S模式雷达和ADS-B数据在空管自动化系统中的应用

郑楷文

【摘  要】S模式雷达和ADS-B数据与普通A/C模式雷达相比，具备更多的数据项，可以给管制员提供更多关于飞机和机载设备的信息。同时，这些数据在空管自动化系统中的应用，使系统在雷达数据处理、飞行计划与航迹相关、告警功能都得到了进一步优化。论文详细分析了S模式雷达和ADS-B数据在自动化系统中的应用，并对应用以来出现的问题进行了探讨。

【Abstract】S mode radar and ADS-B data have more data items than ordinary A/C mode radar， which can provide controllers with more information about aircraft and airborne equipment. At the same time， the application of these data in ATC automation system makes the radar data processing， flight plan and track related， warning function of the system further optimized. This paper analyzes the application of S mode radar and ADS-B data in automation system in detail， and discusses the problems since application.

【关键词】S模式雷达;ADS-B数据;应用

【Keywords】S mode radar; ADS-B data; application

【中图分类号】V355                               【文献标志码】A                                   【文章编号】1673-1069（2020）11-0162-02

1 S模式雷达及ADS-B原理

S模式雷达起源于美英，其最初出现的目的是解决飞机数量逐渐增大带来的普通二次雷达异步干扰问题。S模式雷达具有全呼和选呼功能，实现对安装有S模式应答机的飞机进行点名式询问，有效降低了异步干扰和同步串扰，且对数据精度处理能力更强，还具备地空数据通信能力。

ADS-B即广播式自动相关监视系统，将飞机数据以ADS-B报文形式通过空-空、空-地数据链广播式传播。ADS-B最初是为了满足非雷达覆盖区域的监视需求使用的，具备数据传输快、精度高、成本低的特点。ADS-B按照收发信息的方向分为ADS-B IN和ADS-B OUT两种类型，目前广泛应用的是ADS-B OUT技术。

山东分局目前主用NUMEN-2000自动化系统，备用华泰英翔自动化系统。目前两套自动化系统均具备S模式和ADS-B数据处理功能。本文以NUMEN-2000自动化系统为例，分析系统对S模式和ADS-B数据的处理。

2 自动化系统数据处理

2.1 雷达数据处理

S模式的应用提高了系统相关计算的效率和准确性。相对于A/C模式雷达数据报文格式为CAT001和CAT002，S模式雷达报文格式为CAT034和CAT048。除A/C模式雷达具备的二次代码、位置、高度、速度外，S模式雷达还可提供地址码（I048/210）、航班号（I048/240）、磁航向、飞行员选择高度、真空速等新数据项。NUMEN2000自动化系统对这些数据进行解析和计算，生成单雷达航迹，再根据单雷达航迹生成系统航迹。在生成系统航迹时，判断是否为同一目标时，除考虑位置距离、高度差、二次代码、航迹号外，还增加了地址码相关因子，并令其具有最高权重，除非距离过大，否则只要是地址码相同，就会被判断为同一目标。

2.2 ADS-B数据处理

ADS-B报文格式为CAT021，NUMEN2000系统将单路ADS-B数据经过解析、计算，生成单路ADS-B航迹，进而融合成ADS-B航迹，系统把融合后的ADS-B航迹作为一路独立监视信号源，和其他各路单雷达航迹一起，加入多雷达融合计算，生成系统航迹。ADS-B融合航迹信号标识符为“▲”。

ADS-B信息中通常會声明本次目标报告的质量，其衡量的指标包括速度的不确定性NUCr（有时以速度的精确性NACv代替）、位置的不确定性NUCp（有时以完好性NIC代替）、气压高度的完好性NICbaro、监视完好性级别SIL以及位置的精确性NACp。系统可以对每项指标设置门限值，并定义其是否关键，当关键指标低于门限值时，系统会自动丢弃该数据，但是这样可能会造成航迹断续。因此系统未对任何指标定义为关键指标，但是对于当ADS-B 数据的精度低于门限值时，如NUC值低于5或者NIC低于6或者SIL低于2时，在管制席位以航迹标识符“△”表示ADS-B位置报告数据的精度低。

2.3 飞行计划与航迹相关

S模式雷达和ADS-B数据中增加了航班号和24位地址码，NUMEN2000自动化系统中，通过离线参数控制计划和监视数据的相关处理中24位地址码、二次代码、航班号的相关权重。在相关计算中，首先比较权重最高的因子，如果一致则继续进行时间航路一致性检查，看是否相关上，如果不一致则直接判定为不相关。当最高权重的项无法比较时，考虑优先级次高的项，以此类推。由于地址码对于飞机来说是独一无二的，使用地址码为最高优先级的相关因子，可提高系统相关率，减少相关错的概率。同时，24位地址码共有1677万多个，而二次代码只有4096个，随着航班量的增加，二次代码数量不足的问题日益明显，逐渐使用地址码代替二次代码在相关中的作用可以解决这个问题。

2.4 告警处理

FSSA告警：NUMEN-2000系统提取了S模式和ADS-B数据中机组设置的目的高度SA（SELECTED ALTITUDE），与管制员设置的目的高度（CFL）的一致性对比，来检查机组是否正确执行了管制员的指令，如果不一致就在管制该航班的席位上发出告警，即意图高度与指令高度一致性告警。FSSA告警与CLAM告警不同，CLAM告警是当航班的实际高度以及运动趋势与管制员指令高度不符合时发出的告警，考虑到飞机反应时间、雷达高度更新周期等因素，为防止虚警，告警设置的延迟较大，而FSSA设置的告警周期较短，可以在CLAM告警出现前对管制员进行提示。

DS告警：飞行计划与航迹自动或人工相关以后，正常情况下，航迹的地址码、航班号、二次代码均应与飞行计划保持一致。但如果任一项出现了不一致的情况，不论是相关时就不一致还是后期航迹或计划变更导致的不一致，均会在标牌上告警字符DS提示管制员进行人工检查，即地址码/二次代码/航班号不一致告警。

TA/RA告警：ADS-B和S模式雷达数据可以获得航空器的TACS处理建议报告，当两架航空器发生冲突导致TACS告警时，在标牌上进行紧急告警提示，并显示TACS处理建议，增强管制员情景意识。该功能不属于第一阶段数据应用的要求，目前尚未上线。

3 存在的问题及解决办法

①S模式和ADS-B数据的加入，使自动化系统能观察到场面雷达目标，擴大了管制员观察范围。但有时本场起飞航班在地面上提前误开启应答机，导致雷达观察到目标，和飞行计划提前进行相关，激活飞行计划。之后虽然航班关闭应答机，但激活的飞行计划会按照推算的出边界点时间自动终止，导致飞机真正起飞的时候相关不上计划，无法自动拍发起飞报。这个问题厂家通过新增地面屏蔽区将地面目标屏蔽掉，不参与相关计算解决，但有时个别航班在地面移动过程中，高度产生波动，系统就不屏蔽这个航班，导致上述情况依旧发生。

②夏季航班大面积延误时，对于本场中转的联程航班，两段计划均处于预激活状态，且地址码、航班号相同，系统可以通过两段计划的二次代码进行区分。但当地址码权重最高时，系统将不考虑二次代码直接进行相关，经常发生后一段计划和前一段飞行的航迹错误相关导致计划提前终止的情况。对于雷达覆盖范围内机场中转，仅其中后一段计划和本场有关的航班，也经常出现其前一段航迹和后一段计划相关上的情形。对于这类问题，厂家修改程序，增加非本场起飞航班计划进行地址码相关时必须已经收到过起飞报的限制，但对于本场中转的联程航班，这个问题始终无法解决。

③NEWMEN-2000自动化系统在对空速和磁航向这两项数据进行融合处理时，所采用的方法是少数服从多数，当只有两个信号源、无法使用少数服从多数原则时，将采信权重更高的信号源所提供的数据，并且空速和磁航向两个数据将使用同一监视源提供的。当系统将未报告这两项数据的S模式雷达和ADS-B信号数据纳入备选时，将会把本来是空的数据当作0值数据处理，必然会使0值信号占有较高的比例以及较高的权重，进而导致系统有更高的概率采信0值数据而不是正常的数据。联系厂家并提出修改意见：对于未提供这两项数据的数据源，使其不参与数据融合，且两项数据单独进行判断取舍。程序修改后，该问题得到解决。

4 结语

本文介绍了S模式雷达和ADS-B数据基本原理，详细分析了这两类数据在空管自动化系统中的应用，总结了S模式和ADS-B数据应用过程中出现的问题及解决办法。面对新技术，自动化系统还需要不断完善和优化功能，提升正确处理和使用S模式雷达和ADS-B数据能力，未来S模式雷达和ADS-B数据将成为空管主要监视手段之一。