張晉武

(海軍裝備研究院 北京 100161)

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空管系統(tǒng)飛行計(jì)劃與航跡相關(guān)研究*

張晉武

(海軍裝備研究院 北京 100161)

飛行安全和流量管理空管領(lǐng)域一個(gè)很重要的課題,通過(guò)飛行計(jì)劃與航跡相關(guān),可以直觀地了解各航空器的詳細(xì)飛行狀態(tài)和空域中飛行流量,及時(shí)為飛行器制訂合理飛行計(jì)劃,保證飛行安全和空域飛行流量。因而需要對(duì)航空器飛行計(jì)劃與航跡相關(guān)的一些方法和問(wèn)題進(jìn)行研究,以提高空管可靠性和合理選用空域資源。

飛行計(jì)劃; 航跡相關(guān); 飛行流量

Class Number V355.1

1 引言

航空器在天空中飛行,必須像地面的車(chē)輛一樣,受到相應(yīng)規(guī)則管制和約束。由專(zhuān)門(mén)管理機(jī)構(gòu)指揮、調(diào)度、引導(dǎo)和約束航空器飛行的過(guò)程,就是空中交通管制,簡(jiǎn)稱(chēng)空管(Air Traffic Control,ATC)?？展艿囊粋€(gè)很大的作用就是解決飛行安全需求和飛行流量管理問(wèn)題。這就需要對(duì)飛行計(jì)劃與航跡進(jìn)行相關(guān)。

飛行計(jì)劃與航跡相關(guān)其實(shí)是對(duì)航跡進(jìn)行標(biāo)識(shí)的過(guò)程[1]。如果航跡與飛行計(jì)劃匹配,飛行計(jì)劃會(huì)在相應(yīng)的系統(tǒng)航跡上顯示,對(duì)管制員而言,可以直觀地查看所關(guān)心的航跡的飛行計(jì)劃。如果飛行計(jì)劃變化或者航跡變化,則需要去除它們之間的相關(guān),重新進(jìn)行相關(guān)操作,即去相關(guān)。在一般情況下,空管系統(tǒng)內(nèi)部的飛行數(shù)據(jù)處理模塊可以自動(dòng)完成飛行計(jì)劃與航跡相關(guān)與去相關(guān),但是在一些特殊情況下,管制員可以進(jìn)行手動(dòng)相關(guān)、手動(dòng)去相關(guān)和恢復(fù)自動(dòng)相關(guān)等操作。

2 空管系統(tǒng)飛行計(jì)劃與航跡相關(guān)方法

由于系統(tǒng)中飛行計(jì)劃眾多,進(jìn)行相關(guān)操作時(shí),應(yīng)先對(duì)飛行計(jì)劃進(jìn)行初選,在眾多飛行計(jì)劃中,將少數(shù)可能與航跡相關(guān)的飛行計(jì)劃篩選出來(lái),然后用更為嚴(yán)格的篩選條件,對(duì)這些飛行計(jì)劃進(jìn)行精選,以找到與相應(yīng)航跡匹配的飛行計(jì)劃。

2.1 飛行計(jì)劃初選流程

雷達(dá)識(shí)別某一航跡后,對(duì)其具體位置進(jìn)行定位,劃定一個(gè)相關(guān)區(qū),其比管制區(qū)范圍大,而比系統(tǒng)雷達(dá)覆蓋范圍的區(qū)域小。相關(guān)區(qū)邊界與各航路交叉位置所在空域,稱(chēng)為臨界空間門(mén)限。只有會(huì)穿越這個(gè)臨界空間門(mén)限的飛行計(jì)劃對(duì)應(yīng)的計(jì)劃航跡,才可能與該航跡相關(guān)。

一般國(guó)內(nèi)航空器會(huì)按照既定線路飛行,其是由飛行線路上一個(gè)個(gè)航路點(diǎn)連成的航路段連起來(lái)的。那么判定飛行計(jì)劃與系統(tǒng)航跡是否相關(guān),就簡(jiǎn)化成航路是否會(huì)穿過(guò)臨界空間門(mén)限問(wèn)題。

飛行計(jì)劃初選流程如圖1所示。

圖1 飛行計(jì)劃初選流程

經(jīng)過(guò)初選工作,可以找出可能與航跡相關(guān)的飛行計(jì)劃,排除絕大多數(shù)明顯不可能與航跡相關(guān)的飛行計(jì)劃。之后再開(kāi)展飛行計(jì)劃精選工作。

2.2 飛行計(jì)劃精選流程

初選工作采集到的飛行計(jì)劃集合中,可能會(huì)包含有與航跡正好匹配的飛行計(jì)劃,也可能不會(huì)包含。這是由很多不確定因素導(dǎo)致的,比如天氣變化、空中流量管制和軍事學(xué)習(xí)等。在這些情況下,飛行計(jì)劃勢(shì)必會(huì)改變。因而即使經(jīng)過(guò)初選得到的飛行計(jì)劃集合中只有一個(gè)飛行計(jì)劃,也不能就此斷定其與航跡匹配,還須經(jīng)過(guò)精選工作。

精選工作從以下兩個(gè)維度開(kāi)展:時(shí)間關(guān)聯(lián)、空間關(guān)聯(lián)。

· 時(shí)間關(guān)聯(lián):根據(jù)計(jì)劃航線和航空器性能等生成航空器精確的4D飛行軌跡[2](航空器計(jì)劃空間軌跡經(jīng)過(guò)的航路點(diǎn)及相應(yīng)計(jì)劃過(guò)點(diǎn)時(shí)間)。計(jì)劃過(guò)點(diǎn)時(shí)間與航線實(shí)際過(guò)點(diǎn)時(shí)間越接近,則越有可能是與航跡相關(guān)的飛行計(jì)劃?？梢越Y(jié)合航空器性能設(shè)定一個(gè)門(mén)限值,如果超過(guò)則認(rèn)定其不是與航跡相關(guān)的飛行計(jì)劃。通過(guò)這樣排除,可以遴選出一個(gè)飛行計(jì)劃集合。

· 空間關(guān)聯(lián):如同時(shí)間關(guān)聯(lián)一樣,根據(jù)4D飛行軌跡,對(duì)應(yīng)時(shí)刻計(jì)劃航線中飛行器的位置與實(shí)際航線的距離判定是否相關(guān),如果距離越近,考慮到雷達(dá)探測(cè)誤差[3],該飛行計(jì)劃則越有可能是與航跡相關(guān)的飛行計(jì)劃。同時(shí)間關(guān)聯(lián)類(lèi)似,結(jié)合實(shí)際情況,設(shè)定一個(gè)門(mén)限值,用以排除不可能與航跡相關(guān)的飛行計(jì)劃。然后也可得到一個(gè)飛行計(jì)劃集合。

對(duì)時(shí)間關(guān)聯(lián)和空間關(guān)聯(lián)得到的飛行計(jì)劃集合取交集[4],再通過(guò)二次代碼SSD進(jìn)行一次篩選,可以得到一個(gè)十分有限的飛行計(jì)劃集合,其中飛行計(jì)劃與航跡相關(guān)的可能性更大。但在這個(gè)集合中,還有可能有不止一個(gè)飛行計(jì)劃,也有可能一個(gè)飛行計(jì)劃都沒(méi)有[5]。這是因?yàn)檫€存在其它一些影響飛行計(jì)劃與航跡相關(guān)的因素,比如雷達(dá)情報(bào)精度造成的航跡位置誤差;飛行電報(bào)依賴(lài)的通信網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)致的飛行電報(bào)到達(dá)時(shí)序問(wèn)題、格式內(nèi)容錯(cuò)誤及飛行電報(bào)丟失問(wèn)題等;基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、不齊全問(wèn)題等。

3 提高飛行計(jì)劃與航跡的相關(guān)率

相關(guān)率和相關(guān)正確率是衡量飛行數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)處理能力的重要指標(biāo),不僅可以大大提高管制效率,還可以在很大程度上改善空域的吞吐率,合理地利用空域資源[7]?？梢詮囊韵聨讉€(gè)方面提高飛行計(jì)劃與航跡的相關(guān)率。

· 航跡優(yōu)化:相較于單個(gè)雷達(dá)而言,多雷達(dá)跟蹤有在精度和穩(wěn)定性上,都高出許多,因而可以在提高單雷達(dá)精度的基礎(chǔ)上,采用多雷達(dá)同時(shí)監(jiān)控進(jìn)行管制作業(yè)。多雷達(dá)跟蹤的主要問(wèn)題在于數(shù)據(jù)融合及目標(biāo)識(shí)別算法還有待改進(jìn)。如果能在多監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)融合及目標(biāo)識(shí)別上有所突破,雷達(dá)航跡精度將大大提升。

· 計(jì)劃航跡優(yōu)化:飛行計(jì)劃是基于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的,對(duì)于國(guó)內(nèi)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)而言,可以保證數(shù)據(jù)及時(shí)更新及數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。但對(duì)于國(guó)際航空器而言,缺失和不準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)很難在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行更新,那就需要對(duì)其在我國(guó)境內(nèi)的計(jì)劃航線的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化,盡可能提高準(zhǔn)確度。

· 飛行軌跡擬合:在飛行計(jì)劃或者航跡中,由于雷達(dá)波反射等原因,有可能出現(xiàn)多個(gè)飛行計(jì)劃或者不同航跡的SSR碼相同這類(lèi)現(xiàn)象。此時(shí)需要對(duì)SSR碼相同的雷達(dá)航跡和計(jì)劃航跡進(jìn)行飛行軌跡擬合計(jì)算,選擇在各種維度下飛行軌跡擬合度最好的雷達(dá)航跡和飛行計(jì)劃進(jìn)行相關(guān)。通過(guò)這些步驟,可以完成相關(guān)。

· 調(diào)整相關(guān)條件:實(shí)驗(yàn)證明,領(lǐng)航計(jì)劃報(bào)、起飛報(bào)和預(yù)計(jì)飛越報(bào)對(duì)飛行計(jì)劃與航跡相關(guān)起至關(guān)重要的作用[6]。在缺少特定飛行電報(bào)的情況下,為了進(jìn)行飛行計(jì)劃和航跡相關(guān),可以適當(dāng)調(diào)整相關(guān)條件,如只有起飛報(bào)時(shí),可以根據(jù)起飛報(bào)中所提供的信息,結(jié)合我國(guó)依據(jù)法律預(yù)先建立的城市對(duì)航線庫(kù),為飛行計(jì)劃和航線相關(guān)建立飛行軌跡模型等。

飛行計(jì)劃與航跡相關(guān)率與相關(guān)正確率,對(duì)航空管制的影響是十分重大的[8]。實(shí)際上,不僅要提高飛行計(jì)劃與航跡的相關(guān)率,更要提高相關(guān)正確率。相關(guān)正確率[9]直接影響到管制工作的效率,和航空器的安全,需要嚴(yán)肅、準(zhǔn)確、認(rèn)真對(duì)待。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)飛行計(jì)劃與航跡相關(guān)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹,闡述了對(duì)飛行計(jì)劃與航跡進(jìn)行相關(guān)的方法,指出了影響飛行計(jì)劃與航跡相關(guān)的因素。同時(shí),指出了提高相關(guān)率的方向[10]。如能有效運(yùn)用上述相關(guān)方法,提高相關(guān)率和正確率,可以對(duì)我國(guó)空管理論和技術(shù)水平起到較好的啟發(fā)作用。相關(guān)正確率還需要實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證,待以后進(jìn)行探討。

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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

張晉武,男,博士,高級(jí)工程師,研究方向:作戰(zhàn)系統(tǒng)、信息系統(tǒng)。

V355.1

10.3969/j.issn1672-9730.2015.06.012