針對雷達管制的模擬訓練系統設計

摘要：空中交通管制任務日益繁重，雷達管制員隊伍在不斷擴大。雷達管制員的管制能力對于航空運輸的高效、安全運行起到至關重要的作用。雷達管制模擬訓練系統是一種針對雷達管制崗位的模擬訓練軟件，適應空中交通管制新型人才培養的需求，可用于雷達管制人員崗前培訓和換季培訓，為空中交通管制的雷達管制崗位培養具備協調決策、駕馭復雜系統能力的高技術人才，提升雷達管制人員培訓效率，提高雷達管制人員的業務能力，確保空中交通管制安全、順暢、高效運行。

關鍵詞：空中交通管制；雷達管制；模擬訓練

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2023.06.009

中圖分類號：TP 337" " " " " "文獻標志碼：A" " " " " " "文章編碼：1672-7274（2023）06-00-03

Abstract： The task of air traffic control is increasingly onerous， and the radar controller team is expanding. The control ability of radar controllers plays a crucial role in the efficient and safe operation of air transportation. The radar control simulation training system is a simulation training software for radar control posts. It meets the needs of air traffic control new talent training， and can be used for pre job training and seasonal training of radar controllers. It cultivates high-tech talents with the ability to coordinate decision-making and control complex systems for air traffic control radar control posts， improves the training efficiency of radar controllers， and improves the professional ability of radar controllers， Ensure the safe， smooth and efficient operation of air traffic control.

Key words： air traffic control; radar control; simulation training

1" 系統概述

1.1 系統組成

雷達管制模擬訓練系統主要完成進近雷達管制指揮、區域雷達管制指揮、轉場飛行指揮、管制移交、飛行動態監視等內容的模擬訓練，是培養進近、區域雷達管制員的主要手段。雷達管制模擬訓練系統由模擬管制員席位、模擬飛行員席位、教員席位、教學管理與系統維護席位、服務器席位等模塊組成。系統組成見表1。

1.2 系統構架

雷達管制模擬訓練系統由軟件和硬件共同構成，系統體系自下而上可分為支撐層、數據層、服務層、應用層和表現層5個層級。支撐層是整個系統的底層和基礎，是保證整個系統安全運行的核心；數據層負責對數據庫中的數據進行添加、刪除、修改和查詢等操作，并將數據傳遞給服務層進行處理；服務層實現數據仿真、數據服務和數據處理等功能，為應用層的具體模塊提供數據管理、查詢和編輯方面的支撐；應用層是直接面向用戶的功能模塊的集合，由支撐層提供的若干服務進行組裝、搭建，構成滿足最終用戶業務需求的各類業務應用功能；表現層直接面向操作用戶，是系統對用戶的直觀展現。系統構架如圖1所示。

1.3 系統功能

雷達管制模擬訓練系統包含數據仿真、模擬管制、模擬飛行、模擬通信和系統管理等功能。數據仿真具有雷達探測數據、飛行計劃狀態數據、氣象數據和航空器航跡數據的仿真計算、生成、存儲和管理的功能；模擬管制具有模擬雷達管制員的業務終端的功能；模擬飛行具有對模擬的航空器執行相應操作的功能；模擬通信具有模擬地空和內話語音通信功能，以及語音記錄和回放功能；系統管理具有編輯訓練設置、監視及控制訓練進程、監控及維護系統狀態的功能。

2" 系統設計

2.1 硬件設計

雷達管制模擬訓練系統主要硬件組成包括：仿真計算機服務器、數據交換服務器、飛行數據處理服務器、模擬語音通信終端、席位工作臺、席位計算機、打印設備、服務器機柜、機柜KVM等。設備采用通用貨架產品。雷達管制模擬訓練系統硬件交聯示意圖如圖2所示。

2.2 軟件設計

2.2.1 軟件業務構架

雷達管制模擬訓練系統軟件采用SOA的方式構建，內部服務可以分為4個層級：基礎平臺層、應用支撐層、仿真任務流驅動層以及應用層。通過RTIBridge還可以與其他外部系統協同運行。系統中的業務只能通過中間件進行邏輯層的訪問，各模塊進行松耦合設計，實現模塊化開發。系統軟件構架如圖3所示。

2.2.2 軟件開發環境

雷達管制模擬訓練系統軟件開發運用C/C++語言進行編程實現，采用Microsoft Visual Studio集成開發環境企業版作為開發平臺。整套系統的開發基于Boost庫，Boost庫為C++標準庫的擴展，功能強大，可移植性好；圖形界面的開發基于QT，QT是跨平臺的應用程序和UI框架，采用了跨平臺類庫、集成開發工具和跨平臺IDE，增加了系統的移植性、開放性[1]。

2.2.3 軟件模塊組成

雷達管制模擬訓練系統軟件主要包括數據仿真模塊、數據交換處理模塊和人機交互模塊。各模塊功能如下。

（1）數據仿真模塊，主要完成航空器運動過程、雷達探測和環境的仿真數據生產及計算。

（2）數據交換處理模塊，主要完成雷達控制、探測航跡數據、校驗數據處理。

（3）人機交互模塊，主要完成態勢顯示與管制、航空器控制和導控管理服務。

各模塊的關系如圖4所示。

2.2.4 數據仿真模塊

數據仿真模塊是雷達管制模擬訓練系統的核心軟件，主要完成航空器的運動仿真、雷達探測模擬、氣象數據仿真和探測航跡融合等業務數據的仿真生產和解算，將生成的探測航跡數據通過網絡發送給數據交換處理模塊，為人機交互模塊的航跡顯示提供數據支持服務[2]。模塊處理流程如圖5所示。

2.2.5 數據交換處理模塊

數據交換處理模塊接收數據仿真模塊的探測航跡數據，對航跡做數據校驗，然后處理生成各探測設備對目標的航跡質量數據，將校驗正確的探測航跡數據送到網絡通道中，供人機交互模塊顯示；接收飛行情報，將飛行情報譯文為飛行計劃，并且完成對飛行計劃數據的相關處理；接收人機交互模塊下發的指令，通過雷達設備開關指令，實現雷達設備工作狀態控制；接收人機交互模塊下發的航空器指令，根據指令類別，綁定指令開始或者完成時的航空器狀態。模塊處理流程如圖6所示。

2.2.6 人機交互模塊

人機交互模塊為用戶提供態勢顯示與管制、航空器控制和導控管理服務。

態勢顯示與管制主要用于管制員培訓業務，為受訓管制員提供地圖顯示與操作、航跡顯示、飛行計劃顯示與操作、飛行計劃報文、告警信息顯示服務；支持標尺地圖縮放、定位、標記、移動、圖層管理等操作；支持在地圖中顯示航空器航跡，航跡顯示元素包括航跡符號、航跡標牌、引線、速度矢量線等；支持對飛行報文和飛行計劃的查詢、編輯、接收、解析、校驗；支持管制員手動進行航跡相關和自動航跡相關。

航空器控制用于配合管制員執行管制業務訓練，支持對受控航空器的各種控制操作，實現不同模擬飛行員之間航空器的操作權移交；支持顯示操作指令反饋信息，列出模擬飛行員輸入的操控指令，并對指令的正確性和可執行性進行判斷。

導控管理用于教員對管制學員和模擬飛行員的分組管理和導調控制、練習干預。支持自動/手動管制學員和模擬飛行員席位之間的對應關系，支持自動/手動安排飛行計劃與模擬飛行員的初始對應關系；支持練習進程控制功能，實現各組練習進度的開始、暫停、恢復、調速和結束等功能；具備航空器特情、通信干擾、指令延遲等練習干預功能。

3" 結束語

本文介紹了雷達管制模擬訓練系統的組成，對系統整體架構進行了研究設計。該系統軟件采用C/C++語言進行設計，具有良好的可移植性，便于二次開發利用；基于SOA的架構設計使得軟件可實現模塊化開發，在開發過程中借鑒大量C/C++開發實例[3]。該系統已在實際應用中得到檢驗，能夠為空中交通管制的雷達管制員提供初始學習、技能提高及應急情況處置的模擬訓練，提升了雷達管制員業務水平和處理突發事件的能力。

參考文獻

[1] 陸文周．Qt 5開發及實例（第4版）[M]．北京：電子工業出版社，2019.

[2] 牟楊．基于Agent的雷達管制自主教學模擬系統的設計[J]．電腦知識與技術，2010（7）：99-100.

[3] 軟件開發技術聯盟．C#開發實例大全（提高卷）[M]．北京：清華大學出版社，2016.