EUROCAT—XV5空管自动化系统STCA告警原理及测试方案浅析

黄帆

【摘 要】本文在对EUROCAT-X V5空管自动化系统STCA告警原理进行阐述的基础上，深入分析STCA告警功能测试的方法，从而提出一套合理可行的方案，能够对STCA告警进行较全面的测试，以便发现系统功能的缺陷或参数设置的偏差，确保该功能能够满足管制工作的要求，保障空管安全。

【关键词】EUROCAT-X V5系统；空管自动化；STCA告警；告警测试

0 引言

EUROCAT-X V5空管自动化系统（以下简称“系统”）是广州区域管制中心的主用空管自动化系统，为空中交通管制员提供雷达监视、危险告警、飞行计划处理等服务，在空中交通管制工作中起着至关重要的作用。短期冲突告警（Short-Term Conflict Alert，以下简称STCA）功能是系统提供的最重要的功能之一，能够在航空器违反或即将违反飞行间隔时发出告警提示，提醒管制员及时采取措施避免冲突发生，在保障飞行安全方面起到关键作用。

1 STCA告警原理

系统对每一对符合条件的航迹进行跟踪计算，当发现航迹对的水平、垂直间距同时小于或者在用户规定的告警时间内将要同时小于参数值时，系统告警[1]。系统推测向前看时间内航迹预计到达的位置和高度，确定告警计算的范围，使告警能具有前探性，预测未来可能发生的冲突[2]，如图1所示。

系统首先进行航迹合格性的检查，比如高度、速度、SSR、航班号、是否处在抑制区、与航迹关联的飞行计划状态等，这些状态均需满足要求才对航迹进行告警计算。航迹对同时违反规定的水平间隔和垂直间隔则判断其产生冲突。最小水平及垂直间隔是通过离线定义，其中最小垂直间隔则根据航迹的高度不同而设置两种间隔值，高空采用较大间隔，中低空采用较小间隔，满足RVSM条件的也可采用较小间隔，区调区域和进近区域采用不同间隔标准，如果两飞机分别在不同区域，则使用较小间隔进行计算。

当系统检测到航迹对的冲突，那么这对航迹对的冲突计数器M将相应增加；当之前预测到的冲突已经不再被系统检测到，那么这对航迹对的冲突丢失计数器N将相应增加；冲突质量为M/（M+N）[2]。按照上述计算，在管制席位上能够看到STCA告警的主要为以下三种冲突[2，3]：

（1）Real conflict：冲突时间等于0；

（2）Close conflict：冲突时间小于STCA_IMMINENT_TIME（30秒）；

（3）Actual conflict：冲突时间小于STCA_WARNING_TIME（60秒） and（冲突质量大于STCA_CONFLICT_QUALITY（0.7）or冲突计数器M大于STCA_COUNTER_THREHOLD（2）or在冲突时间的水平间隔小于STCA_SEVERE_SEPARATION_DISTANCE（2.8海里）；

另外，系统在垂直方向上的高度预测加入了具有CFL数据的航迹使用高度层保护方法，使高度预测更为合理，避免了一些虚假告警的产生[1]。当航空器下降时，CFL-RDP_MAX_LEVEL_OVERSHOOT（40米）作为高度预测的限制；当航空器爬升时，CFL+RDP_MAX_LEVEL_

OVERSHOOT作为高度预测的限制；还定义了一些不使用CFL数据对高度预测进行限制的情况[2]。

系统定义与STCA告警有关参数的离线数据文件主要是CA_PARAMETERS.ASF和STCA_AREAS.ASF，前者定义告警间隔、告警时间、告警条件等参数，后者定义告警区和告警抑制区，详见参考文献[3]。

2 STCA告警测试方案

2.1 测试工具

使用雷达信号模拟器输出指定雷达格式的扇区和目标等数据包，把这些数据包通过同步设备输出为同步HDLC信号，经过交叉线转换后由PLINE输入EUROCAT-X V5系统的雷达处理服务器。系统读入模拟雷达信号后形成单路雷达航迹，通过卡尔曼滤波算法融合成系统航迹，并显示在管制席位界面上。测试设备的连线图如图2所示。

2.2 测试步骤

（1）在系统的离线数据管理服务器上选定被替换的雷达，记下雷达格式、经纬度、高度、转速、作用距离、点迹/航迹、是否带正北、是否带时间戳、识别码等关键参数；

（2）在雷达信号模拟器上修改配置文件config.xml，填入上述参数；

（3）对雷达信号模拟器的操作系统时间进行校准；

（4）连接雷达信号模拟器、扁平线、跳线盒（或交叉线）、PLINE；

（5）按照测试用例定义的场景编辑测试脚本；

（6）运行雷达模拟器；

（7）在系统管制席位上确认被替换的雷达已激活，确认单雷达和多雷达模式下能看到模拟的飞行目标；

（8）选定某一模拟目标，创建相应（应答码、高度、飞行航路一致）的飞行计划，使之与目标相关；

（9）将目标接管，随着脚本运行观察目标的告警状态，是否达到预期的测试效果，做好测试结果的记录工作。

2.3 测试用例

测试用例的设计应根据参考文献[4]的规定以及自动化系统的相关技术手册来制定，触发STCA告警的情况很多，为了让测试方案涵盖尽可能多的场景，应先对测试场景按不同标准进行分类，再将各种场景组合得出较完整的测试用例，表1列出了STCA告警测试的场景分类设计方案以供参考。

将以上类别经过反复组合可获得较全面的测试用例，举个简单的例子，相对飞行+平行飞行+同高度+沿航线飞行，该组合获得场景是两航空器在相同高度沿相同航线定速相对飞行，根据该场景设计测试用例如下：用雷达信号模拟器向被测系统发送2个目标，目标1（二次代码A1234），飞行速度900km/h，高度7800米，目标2（二次代码A3456），速度900km/h，高度7800米，沿相同航路相向平飞，两个目标水平方向起始距离为80km，建立相应飞行计划，并使之与模拟目标相关。至少一个目标处于controlled状态。在席位屏幕上观察，两目标逐渐靠近，在相距约35公里时出现STCA告警，并伴有声音提示。

结合上述例子，通过对测试用例所设计的场景参数及系统离线参数的计算，可得出预测的告警距离。计算过程如下：由于两目标高度一致，且均为平飞，因此，垂直间隔为0米，此时主要考虑水平间隔的计算，假设系统最小水平间隔设置为5km，两目标相对速度1800km/h，假设STCA_WARNING_TIME为60秒，按照飞行趋势，检测到冲突后冲突质量为1，也就是说，当冲突时间小于60秒则告警出现，因此，告警距离=相对速度*告警时间+最小间隔=35km。这个告警距离与实际告警距离不一定完全一致，因为系统每两个航迹更新周期进行一次STCA告警的计算，因此，及时达到告警距离，也是要在系统进行告警计算时才可能出现告警，如果达到告警距离后两个周期仍不告警则认为测试不通过。

总之，测试用例应列明根据系统设计原理所计算出来的结果，也就是测试的预期结果，若真实测试结果与预期结果不符，则认为测试不通过。

3 总结和展望

本文在对EUROCAT-X V5系统STCA告警原理进行深入研究的基础上，提出一套可行的、较全面的测试方案，并阐述了测试工具、测试场景、测试用例的设计方法，为发现STCA告警功能缺陷或告警参数设置不合理提供了切实可行且覆盖面广的测试手段。

该套测试方案可推广应用于其他厂家生产的空管自动化系统测试，在软件新版本测试、补丁测试、两项告警功能测试中具有较高的应用价值。下一步将在实际运用中进一步检验并完善测试方案。

【参考文献】

[1]中国民航空管自动化处理系统低高度告警及冲突告警功能使用管理规定[S].

[2]EUROCAT-X System/Segment Specification.

[3]EUROCAT-X Data Preparation HMI Specification.

[4]空中交通管制自动化系统最低安全高度告警及短期飞行冲突告警功能[S].

[责任编辑：李书培]