第五章空管监视系统

5.1 雷达监视原理-利用雷达的空中交通管制

最小安全高度警告
对于装有C模式应答机可以报告飞行高度的飞
机，可随时收到它的高度信息。 计算机把管制空域内的地面地形和障碍物高度 存入计算机，软件不断比较飞机的高度和地面 地形及障碍物高度，一旦高度差小于150米， 则发出警告，并在出现“LOW ALT”（高度太低） 字样，管制员通知驾驶员，避免飞机因高度太 低产生的触地事故。
5.1 雷达监视原理

目标的识别和移交
目标的移交例子 飞机穿过扇区A、B、C。由于飞机经过B扇区时间 非常短，因此发送方管制员（扇区A）将飞机移交 给扇区B的管制员时所选择的方式是Point Out， 同时与扇区C的管制员进行移交方式为Hand Off。
5.1 雷达监视原理-利用雷达的空中交通管制

5.1 雷达监视原理
目标的识别和移交
目标的移交 发送方要求： 如果没有接收方的认证或许可，飞行器不能穿 过两个扇区之间的边界； 飞行器在穿过边界之前，必须要收到接收方管 制员的同意； 通信的移交必须在飞行器穿过边界前完成； 任何由接收方规定的限制都必须遵守。
5.1 雷达监视原理
5.1 雷达监视原理

二次雷达发射成对脉冲，不同时间间隔确定不同 工作模式 民航目前使用A、C模式，新航线系统出现S模式
5.1 雷达监视原理
二次雷达系统的应答机在接收到询问信号后发 出不同形式的编码信号 应答信号是一个脉冲序列，它的第一和最后一 个脉冲标分别标识起始与终止，除中间一个脉 冲备用外，其余12个脉冲组成一个八进制编码 系统，形成一个4位数编码。 A模式询问脉冲，应答代表飞机识别号码 C模式询问脉冲，应答代表高度

在询问脉冲对之后，有一个时间长度为15或29μs的 数据块，相应的包含56比特或112比特，24比特用来 表示飞机标识号，可以容纳的飞机数为224=16777216 （1677万）。
5.1 雷达监视原理

雷达管制的发展

尽管A/C模式二次雷达系统已经使雷达管制员能知 道飞机的代号和高度，但是对于飞机的飞行计划依 然要依靠飞行进程单来实现，这种雷达管制为半雷 达管制，在20世纪70年代后二次雷达系统使用了计 算机，才实现了全自动化。
目标的识别和移交
目标的移交 接收方要求： 任何关于飞行器的限制都必须通知给发送方管 制员； 接收方管制员只有在飞行器已经穿过边界后， 才可以改变其高度、航向、速度或应答编码； 若飞行器在穿过边界前，接收方必须使其改变 航线或高度，那么只有接收方收到发送方的许 可才可将指示发送给飞行员。
天线 收发 转换开关 发射机 定时器
接收机
显示器
天线控制 装置
5.1 雷达监视原理
一次雷达工作方式：雷达发射无线电波，经空 间传播至目标，目标被电波照射后辐射二次电 波并沿雷达发射反方向返回，雷达接收机接收 返回信号，确定目标位置。 一次雷达在显示目标时，目标大小和亮度受到 目标和天线间距、大气相对传导性、目标的雷 达截面积、地面杂波等等因素影响，并且无法 识别目标身份，难以满足空中交通管理要求。

5.1 雷达监视原理
二次雷达系统相对一次雷达的特点
发射功率较小
二次雷达的工作与飞机的反射面积无关，对同
样工作距离，二次雷达地面发射功率比一次雷 达小得多。
不存在目标闪烁现象
二次雷达回波是由机载应答机主动辐射的信号
形成，不是目标反射能量形成，因而与目标的 反射面积无关，回波不会由于目标姿态变化及 散射而忽强忽弱，避免闪烁现象。
5.1 雷达监视原理

总结 利用雷达监视飞机，管制员可以有效地 指挥、调配飞机，确保飞行安全。 在新航行系统的监视部分中，推荐使用 A/C模式或S模式的二次监视雷达用作终 端区和高密度陆地空域的监视。
第五章 空管监视系统
5.1
雷达监视原理 5.2 自动相关监视系统（ADS）
5.2 自动相关监视系统（ADS ）

20世纪70年代初计算机技术和雷达结合实现了计算 机化的雷达系统。该系统把一次雷达和二次雷达数 据都输入数据处理系统，计算机接收三个方面来的 数据，分别为一次雷达信息、二次雷达信息、航管 中心输入的飞行计划。管制员可以在雷达屏幕上得 到飞机全部有关数据。
5.1 雷达监视原理
对一个管制中心的管制空域，一般多部雷达才 能覆盖该空域，一个飞行目标往往同时被几部 雷达所捕获 雷达数据处理系统（RDP）和雷达前端处理器 （RFP）可对多雷达航迹环境进行处理：

雷达间隔
利用雷达，管制员可以“看”到飞机，因而可以 把间隔的距离缩小，提高空域的利用率。 雷达识别飞机后，雷达管制可以把两架飞机之间 纵向间隔缩短到3～5海里。离雷达站近（40海里 之内）的飞机可以把最小间隔降到3海里，而40海 里之外的飞机纵向最小间隔则为5海里。此外在一 架大飞机之后飞行的小飞机，为了避开前一架飞 机的尾流，最小纵向间隔应加大到5海里以上。 使用雷达时，横向间隔标准的最低标准和纵向间 隔相同，但横向间隔没有尾流影响的问题。
5.1 雷达监视原理

雷达间隔

如果两条跑道相交，但其偏离角至少为15°而 且飞机起飞后航线之间的偏离角也至少为15°， 那么当领航的飞机穿过交叉点后就可以对后面 的飞机放行。
5.1 雷达监视原理

雷达间隔

如果飞机运行在平行的跑道上，跑道相距至少 2500英尺，并且飞机起飞后的航线有一定的偏 离，那么可以让它们同时离场

处理输入的雷达数据 监测输入线路的质量 从C模式获取高度航迹 多雷达航迹的融合处理 告警功能（冲突、最低安全高度、危险区等） 航迹与飞行计划集成

5.1 雷达监视原理-利用雷达的空中交通管制
目标的识别和移交 目标的识别 一次雷达：飞机起飞离场后雷达就开始跟踪，驾 驶员通过指定点时报告位置，管制员在屏幕上核 对通过该地点的亮点；指定飞机按一定航向飞行， 通过屏幕上亮点移动的轨迹来识别飞机。 二次雷达：驾驶员使用特别位置识别脉冲，即应 答机在A模式的回答编码后435μs发出一个脉冲， 该脉冲使地面站屏幕上的亮点变宽，以区别于屏 幕上的其他亮点，从而识别飞机；驾驶员把应答 机间断地开机、关机，这样屏幕上相应的亮点会 时有时无，从而识别飞机。
12点 11 1 10 2
9
3
8
4
7
5
5.1 雷达监视原理

雷达交通信息例子

管制员通知东方211飞机：12点方向，3海里，型号不 明飞机向东飞；1点方向，2海里，公务机Lear飞机向 西飞，高度12000英尺；9点方向，5海里，军用机向南 飞，高度6000英尺。 驾驶员得到信息后，有足够时间判断和避免可能发生 的事故 随着二次雷达的计算机化，有些雷达系统装有防撞警 告软件，可把两架飞机预计的航线画出来，如果在航 线交叉时垂直、纵向、横向间隔不够，软件会自动向 管制员发出告警，管制员及时通知驾驶员处理。
5.1 雷达监视原理
目标的识别和移交
目标的移交 目标的移交分为Hand Off和Point Out。 Hand Off：如果一个飞行器要进入接收方管制员 负责的空域，那么发送方管制员不但要将飞行器 的雷达标识传送给接收方，而且同时也要求把它 与飞行器的通信进行移交。 Point Out：飞行器和发送方管制员的通信不被移 交，主要适用于飞行器在短时间内穿过多个扇区 边界。

C1 A1
C2 A2 C4 A4
5.1 雷达监视原理

应答脉冲序列
B1
D1 B2 D2 B4 D4

应答码

A模式下
结论：飞机的标识号为6457
5.1 雷达监视原理

旁波瓣干扰问题
二次雷达的旋转天线在发出信号时，主波从正前 方发出，同时在主波周围发射低能量旁波瓣，如 果应答机对这些波瓣应答，会出现假信号。 设置一根全向天线，在询问脉冲对的第一个脉冲 后2μs发出脉冲，强度与脉冲对相等，如果应答 机接到3个脉冲强度相等，表明收到的是主波瓣 的信号，给予回答；如果收到的信号中，中间一 个强而前后弱，表明收到的是旁波瓣的脉冲，不 予回答，从而避免干扰。
5.1 雷达监视原理
目标的识别和移交
目标的移交
当一架飞机进入一个管制员的控制范围并被识别 后，该范围的管制员要负责该飞机的安全间隔和 管制引导，当飞机要飞出这个范围时，该管制员 要把这架飞机的识别号和管制权移交给下一个管 制员。 目标的移交是按照严格的程序并在两个管制员意 见一致时协调进行。移交过程中，当前管制区中 的管制员称为发送方，下一个范围的管制员称为 接收方。

5.1 雷达监视原理

旁波瓣抑制图示
5.1 雷达监视原理

应答信号混叠问题

在询问信号作用范围内的飞机，会对询问信号做 出近似同步的应答，在显示上造成应答信号混叠
原因：询问应答信号过于简单；未指明对哪 架飞机询问 S（选择）模式二次雷达有效地解决该问题

5.1 雷达监视原理

在一般二次雷达的应答信号中，可以容纳的飞机标 识号最多为212=4096。S-SSR的询问信号格式：
5.1 雷达监视原理-利用雷达的空中交通管制

雷达交通信息
管制员向驾驶员提供本机和其他飞机的相对位置
信息，从而消除潜在的相撞事故，称为交通建议。 管制员按如下原则来组织交通建议：利用相对于 飞机地面轨迹的钟表盘表示其他飞机的位置，飞 机之间的距离用海里表示，钟表盘也表示其他飞 机当前飞行的方向。
5.1 雷达监视原理-利用雷达的空中交通管制

雷达协助导航
管制员可使用雷达导航，主要用于飞机在进近前
截获进近航道并使用雷达进近代替仪表进近。 雷达管制员在屏幕上能了解整个空域情况，可以 引导飞机不按程序管制的既定航线飞行，由管制 员指示飞机改变航向，引导飞机进近。 优点：飞机可由管制员引导直接进入进近航线， 节省大量的等待时间和燃油。管制员还可以引导 飞机绕开拥挤空域，使飞机不需要在等待空域航 线中飞行。


ADS是ICAO在新航行系统中所推荐的一种新兴的监视 技术。自动相关监视系统，指机载导航系统获得的 导航信息，通过卫星数据链或甚高频空地数据链， 自动实时地发送到地面接收和处理系统，然后通过 伪雷达画面，供有关人员监视飞机运行状态。 可应用于航路、终端区和场面监视等部门，成为现 有的雷达监视系统以及机载避撞系统的有力补充。 同时，由于它还使用了卫星链路，可应用于海洋和 边远地区，改善现有监视条件下这些地区监视手段 不足的情况。

5.1 雷达监视原理
二次雷达工作方式：由地面询问机和机载应答 机配合而成，采用的是问答方式。 地面二次雷达发射机发射1030MHz的脉冲信号， 向机载设备发出询问；机载应答机接收到有效 询问信号后产生相应的频率为1090MHz的应答信 号并向地面发射。地面接收机接收到应答机信 号，经过计算机系统处理后获得所需信息。
5.1 雷达监视原理
二次雷达系统相对一次雷达的特点
干扰杂波较少
二次雷达系统的接收频率和发射频率不同，
各种地物、气象目标对1030MHz发射的反射 信号，不会被1090MHz的接收机所接收，基 本上没有上述杂波干扰。
提Leabharlann Baidu的信息丰富
距离和方位信息 飞机代码信息
飞机气压高度信息

5.1 雷达监视原理

雷达间隔

对于离场时的初始间隔，如果两架飞机相继从 同一跑道上起飞离场，雷达管制情况下，如果 两架飞机的航线在起飞之后有15°以上的偏离 角，它们之间的最小间隔可以降到1海里。
5.1 雷达监视原理

雷达间隔

如果两架飞机同时从两条不相交的跑道上起飞离 场，并且跑道之间以及飞机的航线之间都至少有 15°的偏离角，那么可以不要求飞行间隔。
第五章 空管监视系统
5.1
雷达监视原理 5.2 自动相关监视系统（ADS） 5.3 ADS与雷达数据融合处理 5.4 广播式自动相关监视系统（ADS-B）
第五章 空管监视系统
5.1
雷达监视原理 5.2 自动相关监视系统（ADS）
5.1 雷达监视原理
RADAR（RAdio Detection And Ranging） 任务：发现目标，测量目标 种类：一次监视雷达和二次监视雷达 一次监视雷达是反射式雷达 二次雷达也叫空管雷达信标系统