AirNet空管自动化系统地速跳变问题研究

摘要：本文分析了AirNet自动化系统多雷达融合中的地面速度跳变机理。针对自动化系统运行中的地速跳变，通过故障分析找出地速跳变的原因，并提出相应的速度跟踪特殊处理机制，提高系统处理数据的可用性。

关键字：AirNet空管自动化系统;地速跳变;权重

0  引言

随着我国民航业的快速发展，飞行流量急剧增加，给我国民航空管自动化系统带来了巨大的压力。为确保空中交通管制系统与航空运输协调发展，满足日益增长的民用航空需求，我国通过加大了通信、导航、气象、雷达设备、基础网络等基础设施建设，进一步改善了空域环境。同时，优化航线结构，缩短垂直飞行间隔，实施雷达管制等措施，极大改善了空域环境，显著提高了空中交通管制能力。然而，在有限的空域内，飞机数量的增加增加了空域内发生危险冲突的可能性，空中交通管制员越来越依赖空中交通管制自动化系统。

1  航迹融合跟踪处理技术概述

AirNet空管自动化系统将不同监视源报告的同一目标的数据（包括空中飞行目标和地面目标）进行融合跟踪处理。可以处理雷达数据、ADS-B数据、MLAT数据、ADS-C数据，系统可将各监视源的航迹融合成系统综合航迹。并对每个周期的综合航迹进行跟踪，使处理后的系统航迹更加接近真实航迹。单一监视数据源（雷达、ADS-B、MLAT或ADS-C）数据异常或中断不影响系统融合监视航迹。由于融合功能由独立线程实现，融合功能失效后也不会影响单一监视数据源的输出。

针对不同监视源报告的同一目标（包括空中和地面目标），AirNet空管自动化系统统一进行融合和跟踪处理。系统可以处理雷达数据、ADS-B数据、MLAT数据和ADS-C数据，并将每个监视源的航迹融合到系统的综合航迹中。通过跟踪每个周期的综合航迹，使处理后的系统轨迹更接近真实轨迹。并且单个监视数据源数据的异常或中断不会影响系统综合航迹。由于融合功能由独立线程实现，因此融合功能的故障不会影响单个监视数据源的输出。

航迹关联是对对各监视源接入的数据进行关联处理，确定同一个航迹的所有数据源，并为它们分配相同的系统航迹号。相关条件为：应答机代码相同（对于ADS-B数据，要求24位地址码或航班号相同），且距离、航向差、高度差均小于配置文件中设置的航迹关联条件。

数据融合功能是将不同监视设备报告的同一目标的航迹数据进行融合，确定航迹的准确位置。信息融合处理包括空中监视数据融合处理，为区管、进近、塔台管制提供监视服务。

2  问题分析

2.1问题描述

多雷达航迹处理显示的航班CCA4162（应答机为A1567）速度K021，单雷达显示的速度为K068。

2.2日志分析

AirNet空管自動化系统的多雷达数据融合是在服务器MSDP上完成的，通过查看该时间段主用MSDP的日志后发现，该目标在20：27：09时刻，仅能被雷达1观察到，而且该雷达输出信息为点迹信息，且该雷达为二次雷达，该雷达输出数据一直不稳定，在20：42：15时刻，雷达1有丢目标的情况;随后雷达3也观察到该目标，并且雷达3提供了比较稳定的速度值，但是后面也发生了一个雷达周期目标丢失的情况，在20：43：33时刻，雷达3刚好丢了一个周期的该目标，此时只有雷达1观察到该目标，因而，造成多雷达输出速度突变为K021。

2.3原因分析

融合规则：一个目标点可以被多个监视设备报告，该点的位置由探测到它的多个监视数据共同确定。系统可配置每个数据源在各个不同区域的静态权重。另外，对目标进行滤波产生的协方差以及单通道测试目标偏移量、通道延时可形成动态权重[1]。结合静态权重和动态权重，采用动态加权技术来计算目标当前的准确位置。

A）动静态权重结合的多雷达融合

融合时所采用的动态权重由雷达实时质量监控结果，对单雷达目标的跟踪处理效果，以及单雷达信息与多雷达融合信息的比较结果所决定。

B）单雷达目标跟踪处理：

MSDP采用IMM算法（Interacting Multiple Model，交互式多模型算法）对单雷达航迹数据进行滤波处理，该算法支持固定速度直线的航空器运动、持续转弯率的航空器运动、持续纵向加速的航空器运动等。

C）单雷达信息和多雷达融合信息比较

AirNet系统除了考虑通道传输质量、测量精度、IMM算法跟踪质量外，还考虑了单雷达信息偏离多雷达融合信息的程度。根据AirNet系统融合算法得到系统融合航迹值之后，如果单雷达航迹越接近融合航迹，则该雷达的权重值应该越高;如果单雷达航迹越偏离融合航迹，则该雷达的权重值应该越低

D）多雷达融合静态权重

系统的静态权重划分通过多边形的方式来实现。通过DBM，将管制区域划分为若干个多边形。在每个多边形区域内，考虑该多边形区域与雷达的距离、雷达设备精度等因素，对该多边形区域内的每部雷达的权重分别进行设置。静态权重值为经验值。

根据雷达的静态权重、各个监视源实时质量监控结果、IMM跟踪算法、以及上一周期融合效果，计算可得到对应雷达动态权重。结合动态权重和静态权重，计算综合权重系数最终得到融合数据。

2.3.2故障解析

系统在使用前要配置多雷达融合数据的相关参数，其中包含配置名为mosaic.cfg的静态权重信息配置文件，这个文件在主监视数据处理器（MSDP）的/home/cdatc/AirNet/config目录下，该文件配置了区域内参与融合的雷达的静态权重信息;另外多雷达融合还依赖动态权重信息，如果目标突然丢失，就会造成动态权重的值突变。在只有单部雷达发现目标时，融合输出直接受单部雷达输出的影响，在有多部雷达时，速度等信息的输出由多部雷达的静态和动态权重归一化后得出。根据目标地速不稳定的情况，受单雷达输出不稳定的影响，动态权重会发生突变，导致输出值也发生突变。

3  结束语

本文分析了AirNet空管自动化系统在多雷达融合时的地速跳变机制，针对该自动化系统在运行期间出现地速跳变的情况，通过故障分析找出了引起地速跳变的原因，同时也反映出，一方面我们可以通过平时多观察各部雷达的有效稳定性，对其静态权重配置进行合理设置，另一方面系统有必要增加相应的速度跟踪特殊处理机制来得到更加稳定可用的数据。

参考文献

[1]成都民航空管科技发展有限公司. AirNet空管自动化系统技术手册[M].成都：成都民航空管科技发展有限公司， 2019.

作者简介：张蕾;女;出生年月：1984 ;籍贯：贵州贵阳;民族：汉;最高学历：硕士;目前职称：高级工程师;研究方向：空管自动化系统，语音交换系统，软件测试，数据挖掘。