空管系统飞行计划与航迹相关研究*

张晋武

(海军装备研究院 北京 100161)



空管系统飞行计划与航迹相关研究*

张晋武

(海军装备研究院 北京 100161)

飞行安全和流量管理空管领域一个很重要的课题,通过飞行计划与航迹相关,可以直观地了解各航空器的详细飞行状态和空域中飞行流量,及时为飞行器制订合理飞行计划,保证飞行安全和空域飞行流量。因而需要对航空器飞行计划与航迹相关的一些方法和问题进行研究,以提高空管可靠性和合理选用空域资源。

飞行计划; 航迹相关; 飞行流量

Class Number V355.1

1 引言

航空器在天空中飞行,必须像地面的车辆一样,受到相应规则管制和约束。由专门管理机构指挥、调度、引导和约束航空器飞行的过程,就是空中交通管制,简称空管(Air Traffic Control,ATC)。空管的一个很大的作用就是解决飞行安全需求和飞行流量管理问题。这就需要对飞行计划与航迹进行相关。

飞行计划与航迹相关其实是对航迹进行标识的过程[1]。如果航迹与飞行计划匹配,飞行计划会在相应的系统航迹上显示,对管制员而言,可以直观地查看所关心的航迹的飞行计划。如果飞行计划变化或者航迹变化,则需要去除它们之间的相关,重新进行相关操作,即去相关。在一般情况下,空管系统内部的飞行数据处理模块可以自动完成飞行计划与航迹相关与去相关,但是在一些特殊情况下,管制员可以进行手动相关、手动去相关和恢复自动相关等操作。

2 空管系统飞行计划与航迹相关方法

由于系统中飞行计划众多,进行相关操作时,应先对飞行计划进行初选,在众多飞行计划中,将少数可能与航迹相关的飞行计划筛选出来,然后用更为严格的筛选条件,对这些飞行计划进行精选,以找到与相应航迹匹配的飞行计划。

2.1 飞行计划初选流程

雷达识别某一航迹后,对其具体位置进行定位,划定一个相关区,其比管制区范围大,而比系统雷达覆盖范围的区域小。相关区边界与各航路交叉位置所在空域,称为临界空间门限。只有会穿越这个临界空间门限的飞行计划对应的计划航迹,才可能与该航迹相关。

一般国内航空器会按照既定线路飞行,其是由飞行线路上一个个航路点连成的航路段连起来的。那么判定飞行计划与系统航迹是否相关,就简化成航路是否会穿过临界空间门限问题。

飞行计划初选流程如图1所示。

图1 飞行计划初选流程

经过初选工作,可以找出可能与航迹相关的飞行计划,排除绝大多数明显不可能与航迹相关的飞行计划。之后再开展飞行计划精选工作。

2.2 飞行计划精选流程

初选工作采集到的飞行计划集合中,可能会包含有与航迹正好匹配的飞行计划,也可能不会包含。这是由很多不确定因素导致的,比如天气变化、空中流量管制和军事学习等。在这些情况下,飞行计划势必会改变。因而即使经过初选得到的飞行计划集合中只有一个飞行计划,也不能就此断定其与航迹匹配,还须经过精选工作。

精选工作从以下两个维度开展:时间关联、空间关联。

· 时间关联:根据计划航线和航空器性能等生成航空器精确的4D飞行轨迹[2](航空器计划空间轨迹经过的航路点及相应计划过点时间)。计划过点时间与航线实际过点时间越接近,则越有可能是与航迹相关的飞行计划。可以结合航空器性能设定一个门限值,如果超过则认定其不是与航迹相关的飞行计划。通过这样排除,可以遴选出一个飞行计划集合。

· 空间关联:如同时间关联一样,根据4D飞行轨迹,对应时刻计划航线中飞行器的位置与实际航线的距离判定是否相关,如果距离越近,考虑到雷达探测误差[3],该飞行计划则越有可能是与航迹相关的飞行计划。同时间关联类似,结合实际情况,设定一个门限值,用以排除不可能与航迹相关的飞行计划。然后也可得到一个飞行计划集合。

对时间关联和空间关联得到的飞行计划集合取交集[4],再通过二次代码SSD进行一次筛选,可以得到一个十分有限的飞行计划集合,其中飞行计划与航迹相关的可能性更大。但在这个集合中,还有可能有不止一个飞行计划,也有可能一个飞行计划都没有[5]。这是因为还存在其它一些影响飞行计划与航迹相关的因素,比如雷达情报精度造成的航迹位置误差;飞行电报依赖的通信网络导致的飞行电报到达时序问题、格式内容错误及飞行电报丢失问题等;基础数据不准确、不齐全问题等。

3 提高飞行计划与航迹的相关率

相关率和相关正确率是衡量飞行数据处理系统处理能力的重要指标,不仅可以大大提高管制效率,还可以在很大程度上改善空域的吞吐率,合理地利用空域资源[7]。可以从以下几个方面提高飞行计划与航迹的相关率。

· 航迹优化:相较于单个雷达而言,多雷达跟踪有在精度和稳定性上,都高出许多,因而可以在提高单雷达精度的基础上,采用多雷达同时监控进行管制作业。多雷达跟踪的主要问题在于数据融合及目标识别算法还有待改进。如果能在多监控数据融合及目标识别上有所突破,雷达航迹精度将大大提升。

· 计划航迹优化:飞行计划是基于基础数据的,对于国内的基础数据而言,可以保证数据及时更新及数据的准确性。但对于国际航空器而言,缺失和不准确的基础数据很难在短时间内进行更新,那就需要对其在我国境内的计划航线的基础数据进行优化,尽可能提高准确度。

· 飞行轨迹拟合:在飞行计划或者航迹中,由于雷达波反射等原因,有可能出现多个飞行计划或者不同航迹的SSR码相同这类现象。此时需要对SSR码相同的雷达航迹和计划航迹进行飞行轨迹拟合计算,选择在各种维度下飞行轨迹拟合度最好的雷达航迹和飞行计划进行相关。通过这些步骤,可以完成相关。

· 调整相关条件:实验证明,领航计划报、起飞报和预计飞越报对飞行计划与航迹相关起至关重要的作用[6]。在缺少特定飞行电报的情况下,为了进行飞行计划和航迹相关,可以适当调整相关条件,如只有起飞报时,可以根据起飞报中所提供的信息,结合我国依据法律预先建立的城市对航线库,为飞行计划和航线相关建立飞行轨迹模型等。

飞行计划与航迹相关率与相关正确率,对航空管制的影响是十分重大的[8]。实际上,不仅要提高飞行计划与航迹的相关率,更要提高相关正确率。相关正确率[9]直接影响到管制工作的效率,和航空器的安全,需要严肃、准确、认真对待。

4 结语

本文对飞行计划与航迹相关进行了简要的介绍,阐述了对飞行计划与航迹进行相关的方法,指出了影响飞行计划与航迹相关的因素。同时,指出了提高相关率的方向[10]。如能有效运用上述相关方法,提高相关率和正确率,可以对我国空管理论和技术水平起到较好的启发作用。相关正确率还需要实验数据来验证,待以后进行探讨。

[1] 张立庆,王冰.浅析Thales自动化系统雷达航迹与飞行计划的相关功能[J].空中交通管理,2009(9):19-21.

[2] 靳学梅,祁伟.4D轨迹预测应用系统关键技术研究[J].指挥信息系统与技术,2010,1(1):37-54.

[3] 王小维,朱敏.飞行计划的航迹预测与航迹配对在ATC中的应用[J].微计算机信息,2008,24(10-1):291-292.

[4] 李芳,陈秩.航迹关联算法在飞行计划管理中的应用[J].情报指挥控制系统与仿真技术,2005,27(1):46-49.

[5] 程铭,陈宇寒.飞行计划和雷达航迹关联目标识别算法[J].四川兵工学报,2010,31(5):107-109.

[6] 邓婕.空管自动化系统雷达航迹与飞行计划自动相关浅析[J].通信电源技术,2010,27(4):67-70.

[7] 冯子亮,杨红雨,游志胜.飞行计划与雷达航迹关联算法及实现[J].四川大学学报:自然科学版,2003,40(1):171-173.

[8] 张彭.浅谈空管自动化系统中的飞行数据处理[J].内蒙古电大学刊,2009(4):73-75.

[9] 陈强.飞行数据处理技术的研究与应用[D].成都:四川大学,2003.

[10] 何呜寒.我国空中交通管理系统及其发展战略[J].空中交通管理,2003(3):48-50.

Research on The Flight Plan and Track Correlation in ATC Systems

ZHANG Jinwu

(Navy Equipment Research Institute, Beijing 100161)

Flight safety and traffic management is a very important topic in the field of ATC(Air Traffic Control). The details of the aircraft in flight status and space flight traffic can be understood intuitively, and timly and reasonable flight plan for aircraft flight can be made by relating flight plan with the track, ensuring flight safety and airspace traffic. Therefore it is needed to do some researches on association ratio of radar track and flight plan, in order to improve the reliability of air traffic control and rational use of airspace resources.

flight plan, track correlation, flight traffic

2014年12月5日,

2015年1月29日

张晋武,男,博士,高级工程师,研究方向:作战系统、信息系统。

V355.1

10.3969/j.issn1672-9730.2015.06.012