的处理与应用
【摘要】随着空管监视技术的不断发展。监视源已不仅仅局限于传统雷达方式，ADS-B、S模式雷达等多监视源已经广泛应用于自动化系统中。S模式雷达和ADS-B数据中，具备更多的数据项，可以为管制员提供更多航空器和机载设备信息。本文详细描述了空管自动化系统对S模式雷达和ADS-B信号的处理机制，并分析和探讨了引入S模式雷达和ADS-B信号的优势，以及存在的问题和解决办法。
【关键字】S模式雷达；ADS-B；监视源；处理与应用 一、广州区管S模式雷达和ADS-B使用情况
2018年，我国参照国际民航组织航行实施规划发布了中国民航空管ADS-B及S模式雷达数据应用实施计划,开始推进ADS-B及S模式雷达数据在空管自动化中的应用。目前广州区管已实现ADS-B全区域覆盖；广州区管共引接32部雷达，其中15部雷达为S模式雷达，已基本实现S模式雷达双重及以上覆盖。广州区管也正在有计划推进S模式雷达的引接工作
图1 广州区管S模式雷达覆盖情况
二、空管自动化系统中S模式雷达和ADS-B处理介绍
S模式雷达采用ASTERIXCAT034和ASTERIXCAT048传输协议，ADS-B采用ASTERIXCAT023和ASTERIXCAT021传输协议，当系统收到的S模式雷达和ADS-B报告时，分别按照相应传输协议进行解码，提取有效数据之后，通过预相关（pre-correlation）、相关（correlation）、关联（Association）三个阶段，筛选出一一对应的点迹航迹匹配对，即一个点迹对应一个航迹，再通过滤波器更新航迹状态，进行航迹更新或者生成新航迹
1、 预相关（pre-correlation）阶段
在该阶段，使用24位地址码、地理位置等简单的判断标准过滤掉一些无法与航迹匹配的监视源点迹。通过这个阶段后，每个航迹会有一组可能与之相关的点迹，每个点迹会有一组可能与之相关的航迹。该阶段的目的是避免过多无用的监视源点迹参与相关计算。
判定条件如下：
1）当可以提供有效的24位地址码时，通过判定点迹与航迹24位地址码是否一致
2）以系统航迹为中心，每个航迹创建一个动态计算的融合窗口，点迹位于融合窗口外，则丢弃该点迹，不参与相关计算。
图2 预相关的融合窗口
2、相关
（correlation）阶段
经过上一阶段的筛选后，系统以航迹状态为基准，外推航迹下一个位置，以该位置为基准，进行较为精准的点迹航迹相关的概率估算，再考虑一些附加项，如二次代码、24位地址码、航班类型一致等信息，计算出相应概率加成，根据概
率高低，每个点迹至多保留三个可相关的航迹，每个航迹至多保留三个可相关的点迹。
3、关联（Association）阶段
系统运用NN-PDA（The Nearest Neighbour Probabilities Data
Association (NN-PDA)）算法，计算出点迹航迹对中，点迹对应航迹概率最大的点迹，航迹对应点迹概率最大的航迹，最后得出匹配度最高的点迹航迹对。对于其他不符合条件的点迹航迹对进行解链，用作与其他航迹进行匹配
最后选择出的点迹，是一个复杂的矢量状态，是方向、角度、速度、加速度、时间等众多参数的叠加，系统为了能够计算出更加平滑、稳定、准确的航迹状态，使用卡尔曼滤波模型，将复杂的航空器矢量状态转化三个基本运动模型：匀速直线飞行、匀速转向飞行、匀加速飞行，再通过加权平均算法得到最符合实际运行状态的航迹模型
DAPs（Downlink Aircraft Parameter）数据可以从S模式雷达、ADS-B报告中获取。首先DAPs数据与系统处理后的航迹状态进行一致性检查，通过检查则送入滤波器，进行航迹更新，并在DAP窗口中显示相应数据项
三、S模式雷达和ADS-B的新应用
空管自动化系统引入地址码告警、RA告警、PLM告警和DAP窗口等，以实现S模式雷达和ADS-B提供的DAP下行数据的处理和应用：
1、地址码告警：处理航空器呼号和24位地址码信息，在空中态势窗口(ASD)上进行显示；使用该信息进行相关处理，减少错误相关的可能性；当已相关航空器呼号和24位地址码与飞行计划中不一致时，在标牌上进行紫色显示。
2、RA告警：通过处理CAT062信息中的MTE和ARA域，判断在航空器标牌上显示RA告警。
MARA444444MnemonRA TE (60) (41) 2 3 4 5 6 7 ic displayed in the Label Intention Any 1 ny A00 ny Any Any ARA Pass above the threat Any 1 ny A01 ny Any Any ARA Pass above the threat Any 1 ny A10 ny Any Any ARA Pass above the threat Any 1 ny A11 ny Any Any ARA Pass above the threat 1 0 ny A0ny A1 ny Any AR↓ Positive descend 1 0 ny A1ny A0 ny Any AR↑ Positive climb 1 0 ny A0ny A0 ny Any ARA Above some/below some 表1 RA告警
3、PLM告警：当管制员选择的CFL值和DAP数据中的选择高度（Selected Altitude）不一致时，产生PLM告警，在标牌CFL上进行反色提示。
4、DAP窗口显示：处理S模式雷达和ADS-B提供的DAP数据中的数据项，在态势界面可打开DAP窗口，针对每个航空器进行显示，可以显示的数据项主要包括真空速（True airspeed）、选择高度（Selected altitude）、ADS-B状态信息（Status ADS-B）、航迹朝向（Track angle）、轨迹信息（Trajectory intent status）等。
四、使用S模式雷达和ADS-B的优势
1、通过全球唯一的24位地址码及机载下行的航空器标识，提升目标的识别能力, 减少二次代码复用导致的飞行计划关联错误情况；
2、高度精度从100英尺提升至25英尺，提升飞行轨迹跟踪精度、提升告警准确性；
3、获取并在自动化系统中显示飞机的ACAS告警信息。管制员可以从自动化系统中获取实时TCASRA发生和结束的情况，避免干扰正常的TCAS告警解脱程序。
4、利用下行数据，提升航迹跟踪的质量；
5、优化现有告警的性能。如用飞行员输入的选择飞行高度层（SFL）提升STCA和MSAW告警能力。
6、地面和空中信息一致性监控。例如垂直意图一致性告警，通过对比机载下行的选择飞行高度层（SFL）和管制员在自动化系统中输入的CFL；预防高度偏离事件；气压参考值一致性告警，在过渡高度以下，对比地面的QNH和机载的BarometricPressureSetting；避免机组设置错误的参考气压、导致飞行高度错误。
7、航空器信息共享：在自动化系统中显示航空器的空速、马赫数、航向等信息显示，管制员可实时查看航空器动态信息。
五、使用S模式雷达和ADS-B存在的问题
1、S模式雷达覆盖不足：部分空域还存在覆盖盲区，交界处关联问题； 2、主要空域还不能满足多重覆盖要求。下行数据更新间隔较低,可能导致数据更新不及时。
3、一致性监控需要机组按规范操作。通航、军航等飞机可能导致虚警。 4、个别机载设备会下传异常数据：譬如全零的BDS30。
5、部分机载设备版本不具备增强监视能力。根据全国飞行计划中申报的1090ES数据链S模式应答机机载设备安装情况，96.4%具备S模式应答机；其中77.5%具备S模式增强能力。根据空管实际雷达数据解析，91%以上的航空器具备S模式增强能力。
6、ASD-B运行初始阶段，航空公司飞行器机载设备管理不规范，导致下行信息有误，对管制监视系信息造成干扰
7、ADS-B异常数据较多，处理机制有待完善。
8、S模式雷达、ADS-B等设备均使用1090MHz数据链，该频段的同频干扰问题有待优化；
9、GPS信号干扰对ADS-B运行有较明显的影响 六、后续措施
1、严格按照中国民航空管ADS-B及S模式雷达数据应用实施计划，继续推进空管自动化系统改造工作，实现第二阶段ADS-B及S模式雷达数据在自动化系统中的应用。
2、针对存在问题，中国民航将组织研究，不断推行完善ADS-B及S模式雷达数据等新技术的应用，提高民航空管运行安全和工作效率。
3、积极配合通过民航局和地区管理局，通过行政以及技术等手段，规范机载设备的配置和下行数据，通过长期跟踪和持续关注，推进ADS-B及S模式雷达数据使用的标准化。
4、对于数据中心对异常信号的处理机制，将通过不断积累的运行经验，以相对固定的周期对信号处理系统进行技术研讨、功能测试、软件升级的方式，不断在软件层面上进行运行优化，增强系统的容错能力、稳定性。
5、 基于国际和国内的S模式及ADS-B相关的运行服务指导意见，不断累积S模式、ADS-B在补盲区、终端区、高空区等不同需求导向下的匹配参数。制定更完善的运行服务标准，指导国内全面实施和应用S模式及ADS-B技术。
6、针对环境异常对信号干扰的环节，需要其他监测系统来加强对环境的检测，提高ADS-B在实际运用场景中的稳定性和可靠性。
参考文献:
[1] EUROCAT-X System/Segment Specification. [Z]Thales公司, 2015
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