航空监视雷达技术及一致性检测方法探析尼帅

航空监视雷达技术及一致性检测方法探析尼帅

尼帅

民航江西空管分局江西南昌330114

摘要：随着我国航空事业的发展我国的航空业务逐渐增多，人们也越来越喜欢选择选用航空作为出行的工具之一，空域密度日益增大，为了实现空域监视的性能及安全需求，雷达技术从军用拓展到民用，为确保航空运行安全做出了重大贡献。在航空监视雷达技术中不仅有初期的一次监视雷达技术、还有进一步发展的二次监视雷达技术以及最新的和GPS技术相结合的自动相关监视系统（ADS）技术。为了更好的使飞机不偏离预定轨道则需要在监视系统指导下进行相关的飞行信息的获取和处理等，从而确保飞行动态保持一致性，这种一致性检测方法也是确保航空安全的重要保障。

关键词：航空；雷达监视；一致性检测方法

随着航空事业的快速发展我国的航空密度逐渐增加，有效应用雷达等检测技术确保航空正常、有序运行是有效保障我国航空安全的重要技术支撑，只有做好航空运行监视确保航空领域各运行飞机的飞行一致性才能为航空飞行安全提供保障。

一、航空监视雷达技术

雷达是一种使用无线电波进行物体定位并测量其位置的一种技术。最早出现在1935年的英国，开始时是用于军事领域，和人工雷达相比一次雷达的精度得到有效提升，但是也存在一些缺点，如容易受到检测目标大小及亮度的影响，使其检测精度受到影响。1953年二次雷达技术出现，并应用于空管系统，帮助航空领域进行飞机高度、位置信息的获取等，并和防撞系统有机结合起来为飞行员的飞行提供信息和告警服务。

一次雷达是最早应用于民航监视技术应用，这一检测技术的主要特点是向空中发射电磁波，当飞机飞过所在空域时，机载雷达配备了接受设备，能够接受电波并能够进行反射，利用这一原理实现雷达的监视功能。一次雷达尽管可以帮助管制员对航路飞机进行指挥，避免发生事故，避开危险区域，推动飞行的顺利开展，但是也有着一定的缺点，如需要大力的能量电平，否则无法收到远距离的反射信号，造价成本较高；出现其他目标时对其造成干扰；无法识别飞机；回波存在闪烁现象；是一种被动监视，动态信息不完整，缺乏完善的数据链。

二次雷达技术，主要在地面设有发射器，并向空中发出信号查询信号，在飞机飞过时其自身所配备的设备可以接收到信号并加以反射，通过这二者之间的相互配合来实现监视。和一次雷达的功能进行比较的话，二次雷达所需的发射功率变小，功能得到有效改善，能够提供更加丰富的信息。尽管如此其所依据的原理还是借助无线电测量距离的原理，所以其测定精度有一定的限制，容易受到天线机械设备的影响。随着GPS技术的兴起和发展，航空领域的监控逐渐引入了GPS技术，借助导航卫星的定位功能来为航空领域的定位及监控提供了技术条件，也就是ADS-B技术，实现了航空器或飞行运行区车辆定期发送动态信息的功能。ADS-B，A为Automatic的缩写，是自动化的意思，D为Dependent，是设备的含义；S是监视英文的Surveillance的缩写，B为广播Broadcast的缩写，数据的传输范围较为宽广，不局限与一个方向，改善了天线所具有的方向性的缺陷，使得在更广阔的范围内能够接受到目标信息。其工作原理如下图所示：

二、航空雷达一致性检测方法

民航航空领域的一致性检测是确保飞机按照指定航迹、高度飞行的必要前提。一次性检测根据起技术分类可以分为下面两种：一是人工一致性检测，也就是通过人工计算的方式来实现对飞行动态飞行状态的检测，判断飞机是否偏离预定的航路。一般借助通讯设施、导航系统以及监视设备来对飞机的状况进行判断和计算，对飞机飞行高度、飞行位置和飞行航向等进行检测，通过通讯设备与飞机操作人员进行通信，调控飞机的飞行航迹和高度，避免出现飞行之间的冲突，规避前方的各类危险状况。

二是自动一致性检测，这种检测技术是一种利用机械设备自动进行检测和修正的一种技术手段，在飞机飞行之前将飞行计划数据载入机载设备，使其按照这一计划进行飞行。当出现异常或者偏离时可以自动报警，提示操作人员进行修正。目前，对航空器的飞行动态一致性检测的原理如下图所示所示：

图2航迹一致性检测示意图

通过上图可以得知同一个空域，当出现多个飞机同时飞行时就需要保持正确的航迹、高度、间隔，才能有效避免飞机之间的碰撞等问题，一般来说通过飞行偏差如水平偏差和垂直偏差来对飞机的正确航迹进行监视。如下图3为水平偏差和垂直偏差示意图。

对飞机航迹的监视及检测可以分为两类，一种是对飞机的侧向上航迹实施检测，观察和判断是否偏离预定的轨道并计算其偏差，一般来说飞机所装载的导航系统其精度越高所产生的偏差越小，否则反之；第二种是检测飞机垂直方向上的高度是否存在偏离并计算其偏差，这类偏差产生一般和飞机自身所装载的高度测量系统以及外部的气象条件有着密切的关系。尤其是垂直方向上的飞行航迹检测方面，其数据容易受到海拔高度的影响，以及GPS高度自身的参考基准等的影响，实际上上空域监视中垂直方向上的飞行航迹检测最为困难。

图3水平偏差和垂直偏差示意图

当然即使是应用GPS系统对飞机进行自动检测也会存在定位误差的问题，因此需要重视飞机记载设备的质量，安装先进可靠的系统，同时对这些系统要定期进行维护和检测从而确保起处于正常运转状态，从而确保检测和监视的可靠性和准确性。

总之，在当前民航监视技术方面，一方面可以有效利用一次雷达技术、二次雷达技术来加强航空航迹的检测，同时也要不断创新和引用先进的技术来提高监视的水平和质量，提高监视的精度和稳定性。在民航领域航空的监视技术是有效保障航空正常运行的前提和保障，要打造技术过硬的民航监视系统，不断提高监视技术质量和水平，不断提高航空的监视和检测水平，为我国航空航运事业保驾护航，推动我国民用航空事业的健康、安全、可持续发展。

参考文献

[1]阮敏.ADS-B系统的应用及风险研究[J].空中交通管理.2009(01).

[2]高扬,雷昱,雒旭峰.基于ADS-B的多雷达民航空管安全监视体系[J].交通信息与安全.2009(03).

[3]刘新桥,张先浩,张友辉.ADS-B技术在PBN运行中的运用[J].中国民用航空.2012(07).

作者简介

尼帅（1990-03），男，江西南昌，民航江西空管分局，本科，助理工程师。