浅析SKYNET-X自动化系统监视源处理功能

常亚楠

(中国民用航空中南地区空中交通管理局河南分局,河南 郑州450000)

本文以郑州现场的SKYNET自动化系统为例,对该系统外部接入的监视源处理和融合机制分析。其中,雷达数据主要指的是一次雷达数据与二次雷达数据,但目前存在低空空域难以完全覆盖,受地域条件限制等缺点,无法满足特殊地区的管制需求。而ADS-B技术用于空中交通管制,可以在无法部署航管雷达的地区为航空器提供优于雷达间隔标准的虚拟雷达管制服务,并对雷达无法探测的空域进行信息弥补和增强,自动化系统通过结合不同监视源的特性,可以在较大的区域内实现飞行动态监视,更精确的航迹信息。

1 SKYNET-X自动化系统概述

SKYNET-X自动化系统是澳大利亚泰雷兹公司的EUROCAT-X系统在中国通过北京华泰英翔空管技术有限公司注册的空管自动化系统产品。与其它自动化系统一样,SKYNET-X自动化系统能够通过处理报文数据、雷达数据、ADS-B数据、WAM多点数据等众多类型的监视数据,为管制员提供航班的4D剖面航路建立、冲突告警等重要告警提示,以及航班在飞行过程中的飞行动态和飞行信息等,是管制员在进行对空指挥中的核心系统。

2 SKYNET-X自动化系统雷达数据处理机制

SKYNET-X自动化系统可接收来自雷达监视源的点迹/航迹,并通过PLINES设备接收雷达数据并将这些雷达数据进行格式和协议转换,由RS232同步串口数据转换成网口数据,经由交换机数据交换后送至雷达子网,再由多雷达融合处理服务器MSTS和旁路雷达处理服务器DRA取用,不同服务器经过后续处理后,形成系统综合航迹或者单雷达航迹供管制现场使用。

2.1 MSTS服务器雷达数据处理

MSTS采用的是多源跟踪处理技术进行多雷达数据跟踪、融合处理的,MSTS收到雷达报告时,会对其正北信息、扇区信息以及雷达报告的二次代码、方位和高度信息进行解析和坐标转换,将通过雷达质量检测的目标报告,再经过滤波窗口进行外推、相关、融合计算,如果新的点迹报告处于该融合窗口内,则系统将更新系统航迹信号,如果不在融合窗口内,则生成一个新的航迹或者丢弃。值得一提的是,MSTS服务器在计算过程中具有BIAS补偿功能,系统可以自动修正单雷达方位和距离,或者通过人工手动调节雷达参数的方式进行修正,确保能够最大程度的优化收到的雷达信号。

2.2 DRA服务器雷达数据处理

旁路雷达处理服务器DRA旁路雷达数据处理服务器采用的是RBP技术,该运算技术将接收到的单雷达报告与数据中的所有航迹信息通过航迹号,应答机编码,目标位置、高度等信息进行比对判断后进行相关、外推、跟踪处理,更新或者新建单雷达航迹。DRA服务器的雷达数据融合依靠MTP技术,这里不作赘述。

除了必要计算和处理,SKYNET-X自动化系统化中存在镜像目标抑制机制:即系统经前期计算后,判断该航迹不属于某个已存在航迹的更新数据,在新建航迹的过程中,如果该航迹与一个已存在航迹的高度与距离小于离线参数值,则系统将判定该航迹为反射假目标(镜像假目标),会不再新建航迹并丢弃该目标,不做输出。该机制能够有效的抑制地面或空中物体造成的映射、镜像雷达假目标出现。

3 SKYNET-X自动化系统ADSB数据处理机制

广播式自动相关监视(ADS-B)技术是中国民航重点推进的空管新技术之一,能够弥补雷达监视覆盖的不足,为低空空域提供有效的监视手段,丰富了中小机场管制运行方式,有效提高了空中交通管理的安全和效率,现已逐渐成为仅次于雷达数据的重要监视源数据之一。河南六地的ADS-B站在2018年9月23日正式投入使用,弥补了前期雷达覆盖薄弱的区域,解决了河南地区中小机场起降航班低空覆盖不足的问题。目前六个ADS-B地面站运行情况比较稳定,没有出现故障情况,为河南空域提供了可靠的空域监视手段。

3.1 ADS-B数据引接

以郑州现场为例,ADS-B信号由莱斯ADS-B数据站发出,经过传输链路到达自动化系统外部交换机,随后进入路由器或防火墙,最后经过雷达子网交换机到达服务器。如图1所示。

图1 ADS-B信号接入方式

完成物理链路的连接后,还需要在SKYNET离线参数中配置对应的离线参数ASF文件。

根据SKYNET-X自动化离线参数发布流程进行参数发布后,即可在管制界面上看到引接进入系统的ADS-B信号。在该套自动化系统中,可通过调整离线参数中的导航位置精度、导航完整性等级、监视完整性等级、导航不确定类别的门限值来提高进入系统的信号质量,这样可将低质量ADS-B数据的影响降到最低或者直接丢弃不与使用。

3.2 ADS-B数据处理机制

SKYNET-X自动化系统在收到某架飞机的ADS-B报告时,首先要经过一个数据解码过程,系统将点迹报告信息解成系统内部可以计算的格式,随后进行点迹与系统航迹的配对筛选操作,先后经过预相关处理、相关处理和关联三步来将正确的点迹与正确的航迹进行配对。

3.2.1 预处理(PRE-CORRELATION)

数据预处理主要是根据系统收到的ADS-B点迹,与航迹的位置和24Bit码信息进行匹配,只有数据点迹和航迹的24bit码一致,且点迹和航迹位置之差满足系统参数要求,才可以进入下一步。经过PRE-CORRELATION处理之后,某一ADS-B点迹可以和多个航迹建立连接关系,等待后序计算。

3.2.2 相关处理(CORRELATION)

MSTS服务器会根据点迹的更新时间,对航迹进行外推。对外推航迹和点迹的位置做似然分析,计算概率。相同的SSR代码,24bit码,呼号和航迹类型数据等,会作为加分项,在这一步进行检查。经过CORRELATION之后,某一ADS-B点迹最多和三个航迹保持连接关系。

3.2.3 关联(ASSOCIATION)

MSTS服务器使用数据关联算法,分别计算仍具有关联关系的点迹和航迹之间的关联概率,并取其中概率最大的航迹点迹对,使用其中的点迹对航迹进行更新。

3.3 ADS-B数据与其它监视源数据的融合

在经过配对筛选过程后,MSTS服务器将通过的点迹送入核心融合计算中进行卡尔曼滤波计算,并用内核计算出的状态信息来更新与之配对的航迹,即filtering处理。当系统收到的某个点迹无法找到能与之配对的航迹时,系统即会作出判定这是一个新出现的航迹目标。MSTS服务器会将这个点迹报告发送给新建航迹模块(Initialization模块),等待新建该航迹。当系统收到此目标后续的第二个点迹报告时,MSTS就确认这是真实的目标,开始新建航迹并分配可用的系统航迹号。此航迹号将伴随着这个目标的生命周期,当已经确认的目标不再被雷达识别时,MSTS会根据最后一次的目标报告进行三次外推计算,在第三次外推的同时,释放航迹号。系统内部流程如图2所示。

图2 系统内部数据处理流程图

这种数据融合方式将同一个航迹的多个监视源数据合成为一个单一的系统航迹,自动化系统通过集合了多个信号源的优点,因而定位的结果会比单一监视源数据更准确、更真实。但另一方面,参与系统融合计算的监视源众多,数据质量不一,这也会引入对系统计算航迹定位的影响。因此,相比其它融合方式,MSTS服务器对雷达数据的质量相对敏感。但随着监视设备的技术进步,监视数据将会越来越精确,对雷达的数据敏感性可以让MSTS提供足够精确的目标数据。

4 结论

综上,从全国使用SKYNET-X自动化系统的运行现场来看,该系统的稳定性以及数据处理能力较好,对于各种监视源数据都能有较强的兼容性和融合性,能够有效的保障管制员对空指挥的安全性。但相较其它自动化系统来说,SKYNET-X自动化系统的监视源参数配置较复杂,对于技术维护人员来说,如果调配各项参数使系统的数据处理性能最大化的体现,是需要长期钻研的课题。