场面监视技术在深圳机场应用展望摘要:目前,国内外机场场面监视系统实现的主要方式包括:SMR(场面监视雷达)、ADS-B(广播式自动相关监视)、MLAT(多点定位)。
本文主要通过描述几种技术的工作原理及在国内外机场的应用,对三者未来在深圳机场的应用进行了展望总结。
关键词:场面监视SMR ADS-B MLATApplication of surface surveillance technology in Shenzhen Airport Abstract: At present, surface surveillance systems of most international airports generally consist of SMR (scene surveillance radar), ADS-B (broadcast automatic dependent surveillance), and MLAT (Multilateration). This paper describes the principle of the three technologies and its application in airports at home and abroad, to summary its application in Shenzhen airport.Key Words:Surface surveillance;SMR;ADS-B;MLAT近几十年来,我国航空运输业发展迅速,机场飞机起降数量猛增。
在很多机场,传统的仅仅利用塔台监视管理机场场面安全的方式已经不能满足交通安全的需要。
因此,在国内外大型机场相继产生了如场面监视雷达系统、ADS-B、MLAT等先进的机场场面监视系统。
场面监视雷达系统目前在庞大复杂的多跑道机场以及一些气象条件很差的机场已经得到广泛的应用。
法国戴高乐机场、英国希斯罗机场以及国内的上海浦东国际机场、首都国际机场、广州白云机场都引进了场面监视雷达系统来监视机场的交通[1]。
ADS-B是目前国际民航组织积极推广的一种新的监视技术,早在上世纪末,美国UPS公司就已经在阿拉斯加试用ADS-B系统[2]。
其在场面监视方面的应用,ADS-B可为场面监视系统提供飞机和车辆等目标物的活动信息。
ADS-B既可自成系统,也可与在用场监雷达组合成互补的联合场监系统。
MLAT是近年来新出现的一种高精度协同监视系统,可以实现对终端区和机场场面的精密监视。
它可以在不增加机载设备的前提下,通过多点接收机载应答机信号,利用到达时间差(TDOA)定位技术,实现了精确测量定位。
在国内,MLAT已经在首都国际机场得到应用。
1 几种场面监视系统的工作原理1.1 场面监视雷达系统场面监视雷达是一种一次雷达,利用目标对电磁波的反射、应答或自身的辐射发现目标,主要用于监视机场场面上飞机及车辆。
目前,随着计算机技术的发展,场监雷达系统通过与外来数据的相关处理,管制员不仅仅可以从荧光屏上区分飞机和车辆,而且可以获取航班号、机型、速度、将停靠的登机桥等信息,可谓一目了然。
它是一、二次雷达的有力补充,是实现Ⅱ/Ⅲ类精密进近和现场指挥的重要配套设施之一,也是机场实施低能见度运行的基本条件[3]。
场面监视雷达系统主要依赖较大的雷达孔径尺寸,获取较窄的波束宽度,再结合单脉冲技术,通过雷达天线旋转,实现天线波束对监视区域的扇形扫描覆盖,在方位上获得高分辨率。
它主要由高速旋转的天线、发射机、接收机、信号处理器、数据处理器、雷达终端等组成。
目前全球范围所使用的场面监视雷达主要有两类:Ku波段(15.7～16.7 GHz)和X波段(9.0～9.5 GHz)。
其具备的主要功能包括。
(1)监视功能:对跑道、滑行道及停机坪上活动的飞机和车辆定位并挂牌,并向管制人员提供飞机、车辆等物体的位置、大小、速度等信息。
(2)检测功能:检测控制区域内潜在的冲突并报警。
(3)路线控制功能:手工或自动调整滑行道的分配,提高滑行道的利用率,增加机场容量。
由于场面监视雷达获得的仅为目标点的信号,这是远远不够的。
因此,成熟的系统应该是集合各种数据,经过计算机的综合处理,最终在管制席位的显示终端上显示出机场场面的电子地图、站坪内的飞机和车辆的挂牌信息等,供管制员处理各种情况。
场面监视雷达系统必须有信息来源,信息一定是外部系统提供的,系统收集信息源的外部接口需要连接FDPS、进近雷达、机位分配系统、离港系统、气象信息系统。
当前常用的场面监视雷达系统可以将现有的二次雷达系统、气象信息系统、FDPS、离港系统接入本系统,经数据处理后供管制员使用。
1.2 ADS-BADS-B技术是指以地-空/空-空数据链为通信手段、以导航系统及其他机载设备为数据源,采用机载电子设备自动广播航空器的呼号、位置、高度、速度等飞行状态信息供管制指挥的技术。
其他的航空器、地面站都可以通过数据链接收此类数据,并应用于多种用途,如空中交通管理监视服务、未来空空监视等应用服务。
ADS-B技术的引入体现了传统监视技术向新航行监视技术的转变[4]。
ADS-B具有的特性,可体现为A(Automatic)、D(Dependent)及B(Broadcasting),其中A表明飞机各项信息的对外广播式有相关设备自动完成,而不需要飞行人员的介入;D表明实现飞机之间以及地面空管机构对空域状况的感知,需要所有飞机均参与到对各自信息的广播中,同时所发送的信息均依靠机载设备所通过的数据;B表明飞机所发送信息不仅仅是点对点地传送到空管监视部门,而要对外广播,使所有通信空域内的单位均能收到。
ADS-B的实现是监视技术的一次飞跃,更是空管领域的一场深刻革命,在获得充足的监视信息的基础上,各飞行单元即可自主地实施航路选择、间隔保障、冲突发现与避免,而无须地面空管部门的介入。
可见，ADS-B技术的实施是实行空域管理由集中向分布式过渡的必要支持,更是未来自由飞行理念实现的重要保障。
到目前为止,各国对于ADS-B技术的研究从理论可行性分析论证到实际进行的飞行试验,都进行了大量的工作。
澳大利亚在完成ADS-B数据采集、分析以及其覆盖范围、精确度、安全可靠性等方面的论证和对比分析后,认为ADS-B具有类似甚至优于单脉冲二次雷达的监视性能。
因此,澳大利亚民航局pMLAT系统通过多个地面接收站的合理布局,可以消除机场附近的地物遮挡,实现对进近飞行和场面活动的有效监视,其监视精度可达米级,是一种具有较好发展前景的低成本场面监视手段,已在国际上多个机场进行了使用。
2 场面监视系统在深圳机场应用展望深圳机场自1991年正式通航,航班架次突飞猛进,业务量持续保持高速增长。
1996年12月,深圳机场成为国内第四大机场。
2003年,深圳机场旅客吞吐量突破1000万人次,跨入全球百强机场行列。
2011年,深圳机场旅客吞吐量2824.57万人次,货邮吞吐量82.84万吨,航空器起降22.43万架次。
2011年7月,深圳机场第二跑道正式投入使用,这标志着深圳机场成为继北京、上海、广州、成都、重庆、昆明机场后拥有多条跑道的机场,开启了深圳机场双跑道运行新纪元。
与此同时,双跑道的运行,必然给深圳机场带来更加繁忙复杂的交通管制。
可以预见,未来机场的跑道、滑行道及停机坪上的飞机和车辆的交通将会十分繁忙,单单依靠目视指挥,远远不够,必须依靠场面监视系统。
因此,在深圳机场二跑道扩建项目中,为保障双跑道安全、高效的运行,引进了由PAS公司生产的NOV A9000型场监雷达系统。
该系统包括丹麦TERMA公司制造的雷达头、雷达信号处理单元、监视数据服务器、显示工作站、冲突告警子系统、技术控制与监控子系统以及记录回放子系统等,系统结构如图1所示。
其主要能实现以下功能。
(1)对跑道、滑行道及停机坪上活动的飞机和车辆定位并挂牌,向管制人员提供关心区域中的飞机、车辆等物体的位置、大小、速度等信息,并能在恶劣天气仍具备较好的目标检测与杂波抑制能力。
(2)跑道冲突监视与冲突告警功能,预防飞机和车辆入侵跑道,地面车辆入侵机场指定的禁止区域。
(3)滑行道引导功能,系统能根据地面管制程序给出最优的滑行路线和滑行顺序,供管制员参考使用,管制员也可控制滑行道中心线、停止线灯光等引导飞机和车辆。
(4)移交功能,各个管制席位之间可以通过点击标牌实现电子移交功能。
(5)记录/回放功能。
场面监视雷达系统在深圳机场投入使用后,可以预见,必将极大地提高机场场面管理效率,提供更高的跑道安全指标。
然而,场面监视雷达也存在一些缺点。
一方面,无法做到100%覆盖,候机楼等高大建筑物附近存在盲区;另一方面,受天气影响较大,大雨天气会产生大量杂波;再次,由于通过外部接口引接的数据源较多,对其它系统依赖性较大。
因此,单一的依靠场面监视雷达系统实现对机场场面的监视管理还不够。
ADS-B与MLAT恰恰就是场监雷达很好的技术补充。
ADS-B与传统监视手段相比,由于信息的发送采用自动广播式,数据更新率快,覆盖范围大,并能提供更多的飞行动态信息。
相对于场面监视雷达系统,其基础设施和运行成本低,可大大提高整体经济效益。
此外,ADS-B支持空中航空器之间相互监视,自我保持间隔,可有效增大空域利用率、显著提高飞行安全性。
MLAT在场面监视方面也有很大优势。
它对一次场监是很好的补充,只要在盲区附近增加遥控单元就可以解决该盲区的覆盖,且其接收机的成本很低。
MLAT与ADS-B联合使用可以完全脱离航管二次雷达。
此外,MLAT还具有高刷新率、自动离港挂牌、升级方便等优势。
民航局计划于近期(2011年至2020年)研究机场场面ADS-B技术应用,在指定机场进行实验。
“十二·五”期间,在流量前20位的机场实现ADS-B覆盖,其中多跑道机场建设MLAT(多点定位)系统。
可以预见,未来10年,深圳机场将同时具备场面监视雷达系统、ADS-B、MLAT 系统,实现对机场场面的全方位高精度监视管理。
3 结语目前,场面监视雷达系统在国内外大型机场已经得到广泛的应用,而基于ADS-B与MLAT的场面监视技术也在不断推广,已经成为未来的发展趋势。
在监视精度和实时性上,新出现的ADS-B监视系统和MLAT定位系统比一次雷达具有明显的优势,但一次雷达的独立监视的特点在管制监视中仍将不可替代。
因此,在场面监视体系的发展的过程中,单一手段一统天下的局面不会出现,多种技术体制将长期共存,相辅相成,共同为机场场面交通安全高效运行提供有力的保障。
参考文献[1] 郭昊.几种机场场面监视技术的比较[J].中国高新技术企业,2007(15).[2] 秦言磊.基于VSAT/GIS的机场场面监视与管理系统的研究与开发[D].南京航空航天大学,2007.[3] 赵海波,董昀.场面监视雷达系统在浦东国际机场的应用[J].民航经济与技术,1999(2).[4] 张天平,郝建华,许斌,等.ADS-B在空中交通管制中的应用与发展[J].电子元器件应用,2009(7).[5] 王鲁杰.ADS-B在美国[J].空中交通管理,2006(8).。