中可以看到当前机组的运行信息，如速度、航向和意向高度等数据，管制员不需要通过语音询问即可查看航空器的状态，有效提高空管的工作效率；

4）数据链路的运用，提高了监视数据的完整性和可靠性。

S模式技术的应用，可以提高地空工作效率，共享地空数据，减少技术和人为差错，提高航空器安全运行水平。

2 NUMEN-3000空管自动化系统

NUMEN-3000是一套实时数据处理、每天24小时不间断的空管自动化系统。该系统通过处理雷达、ADS-B等数据，提供空中飞行态势的显示和各种飞行冲突及异常的告警；通过处理飞行计划和动态电报，提供飞行计划和飞行动态相关信息及管理手段，在确保民航空管对空指挥任务的安全实施中发挥着重要的作用。

NUMEN-3000空管自动化系统主要由信息接入/输出子系统（RFP）、监视数据处理子系统（SDP）、飞行数据处理子系统（FDP）、数据记录子系统（DRF）、数据管理席（DBMS）、技术维护席（TSP）、雷达管制员席（SDD）、主任管制员席（SP）、计划协调席（FDOP）和技术监控席（SMP）等组成。各子系统通过网络交换机组建成星形拓朴结构的3个以太局域网（A、B、C）。系统采用三网运行方式，以保证网络数据可靠、高效传输，结构图如图1所示。

图1 NUMEN-3000空管自动化系统结构图

3 S模式技术的应用

S模式雷达技术应用于NUMEN-3000空管自动化系统，较好地解决了因二次代码资源不足引起的相关问题。S模式雷达技术在NUMEN-3000空管自动化系统的主要应用有：S模式相关挂标牌、告警处理和计划不相关目标显示[5]。

3.1 S模式相关挂标牌

雷达航迹和飞行计划航迹相关是NUMEN-3000空管自动化系统的重要功能。所谓相关就是雷达探测到的目标航迹如何与飞行计划进行匹配。目前使用A/C模式雷达信号的自动化系统通过比对综合航迹与飞行计划中的二次代码（secondary surveillance radar，SSR），满足一定条件即可相关，将航迹挂上标牌。

在NUMEN-3000空管自动化系统中，S模式雷达信息中的24位地址码和航空器识别符数据配置相关处理原则为：系统通过PLAN_ AUTOCOUPLE_ ADDRESS_WEIGHT，PLAN_ AUTOCOUPLE_ CALL_WEIGHT和PLAN_ AUTOCOUPLE_CODE_ WEIGHT 3个离线参数控制自动相关处理优先级。上述3个离线参数值越大，权重越高，优先级也越高。某空管分局NUMEN-3000空管自动化系统S模式自动相关处理优先级参数配置如表1所示。

表1 S模式自动相关处理优先级参数配置

在S模式雷达信号覆盖范围内，且飞机在自动相关区域内，NUMEN-3000空管自动化系统将优先检查S模式航迹与飞行计划中的地址码信息是否一致。若地址码一致，该航迹和飞行计划自动相关，并显示详细的航班信息；若地址码不一致，由于地址码优先级最高，所有系统不会再进行二次代码、航班号、航路和时间的一致性检查，该航迹不会完成自动相关。当S模式航迹与计划中的地址码缺失任意一方（S模式应答机故障或航空公司FPL报18编组漏发CODE信息），地址码相关的高优先级将降到最低，系统将再按照优先级顺序检查二次代码的一致性，这要求航迹具有有效的二次代码，同时飞行计划中的SSR和之前的二次代码（pre secondary surveillance radar，PSSR）至少有一个非空。如果此时飞行计划中的ASSR和PSSR至少有一个与航迹的二次代码相同，则认为双方的二次代码一致。由于二次代码不具有唯一性，因此二次代码一致性满足后系统还会进行航路和时间的一致性检查，所有条件都满足后才进行自动相关。

飞机注册时，S模式被分配了唯一的地址。这种通过地址码优先自动相关的配置，有效降低了机组因调错应答机而不能正确自动挂标牌的概率。

在实际应用中，NUMEN-3000空管自动化系统偶尔遇到S模式航迹和计划因为地址码数据不一致导致的不能相关或自动去相关的故障。在S模式雷达信号覆盖区域内，无法自动相关故障原因多为航空公司拍发的FPL报CODE信息错误，或机务维修时更换的应答机备件地址码信息与该飞机批复的地址码不一致所致。由于某分局目前区域内只有一套恩瑞特S模式雷达覆盖，S模式雷达信号覆盖略有不足。当航迹进入系统自动相关区域且在S模式雷达信号覆盖范围之外，系统优先通过二次代码完成自动相关；当航迹进入S模式雷达信号覆盖范围之内时，系统因为航迹数据更新再次检查自动相关的优先级，由于航迹和计划的地址码信息不一致，系统会将原来处于相关状态的航迹去相关，并分裂成未相关航迹和计划航迹，即使此时航迹和计划的二次代码一致。

如果航迹和计划至少有一方缺失地址码信息，并且二次代码的一致性也无法验证（即航迹和计划至少有一方缺失有效的二次代码，对于计划来说，缺失二次代码是指ASSR和PSSR都为空），系统将检查航班号的一致性。这要求航迹自身携带有航班号信息，此时如果航班号完全相同，则认为双方的航班号一致。

与二次代码的情况类似，航迹中携带的航班号不能保证唯一性和正确性，因此航班号一致性满足后系统还会进行航路和时间的一致性检查，所有条件都满足后才进行自动相关。当S模式航迹中的航班号与计划中的航班号不一致时，系统会产生CS提示告警，如图2所示。

图2 S模式CS告警提示

3.2 告警处理

NUMEN-3000空管自动化系统将飞机传递的最终设置选择高度（final state selected altitude，FSSA）与管制员设置的指令高度层（cleared flight level，CFL）高度进行一致性判断。若不一致，在标牌上进行提示，在配置地段显示黄色FSSA告警字符，用以提醒管制员，需要确认检查，如图3所示。这样可以增强地空之间的联系，降低风险，提高安全等级和运行效率。

图3 指令高度不一致告警FSSA

3.3 计划不相关目标显示

S模式雷达的下行数据包含航空器呼号等数据。当系统无法找到与航迹相匹配的计划时，综合航迹会显示S模式下行数据的航班号，作为识别参考。同时，为了区分S模式航班号与正常标牌航班号，NUMEN-3000空管自动化系统在标牌上显示特殊颜色的航班号（如草绿色），如图4所示。

图4 S模式航班号显示

4 结语

本文通过分析S模式雷达信号数据全、识别能力强等优点，阐述了国产S模式雷达技术在NUMEN- 3000空管自动化系统的应用：S模式相关挂标牌、告警处理和计划不相关目标显示。本文可作为S模式在其他系统应用的借鉴。但目前S模式数据的应用还比较有限，S模式下行数据中的很多数据，如高度、航向、速度和气温等都没有得到有效的利用，在后续的技术革新与自动化系统发展中，应该加大S模式数据的应用研究，为提高空中交通管制效率和航空安全做出更大贡献。

[1] MH/T 4029.2-2012. 民用航空空中交通管制自动化系统第2部分：技术要求[S].北京:中国民用航空局,2012.

[2] RTCA/DO-181D. Minimum operational performance standards for air traffic control radar beacon system/mode select (atcrbs/mode s)airborne equipment[S]. U S A, 2008.

[3] 王洪,刘昌忠,汪学刚.二次雷达S模式综述[J].电讯技术, 2008(7):113-118.

[4] 应伟煜,杨恺,周禄华. S模式雷达技术在空管自动化系统的应用[J].网络安全技术与应用,2017(12):146-147.

[5] 黄帆.在空管自动化系统中S模式的应用需求分析[J].信息通信,2017(9):140-141.

Application of S Mode Radar Technology in Domestic NUMEN-3000 Air Traffic Control System

Huang Xiaochao1Zhou Luhua2Li Guojing1

(1. Hunan Air Traffic Management Sub-Bureau of Civil Aviation Administration of China 2. Nanjing LES Information Technology Co., Ltd.)

With the rapid growth of civil aviation air traffic flow, the requirements for air traffic control monitoring equipment are becoming higher and higher. At present, the widely used surveillance source is the A/C mode secondary radar. The shortcomings of A/C mode radar are insufficient secondary code resources and missing downlink data of crew operation information. It has been unable to meet the future development needs of civil aviation. This paper analyzes the advantages of S mode radar signal, expounds the characteristics of S mode radar technology, and designs and realizes the application of S mode technology in domestic NUMEN-3000 automation system.

S Mode; Downlink Data; Air Traffic Control System

黄肖超，男，1985年生，工程师，主要研究方向：空管自动化系统技术。

周禄华（通信作者），男，1975年生，研究员级高工，主要研究方向：空管系统总体技术。E-mail: zlh_28@163.com

李国竞，男，1987年生，工程师，主要研究方向：空管自动化系统技术。