机场场面监视技术研究

机场场面监视技术研究
作者：苗刚
来源：《卷宗》2016年第12期
1 引言
2015年，全行业完成运输总周转量851.65亿吨公里，比上年增长13.8%，完成旅客周转量7282.55亿人公里，比上年增长15.0%；完成货邮周转量208.07亿吨公里，比上年增长10.8%。

国内航线完成运输总周转量559.04亿吨公里，比上年增长10.0%，其中港澳台航线完成16.22亿吨公里，比上年增长0.3%；国际航线完成运输总周转量292.61亿吨公里，比上年增长21.9%。

全行业完成旅客运输量43618万人次，比上年增长11.3%。

国内航线完成旅客运输量39411万人次，比上年增长9.4%，其中港澳台航线完成1020万人次，比上年增长1.4%；国际航线完成旅客运输量4207万人次，比上年增长33.3%。

随着民用航空运输业的高速发展，机场的飞机和车辆数量迅速增加，场面的运行环境更加复杂，安全问题日益突出。

在日常运行中不可避免地存在飞机与飞机、飞机与车辆以及车辆之间的碰撞冲突，跑道入侵事件也经常发生。

在历史上发生过多起跑道入侵事故。

1977年3月27日，非洲西北大西洋中西班牙加纳利群岛的特内里费岛上的洛司罗迪欧机场跑道上，两架波音747客机相撞，乘客和机组人员583人死亡，仅54人幸免于难。

这是民航史上最大的空难事件。

如何在有限的空间、多变的天气条件下管理好越来越多的飞机及相应增加的地服车辆，成为各国机场当局必须考虑的问题。

2 机场场面引导和控制系统
在大雾、夜视等低能见度气象条件下这种情况更为严重。

由此导致了机场容量紧张、航班延误，严重降低了运行效率和安全水平。

传统的机场场面监视是依靠塔台管制员目视指挥，安全性不高，且容量受限。

机场场面引导和控制系统（SMGCS，Surface movement guidance and control system）依靠场面监视雷达，能够在一定程度上解决这些问题，但成本较高，存在覆盖盲区，并且在天气恶劣条件下，雷达信号严重衰减，制约了其可用性，无法实现有效监视。

目前我国只有少数几个枢纽机场配备了场面监视雷达，出于系统成本和维护费用考虑并未大量采用，因此我国很大一部分机场还在采用目视方法对场面进行监视。

单独依靠管制员在塔台目视指挥或是利用场面监视雷达都不能满足未来场面监视的需要。

车辆和飞机驾驶员希望在自己的车辆或飞机上看到自身所处的位置以及周围的交通状况，并希望及时得到报警信息。

为此，国际民航组织（ICAO）建议机场使用先进场面活动目标引导和控制系统（A-SMGCS，Advanced SMGCS）为各活动目标配备显示终端，以提供视觉和程序辅助，同时提供安全告警，并于2004年发布了Doc.9830文件《A-SMGCS Manual》作为提高机场运行效率的指导文件。

A-SMGCS系统实现四大基本功能：监视、路径规划、引导和控制，其中监视功能是核心。

3 新机场场面监视技术
（1） ADS-B场面监视系统
广播式自动相关监视（ADS-B），作为空管领域的一项革命性技术，在A-SMGCS系统中显示出优势，如图1所示。

它以地空/空空数据链为通信手段，使用全球导航卫星系统及其他机载设备产生的信息作为数据源，通过向外界发送自身的状态参数，同时接收其他飞机的广播信息，达到飞机车辆间的相互感知，实现对周围交通状况的详细了解，从而可以使场面上活动的飞机车辆之间保持安全间隔，起到场面监视作用。

改变过去以塔台管制员为中心的集中指挥，实现管制分担。

与雷达监视系统相比，ADS-B的数据更新率快，数据精度高，传输的信息丰富，安装和使用成本远低于雷达监视系统。

将ADS-B应用于场面监视，可以有效保障机场交通的安全、高效运行。

（2）Multilateration场面监视系统
Multilateration是基于应答机的多基站定位系统。

系统利用地面雷达接收机接收被监视飞机的机载A/C模式或S模式应答，通过信号到达不同地面接收站的时间差计算被检测飞机的准确位置。

同时可以通过A/C模式中SSR代码或S模式唯一的地址码对目标进行识别。

Multilateration技术系统完全兼容SSR和ADS-B，可以充分利用机载现有的标准应答机，不需要加载机载电子设备，定位精度高，在地面定位精度可达9米以内，本身具有目标识别能力，采用无源接收站在减小成本的同时可以降低对其它系统的干扰，同时Multilater-ation具有较小的室外机箱和非旋转天线，可以很容易安装在现有通信塔、跑道及其它建筑物上。

（3）场面监视雷达
场面监视雷达是一次雷达，通过雷达天线发射电磁波，其中一部分能量被目标所吸收，并且在各个方向上产生二次散射。

雷达天线收集散射回来的能量并送至接收机对回波信号进行处理，从而发现目标的存在，并提取目标的距离、方位等信息。

场面监视雷达与传统一次雷达不同之处在于它的作用距离比较短，一般仅限于机场附近近地范围。

场面监视雷达一般安装于机场塔台，监视近地范围内的目标。

由于它是一次雷达，在雷达显示器上用光斑提供飞机的方位和距离，其观测数据仅仅是一个个目标块，而我们需要的是最终在管制席位的显示终端上显示机场的电子地图、站坪内的飞机和车辆的挂牌信息等，这就需要进行多雷达数据的融合处理工作。

4 场面监视技术的比较
场面监视雷达目前已经在世界繁忙的机场广泛使用。

它的主要优点有定位精度较高，数据刷新速率快，采用多雷达及数据融合技术处理后可以完成如气象观测、机场滑行道灯光管理、飞机降落灯光引导、飞机及地面车辆冲突告警等一系列功能。

其缺点是：
（1）一次雷达固有的无标识能力，无法独立对地面目标进行标识跟踪，在某种程度上对其它系统的依赖性较大。

（2）场面监视雷达的覆盖能力比较小，由于多径效应和地物反射而产生的假目标较多，同时也存在盲区。

（3）场面监视雷达对天气比较敏感，大风和下雨时会产生大量杂波，同时作为一次雷达，对机场范围内不关心的目标也会被显示出来，如广州新白云机场东西跑道间的连接桥，在桥下过往的是机场外的普通车辆，但是这些车辆也会出现在管制席位上，于是需要对桥下的车辆进行屏蔽，加大了维护的复杂度。

（4）场面监视雷达造价昂贵，要在我国的大量中小型机场安装使用，其所需的巨额投入也受到制约。

ADS-B在澳大利亚的成功应用指明了该技术的可应用性。

ADS-B主要应用于空域内的飞机定位，可以取代SSR，数据更新速率比SSR高。

由于其自身的广播信息中就含有航班信息，因此具有标识能力。

覆盖范围比较大，一般可达到100海里以上，特别是它本身无需安装地面设备就可以在飞机上监视到周围飞机的位置，因此在跨越海洋飞行时显示出它较高的使用价值。

ADS-B其缺点在于它的定位信息来自GPS全球定位系统，该系统目前仅能提供精度为30米的位置信息，无法满足国际民航组织要求的地面定位精度。

Multilateration作为新的场面监视技术具有以下优点：
（1）具有自身识别能力，可以不依赖于航管二次雷达的数据单独工作为目标提供标识。

（2）与ADS-B联合使用可以完全脱离航管二次雷达，做到停机位至停机位全程雷达管制。

（3）场面监视雷达的刷新速率一般是1次/秒（1Hz），这取决于天线的转速，而Multilateration没有旋转的天线，扫描速度可以人工设置，在重点区域可以提供更高的刷新速率。

（4）由于本场SSR不能接收地面飞机的应答，因此场面监视雷达目前还需要手动挂牌，而Multilateration可以接收到飞机的ID，把飞机目标与飞行计划相关，完成自动挂牌。

（5）提供了对车辆监视的手段，可以把汽车当作目标进行雷达处理，并挂上标牌，实现同样的告警能力。

5 总结
ADS-B与Multilateration有机的结合起来在空域范围内可以替代航管二次雷达，在近地范围和地面可以替代场面监视雷达，同时它的成本低廉，已经成为未来民航导航的主要发展趋势。

场面监视雷达在北京、上海、广州的成功应用说明了其在机场面监视方面的重要作用，能够有力支援站坪指挥中心的管制功能，保证该管制中心的工作能够不受盲区、天气变化的影响，确保站坪内飞机、车辆交通的畅通、高效，提高机位、滑行道的利用率，降低营运成本。

ADS-B已经成为未来的发展趋势，我国也将确立西部地区以ADS-B监视为主，雷达监视为辅的管制策略，东部雷达管制地区建立基于ADS-B技术的应急备份系统。

基于Multilateration/ADS-B的新一代场面监视技术将在北京应用说明完整的ADS-B工作平台将在首都机场进行全面测试，也意味着Multilateration技术将进入中国并带来场面监视与导航的一场革新。

作者简介
苗刚（1975-），男，内蒙古包头市二里半机场航务部。