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雷达数据处理在空中交通管制系统中的应用

出处:论文网
时间:2017-09-07

雷达数据处理在空中交通管制系统中的应用

  随着近年来国内航班流量的飞速增长,空中交通管制系统已经成为必不可少的一种技术手段,其不仅能够提供实时的空中交通态势显示,更关键的是能够有效地提醒管制员现在已经发生或者未来可能发生的飞行冲突和各类告警信息。雷达数据处理的主要任务就是通过雷达收集到的目标信息估算出相应目标的航迹,同时预测该目标将来的信息,空管系统就是它的一个重要应用领域,图1给出了两者结合的一个流程。在空管系统中,估算和预测目标的航迹并不是不是最终的目的,相关数据可以用于指挥飞机、保持间隔、控制航路航线、控制进离场程序、飞行冲突告警、最低安全高度告警和测量距离等等。

  一、雷达数据处理在空管系统中的主要作用及构成

  空管系统通过准确地定位及识别每一架航班,从而辅助民航空管管制员在各种气象条件下二十四小时不间断地监视空中的航班。用于民航空管系统的雷达主要被分为空管一次雷达和空管二次雷达。为了节约投资和场地,也可以将一次雷达的天线安装在二类雷达天线的上方,共用旋转铰链、马达和伺服机构等等。这样的配置方式能够结合一次雷达可以主动发现目标和二次雷达作用距离远、稳定可靠、编码信息丰富的优点,对于繁忙的机场或航线十分合适。空管系统是一个完备而复杂的整体系统,不仅包括技术资源和操作管理,还包括维护人员和管理机构。这些构成元素均是为了保障安全有序并且高效的空中交通。它们能够更加合理的调配有限的空域资源、尽量缩短航班等待以及延误的时间、尽量选择经济节约的高度或者航线飞行,最终达到节约资金和提高服务质量的目的。

  二、雷达数据处理的步骤和要求

  在数据处理的过程中,第一步,需要对获得的雷达点迹数据进行必要的预处理,可以实时地修正测量数据中包含的系统误差,去掉固定的目标,保证在一定的虚警概率下尽可能地提高发现概率。第二步,针对点迹进行统一的坐标转换和数据格式转换。第三步,对比处理后的点迹数据和现存的航迹数据,进行航迹起始、航迹关联、跟踪滤波、航迹终止等操作。最后将航迹信息传送给空管自动化系统,并呈现给管制员。雷达数据处理需要满足以下的要求。

  1、系统具备高可靠性和可用性。假设发生低等级故障时,整个系统必须能够正常工作;假设发生高等级故障时,整个系统必须能够按照降级的模式工作;假设局部设备故障,整个系统必须能够重新组合。2、系统具备较高的自动化水平。要慎重考虑那些需要自动化的功能,既要避免系统过于复杂,还要避免操作过于复杂。3、系统操作需要模块化和可扩展性。这样可以方便添加或者移除某些功能,使系统能够适应不同的航路管理和机场地面管理等。

  三、雷达数据处理的集中式结构和相关技术

  为了提高管制员指挥的安全性和效率,需要引接外部监视源和控制中心的雷达数据。故多雷达融合就是一项关键的能力。同样的,针对各航班的飞行计划和更新的报文以及状态都需要在有管辖权的控制中心间进行传递和交互。最常见的雷达数据处理结构是集中式,如图2所示。一般由大型的高端商用服务器完成雷达数据处理及飞行计划处理这两大功能。可以使用一台小型服务器完成数据从服务器到终端的传送和交换,包括航迹信息和飞行计划信息等等,从而使服务器处理的数据与终端显示的数据实时同步。

  对空中目标进行稳定的跟踪,采用马赛克的方法将管制空域划分为棋盘状的网格,每个航班都必然存在于某个网格中。对每个网格定义一个雷达主数据源和一个备数据源。航班处于该网格内时,优先用主数据源提供的点迹完成航迹跟踪。当主数据源的性能降级甚至失效的时候,可以用备数据源代替主数据源。该技术可以实现多雷达跟踪,且不用每部雷达覆盖很大,但整个雷达网络的覆盖远大于单部雷达。因为采用了不同网格中雷达获取的点迹,故最终显示出来的每一架航班的系统航迹可能会具备不同的数据更新速率。如果某个雷达扫描周期的数据丢失,系统会用现有位置和速度进行航迹外推,并在外推的基础上继续进行跟踪。

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