空管自动化系统飞行校验程序优化设计研究

Research of flight inspection Optimization

On EUROCAT automation system

蔡熠

民航中南空管局

引言

广州区域管制中心为全国三大区域管制中心，广州区管的自动化系统使用欧洲猫系统为国内最先进的自动化系统之一。系统在正式运行前，根据中华人民共和国民用航空行业标准MH/T 4033—2011，自动化系统必须通过民用航空飞行校验的各项技术要求后才能正式运行。因此飞行校验程序的制定对于检验一套自动化系统能否满足运行要求起着决定性的作用。本文从民航相关规章和行业标准出发，结合广州自动化系统校飞情况，总结分享校飞经验。在创建自动化飞行校验程序模板已被全国三大区管采用的基础上，对校验程序提出优化方案，使飞行校验科目与飞行航线匹配度更高，提高飞行校验效率。

一．自动化校验科目内容分类和编排

根据行业标准自动化校飞科目繁多，在进行校飞科目之前，需要将自动化系统飞行校验科目进行分类和编排。飞行校验工作的开展需要管制员，设备室和软件室人员的默契配合才能顺利完成，因此校飞工作的第一步需要将校飞科目进行分类，不同类别的校飞项目与不同人员工作重点形成匹配，使整个校飞工作编排有序，分工明确。通过研究和实际校验经验借鉴可将校飞科目整体分为三类；

第一类为雷达覆盖和精度校验，该类校验科目主要校验系统的雷达目标航迹是否正确产生和消失，显示的目标信息与机组实际飞行参数匹配，整个过程包括在特定的飞行情况下雷达目标连续平滑没有丢失。主要包含以下科目起飞降落，多雷达处理能力，雷达通道切换，机动和圆周飞行的雷达精度测试。该类校验科目由管制员完成和设备室人员辅助，是对自动化系统雷达目标处理能力的直观测试。观察校飞机组在整个飞行过程目标平滑连续，无目标丢失现象，起飞降落雷达目标正确产生和消失。

第二类为自动化系统性功能校验，该类校验科目主要校验系统关键性功能正常，包括飞行计划相关的正确性，QNH高度层变化显示和上升下降率与机组参数的匹配度等。主要包含以下科目飞行计划相关，系统目标变化与飞行计划相关测试，重码告警测试，QNH高度层测试，上升下降率测试。该类校验科目由管制员完成设备人员辅助，检验自动化系统飞行相关能力是否符合要求，与飞行计划相关告警测试，和其他管制界面观察到的自动化参数测试。

第三类为自动化系统告警功能校验，该类校验科目主要校验系统的告警功能在各种设定的情况下能否正确产生和消失。主要包含以下科目MSAW告警，STCA告警，DAIW告警，CLAM告警，RAM告警，RVSM告警，特殊代码告警等。告警科目校验需分为两部分，第一部分是告警参数设置和告警区域和地图绘制，这部分工作由软件室人员在校飞工作开始之前完成。第二部分为告警产生和消失的时机记录，该部分由设备室人员记录。设备人员在进入相关告警区域提前向管制员沟通，管制员配合科目向校飞机组做出相应的飞行动作。在进行STCA告警测试时设备人员还需要提前准备好自验的模拟器工具在设计好的航路段释放模拟目标和校飞机组产生告警。

二．飞行程序的制定和优化

在校验科目确定后需要对飞行程序进行制定，飞行程序的制定包含以下要素；

1. 
   

2. 飞行时间和飞行路程，飞行时间和路程的长短取决于飞机校验的环境和校验科目的数量

3. 飞行姿态和飞行区域，飞行姿态需要满足产生自动化告警的飞行条件，飞行区域需要满足特殊飞行姿态的空域条件

4. 飞行高度和飞行速度，飞行高度需要满足产生自动化告警的飞行高度，飞行速度及飞行上升下降率需要满足校验剧本的要求

优化方案：

1. 
   

2. 广州区域管制中心为国内繁忙空域，空域非繁忙时段为凌晨4：00-6：00，配合自动化系统繁重的校验科目，飞行时间可分为两日，每日选择非繁忙时段飞行两个小时，由于校验飞机的飞行的特殊性，在非繁忙时段飞行可降低对其他航班飞行的影响。飞行路程需要满足完成所有校验科目的要求，一共四个小时的飞行路程基本满足自动化校验需求。

3. 飞行的区域可分为进近，区调和机动飞行区域，飞行路程设计为长方形飞行路线为佳，长方形的飞行路线有利校验科目的制定，能节省校验时间，以机场为起始点把长方形的三边分别定义飞机的三种飞行姿态，从机场出发后第一长边为上升阶段，第二边为平飞阶段，第三边为下降阶段，即可满足校验的三种飞机飞行姿态，并把告警区域配置到相关的位置即可测试告警功能，飞行区域在进近区域测试雷达精度和自动化系统性功能，在区调区域测试告警功能，在空旷且飞机较少区域测试校验飞机飞行幅度较大的机动飞行

4. 飞行高度由于RVSM告警测试需要校验飞机进入1万米以上高度测试，可在区调上升阶段让飞机上升到1万多米的高度，飞行速度可在平飞阶段让机组保持固定的剧本速度飞行，上升和下降阶段使用固定的剧本上升下降率飞行来验证系统显示信息与实际是否吻合

依据广州的空域情况可将飞行路线设计如下：

第一天飞行路线 第二天飞行路线

第一天在进近区域保持长方形小区域和前往飞机较少空域区域进行机动飞行，校飞飞行区域的设计一般方形区域为主，方形区域可以简化飞行路线，便于管制员指挥。、 第二天在区调区域做系统告警功能校验，告警测试路线需设计狭长的直线路线，有了狭长的直线路线方便告警区域的设置，特别是短期冲突告警测试需要释放虚拟模型与飞机产生冲突告警，这时需要飞机保持相同方向长时间飞行保证告警测试顺利进行。当告警测试未成功需要飞机重新飞越时，直线狭长路线设计的方便管制员指挥飞机掉头并重新回到设定路线上。

三．飞行程序与科目匹配设计

当飞行路线确定后，需要将科目配置在相应的飞行路线上，通过与飞行姿态和飞行区域的匹配来完成对校验科目的验证。

第一天的飞行路线为进近区域，进近区域较小不适合各类告警区域的划定，因此可以将第一类校验项目雷达覆盖与精度校验和第二类校验项目自动化系统性功能校验放在进近区域进行校验。

在广州白云机场起飞和降落，测试起飞和降落项目。起飞后飞机上升阶段可测试上升率,上穿TA高度测试QNH修正,平飞过程可进行特殊代码告警测试和雷达通道切换测试,下降阶段测试下降率,下穿TL高度测试QNH修正,机动飞行项目指挥飞机前往飞机较少的机动

飞行区域进行校验收.

第一天校飞科目 第二天校飞科目

第二天的飞行校验项目以告警科目为主,在下线制作临时的危险区和低高度告警区,在飞机上升,平飞和下降阶段各配置制作好的临时的危险区和低高度告警区,方便记录和测试飞机三种飞行姿态穿越告警区的情形。在飞机飞越的上升,平飞和下降三个阶段对应测试飞机三种姿态穿越告警区，便于测试人员分类归纳，防止告警测试项目遗忘和出错，大大提高校飞工作的效率。

四．关键校飞科目的设计

在自动化校飞工作中，短期冲突告警项目的设计最为复杂也是校飞工作的关键。短期冲突告警即当两架飞机同时违反水平和垂直间隔时自动化系统产生STCA告警提醒管制员此时有两架飞机违反安全间距需要及时处置。短期冲突告警项目分为六个测试过程，相同高度的相向，追赶和汇聚飞行，不同高度的相向，追赶和汇聚飞行。由于实际情况不可能让两架真实的飞机产生短期冲突告警，因此需要一个人工设计好的模拟目标来和校飞飞机产生告警。

设计的思路把短期冲突告警项目设计在校飞飞机进行长时间匀速直线飞行的路线上，制作六个对应的剧本，在校飞飞机到达指定路线后释放剧本与校飞飞机产生六个形态危险接近的告警。

使用自主开发雷达信号模拟器来产生模拟信号。雷达模拟器结构比较简单，由一台便携式计算机加上一块同步通信卡组成，在测试的时候，同步通信卡连接自动化系统的雷达信号接收器(如欧洲猫系统的PLINES和Telehponics系统的MPS800等)，其连接图如下：

雷达模拟器连接图 雷达信号模拟器软件模块关系图

雷达模拟器基于模块软件设计，分为剧本管理模块、飞行动态运行模块、显示模块、雷达数据生成模块、参数管理模块、雷达数据输出模块等模块，各个模块的关系如图：

雷达信号模拟器是基于剧本来设计的，剧本管理模块提供对剧本进行创建、编辑、保存和载入的功能。剧本的管理与雷达参数的设置是独立的。剧本的各项功能都可在图形界面上操作完成。剧本的编辑功能可以模拟各种常见的飞行场景，对用户编辑的飞行航迹进行检查合理性，对于异常的航迹计划会发出告警提示。剧本的保存使用轻量化方法保存到本地硬盘，无需数据库。

雷达数据生成模块根据参数管理模块提供的雷达基本参数，建立一个虚拟的雷达，管理雷达的实时运行状态，包括雷达转动周期状态、当前扫描的方位角、上一次正北时间、作用距离等。雷达数据生成模块查询飞行动态运行模块获取当前的空域航迹数据，使用坐标转换功能把系统航迹数据转换为本地雷达航迹数据，根据雷达信号标准，配合雷达运行状态，生成雷达正北数据、扇区数据、和目标数据。生成的雷达模拟数据送给雷达数据输出模块。

飞行动态运行模块管理的航迹位置是采用系统参心坐标系统，而雷达数据生成模块生成的航迹位置是采用雷达站本地坐标系统的，必须正确进行坐标转换，才能确认雷达信号输出自动化系统后能够看到准确的雷达航迹信息。

剧本管理功能可以创建剧本、编辑剧本、保存剧本、载入剧本等，下图是剧本编辑的截图：

剧本编辑 运行显示界面

界面显示功能提供航迹的实时显示、各种地图信息的显示，包括机场、航空固定点、航路、中国地图、管理边界、雷达位置和作用距离等。剧本创建需要输入起点和终点的经纬度坐标和过点高度飞行速度来创建模拟目标的飞行路线和飞行时间。在校飞飞机到达指定路线后载入剧本，模拟器此时会向欧洲猫系统输入一个设定好的假目标和校飞飞机产生短期冲突告警达到校验效果。

五．结束语

飞行校验程序的制定对于检验一套自动化系统能否满足运行要求起着决定性的作用，而对飞行校验程序进行优化有利于提高整个飞行校验工作的效率，节省飞行员和管制员的工作时间。飞行校验工作的展开需要飞行员，管制员和设备人员三者的紧密配合，因此校验程序持续优化和改进将大大减少飞行校验过程出现的人为失误，避免复飞和校验项目测试结果出不来等现象。