空管雷達(dá)組網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用研究

高 斯

(民航華北空管局，北京)

空管雷達(dá)組網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用研究

高 斯

(民航華北空管局，北京)

目前，航天航空部門在進(jìn)行雷達(dá)探測和管制過程中主要利用空管雷達(dá)組網(wǎng)技術(shù)，并將此技術(shù)應(yīng)用在飛機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)視的過程中，充分保證了監(jiān)控的及時(shí)性和準(zhǔn)確性。空管雷達(dá)組網(wǎng)技術(shù)是一種以計(jì)算機(jī)為載體、利用現(xiàn)代化通訊設(shè)施將各地的雷達(dá)信號(hào)收集起來并加工處理成所需要的數(shù)據(jù)并以協(xié)助機(jī)組人員和地面監(jiān)測人員工作的高科技技術(shù)。它能夠?qū)崿F(xiàn)多管區(qū)的同時(shí)、全程和及時(shí)的監(jiān)控，提高飛行安全。因此在航天航空中廣泛使用空管雷達(dá)組網(wǎng)技術(shù)。

空管雷達(dá);組網(wǎng)技術(shù);應(yīng)用研究

隨著我國經(jīng)濟(jì)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，我國航天航空技術(shù)進(jìn)入到了黃金發(fā)展時(shí)期，航空線、飛行量等數(shù)據(jù)也在不斷增加，因此需要對現(xiàn)行的航空管制水平進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，引入先進(jìn)的設(shè)備與技術(shù)。在此環(huán)境下，對空管雷達(dá)組網(wǎng)技術(shù)的需求日趨迫切，空管雷達(dá)組網(wǎng)技術(shù)成為民航空管部門進(jìn)行探測和監(jiān)控的主要手段和工具。

1 空管雷達(dá)組網(wǎng)技術(shù)的特征及作用

空管雷達(dá)組網(wǎng)技術(shù)的關(guān)鍵在于收集分布在不同地點(diǎn)的雷達(dá)信號(hào)，并將收集到的信號(hào)傳輸?shù)街行恼具M(jìn)行分析處理，最終得到有用的數(shù)據(jù)。而在組網(wǎng)內(nèi)的各個(gè)雷達(dá)獨(dú)立運(yùn)行，因此在中心站丟失部分雷達(dá)連接或數(shù)據(jù)傳送時(shí)仍能收集其余相關(guān)的雷達(dá)信號(hào)以確保空管雷達(dá)組網(wǎng)技術(shù)有足夠的數(shù)據(jù)。

空管雷達(dá)組網(wǎng)技術(shù)的特征主要包括幾個(gè)方面，一是能夠使探察范圍擴(kuò)大，增加可探察的區(qū)域；二是能夠提高探察區(qū)域的準(zhǔn)確性，避免無用探察的情況，減少探察區(qū)域的遺漏；三是能夠有效地融合不同區(qū)域雷達(dá)站的信號(hào)，提高探察結(jié)果的精密度。

通過空管雷達(dá)組網(wǎng)技術(shù)將不同雷達(dá)站內(nèi)的信息資源進(jìn)行整合和共享、提高資源的利用率是這項(xiàng)技術(shù)的重要作用。同時(shí)通過大范圍的雷達(dá)監(jiān)測進(jìn)行管制，能夠?qū)崿F(xiàn)地區(qū)化的全面覆蓋，從而增強(qiáng)信息的準(zhǔn)確性和可靠性。其次它還有助于構(gòu)建更完備、更大規(guī)模的雷達(dá)管制中心站，減少管制區(qū)域冗余雷達(dá)站的數(shù)量，提高每個(gè)雷達(dá)站的使用效率。除此之外，空管雷達(dá)組網(wǎng)技術(shù)還有利于調(diào)整雷達(dá)站的分布情況，對飛行空域進(jìn)行合理的劃分，有效、精準(zhǔn)地劃分出空域和扇域，提高各部門的工作效率和航線的使用率。從而更高效地保障了空中飛行的安全性，優(yōu)化空中交通管制的服務(wù)。

2 空管雷達(dá)的配置和分布

空管雷達(dá)組網(wǎng)技術(shù)的主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)航空路線和管制區(qū)域的多層監(jiān)控，擴(kuò)大探察范圍，從而減少盲區(qū)、提高探察的精準(zhǔn)度，做到不同區(qū)域的信息共享。其主要工作是通過不同雷達(dá)站的信號(hào)收集和輸出，有效保證空中飛行的穩(wěn)定性和安全性。因此，空管雷達(dá)組網(wǎng)的分布必須能夠保障區(qū)域內(nèi)各雷達(dá)站的有效連接，實(shí)現(xiàn)全區(qū)域覆蓋，并將部分雷達(dá)探測不到的盲區(qū)交由另一部分雷達(dá)站進(jìn)行探測補(bǔ)充，使雷達(dá)站的探測區(qū)域重疊。與此同時(shí)，還應(yīng)考慮縱面的覆蓋情況，空區(qū)域的覆蓋需要有一定高度層的空間要求，另外，也應(yīng)當(dāng)滿足對低空情況進(jìn)行全面覆蓋的要求。空管雷達(dá)組網(wǎng)的分布應(yīng)將樞紐機(jī)場、常用機(jī)場四周情況以及航線維護(hù)等方面作為選址的原則，通常有兩種選址方案：一是在兩個(gè)機(jī)場中間放置航路雷達(dá)，而在機(jī)場較近的周邊則放置場面監(jiān)視雷達(dá)；二是在主要機(jī)場的終端位置放置一二次合裝監(jiān)視雷達(dá)。

上述兩中方案的共同點(diǎn)是采用分散式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)有利于各個(gè)傳感器在第一時(shí)間內(nèi)收集和處理原始數(shù)據(jù)，并各自做出最優(yōu)決策的探測結(jié)果，再通過中心站將各個(gè)決策優(yōu)化和分析，最終得出融合方案。分散式的結(jié)構(gòu)能夠通過較低的收費(fèi)獲得較高的產(chǎn)出，并且能夠減少數(shù)據(jù)線的頻寬，減少各個(gè)傳感器的干擾。

3 空管雷達(dá)組網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

3.1 優(yōu)化空管雷達(dá)的引接數(shù)量

通常情況下空管雷達(dá)的引接數(shù)量密切影響著其覆蓋范圍和覆蓋重疊，一般來說，三者成單調(diào)遞增關(guān)系，即雷達(dá)的引接數(shù)量越多，其覆蓋范圍越大、覆蓋重疊越多。但現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中需要對引接雷達(dá)的信號(hào)質(zhì)量進(jìn)行選擇和數(shù)量上的控制。比如北京RAYTHEON一二次合裝雷達(dá)站數(shù)據(jù)處理后接入多雷達(dá)系統(tǒng)表現(xiàn)穩(wěn)定，但當(dāng)二次雷達(dá)無法工作，雷神單一次信號(hào)引入系統(tǒng)時(shí)便可能會(huì)造成出現(xiàn)信號(hào)分裂情況。在特殊情況時(shí)對不同雷達(dá)的探測和處理數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)方式上需要多方面考慮，對引接雷達(dá)的數(shù)量進(jìn)行選擇和優(yōu)化。

3.2 實(shí)現(xiàn)空管雷達(dá)組網(wǎng)內(nèi)的時(shí)空統(tǒng)一

空管雷達(dá)組網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用主要是將不同雷達(dá)站內(nèi)的信息傳送到中心站從而將數(shù)據(jù)融合起來構(gòu)建高質(zhì)量的分析報(bào)告，這對于雷達(dá)監(jiān)測的準(zhǔn)確性有極大的影響意義。而影響雷達(dá)準(zhǔn)確性的方面除了對數(shù)據(jù)的傳送外，還包括以下四方面，即各個(gè)雷達(dá)的對時(shí)誤差情況、分布位置、目標(biāo)高度估計(jì)和雷達(dá)精度誤差。因此要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的計(jì)算時(shí)空精度的設(shè)備，對網(wǎng)內(nèi)時(shí)間實(shí)現(xiàn)對齊。網(wǎng)內(nèi)雷達(dá)的時(shí)間對齊即保證各個(gè)雷達(dá)站的時(shí)間精準(zhǔn)性，并且要把各個(gè)雷達(dá)站在不同時(shí)間段內(nèi)對同一目標(biāo)的監(jiān)測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)的融合時(shí)間數(shù)據(jù)。網(wǎng)內(nèi)雷達(dá)的時(shí)間對齊的方法各種各樣，最常使用的是內(nèi)插法、外推法和虛擬融合法。前兩種方法實(shí)際上是將在同一時(shí)間段內(nèi)的數(shù)據(jù)按照測量精度的不同排序并內(nèi)插或外推成目標(biāo)觀測數(shù)據(jù)。而虛擬融合法是把高精度的數(shù)據(jù)進(jìn)行多次測量后融合成一個(gè)時(shí)間點(diǎn)內(nèi)的虛擬測量值，再融合其他低精度的測量數(shù)據(jù)。這種方法的關(guān)鍵是需要具備高穩(wěn)定的時(shí)鐘，可通過衛(wèi)星定位系統(tǒng)得到。

3.3 多層雷達(dá)數(shù)據(jù)融合處理技術(shù)

多層雷達(dá)數(shù)據(jù)結(jié)合處理技術(shù)是將各個(gè)雷達(dá)站的數(shù)據(jù)融合在一起，輸出預(yù)期目標(biāo)并統(tǒng)一顯示出來，以提供給管制員進(jìn)行調(diào)度。將數(shù)據(jù)融合起來的目的是優(yōu)化數(shù)據(jù)組合、導(dǎo)出高效和有用的信息，最終發(fā)揮多個(gè)雷達(dá)工作的優(yōu)勢。多層雷達(dá)數(shù)據(jù)融合處理技術(shù)的結(jié)構(gòu)主要有兩種，分別是集中式和分布式，不同結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)其作用不同。在確定了結(jié)構(gòu)后就要將數(shù)據(jù)源進(jìn)行融合，數(shù)據(jù)不存在關(guān)聯(lián)便無法進(jìn)行目標(biāo)的統(tǒng)一顯示和數(shù)據(jù)跟蹤。雖然同一個(gè)目標(biāo)在不同雷達(dá)上有不同的測量值，但由于有共同的物理源，因此會(huì)顯示某種相同的特征。并且還會(huì)受各種干擾信號(hào)和雷達(dá)站的不穩(wěn)定性而導(dǎo)致測量數(shù)據(jù)的誤差。多層雷達(dá)數(shù)據(jù)結(jié)合處理技術(shù)就是要將接入到網(wǎng)內(nèi)的各個(gè)雷達(dá)站數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差糾正，融合各個(gè)點(diǎn)跡數(shù)據(jù)和航跡數(shù)據(jù)，最終構(gòu)建多雷達(dá)數(shù)據(jù)融合體系。

4 結(jié)束語

為了對我國航天航空進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測，確保空中飛行的穩(wěn)定和安全，提高我國航天航空事業(yè)的保障和服務(wù)工作，建立、優(yōu)化和改善空管雷達(dá)組網(wǎng)技術(shù)勢在必行。隨著我國經(jīng)濟(jì)技術(shù)的不斷快速發(fā)展，航天航空事業(yè)也迎來新的發(fā)展高潮，在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的支持下，空管雷達(dá)站的建設(shè)正進(jìn)行得如火如荼，并成為推動(dòng)航天航空事業(yè)發(fā)展的中堅(jiān)力量。

[1] 李世民,李國強(qiáng),李宏全.對空警戒雷達(dá)組網(wǎng)優(yōu)化方法研究[J]. 科技資訊. 2014(17)

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高斯，男，出生于1990年9月，北京人，就職于民航華北空管局，雷達(dá)助理工程師

Research on the application of air traffic control radar networking technology

Gao Si
(civil air traffic control bureau,Beijing)

At present,the aerospace sector in radar detection and control process mainly use the ATC radar networking technology and the application of this technology in real time monitoring process,and fully guarantee the timeliness and accuracy of monitoring.Air traffic control radar networking technology is a computer as the carrier,the use of modern communication facilities around the radar signal is collected and processed the data and to assist the crew and ground staff to monitor technology.It can realize the multi tube area,the whole process and the timely monitoring,improve flight safety.So it is widely used in aerospace aviation technology of air traffic control radar.

air traffic control radar;networking technology;Application Research