THALES自動化系統飛行軌跡計算與投遞原理淺析

陳玉平

摘要：隨著民航飛行流量的增加，提供優質的空中交通管制服務勢在必行。飛行數據處理功能是空中交通管制自動化系統的重要功能之一，本文主要介紹了THALES自動化系統的飛行數據處理中的4D軌跡的建立和計算方法，通過扇區和交接點的計算，進行飛行計劃和進程單的投遞。結合飛行軌跡計算原理和系統中的日志，對生產運行中出現的投遞問題進行了詳細的分析，并給出了原因。

關鍵詞：自動化系統；FDP；4D軌跡；投遞

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）01-0219-02

空中交通管制自動化系統是空中交通管制員指揮航空器的手段之一。它的功能是對多部雷達送來的航跡進行處理，并將雷達航跡與飛行計劃進行相關，將目標顯示在管制席位上，使管制員能實時掌握空中飛機的動態，為管制指揮提供依據。空管自動化系統好比管制員的眼睛，隨著空中流量的迅猛增長，給空中交通服務提出了更高的要求，對空管自動化系統的依賴也越來越強，尤其對自動化系統的飛行數據處理功能的準確性也提出了越來越高的要求。

在空管自動化系統的實際運行中，管制員經常反映所管轄航班在扇區內顯示的顏色不正確的問題，這與飛行數據處理、飛行軌跡計算及計劃投遞有著密切的關系。下面以THALES自動化系統為基礎，介紹飛行軌跡計算與投遞。

1 飛行數據處理功能介紹

THALES空管自動化系統包括雷達數據處理和飛行數據處理兩大主要功能。飛行數據處理功能（FDP）主要完成的任務是處理接收到的飛行電報、管制輸入等數據，生成飛行計劃，管理飛行計劃生命周期和應答機代碼，完成飛行軌跡的計算、管制的移交和協調、進程單的投遞和打印等功能。

系統定義了飛行數據區（FDRG）、飛行計劃系統區（FPSA）、飛行計劃擴展區（FPEA），以便對飛行數據進行有效的處理。飛行數據區（FDRG）就是北京空管中心管轄的整個飛行管制區域，在FDRG之內，系統對飛行計劃執行完整的數據處理，在FDRG之外的另外兩個區域，FDP只是對飛行計劃進行必要的分析和簡單的處理。

系統的飛行數據區實際上是所管制的空域，是一個三維空間，由所管轄區域的范圍和高度組成。為了便于管制指揮系統將整個管制空域分割成多個物理扇區（Volumetric Sectors），包括區域和終端區。根據終端區飛行特點，終端管制區需要按照進、離港劃設進近管制扇區，導致無法按地理位置分割。為了滿足上述工作上的需要，系統在物理扇區的層面下又定義了功能扇區（Functional Sectors），一個物理扇區可以包含兩個或兩個以上的功能扇區。例如終端區的一個物理扇區可以包含離場、進場兩個功能扇區。

系統中航班的飛行數據主要來自各類飛行計劃電報、雷達數據處理模塊（RDP）提供的系統航跡和管制員輸入的飛行信息。FDP將不同來源的飛行計劃數據信息按照ICAO格式進行處理和分析，創建初始的飛行數據記錄條（FDR）。

FDP根據收到的航班的飛行數據生成飛行計劃的同時，為每個航班也計算出一條飛行軌跡，FDP從航班的飛行數據中抽取重要航路點，起飛/落地機場高度，飛行高度，飛行速度，下線定義的航空器性能等數據計算出航班的初始飛行軌跡。

2 飛行軌跡計算

2.1 飛行軌跡概念

THALES系統對飛行軌跡的定義如下：飛行軌跡=航路（Route）+剖面（Profile）+時間（Times）。系統通常在創建飛行計劃時，就計算出了飛機初始的飛行軌跡。在整個飛行計劃生命周期內，根據飛行計劃航路修改、接收到的雷達位置報告（APR）等信息不斷進行更新和修改。

Thales自動化系統采用四維飛行軌跡計算。系統提取FPL領航計劃中的航路點、高度等信息進行剖面計算和預計穿越的扇區的計算，移交點的確定以及飛行過程中每個點飛越時間的計算，不斷地對飛行軌跡進行修正，以便獲取最精確的計劃軌跡和飛行態勢，提供給管制作為飛行指揮的依據。

2.2 飛行軌跡計算

系統依據FPL報文編組15的航路信息、并根據領航計劃報中的巡航速度、起飛、落地機場和當前飛行計劃飛經航路的各個點的經緯度（這些數據都來自離線定義）等信息，計算出飛行計劃的3D飛行軌跡，大致計算出飛行計劃的飛行軌跡。航路的4D計算是在3D剖面的基礎上計算出各個航路點的預計飛越時間ETO（Estimated Time of Overfly），并推算出經過的管制扇區，經過每個功能扇區的邊界時間，并計算移交時間和投遞扇區。

2.2.1 航路解析

FDP從領航計劃報FPL中提取起飛機場、落地機場及第15組航路信息中確定各類與管制相關的航路點、導航臺的信息、進離港程序中的各點信息進行處理。

2.2.2 剖面計算

系統為每一個飛行計劃進行飛行剖面計算，在空間構造一個三維軌跡。剖面計算基于從飛行計劃中提取的航路點、起飛機場/降落機場、起飛降落機場的高度、申請的速度、離線定義的航空器性能文件等數據。

每架航班的飛行都可以由起飛、巡航和降落三個階段組成。飛行數據處理器從飛行計劃中提取RFL巡航高度作為航班起飛階段的最高點，并根據離線定義的飛機機型、爬升率、速度等性能數據計算航班的初始起飛階段，即“forward profile”。飛行數據處理器根據“forward profile”推算出上升階段每個點的實際飛行高度AFL。對于降落階段，飛行數據處理器同樣依據飛機性能參數計算出飛機降落階段的飛行剖面。該剖面是從落地機場倒推到巡航過程中最高下降點，被稱之為“backward profile”。起飛和降落階段的飛行剖面計算完成后，FDP將最高爬升點和最高下降點連接起來形成飛機的巡航階段。FDP從領航計劃報文的15字段中提取各點的高度作為各階段的剖面計算高度PCFL。若出現“forward profile”未到達RFL時就和“backward profile”剖面相遇的情況，FDP會判斷航班巡航高度不會到達申請的RFL，并按照兩個階段的相遇點計算出新的飛行軌跡。

系統在下列情況下會進行剖面計算工作：

（1）生成計劃時計算出初始飛行剖面。

（2）當飛行航路或起飛機場落地機場改變時，系統根據預設高度PCFL值計算飛行剖面，將起飛落地機場的高度作為剖面計算的起始點和終止點。

（3）航路點的預計高度PCFL發生改變時。

（4）當FDP收到雷達數據處理器送來的飛機自動位置報告APR，并且APR所報告的飛機飛行高度與系統計算出的飛行高度AFL值相差超過系統參數MAX_PROFILE_RA-DAR_LEVEL_DISCREPANCY[2]（系統定義為1000feet）時，會重新計算剖面。當飛機在“backward profile”階段時，若APR報告高度高于降落階段剖面，系統不會重新計算剖面。

2.2.3 預計過點時間計算

飛行數據處理器根據飛機性能及高空風速數據計算出起飛和降落階段的時間，同時根據飛行計劃中的巡航速度計算出巡航階段的時間。系統推算出飛機經過的航路點或報告點的預計過點時間ETO。這樣完成4D飛行軌跡的計算。如圖1所示。

2.2.4 穿越扇區計算

一架航班在整個飛行過程中會穿越不同的空域，會被多個管制員管轄，管制員需要提前獲得要穿越它管轄的扇區的航班的計劃信息，因此提前計算出航班要穿越的扇區的信息是至關重要。同時自動移交程序也依賴于該信息。

FDP計算出飛行計劃軌跡穿越各扇區的點，并將其定義成穿越點Transition Fix，同時計算每個飛越點的飛行高度AFL。系統根據離線定義的自動移交文件（AUTOMATIC_TRANSF

ER_CONDITIONS.ASF）完成航班在各個扇區和FDRG之間的移交工作。下面是移交定義：對AC01，如果航班起飛機場是ZBAA，移交點VM，那么移交給AC04。

/AC01/

if DEP is ZBAA，SRE 0 is VM，，，，，，

hand AC04

if DEP is ZBAA，SRE 0 is LADIX，，，，，，

hand AC04

if DEP is ZBAA，SRE 0 is WF，，，，，，

hand AC04

根據投遞文件將航班相應的電子進程單投遞到相應的管制席位上。

/TAC02/

if ， ， ， ， ， ， ，

post 1 02 GEO MMI AC02

post 2 02 GEO MMI AC02

post 3 02 GEO MMI AC02

post 4 02 GEO MMI AC02

if ， ， ， ， ， ， ，

post 5 02 GEO MMI AC02

post 6 02 GEO MMI AC02

系統按照飛行軌跡，根據系統定義的離線數據完成航班在本管制區域內航班的飛行和移交。

3 結語

飛行數據處理中，飛行計劃軌跡的計算與飛機移交和計劃投遞直接影響到管制指揮的效率。由于不同原因可能導致航班不能正確移交給負責管轄它的扇區，顏色顯示為黑色，使管制員不能及時關注該航空器，可能造成與扇區內其他航空器的沖突。通過對飛行軌跡計算、移交與投遞原理的分析，將有效提高調查此類問題的能力，為飛行安全提供保障。