雷達數據處理在空中交通管制系統中的應用

趙艷

【摘要】 本文首先介紹了空管系統和雷達數據處理的概念，然后介紹了雷達數據處理在空管系統中的主要作用、構成、處理步驟和基本要求。

【關鍵字】 雷達數據處理 集中式結構 馬賽克

隨著近年來國內航班流量的飛速增長，空中交通管制系統已經成為必不可少的一種技術手段，其不僅能夠提供實時的空中交通態勢顯示，更關鍵的是能夠有效地提醒管制員現在已經發生或者未來可能發生的飛行沖突和各類告警信息。雷達數據處理的主要任務就是通過雷達收集到的目標信息估算出相應目標的航跡，同時預測該目標將來的信息，空管系統就是它的一個重要應用領域，圖1給出了兩者結合的一個流程。在空管系統中，估算和預測目標的航跡并不是不是最終的目的，相關數據可以用于指揮飛機、保持間隔、控制航路航線、控制進離場程序、飛行沖突告警、最低安全高度告警和測量距離等等。

一、雷達數據處理在空管系統中的主要作用及構成

空管系統通過準確地定位及識別每一架航班，從而輔助民航空管管制員在各種氣象條件下二十四小時不間斷地監視空中的航班。用于民航空管系統的雷達主要被分為空管一次雷達和空管二次雷達。為了節約投資和場地，也可以將一次雷達的天線安裝在二類雷達天線的上方，共用旋轉鉸鏈、馬達和伺服機構等等。這樣的配置方式能夠結合一次雷達可以主動發現目標和二次雷達作用距離遠、穩定可靠、編碼信息豐富的優點，對于繁忙的機場或航線十分合適。空管系統是一個完備而復雜的整體系統，不僅包括技術資源和操作管理，還包括維護人員和管理機構。這些構成元素均是為了保障安全有序并且高效的空中交通。它們能夠更加合理的調配有限的空域資源、盡量縮短航班等待以及延誤的時間、盡量選擇經濟節約的高度或者航線飛行，最終達到節約資金和提高服務質量的目的。

二、雷達數據處理的步驟和要求

在數據處理的過程中，第一步，需要對獲得的雷達點跡數據進行必要的預處理，可以實時地修正測量數據中包含的系統誤差，去掉固定的目標，保證在一定的虛警概率下盡可能地提高發現概率。第二步，針對點跡進行統一的坐標轉換和數據格式轉換。第三步，對比處理后的點跡數據和現存的航跡數據，進行航跡起始、航跡關聯、跟蹤濾波、航跡終止等操作。最后將航跡信息傳送給空管自動化系統，并呈現給管制員。雷達數據處理需要滿足以下的要求。

1、系統具備高可靠性和可用性。假設發生低等級故障時，整個系統必須能夠正常工作；假設發生高等級故障時，整個系統必須能夠按照降級的模式工作；假設局部設備故障，整個系統必須能夠重新組合。2、系統具備較高的自動化水平。要慎重考慮那些需要自動化的功能，既要避免系統過于復雜，還要避免操作過于復雜。3、系統操作需要模塊化和可擴展性。這樣可以方便添加或者移除某些功能，使系統能夠適應不同的航路管理和機場地面管理等。

三、雷達數據處理的集中式結構和相關技術

為了提高管制員指揮的安全性和效率，需要引接外部監視源和控制中心的雷達數據。故多雷達融合就是一項關鍵的能力。同樣的，針對各航班的飛行計劃和更新的報文以及狀態都需要在有管轄權的控制中心間進行傳遞和交互。最常見的雷達數據處理結構是集中式，如圖2所示。一般由大型的高端商用服務器完成雷達數據處理及飛行計劃處理這兩大功能。可以使用一臺小型服務器完成數據從服務器到終端的傳送和交換，包括航跡信息和飛行計劃信息等等，從而使服務器處理的數據與終端顯示的數據實時同步。

對空中目標進行穩定的跟蹤，采用馬賽克的方法將管制空域劃分為棋盤狀的網格，每個航班都必然存在于某個網格中。對每個網格定義一個雷達主數據源和一個備數據源。航班處于該網格內時，優先用主數據源提供的點跡完成航跡跟蹤。當主數據源的性能降級甚至失效的時候，可以用備數據源代替主數據源。該技術可以實現多雷達跟蹤，且不用每部雷達覆蓋很大，但整個雷達網絡的覆蓋遠大于單部雷達。因為采用了不同網格中雷達獲取的點跡，故最終顯示出來的每一架航班的系統航跡可能會具備不同的數據更新速率。如果某個雷達掃描周期的數據丟失，系統會用現有位置和速度進行航跡外推，并在外推的基礎上繼續進行跟蹤。

參 考 文 獻

[1]何友.雷達數據處理及應用[M]. 北京：電子工業出版社.2006