二次雷达S模式技术在空管局自动化中的应用

陈 劼

（中国民航华东地区空中交通管理局，上海 200000）

0 引 言

改革开放以来我国经济快速发展，促进了我国民航及空管事业的高速发展，民航飞行量激增，空管管理压力增大，长期处于满负荷甚至超负荷运行状态。目前，机场雷达系统布局和设施应用ADS-B技术和防撞技术很大程度上满足了航空业务等监视技术的需要，但是部分空管局空中交通流量依然很大，飞行密度持续增高，民用与军用空域结构日趋复杂。一些国内主流繁忙机场采用二次雷达S模式雷达和ADS-B技术，对机场空管提供监视补盲和系统备份，同时结合大数据、移动互联网等新技术，整合空管系统内部资源，高效集成远端台站设备实时监控、经典案例分析、预防性维护、专家知识库以及移动式巡查管理等远端台站综合智慧管理业务，从而提升民航空管制效率和能力[1]。

1 二次雷达S模式技术

雷达技术应用在机场，监视机场航空器飞行状态、飞行信息及机场安全等，确保机场运行安全。传统意义上，机场雷达系统主要包括一次雷达系统和二次雷达系统。一次雷达系统主要利用雷达天线发射一定频率的信号，目标反射信号后，利用信号反射波原理实现目标的监视、捕捉、跟踪以及定位等功能。一次雷达系统通常被描述成完全独立、非合作监视。二次雷达系统主要利用接收机进行信号问询，目标接收机收到问询信号按照应答机制进行答复、寻址、信号定位以及双向链路，从而实现监视任务。二次雷达系统主要有A、B、C、A/C以及S模式，基本工作原理如图1所示。

二次雷达S模式雷达技术最早始于20世纪60年代，是基于A/C模式逐步发展应用起来的。A/C模式（Mode A/C Surveillance）应答机监视通过A/C模式询问，可实现4 096条MODE 3/A二次应答代码通道询问应答和特殊编码应答，对飞行器高度、位置等信息进行完全监视。1981年，美国的离散寻址信标（DABS）和英国的选择地址二次监视雷达（ADSEL）技术进行有效整合，最终形成二次雷达S模式雷达监视系统。目前，二次雷达S模式雷达监视系统已经比较成熟，广泛应用于数据链、ADS-B的1090兆赫扩展电文、多点定位以及飞行防撞系统[2]。

二次雷达S模式雷达特点在于有效解决传统A/C模式二次雷达识别码（A码）只能达到4 096个应答瓶颈问题。二次雷达S模式雷达采用24位地址码编码模式，可给每个飞行器分配16 777 216个问询地址码，且每个飞行器出厂后的S模识别码具有唯一性。二次雷达S模式雷达由于具有飞行器唯一特殊编码，在发射询问信号时可进行单独应答模式，不会产生问询及应答混乱，极大地降低了雷达间的异步干扰问题。二次雷达S模式采用双向数据链信息交互功能询问应答过程，可实现飞行器注册识别码、航班序列号、SSR应答代码、磁航方向、飞行速度、转弯角以及机型等数据信息的识别和读取，便于机场及空管系统对飞行器进行监视管理。另外，二次雷达S模式雷达接收应答信号采用新型信号调制和解码方式，实现航迹信息关联、“FSSA”告警，极大地降低了误码率，提高了雷达分辨率，提升了雷达监视覆盖领域，使得信息接收精准度和完整性较高，有效保证了飞机飞行安全，提高了空管效率和安全性。

二次雷达S模式雷达数据格式采用ASTERIX标准048及034类。单雷达目标报告001类升级成048类，包含了I048/210的飞机24位地址码和航班号I048/240等飞机识别信息，同时增加了I048/260等ACAS报告数据项。单雷达勤务报告002类升级信息成034类。

2 二次雷达S模式雷达在空管自动化系统中的应用

2.1 二次雷达S模式雷达信息融合与告警

我国很多空管自动化系统中具有二次雷达S模式雷达信息融合功能，空管系统采用级别相关和告警优先原则。二次雷达S模式下行数据中的最终意图高度与CFL不一致（FSSA）告警功能的应用，极大提升了空域管制的安全性。空管自动化系统可以根据S模双向链路信息以及地址码等信息，自动融合飞机识别码、航班号（SI）、24位地址码、雷达信号强弱、飞机高度和方位、飞行速度和定位信息、CAT048和CAT034等识别信息。空管监视系统根据信息融合，在监视显示端自动绘制、显示飞行航迹，管制员方便在雷达屏幕上读取飞机调定高度、真空速及航向等飞行信息等。飞机一旦出现飞行偏差，系统自动发出“FSSA”等告警，便于空管人员与机组人员沟通，而空管人员可在雷达显示界面看到机组对管制指令接收执行正确性。表1给出了飞行雷达告警信息[3]。

表1 二次雷达S模式飞行告警信息表

2.2 雷达界面显示

机场空管自动化系统雷达监视显示界面具有ACID、SSR切换功能，ACID主要显示信息包括飞机航班号、S模识别码、24位航空器地址码、航迹识别码（TRGT ID）以及航班呼号（Target ID）等信息，并可根据监视需要进行自由切换，如图2所示。

图2 二次雷达S模式监视界面

在系统的ADSB/MODE-S/MLAT显示窗口有下送该数据时，S MODE显示内容如图3所示。

图3 飞机下行数据S模窗口显示图

2.3 数据链路应用

S模式雷达数据链路（ES）扩展频率采用1 090 MHz，ES上行频率为1 030 MHz，下行频率为1 090 MHz，采用脉冲位置信息编码格式，目前多结合ADS-B系统应用。消息位bit位0用“O1”表示的“0”,“l”用“10”表示。下行1 090 MHz频率为ES链路中发射机天线发射的飞行器高度、经纬度以及速度等信息。ES数据链下行频率目前也应用到飞行冲突避免系统（Traffic Collision Avoidance System，TCAS）系统中，如图4所示。

图4 ES下行链路频率波形图

图4中，Bus报头8 μs消息标识出S模式，后112 bit为数据信息位，数据位严格按照航空报文信息编码规则编码，每个消息数据位由DF、CA、CF、ME以及PI字段构成。在雷达监视界面，可通过航班号下拉菜单中的MOM界面，利用ADSB/MODE-S/MLAT窗口查看当前航班S MODE显示内容。

3 结 论

目前，我国航空运输业务日益繁忙，空管自动化系统应用也逐年升级、改进。为保证空中交通管制的安全性、高效性和有序性，空管局多采用多种雷达监视模式构成空管雷达网络系统，形成了完善的多雷达单目标监视，并通过数据系统对监视数据进行高效信息融合，输出雷达航迹等综合融合数据，实现了飞行计划相关、信息数据共享、空域管制、信息告警以及显示等功能，从而提高了监视精度和空中交通管制的全面性。