场监雷达在机场中的应用

2019-11-18孙璐

电子技术与软件工程 2019年18期

文/孙璐

对于戴高乐机场、希斯罗机场等，飞机穿越跑道、滑行道这些比较庞大且复杂的机场来说在实际的运营操作过程中总是会不可避免的会发生一些意外事故，进而导致机场出现拥挤的现象甚至会影响整个机场系统的正常运作，如何提高机场的可靠性以及高利用性是目前广泛关注的问题。此外，对于一些处于气象条件价差的机场来说，往往会受到自然灾害的影响，例如大雪天气，雨雾天气等，都会严重的影响机场的指挥管制工作，导致站坪上飞机、车辆的流量受到限制，场面监视雷达的广泛应用就是为了解决这两方面问题。场面监视雷达是作为一二次雷达的有力补充，是实现II/III精密进近和现场指挥的重要配套设施之一。场面监视雷达系统的主要用于对机场地面的目标进行监视和跟踪。通过对飞行数据、气象观测等信息进行充分的融合分析后，将机场停机坪、滑行道以及跑道上目标的实时状态提供给管制人员和机场的地面服务人员，监测目标运动是否存在偏差，从而避免在有关区域内运动物体之间的相互冲突，防止跑道入侵。近年来雷达信号的处理技术快速发展，显示器也发生了巨大的变化，不再单纯的显示一个个目标点，而是通过与外部数据相关联，这样管制员仅仅通过显示器上就可以对飞机和车辆进行有效的区分，并且还能够快速的对飞机的航班号、速度、将停靠的登机桥等信息进行识别。此外，场面监视雷达能够有效的保证机场即使在低能见度情况下也可以正常运行。

1 系统介绍

本次工程中场面监视雷达系统主要的功能为监视功能，实时的监测滑行道、停机坪上飞机和车辆活动的具体状态。而场面监视雷达系统的主要组成为雷达天线、天线基座、雷达收发机、雷达数据处理系统、服务显示工作站、网络交换系统等。同时，还需要配备相关的软件，用以完成雷达信号的处理功能。为提高本系统的可靠性，雷达收发机为冗余配置，雷达数据处理主机、网络交换机也均为冗余配置。

1.1 设备配置

场面监视雷达系统的主要组成为雷达天线、天线基座、雷达收发机、雷达数据处理系统、服务显示工作站、网络交换系统等。同时，还需要配备相关的软件，用以完成雷达信号的处理功能。

为提高本系统的可靠性，雷达收发机为冗余配置，雷达数据处理主机、网络交换机也均为冗余配置。本设计采用南京莱斯Scanter 5502场面监视雷达X波段设备。双通道冗余设计和全固态技术为收发机所涉及的主要技术，并且还配置了两套固态收发机，这些设备综合起来构成了全冗余的收发机系统。即使单通道出现失效以及对通道进行临时维护导致其关闭时，都不会对SMR的工作造成中断。此外，还可以采用自动和手动的切换方式。

SMR将探测的回波信息处理输出为原始视频，本地的雷达数据处理单元对传输过来的原始视频进行接收。雷达数据处理单元具备与雷达头收发信机交叉连接功能，两台雷达数据处理单元同时工作，向系统发送各自的航迹信息，以保证在一台出现故障的情况下，不影响整个系统的正常工作。雷达数据处理单元对原始雷达视频进行杂波抑制等处理，得到场面活动目标的检测视频，可以对目标的位置和轮廓等各种信息进行提取。最后在这个基础上，可以利用数据处理软件对目标进行自动发现和跟踪，并且能够清晰的将目标的原始回波、轮廓和航迹等各种信息呈现在处理单元的显示器上。同时，处理单元能够将接收到的目标航迹信息和数字视频信息等传输到本地和远端的监视系统。

1.2 系统性能参数

SMR系统需提供360方位范围满足以下条件的覆盖：

（1）覆盖范围：150-5000m；

（2）场面监视雷达天线工作频率：9.1-9.5GHz；

（3）天线转速：6-60rpm。

在距离上最小覆盖不大于150米，单通道工作作用距离不小于5km，频率分集模式作用距离不小于5km；在距离覆盖范围内覆盖高度高于天线高度，可检测跑道以上、高度100米以下的进近和离场航空器；高于上述高度的航空器如果被检测到，需要抑制该目标。

天线下视角不小于40度；2500米范围内，降雨量为25mm/h时，目标横截面（等效RCS）为1m2时，探测概率为95%，最大虚报警概率（PFA）为10-6；3500米范围内，降雨量为25mm/h时，目标横截面（等效RCS）为1m2时，探测概率为90%，最大虚报警概率（PFA）为10-6；当距离缩小或降雨量减小时，覆盖范围内的凭据探测灵敏度（探测概率及最大虚报警概率）应提高。

2 台址及台站介绍

本设计根据航站区、飞行区构型以及场外环境、地势等因素，新建的X波段场面监视雷达台址为：1号场面监视雷达位于东跑道东侧；2号场面监视雷达位于北跑道北侧；3号场面监视雷达位于西一、西二跑道之间。1号场监覆盖重点为东跑道、垂直联络道，同时兼顾北跑道，2号场监重点覆盖北跑道和北跑道北侧的滑行道，兼顾东跑道，3号场监覆盖重点为西一、西二跑道和垂直联络道。以上所选台址地势平坦，地质条件良好。场监雷达站按照无人值守设计，塔底设置设备方舱。设备方舱配套相应的暖通、气体消防、视频监控等设施。在雷达塔上架设封闭式金属线槽，作为电力电缆和通信光缆的敷设路由。

3 机房环境监控、安防系统

为方便工作人员的日常维护与监控，在各台站内配置环境监控系统，能够实时的监测机房内温湿度、供配电、室内漏水、火灾报警等参数。此外各台站内考虑配置摄像机、数字硬盘录像机等设备。上述信息通过光端机传输至新航管楼监控中心。监控中心配置安防监控终端、火灾自动报警终端以及环境监控终端。

3.1 机房环境监控系统

机房环境监控系统的主要功能是：通过在机房内设置温湿度传感器、漏水监测传感器，监视机房环境；通过供电检测模块对重要供电回路空气开关的检测，监视回路供电状态；通过与UPS电源的数据通讯，监视UPS电源的工作状态；通过与消防报警系统联动，监视机房内火灾隐患。最终实现对机房环境、机房安全、机房配套设备和重要供电回路的各种监视功能。

3.2 安防系统

根据安全管理需要，设置视频监控系统。本次系统前端采用数字摄像机，存储采用数字硬盘录像机。室外设两台快球摄像机，监控整个台站的外环境及围界情况，室内设一台半球型摄像机，该摄像机的主要作用就是进行安全防范监控。并且安防系统还能够对摄像机图像进行实时监视以及对图像的数字化存储功能，具备网络远程多路实时监视的功能。还能够对录像资料进行远程网络的查询和回放，对于录像资料还提供了远程下载、备份的服务，满足了用户对监控图像的随时调取需要。数字摄像机采用720P像素，硬盘录像机对所有本地视频进行7×24小时的存储，存储天数为90天。

3.3 消防报警系统

场监机房内设置火灾报警系统，通过使用智能型总线制火灾自动报警系统对常场监机房全面保护。感烟探测器和感温探测器的设置，能够对温度和烟雾信息进行准确的监控；此外，还需要设置紧急启停按钮、放气指示灯、声光报警器。系统对各种火灾报警信号能够及时的进行接收，然后发出报警信号，信号发送至环境监控采集设备，最后上传至上级监控中心。气体灭火控制盘分为手动和自动两种，当控制盘处于手动状态，只发出报警信号，不输出动作信号，但是一旦值班人员对确认火警的发生后，对应急启动按钮进行控制，就可以使系统喷放气体灭火剂启动。

4 系统供电及接地

1号场监雷达站由2#消防站引双路低压电源，互投后供工艺使用。2号场监雷达站由3#消防站引双路低压电源，互投后供工艺使用。3号场监雷达站由1#消防站引双路低压电源，互投后供工艺使用。1号、2号、3号场监雷达站均与甚高频遥控台合建，台站内为场监和甚高频设备配备UPS设备，均冗余配置，后备时间按半小时考虑。在机房配电箱内安装防浪涌保护器。雷达塔平台上架设4根玻璃钢避雷针。方舱内设备通过16mm²专用接地铜线与50mm2接地母线相连。接地电阻要求不大于4欧姆。建筑接地网及避雷设计由电气专业考虑。