关于DLD-100C二次雷达的S模式监视应用的报告
2022-07-31梁文家
梁文家
民航新疆空中交通管理局空管中心技术保障中心 新疆 乌鲁木齐 830016
1 S模式雷达主要询问和应答格式
S模式二次雷达询问信息和应答信息数据链报文格式有24种,其询问信号和应答信号包含56位(短报文)或112位(长报文)的数据块,满足不同数据传输的需要。其报文格式分别见图1所示。
图1 S模式二次雷达询问应答格式
2 BDS寄存器
目前S模式在二次雷达监视技术方面的应用主要可以分为两类:基本监视(Elementary Surveillance,ELS)和增强监视(Enhanced Surveillance,EHS)。无论是ELS还是EHS,都需要用到S模式应答机中的BDS寄存器(COMM-B Data Selector)。
BDS是8位编码(两组4位)寄存器,其内部保存有与航空器状态有关的参数,并能够在状态改变的情况下自动更新参数,这些参数就是S模式雷达希望获取的航空器参数[1]。
每个BDS共分为高四位和低四位两部分,分别用16进制表示,标记为BDSX.Y,例如BDS1.0、BDS1.7、BDS1.D等。目前ICAO保留了其中48个寄存器用于S模式雷达。其中,S模式雷达常用的寄存器为:BDS1.0,Data Link Capability Report数据链能力;BDS1.7,Common usage GICB capability report 使用GICB能力报告;BDS1.D,Mode S specific services capability report S模式特殊服务能力报告;BDS2.0,Aircraft Identification航空器标识;BDS 3.0,ACAS Active Resolution Advisory ACAS报;BDS4.0,Aircraft Intention(selected altitude)飞机高度意图;BDS5.0,Track and Turn Report(Roll Angle,Track Angle rate,True Track Angle,Ground Speed)航迹转弯报告;BDS6.0,Heading and Speed Report(Magnetic Heading, Indicated airspeed,Mach No, Vertical rate)指向和速度报告。
BDS共8bit,分为BDS1(4bit)和BDS2(4bit)两段。
RR(Reply Request)表示应答请求,高位取“1”时,RR低4位用于表示BDS1。DI(Designator Identification)表示标示符识别,该字段要和SD(Special Designator)专用标示符字段一起解释。SD字段分为若干个子字段,当DI=3、7时,含RRS(Reply Request Sub-field)子字段,RRS用于表示BDS2;其中DI=3时,24-27位为RRS子字段;其中DI=7时,21-24位为RRS子字段。
GICB (Ground-Initiated Comm-B)协议可以实现S模式地面询问站录取处理这些寄存器的信息。S模式询问机发送UF4、UF5、UF20和UF21的询问信号后,如果没有收到相关的应答信号,将会再次发射相同的询问信号;当应答机收到了这个询问信号后,向询问机发送DF20和DF21的COMM-B应答信号,该应答信号的MB(Message Comm-B)字段里包含了询问机要求的BDS寄存器号和内容。
3 基本监视ELS、增强监视EHS与BDS
基本监视ELS主要实现的功能有:定位航空器、获取航空器高度和身份识别码。欧控组织对ELS的要求是支持UF 0,4,5,11,20,21 和Comm B,以及支持BDS1.0、BDS2.0、BDS3.0。ELS也是目前国内S模式雷达站最主要的工作方式。
增强监视EHS在实现ELS所有功能的基础上,还可以从航空器上得到更多的信息。增强监视功能可以通过两种途径实现:GICB(Ground-Initiated Comm-B)协议和使用 MSP(the Mode S Specific Protocol)的DATA FLASH[2]。欧控组织对EHS的要求是除了支持ELS所有功能外,还需支持飞行意图报告,包括BDS4.0、BDS5.0、BDS6.0,其内容也被称作DAP(Downlink Aircraft Parameters)。
4 DLD-100C二次雷达的S模式监视实现
装有S模式应答机的飞机都有自己唯一的地址码,因此每次询问都指定飞机地址码,实现点名询问和应答,从根本上消除同步窜扰问题[3]。S模式二次雷达询问/应答过程:首先进行S 模式全呼叫询问,获知空中是否存在安装有S模式应答机的飞机以及该飞机的地址码信息。在确认该飞机地址码信息后,将其列入点名询问表,建立与本雷达站的锁定,进行监视询问或实行上下行数据链功能。
上述功能由S模式控制与数据处理两个软件模块实现。其中S模式控制模块产生并管理目标点名询问表,将目标最新航迹信息存储在列表中,并按目标方位顺时针排列,同时适时控制雷达定时器产生所需的上行询问信号。
其中单PRF多目标询问处理流程如图2所示。
图2 单PRF多目标询问处理流程
模式S点名询问内容控制过程:
C代码:每个扫描周期都需要询问;
A代码:目标起始时询问;
BDS1.0/ BDS2.0:目标起始时询问;
BDS 1.7:目标起始时询问;
BDS1.0/1.7:间隔18s,重复询问,如果目标出现A代码改变告警,则立即询问其新的A代码;
BDS4.0/ 5.0/ 6.0:EHS模式下的S信息,每个扫描周期询问;
GICB:用户主动询问BDS,立即询问。
数据处理模块接收应答机产生的S模式应答报告,进行应答报告处理,点迹处理以及航迹处理,并输出目标信息报文至ATC。
区管DLD-100C二次雷达其形成的雷达目标报告报文为Asterix-cat048格式,状态信息报文为Asterix-cat034格式。其中S模式雷达的信息包飞机识别信息主要包括航班号(I048/240)、24位地址码(I048/210)和S模式MB数据(I048/250)等新数据项。
数据项I048/230,表示应答器通信能力、机载ACAS设备能力和飞行状态。由2-8字节固定长度数据项组成。其中第5位 (B1A)与1-4位(B1B)组合表示BDS 1.0、BDS1.7或1.D。
数据项I048/250,表示从飞机应答器中提取的S模式Comm-B数据。以一个1-8字节的字段重复指示器(REP)开始,后面至少有一个由7字节的BDS代码和1个字节的BDS寄存器组成的BDS报告。
bits-64/9(MB Data):56位S模式MB信息数据;
bits-8/5(BDS1):Comm-B数据缓冲区存储1地址;
bits-4/1(BDS2):Comm-B数据缓冲区存储2地址。
①传输BDS2.0时,使用240项。②BDS3.0的传输使用260项。③对于Comm-B广播提取的数据,BDS1、BDS2字段的所有位均设为0;对于通过GICB请求提取的数据,字段BDS1和BDS2对应GICB寄存器号。
数据项I048/260,表示ACAS飞行意图报告,由7个字节固定长度组成。bits-56/1(MB Data):BDS寄存器3.0的56位S模式MB信息数据。
由以上3个数据项,便可从Asterix-cat048雷达格式报文中解析出所需的BDS寄存器数据。
5 S模式监视数据应用
①通过S模式应用,24位地址码可实现唯一性飞机识别。②减少过度询问,降低信号重叠干扰。③提升监视数据完整性,通过BDS设置询问应答,获取DAP数据。④在自动化系统中通过S模式数据可实现对挂单航班实施监控,当S模式下行数据中的CFL与飞行计划数据中CFL不一致时,将会产生告警。当飞行员输入CFL高度与管制员指令高度不一致时,系统可以给予提示。通过BDS设置询问内容,S模式下行应答数据解码后可以给出机载设备提供的航向、空速、上升下降率等航空器态势信息,提供给管制员监控,提前预判飞行动态。⑤S模式数据还可提供气压高度设定等其他数据,可实现25英(lin=2.54cm)尺高度精度,在自动化系统中计算精度更高。
6 结束语
S模式雷达监视技术等新技术应用是破解民航持续快速发展中出现新情况、新问题的重要手段,是不断提升航空安全品质的关键,也是民航空管系统不断改进,实现空管系统现代化,提高系统安全、容量、效率的必然选择。同时,传统成熟通导技术的使用与空管新技术推广应用的并行和过渡将对未来空管设备保障体系提出更高的要求。