EUROCAT—XV5空管自動化系統STCA告警原理及測試方案淺析

黃帆

【摘 要】本文在對EUROCAT-X V5空管自動化系統STCA告警原理進行闡述的基礎上，深入分析STCA告警功能測試的方法，從而提出一套合理可行的方案，能夠對STCA告警進行較全面的測試，以便發現系統功能的缺陷或參數設置的偏差，確保該功能能夠滿足管制工作的要求，保障空管安全。

【關鍵詞】EUROCAT-X V5系統；空管自動化；STCA告警；告警測試

0 引言

EUROCAT-X V5空管自動化系統（以下簡稱“系統”）是廣州區域管制中心的主用空管自動化系統，為空中交通管制員提供雷達監視、危險告警、飛行計劃處理等服務，在空中交通管制工作中起著至關重要的作用。短期沖突告警（Short-Term Conflict Alert，以下簡稱STCA）功能是系統提供的最重要的功能之一，能夠在航空器違反或即將違反飛行間隔時發出告警提示，提醒管制員及時采取措施避免沖突發生，在保障飛行安全方面起到關鍵作用。

1 STCA告警原理

系統對每一對符合條件的航跡進行跟蹤計算，當發現航跡對的水平、垂直間距同時小于或者在用戶規定的告警時間內將要同時小于參數值時，系統告警[1]。系統推測向前看時間內航跡預計到達的位置和高度，確定告警計算的范圍，使告警能具有前探性，預測未來可能發生的沖突[2]，如圖1所示。

系統首先進行航跡合格性的檢查，比如高度、速度、SSR、航班號、是否處在抑制區、與航跡關聯的飛行計劃狀態等，這些狀態均需滿足要求才對航跡進行告警計算。航跡對同時違反規定的水平間隔和垂直間隔則判斷其產生沖突。最小水平及垂直間隔是通過離線定義，其中最小垂直間隔則根據航跡的高度不同而設置兩種間隔值，高空采用較大間隔，中低空采用較小間隔，滿足RVSM條件的也可采用較小間隔，區調區域和進近區域采用不同間隔標準，如果兩飛機分別在不同區域，則使用較小間隔進行計算。

當系統檢測到航跡對的沖突，那么這對航跡對的沖突計數器M將相應增加；當之前預測到的沖突已經不再被系統檢測到，那么這對航跡對的沖突丟失計數器N將相應增加；沖突質量為M/（M+N）[2]。按照上述計算，在管制席位上能夠看到STCA告警的主要為以下三種沖突[2，3]：

（1）Real conflict：沖突時間等于0；

（2）Close conflict：沖突時間小于STCA_IMMINENT_TIME（30秒）；

（3）Actual conflict：沖突時間小于STCA_WARNING_TIME（60秒） and（沖突質量大于STCA_CONFLICT_QUALITY（0.7）or沖突計數器M大于STCA_COUNTER_THREHOLD（2）or在沖突時間的水平間隔小于STCA_SEVERE_SEPARATION_DISTANCE（2.8海里）；

另外，系統在垂直方向上的高度預測加入了具有CFL數據的航跡使用高度層保護方法，使高度預測更為合理，避免了一些虛假告警的產生[1]。當航空器下降時，CFL-RDP_MAX_LEVEL_OVERSHOOT（40米）作為高度預測的限制；當航空器爬升時，CFL+RDP_MAX_LEVEL_

OVERSHOOT作為高度預測的限制；還定義了一些不使用CFL數據對高度預測進行限制的情況[2]。

系統定義與STCA告警有關參數的離線數據文件主要是CA_PARAMETERS.ASF和STCA_AREAS.ASF，前者定義告警間隔、告警時間、告警條件等參數，后者定義告警區和告警抑制區，詳見參考文獻[3]。

2 STCA告警測試方案

2.1 測試工具

使用雷達信號模擬器輸出指定雷達格式的扇區和目標等數據包，把這些數據包通過同步設備輸出為同步HDLC信號，經過交叉線轉換后由PLINE輸入EUROCAT-X V5系統的雷達處理服務器。系統讀入模擬雷達信號后形成單路雷達航跡，通過卡爾曼濾波算法融合成系統航跡，并顯示在管制席位界面上。測試設備的連線圖如圖2所示。

2.2 測試步驟

（1）在系統的離線數據管理服務器上選定被替換的雷達，記下雷達格式、經緯度、高度、轉速、作用距離、點跡/航跡、是否帶正北、是否帶時間戳、識別碼等關鍵參數；

（2）在雷達信號模擬器上修改配置文件config.xml，填入上述參數；

（3）對雷達信號模擬器的操作系統時間進行校準；

（4）連接雷達信號模擬器、扁平線、跳線盒（或交叉線）、PLINE；

（5）按照測試用例定義的場景編輯測試腳本；

（6）運行雷達模擬器；

（7）在系統管制席位上確認被替換的雷達已激活，確認單雷達和多雷達模式下能看到模擬的飛行目標；

（8）選定某一模擬目標，創建相應（應答碼、高度、飛行航路一致）的飛行計劃，使之與目標相關；

（9）將目標接管，隨著腳本運行觀察目標的告警狀態，是否達到預期的測試效果，做好測試結果的記錄工作。

2.3 測試用例

測試用例的設計應根據參考文獻[4]的規定以及自動化系統的相關技術手冊來制定，觸發STCA告警的情況很多，為了讓測試方案涵蓋盡可能多的場景，應先對測試場景按不同標準進行分類，再將各種場景組合得出較完整的測試用例，表1列出了STCA告警測試的場景分類設計方案以供參考。

將以上類別經過反復組合可獲得較全面的測試用例，舉個簡單的例子，相對飛行+平行飛行+同高度+沿航線飛行，該組合獲得場景是兩航空器在相同高度沿相同航線定速相對飛行，根據該場景設計測試用例如下：用雷達信號模擬器向被測系統發送2個目標，目標1（二次代碼A1234），飛行速度900km/h，高度7800米，目標2（二次代碼A3456），速度900km/h，高度7800米，沿相同航路相向平飛，兩個目標水平方向起始距離為80km，建立相應飛行計劃，并使之與模擬目標相關。至少一個目標處于controlled狀態。在席位屏幕上觀察，兩目標逐漸靠近，在相距約35公里時出現STCA告警，并伴有聲音提示。

結合上述例子，通過對測試用例所設計的場景參數及系統離線參數的計算，可得出預測的告警距離。計算過程如下：由于兩目標高度一致，且均為平飛，因此，垂直間隔為0米，此時主要考慮水平間隔的計算，假設系統最小水平間隔設置為5km，兩目標相對速度1800km/h，假設STCA_WARNING_TIME為60秒，按照飛行趨勢，檢測到沖突后沖突質量為1，也就是說，當沖突時間小于60秒則告警出現，因此，告警距離=相對速度*告警時間+最小間隔=35km。這個告警距離與實際告警距離不一定完全一致，因為系統每兩個航跡更新周期進行一次STCA告警的計算，因此，及時達到告警距離，也是要在系統進行告警計算時才可能出現告警，如果達到告警距離后兩個周期仍不告警則認為測試不通過。

總之，測試用例應列明根據系統設計原理所計算出來的結果，也就是測試的預期結果，若真實測試結果與預期結果不符，則認為測試不通過。

3 總結和展望

本文在對EUROCAT-X V5系統STCA告警原理進行深入研究的基礎上，提出一套可行的、較全面的測試方案，并闡述了測試工具、測試場景、測試用例的設計方法，為發現STCA告警功能缺陷或告警參數設置不合理提供了切實可行且覆蓋面廣的測試手段。

該套測試方案可推廣應用于其他廠家生產的空管自動化系統測試，在軟件新版本測試、補丁測試、兩項告警功能測試中具有較高的應用價值。下一步將在實際運用中進一步檢驗并完善測試方案。

【參考文獻】

[1]中國民航空管自動化處理系統低高度告警及沖突告警功能使用管理規定[S].

[2]EUROCAT-X System/Segment Specification.

[3]EUROCAT-X Data Preparation HMI Specification.

[4]空中交通管制自動化系統最低安全高度告警及短期飛行沖突告警功能[S].

[責任編輯：李書培]