淺析北京大興國際機場多點監視系統

閆峰

摘要：隨著我們民航業的快速發展，北京大興國際機場將成為我國京津冀地區發展的重要航空樞紐，機場場面運行的安全與高效變得尤為重要。因此，該文對北京大興國際機場運行的多點監視系統（Multilateration Surveillance System-Airport，NEO-A）的工作原理和主要功能進行了介紹，希望通過該文能為相關領域的人員提供借鑒意義。

關鍵詞：多點監視系統;系統原理;系統架構

中圖分類號：TP311文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）21-0136-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

隨著北京大興國際機場的順利開航，不僅開啟了我國現代綜合交通一體化的新篇章，還進一步開啟了京津冀一體化發展的新引擎。未來幾年，大興國際機場將成為北京南部另一座重要的航空樞紐，首都機場和大興機場的同時運行，將開啟京津冀地區交通樞紐的新局面。未來幾年里，隨著大興國際機場的使用，機場的航班量會快速增長。機場要解決好的問題之一就是如何安全高效的調度場內的航空器與車輛。為此，北京大興國際機場安裝了ERA公司的全新一代多點監視系統（Multilateration Surveillance System-Airport，NEO-A）。

NEO-A專用于提供機場表面上所有配備S模式應答器的飛機，車輛和其他目標的監視數據。當能見度不佳情況下，該系統能有效提供給管制員機場航空器與車輛信息，確實掌握機場主要跑道、滑行道上航空器及各類勤務車輛之活動情形，以保障機場航空器和安全，提升飛行效率，并避免機場場內不安全事件的發生。

本文首先對NEO-A系統的站點分布進行了闡述，在此基礎上對系統的工作原理進行了詳細的描述，并對該系統架構，系統軟件監控及有關車輛跟蹤單元的使用進行了相應描述。

1系統概述

NEO-A是一套主動互助型的偵測系統。兼具監視及辨識航空器能力。系統使用差分多點定位技術，能為配備空管模式（A / C / S模式）應答器的所有飛機，車輛和其他物體提供準確，可靠的實時定位和標識。系統還能對廣播式自動相關監視系統ADS-B消息（1090 ES）進行解碼，并且能夠獨立進行滿足監視數據傳輸交換協議的ASTERIX輸出。系統能滿足機場24小時連續監視需求，運行維護成本低，可靠性高。

北京大興國際機場的NEO-A系統包含31個接收站臺和13個接收傳輸站臺。如圖1所示。系統信號是由設置在機場周邊的地面站臺接收處理裝置在飛機上的應答機發送出來的訊號，因此地面站臺的選址非常重要，地面臺站信號質量影響著系統的涵蓋范圍大小及范圍內是否能得到最佳接收效果。在臺站選址廠商除了現場勘查外，還使用分析工具為機場臺站信號分布做前期的安裝準備。通過軟件計算多站點主動和被動監視系統的監視視線，系統覆蓋范圍，從而提升系統準確性。

地面站臺精確測量由答詢機送達訊號的時間差決定，不同的時間差代表著飛機與地面站臺的不同距離，地面站臺將時間差的信息傳送至中央處理站臺（Central Processing Station，CPS），中央處理站臺以此計算出目標的位置。以下為本系統主要特點：（1）具備高精準的位置偵測能力;（2）系統更新信息快;（3）可辨識航空器呼號及航空器高度;（4）獨特的訊號處理技術解決多路徑效應的影響;（5）系統具有接收ADS-B數據的能力。

2系統原理

NEO-A主要基于到達時間差（TDOA）原理。目標位置的計算最少需三個雙曲面，三個雙曲面相交得到的一個交叉點，該點即為目標的位置。以目標物到兩個地面站臺之間的距離差為一常數，將站臺與目標之間的坐標距離做等量數學計算，即形成一個雙曲面，利用另一對地面站臺可繪制出其他的雙曲面。不同的曲面相交可以形成三曲面，利用數學計算，飛機與機載應答的三維位置可以計算出來。如圖 2所示。

NEO-A主要基于到達時間差工作原理如下：首先，讓我們在兩個分開的位置F1，F2上安裝兩個頻率為1090 MHz的接收機。假設兩個接收器同時接收了從機載應答器發送的應答信息。此時，假設有可用的設備能夠測量同一信號到達兩個接收器的時間差。當與兩個特定點（接收者）的距離（d1–d2）具有相等差的點集是（在2D空間中）雙曲線，其焦點集中在這些點（F1，F2）?，F在，如果系統再增加一個接收器，則在兩對接收站上應用上述原理將創建兩個雙曲線，在某個點具有相交點。所以，在現實中（3D空間），存在三維對象（超曲面）而不是雙曲線。目標位置在兩個雙曲面與水平面的交點處。如果再增加一個接收站，則通過應用相同的原理，我們可以得到在空域中具有相交點的三個雙曲面，系統形成一套三維定位系統。

以二維的形式說明如下：如圖 3所示，站臺 A 與航空器距離為 R1，R1=C*TOA1，TOA 代表由航空器發出訊號到達地面站臺所需時間（Time Of Arrival，TOA），C為光速，站臺 B 與航空器距離為R2 ，R2=C*TOA2，距離差的等式為R2-R1=C*（TOA2-TOA1），以距離差 R2-R1 的值為常數不變，分別改變R1、R2的值，可繪制出一條的雙曲線，航機處于該雙曲線任一點所得到的距離差都是相同的，表示當只有兩個站臺接收到航空器訊號時，并無法明確測出航空器位置。再加入站臺C，得另兩等式 R1-R3=C*（TOA1-TOA3）、R2-R3=C*（TOA2-TOA3），可再繪制出兩條雙曲線，三雙曲線交叉點即指出目標物位置所在。有如幾何學用圓弧相交求交叉點，在平面上，兩個圓弧相交于兩點，要知道是哪一點正確就要度量與第三個點的距離 （即第三個圓?。?。所以平面上，用三個站臺可明確標示出二維（2D）的目標物位置。在立體的情形下，多了高度，便要利用第四個站臺。所以，要明確標示出三維中（3D）目標物的位置，最少需要四個站臺才能完成。利用數學計算，飛機與機載應答的三維位置可以計算出來。如圖4所示。