飛行器異常飛行監(jiān)視及處置方法研究

四川九洲空管科技有限責(zé)任公司 易 威 胥川桂 劉 剛

1 現(xiàn)狀及必要性

飛行器在諸如被劫機(jī)、故障、失控等特殊情況下，會(huì)出現(xiàn)異常飛行的情況，造成安全隱患。當(dāng)這種情況出現(xiàn)在重要政治、經(jīng)濟(jì)中心地帶——所謂要地上空時(shí)，安全隱患尤為突出。在要地的附近空域，空中管制是通過(guò)規(guī)劃航路空中走廊和設(shè)置禁飛區(qū)的方法，監(jiān)視要地周邊飛行器的空中態(tài)勢(shì)，隨著航路越來(lái)越繁忙，航路容量越來(lái)越接近飽和，一旦有飛行器發(fā)生偏離航線或者進(jìn)入禁飛區(qū)等異常動(dòng)作，對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)、判斷其意圖并采取針對(duì)性的措施是一個(gè)復(fù)雜和耗時(shí)的過(guò)程，需要一套系統(tǒng)和方法，對(duì)飛行器的異常飛行進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)，判讀飛行器的異常飛行行為，并給出最終的處置建議，以保障要地上空航空飛行安全和重要建筑、公共設(shè)施以及人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。

對(duì)于我國(guó)飛行器的飛行，主要使用空管一次雷達(dá)、空管二次雷達(dá)、S模式協(xié)同系統(tǒng)、ADS-B技術(shù)等監(jiān)視手段進(jìn)行對(duì)空監(jiān)視，獲取飛行器在規(guī)定航路、機(jī)場(chǎng)空域的飛行動(dòng)態(tài)。目前，針對(duì)飛行器的航路飛行，沒(méi)有一套自動(dòng)化的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要通過(guò)現(xiàn)有監(jiān)視系統(tǒng)反饋的飛行狀態(tài)，航空管制人員對(duì)飛行器飛行做出評(píng)價(jià)，判斷飛行器飛行異常后，上報(bào)相關(guān)處置決策部門(mén)。現(xiàn)階段飛行器飛行判斷的處理流程：一是人工對(duì)飛行判定，會(huì)因?yàn)閭€(gè)人經(jīng)驗(yàn)等方面的原因?qū)︼w行狀態(tài)的判定出現(xiàn)歧義；二是推斷飛行器飛行意圖時(shí)間不穩(wěn)定或較長(zhǎng)，容易失去對(duì)異常飛行的飛行器的最佳處置時(shí)間，無(wú)法保障航空飛行安全、以及有效保護(hù)要地的重要建筑、公共設(shè)施及人民的生命財(cái)產(chǎn)。

2 系統(tǒng)方案

本研究提供一種飛行器異常飛行監(jiān)測(cè)處置方法。通過(guò)綜合多元監(jiān)視數(shù)據(jù)，形成飛行器飛行動(dòng)態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)飛行器飛行的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，自動(dòng)關(guān)聯(lián)、比對(duì)飛行器飛行航跡和飛行計(jì)劃，參考飛行器飛行航向、速度、航路范圍、禁飛區(qū)等飛行情報(bào)，篩選異常飛行的飛行器，識(shí)別其飛行意圖，并給出相應(yīng)的溝通疏導(dǎo)、協(xié)商談判、主動(dòng)干預(yù)等決策建議和處置措施。

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

一種飛行器異常飛行監(jiān)測(cè)處置方法由情報(bào)獲取子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)、決策實(shí)施子系統(tǒng)組成，實(shí)現(xiàn)航路偏離探測(cè)、飛行意圖識(shí)別、輔助決策建議、處置措施等功能。本研究的系統(tǒng)架構(gòu)，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

2.2 情報(bào)獲取子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)通過(guò)S模式應(yīng)答機(jī)、ADS-B地面站、空管二次雷達(dá)等其它傳感器對(duì)要地附近空域中飛行的飛行器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，獲取其航班號(hào)、航管代碼、S模式地址、高度、飛行速度/航向/姿態(tài)等信息，從民航獲取飛行計(jì)劃信息，并將監(jiān)視信息和計(jì)劃信息傳輸至數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)。情報(bào)獲取子系統(tǒng)獲取情報(bào)流程，如圖2所示。

圖2 獲取情報(bào)流程圖

2.3 數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)接收來(lái)自情報(bào)獲取子系統(tǒng)的監(jiān)視信息和飛行計(jì)劃信息，綜合多元監(jiān)視信息，輸出飛行器飛行軌跡，并結(jié)合民航飛行計(jì)劃、民航飛行規(guī)范等進(jìn)行異常檢測(cè)。

飛行異常包含下列主要情況：

（a）時(shí)間異常，飛行時(shí)間提前或延后，但仍在航路上飛行；

（b）航路異常：

●飛行于飛行規(guī)范規(guī)定的航路邊緣，提出預(yù)警；

●超出規(guī)定航路飛行，給出告警；

●飛行器進(jìn)入禁區(qū)、限制區(qū)等區(qū)域飛行，給出告警。

根據(jù)飛行異常情況，結(jié)合飛行目標(biāo)區(qū)域的重要程度，推測(cè)飛行器飛行意圖：

（a）S模式應(yīng)答機(jī)將通信故障、劫機(jī)等代碼傳輸至地面，協(xié)助地面控制中心判斷飛行器飛行狀態(tài)；

（b）由于飛行故障或氣候因素等原因，引起的飛行器飛行異常，飛行器需要選擇附近機(jī)場(chǎng)進(jìn)行迫降飛行；

（c）飛行器被劫持，進(jìn)行恐怖襲擊、攻擊地面重要目標(biāo)等意圖。

2.4 決策實(shí)施子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)輸出的決策實(shí)施建議，協(xié)調(diào)其他執(zhí)行部門(mén)，對(duì)飛行器異常情況進(jìn)行處置。

處置流程如下：

（a）針對(duì)在計(jì)劃航路邊緣，有超出航路趨勢(shì)飛行的飛行器，以飛行通報(bào)或語(yǔ)音手段給予出界預(yù)警；

（b）針對(duì)偏離航路飛行的飛行器，通過(guò)話音電臺(tái)，與機(jī)組人員進(jìn)行溝通，警示其偏離航路飛行，要求按照規(guī)定航路飛行；

（c）針對(duì)偏離航路飛行的飛行器，并有進(jìn)入禁區(qū)、重要區(qū)域的趨勢(shì)或者攻擊意圖時(shí)，首先通過(guò)話音通信，進(jìn)行溝通談判，促使其改變飛行意圖；若溝通失敗，則采取對(duì)飛行器的導(dǎo)航定位設(shè)備進(jìn)行定向性壓制和干擾措施，使其無(wú)法達(dá)到其飛行意圖；若對(duì)飛行器的導(dǎo)航干擾無(wú)效時(shí)，則采取武力手段包括地面防空火力或攻擊機(jī)攔截，阻斷其破壞重要地面目標(biāo)或其他攻擊意圖的目的。

決策實(shí)施子系統(tǒng)依據(jù)數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)給出的處置決策建議，對(duì)飛行器采取話音通信/心理疏導(dǎo)、協(xié)商談判、主動(dòng)干擾（包含導(dǎo)航定位干擾/火力攔截）等手段，達(dá)到處置異常飛行的飛行器，維護(hù)航空飛行安全和保障重要地面目標(biāo)安全。決策實(shí)施子系統(tǒng)處置決策流程，如圖3所示。

圖3 處置決策流程圖

3 關(guān)鍵技術(shù)

關(guān)鍵技術(shù)主要包含以下兩點(diǎn)：

（1）多元監(jiān)視數(shù)據(jù)及飛行數(shù)據(jù)的綜合化數(shù)據(jù)處理：首先，從雷達(dá)站或機(jī)場(chǎng)引接空管一次雷達(dá)、空管二次雷達(dá)、ADS-B等監(jiān)視數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)融合各類(lèi)監(jiān)視數(shù)據(jù)，形成飛行器的真實(shí)航跡，達(dá)到對(duì)飛行器的實(shí)時(shí)監(jiān)視，掌握航路飛行態(tài)勢(shì)；

（2）判斷飛行器異常飛行情況和識(shí)別飛行意圖：系統(tǒng)從國(guó)家民航飛行計(jì)劃網(wǎng)引接飛行器的飛行計(jì)劃和飛行動(dòng)態(tài)，自動(dòng)關(guān)聯(lián)相關(guān)飛行器，判斷其是否按照飛行計(jì)劃和民航飛行規(guī)范進(jìn)行正常飛行；通過(guò)建立禁飛區(qū)、重要空域等基礎(chǔ)飛行空域數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)合飛行器航向、速度、抵達(dá)時(shí)間等參數(shù)，識(shí)別出飛行器飛行意圖，對(duì)異常飛行的飛行器給予告警；并向執(zhí)行部門(mén)給出處置決策建議，當(dāng)處置決策建議被采納后，系統(tǒng)對(duì)異常飛行的飛行器采取相應(yīng)的處置措施。

4 預(yù)期效益

通過(guò)綜合空管一二次雷達(dá)和S模式系統(tǒng)、ADS-B新航行系統(tǒng)等監(jiān)視手段，實(shí)現(xiàn)了對(duì)飛行器飛行自動(dòng)監(jiān)測(cè)，并匹配其飛行軌跡和飛行計(jì)劃，判斷異常飛行行為、識(shí)別飛行意圖，形成處置建議并推送給處置機(jī)構(gòu)；當(dāng)處置建議被采納后，可使用通用電臺(tái)等通信手段，通過(guò)語(yǔ)言溝通進(jìn)行心理疏導(dǎo)，達(dá)到處置危險(xiǎn)的目的；系統(tǒng)可與相關(guān)職權(quán)部門(mén)形成消息共享機(jī)制，當(dāng)飛行器飛行異常飛行時(shí)，可采取協(xié)商談判、主動(dòng)干預(yù)（包含導(dǎo)航定位干擾/火力攔截）等手段，阻止異常飛行的飛行器進(jìn)入禁飛區(qū)等重要空域，保障要地人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。