湛江S模式空地协同预警系统部分区域单雷达覆盖隐患排查方法研究

劳常春

摘要：湛江S模式空地协同预警系统是空中交通管制自动化系统的高效辅助系统。相较于传统A/C模式雷达监视，S模式雷达数据应用可得到更多航空器飞行信息，可为管制员提供更多基于S模式的精确告警。S模式空地协同预警系统2018年起安装于中南地区各空管分局站，湛江空管站对S模式空地协同预警系统有近三年的运行维护经验，该文介绍的部分区域单雷达覆盖隐患排查有较好的借鉴意义。

关键词：S模式雷达;空地协同;预警系统;单雷达覆盖;隱患排查

中图分类号：TP311     文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）03-0107-03

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

湛江S模式空地协同预警系统为管制员提供CFL（管制指令高度）与SFL（S模式机载设备下发高度）不一致告警、中期冲突告警、QNH告警、航班号不一致告警、MVA（最低监视引导高度）告警等重要功能，该系统对飞行冲突的提前告警为管制员赢得了充足的解脱时间，已成为管制工作流程中不可或缺的重要部分。而S模式空地协同预警系统的正常运行需要完整的S模式雷达信号覆盖，部分区域单雷达覆盖则成为影响管制工作的一个重要危险源。本文通过介绍S模式空地协同预警系统的基本结构、部分告警功能和运行维护经验，来了解该系统的一次“部分区域单雷达覆盖”隐患排查过程。

1 S模式空地协同预警系统简介

湛江空管站管制现场中，空中交通管制员主要通过甚高频语音发布指令，对飞行员是否落实指令则依赖空管自动化系统的监视和告警功能，未能提前预判管制指令的合理性以及航空器的飞行冲突。S模式空地协同预警系统是湛江Telephonics自动化系统的有效辅助告警工具，通过获取自动化系统广播的综合航迹数据、飞行计划数据以及机载下发的S模式雷达增强型数据，根据管制员输入的CFL指令意图高度，建立未来飞行空间模型，分析处理后得出预告警信息，实现安全关口前移。

2 系统组成及功能

湛江S模式空地协同预警系统由数据处理服务器、网关服务器、数据记录服务器、博达路由器、防火墙和八个席位终端组成。全系统局域网为广播方式组网。

2.1 数据处理服务器

采用惠普DL380G10商用服务器安装Windows Server2012，运行C#语言编写、CS架构的服务端软件，是计算各项告警的主要服务器，并且可以监视自动化航迹数据、5路S模式雷达的数据状态（绿色为正常，蓝色为异常，红色为无数据）和席位终端心跳状态。

2.2 网关服务器和防火墙

出于保护空管自动化的网络安全，S模式空地协同预警系统作为外挂系统需要加装防火墙。防火墙采购了华为USG6000系列，成对端口配置单向流量，引接Telephonics自动化系统输出的标准综合航迹和飞行数据;

而网关服务器的主要功能是主要作用是将Telephonics自动化系统的181.17.*.*网段转为192.168.*.*，以提供本系统的使用，其中两种数据使用不同的物理网卡。

2.3 数据记录服务器

主要记录交换机中的雷达数据、综合航迹数据以及系统运行日志文件，包括管制员的操作记录和告警信息。

2.4 博达路由器

是一个专用的空管雷达信号格式转换设备，将HDLC串口雷达信号转换为网络信号，能较好地控制误码率和长时间稳定运行。博达路由器输出的雷达网络信号接入核心交换机广播至局域网。

2.5 席位终端

各终端通过局域网连接到服务器机柜（部分远端席位还需要光纤收发器延长传输距离），运行了与联通服务端软件的终端软件。终端软件提供了空域态势显示、航迹及标牌实时更新、产生各项声光告警、人机交互等重要功能，是管制指令输入、辅助管制员提前预判飞行冲突的主要屏幕终端。

在席位终端的界面上，管制员可以看到与空管自动化系统一致的空域地图、航空器标识符和基础型飞行信息，数据处理服务器将S模式雷达数据通过融合处理算法将S模式增强型数据挂载到对应航迹号上，所以终端界面上看到的航班号标牌是带有S模式雷达增强型数据的，设置指定项可输入CFL指令高度。

3 信号流程

1）五路S模式雷达信号（广州王子山雷达、海口旧州雷达、海口云龙雷达、广西崇左雷达、湛江新村雷达）通过传输设备接入雷达分配柜（含一分三无源分配器和一分八有源分配器），再进入博达路由器DB25接入口，博达路由器输出网络信号到核心交换机;

2）Telephonics自动化交换机的1803航迹数据通过防火墙“单向”传输至网关服务器，转换网段后输入至核心交换机;

3）数据记录服务器、数据处理服务器和所有终端均通过接入核心交换机进行广播式网络交互，各设备都在核心交换机上获取相应端口的数据进行处理。

4 告警功能简介

S模式空地协同预警系统提供CFL不一致告警、中期冲突告警、MVA告警、QNH不一致告警、航班号不一致告警、相似航班号告警等告警功能。鉴于相关专利要求，本文对部分告警功能作简单介绍。

4.1 CFL不一致告警

CFL通常在空管自动化界面输入，S模式空地协同预警系统可通过网络数据获取，但湛江Telephonics自动化系统的指令高度项仅用于电子移交，所以CFL高度需要在S模式空地协同预警系统中输入，输入的数值依据是管制员发布语音命令数值。正常情况下机组接收到语音指令后，将调整机载设备拨码盘下发SFL飞行高度，S模式空地协同预警系统则对比CFL与SFL在容差范围内的一致性，如果20秒后不一致将发出告警。此告警作用是持续监控指令执行情况，防止偏离指令高度，做到技防管制员的指令口误并予以警示。

4.2 航班号不一致告警

机载S模式雷达可下发当次执飞航班号，航班号不一致告警则是将机载下发的航班号与自动化综合航迹中的相关航班号进行比对，如有不一致将发出声光告警，并且支持航空公司二字码和三字码的转换。

5 部分区域单雷达覆盖隐患排查

因S模式空地协同预警系统在管制工作中有重要地位，所以湛江空管站技术保障部定期组织隐患排查，保障该系统的安全稳定运行。作者通过技术分析，发现湛江S模式空地协同预警系统部分区域存在单雷达覆盖安全隐患。该隐患可能导致湛江S模式空地协同预警系统无法识别湛江南部区域目标的潜在冲突，造成通信导航监视服务质量降低，影响飞行和管制运行效率，甚至导致不安全事件的发生。通过“人、机、环、管”四个方面对该隐患进行原因分析，并制定落实整改措施，最终消除了湛江S模式空地协同预警系统部分区域单雷达覆盖隐患。

5.1 隐患排查过程

值班员发现，湛江新村雷达站停机维护时，S模式空地协同预警系统上存在湛江区域以南的目标的SFL、真空速和马赫数增强型数据下发时有时无的现象，且目标空心（仅有综合航迹显示、未挂载S模式数据）时间较长，相关告警功能有效性降低。检查S模式空地协同预警系统服务器端综合航迹正常，除新村外的王子山、崇左和旧州雷达信号均显示正常，各客户端软件运行正常，系统网络正常;当新村雷达恢复正常提供雷达信号后，S模式空地协同预警系统所有目标的SFL、真空速和马赫数增强型监视数据恢复正常。

作者推断为雷达信号覆盖问题导致：

由以上雷达覆盖图可得知，湛江以南区域主要由新村、旧州两路雷达信号提供覆盖，当新村不提供信号时出现该情况，提示所用旧州雷达信号可能存在问题。

根据本系统引接雷达的信号流程，检查旧州S模式雷达信号传输（FA36）落地端口、雷达信号分配器和博达路由器传输线路均正常，在各节点使用数据分析仪检测旧州雷达信号传输无错包、无误码。作者长时间、多次对该路雷达信号的检查和测试均提示正常。协调旧州雷达站检查信号源质量，亦反馈信号正常。

作者向中南空管局相关专家发送雷达网络数据包检查发现，旧州雷达数据包偶尔存在短时间丢包率较大的情况;湛江多雷达信号监控系统偶尔存在“旧州FA36-B雷达信号丢失扇区30个”等告警。

为确认旧州雷达信号增强型监视数据下发是否存在问题，作者搭建了一套可回放数据的测试系统，以旧州雷达单路输出的形式回放数据，观察发现存在绝大部分目标仅有综合航迹显示，缺少增强型监视数据;联系旧州雷达维护单位复制数据记录服务器同一时段的雷达信号记录数据，以旧州雷达单路输出的形式回放，终发现存在同样的问题：旧州S模式雷达增强型监视数据下发时有时无。

综上内容分析，湛江S模式空地协同预警系统湛江以南区域存在：因增强型数据下发的缺失，导致单雷达覆盖的安全隐患。该隐患较为隐秘，作者与各相关方积极沟通，利用多种技术手段，经过多次对比反复测试排查最终找到该隐患。

5.2 隐患排查原因分析

5.2.1 人为原因

（1）S模式空地协同预警系统建设初期，施工人员对信号来源的可用性检测工作考虑不足;

（2）排查人员缺乏慎密思考的思维习惯，回放数据时湛江与数据源头没有回放同一时段的数据，而刚好该回放时段的目标正常。

5.2.2 设备原因

（1）湛江技保部缺乏对雷达信号质量检查的专业设备或工具。只能回放对比分析才能确定问题，而未能直观得出信号质量报告。

（2）S模式空地协同预警系统中，服务器端的监控只对数据有无进行检测，缺乏对雷达信号质量检测及告警功能。

5.2.3 环境原因

（1）外部环境：相邻分局站的雷达站信号质量存在问题，缺少高效的协同沟通机制。

5.2.4 管理原因

（1）工程管理：工程建设初期，对引接的雷达信号的验证测试工作落实不到位;

（2）培训管理：雷达信号分析的知识的深入培训较少，熟练掌握雷达信号相关知识的人员较少;

（3）设备管理：部分区域雷达覆盖冗余度不足，系统保障能力降低。

5.3 整改措施

5.3.1 针对设备原因

（1）提高系统雷达覆盖能力，引入其他可用雷达进行保障;

（2）增加S模式空地协同预警系统新引接雷达信号可用性检测手段或流程;

（3）因处于项目成长期，向系统开发单位建议完善相关雷达信号质量的检测或告警功能。

5.3.2 针对培训管理原因

（1）开展案例分析培训，确保所有员工清楚此次事件始末，讨论总结如何避免类似现象再次发生;

（2）科室开展针对S模式空地协同预警系统以及雷达信号格式知识的追加培训，提高值班人员应对雷达信号类故障的处理能力。

5.3.3 针对施工管理原因

（1）涉及信号引接的施工项目需加强信号测试验证工作，做好安全评估工作，评估通过后方可接入;

（2）对施工管理进行信号流程引接的规范，完善项目施工的指导材料如项目施工检查单、施工验收标准清单（特别是信号引接的可用性检验方面），加强施工方案的合理性编写和严格审核。

5.4 整改完成情况

5.4.1 增加引接云龍雷达增加保障

（1）经信号覆盖有效性分析后，协调中南空管局从TDM上引接云龙S模式雷达信号落地湛江;

（2）为验证云龙雷达的可用性，搭建S模式空地协同预警系统测试平台，严格填写测试表格;

（3）测试通过后，严格执行已制定的接入方案，将云龙S模式雷达信号接入在用S模式空地协同预警系统，经管制试用正常后正式投入使用。

5.4.2 开展科室隐患梳理及科室培训

（1）在科室隐患梳理中，将S模式空地协同预警系统部分区域单雷达覆盖隐患加入整改内容;

（2）开展追加培训，确保科室全员清楚此次事件始末，并反思案例教训，避免类似现象再次发生。

5.4.3 加强信号引接管理

制定信号引接流程检查单，在外部信号引接前，认真落实信号验证工作，测试验证评估通过后，方可实施接入。

5.5 总结思考与借鉴价值

1）排查相关监视系统中的雷达覆盖情况，避免出现单雷达覆盖情况。

2）在监视系统的信号引接前，应做好测试验证工作，测试验证评估通过后，方可实施接入。

3）排查监视信号质量问题时，要审慎制定对比分析策略，严格保持单一变量以及排除无关变量。如本次排查旧州雷达信号异常的经验上，必须单路回放同一时段不同采集点的记录数据才有对比意义。

4）各系统的运维保障离不开先进仪器检测或测试平台的支持，自主研发雷达信号质量分析系统或搭建测试平台用于故障分析及相关测试评估可以大大提高设备运行保障能力。

6 结束语

本文通过介绍湛江S模式空地协同预警系统的基本结构、告警功能等内容，突显了S模式雷达新技术应用对于空管工作的重要性。该系统的基于S模式数据的告警信息得到有效发挥，将大大提升管制员对航空器的安全指挥水平。

有关雷达信号覆盖或基于监视信号告警功能的失效，可以参考以上雷达覆盖问题的隐患排查报告。通导人员对S模式空地协同预警系统的运行维护、隐患排查，保障了该系统的稳定工作，为管制员“添翼护航”，有利于空管的安全秩序、有利于民航的安全发展。

参考文献：

[1] 杨晓天，曹苏苏.S模式让地空监视更具优势[J].空运商务，2018（4）：71-72.

[2] 水泉，余飞侠.S模式二次雷达协同监视功能系统仿真[J].现代信息科技，2020，4（6）：39-42.

[3] 邹殿臣.S模式空管二次雷达询问与监视技术研究[J].数字技术与应用，2016（9）：86-87，90.

[4] 陈劼.二次雷达S模式技术在空管局自动化中的应用[J].通信电源技术，2020，37（10）：125-127.

[5] 劉帅.S模式多雷达数据处理系统设计与实现[D].西安：西安电子科技大学，2017.

【通联编辑：梁书】