[科普中国]-空管自动化系统

背景

空管自动化系统作为民航空管部门实施对空指挥的核心系统，通过处理雷达信号等监视数据，为管制员提供空中飞行态势的显示和各种飞行冲突及各种异常的告警，通过处理飞行计划和动态电报，为管制员提供飞行计划和飞行动态相关信息以及管理手段，在确保民航空管对空指挥任务的安全实施中发挥着重要的作用。随着国内航班量的快速增长，空中交通管制流量的不断加大，空管自动化系统在空中交通管制中占据着越来越重要的地位。1

随着空管装备的升级换代，国产空管自动化系统作为应急、备用以至主用空管自动化系统的应用愈来愈多。因此，探讨国产空管自动化系统结构及工作方式，研究解决日常工作中常见问题的方法对提高空管自动化系统的自动化程度、保证民航空管安全生产具有现实意义。1

发展状况国外对空管自动化系统已有着多年的研究， 在当今已较为成熟，也具备着较高的自动化程度。 在发达国家，二次航管雷已被广泛的应用，雷达管制技术也不断高。 在颇具规模的区域管制中心例如法兰克福、伦敦等空管中心，能够对于较大区域加以覆盖，具备数十到上百的席位。 在全球较有声誉的空管自动化系统开发商有美国的 Raytheon公司、法国的 Thomosn一esf 公司，在中国，通常都为引进上述企业的产品。2

在国内，尽管一次以及二次航管雷达技术已经引进，不过投入实际应用的雷达管制于 1998 年后方才启动。 同时也面对着普及率较低的问题。 国内的三大管制中心的空管自动化系统通常直接从国外进口，有着较高的资金投入。 并且无法符何特殊部门的需求，如空军等。因为中国对于现在化空管自动化系统的独立研发迫在眉睫。2

整体结构现代空管自动化系统通常是通过一、二次雷达系统同时通过计算机系统的辅助，给予空域飞行动态监控信息和与其有关的信息，让管制员可以安全、有序地对于空中交通加以管制。 主流的空管自动化系统通常设计成分布式结构以及双网、双机冗余,同时给予雷达直通旁路结构,在很大程度上增加了系统的准确性以及可靠性。各个部分的功能如下:2

(1)通信前端机：把源于本地雷达、异地雷达接口、气象雷达接口、飞行情报网、航行情报网等汇集的原始一、二次雷达信息、气象信息、航行信息等加以通信协议编码,同时将处理后的信息以串口的方式传递至雷达/飞行数据处理服务器加以分析。 并把各路雷达信息以及点迹信息以旁路手段传递至不同雷达信息显示席位上，以备主系统故障时通过旁路方式加以分析以及显示。

(2)雷达数据处理服务器:将源于多串口卡接收通信前端机发送的雷达信息加以解码，转为统一格式的雷达信息, 通过滤波以及坐标变换、延时补偿后，加以单雷达航迹跟踪分析；通过各路雷达航迹信息加以时空对准后，加以多雷达信息融合处理，得到系统航迹；同时通过源于飞行信息分析机接收的飞行计划信息，加以航迹关联以及证实；加以危机预警以及预警处理。 再把雷达航迹信息、系统航迹信息以及组合气象信息传递至不同雷达信息显示席位加以显示，并且与飞行计划相关的信息传递至飞行数据处理机加以分析。

(3)飞行数据处理机:源于重复飞行计划、非周期性计划、临时计划等数据库里分析航班计划，得到飞行计划；进行飞行计划的预先调配；通过每个生效的飞行计划分析飞行轨迹，管制飞行进程以及状态；将得到的实时动态信息加以识别、分类、存储、分发等,实时纠正飞行计划,重新规划飞行轨迹。

系统结构不同空管自动化系统其基本结构大致相同，以国产 LES2000 自动化系统为例，主要由雷达数据前置处理子系统（RFP）、雷达数据处理子系统（RDP）、飞行数据处理子系统（FDP）、雷达综合数据显示终端（SDD）、飞行数据显示终端（FDD）、雷达数据记录和回放子系统（DRF）、系统监控终端（SMP）等组成。各个子系统通过网络交换机组建成星形拓朴结构的三个以太局域网（LANA、LANB、LANC）。系统采用三网运行方式，以保证网络数据的可靠、高效传输。系统要用网络采用冗余结构，在双冗余网络管理软件的配合下，系统的 LAN A 和 LAN B 是物理上相对独立又互为冗余的两个网络，提高了网络的可用性。LAN C 主要用于记录 / 重演数据和雷达质量分析数据等的传输。各子系统功能如下：1

雷达数据前置处理子系统（RFP）雷达数据前置处理设备包括 8 台雷达线路分配器和 2 台雷达数据前置处理机。前置处理系统采用冗余主机配置，每路雷达信号在雷达线路分配器上分路后，分别进入 2 台前置机进行预处理。前置机负责接收多部雷达信道信号，并对其进行规程解释、误码检查以及对雷达数据的各种预处理后一并通过系统的双冗余局域网传输到雷达数据处理系统。

雷达数据处理子系统（RDP）雷达数据处理系统对系统引接的多部雷达数据实现单雷达数据处理、实时质量控制和信道选优处理、多雷达数据融合、各类告警探测、航迹与飞行计划自动相关 \ 去相关、管制移交功能[2]。从 LANA 和LANB 上接收雷达数据、飞行数据以及管制席位操作数据，同时将系统综合航迹、单雷达航迹等通过系统冗余局域网上分发到系统各席位。雷达数据处理系统由 2 台 RDP 组成，为冗余结构设计，有效保障雷达数据处理系统的高性能和高可靠。

飞行数据处理子系统（FDP）飞行数据处理服务器进行飞行电报和飞行计划处理，并兼作系统数据库服务器，完成民航电报自动处理。飞行数据处理服务器与自动转报系统相连，收发并处理 AFTN 电报，主要实现电报处理、飞行计划创建、修改及生命周期管理、二次代码管理、飞行轨迹估算、飞行计划冲突探测等功能。飞行数据处理系统由 2 台 FDP 组成，为冗余结构设计，加装Oracle 数据库管理系统。

飞行动态显示席（SDD）飞行动态显示席是雷达管制员监视、指挥空中交通的主要场所，显示飞行态势（雷达 / 飞行数据）、人－机界面和人－机对话菜单及相应的对话框；管制员能选择指定的背景图，进行显示或停显；当禁区、限制区和危险区被激活时自动显示；允许显示指定的适应性数据，如指定航线、指定机场进离场航线等；通报管制扇区内飞机的任何告警信号及告警抑制、屏蔽；具备接收系统的对时信息的能力。

飞行计划显示席（FDD）飞行计划显示席是助理管制员监视空中交通态势，配合雷达管制员完成管制工作的场所，具有与其相应的飞行动态显示席同样的功能，因此飞行动态显示席和飞行计划显示席能够互为加载对方软件，根据管制需要更改用途。

记录重演服务器（DRF）记录重演服务器对各席位管制员的操作画面及所有操作指令等景象数据和通过系统局域网对综合航迹数据，经过处理后的单雷达航迹数据，系统时间信息，各类告警、席位设置和操作数据等网络数据进行 24 小时不间断记录。

系统监控终端（SMP）系统监控终端是技术人员对系统实施监控的席位，它提供用于监控的人机交互界面，实现对系统的监控。SMP 具备集中启动应用软件的能力、将应用软件退出系统的能力和显示经 RDP 处理过的综合动态航迹和单雷达航迹能力。通过 SMP，技术人员可以监视、打印可监视的外部接口的工作状态、硬件设备的工作状态以及全部系统应用软件运行情况，技术人员可在 SMP 上登录雷达管制席位，显示单雷达和经 RDP 处理过的综合动态航迹或重演雷达信息、脱机生成、修改显示背景图、脱机修改系统有关适应性参数。SMP 允许技术人员把系统网上设备接入或退出系统、切换指定的冗余设备、自动和人工切换双通道雷达数据接口、根据需要配置雷达数据处理通道以及打开和关闭指定的外部接口。

工作方式空管自动化系统，以LES2000 系统为例，该系统有两类系统工作方式：全系统工作方式和重放工作方式。在全系统工作方式下，系统能够完成多源雷达数据处理、航行情报处理、飞行数据处理、气象情报处理、数据及数据库管理、系统监控和管制席位操作 / 显示的全部设计功能。在管制席位提供与飞行计划相关的系统综合航迹或单雷达航迹显示。在不影响系统正常运行的条件下，能在监控终端（SMP）重放重现指定时间段的管制环境。1

在全系统工作方式下，各席位可通过工作模式切换功能选择系统工作模式和单雷达工作模式两者之一。在系统工作模式下系统具备全部的功能，管制席位上显示系统融合的航迹数据，能够显示飞行动态、飞行计划数据和各类告警信息，进行人工扇区 /管制中心移交、人工相关、人工挂简标牌等功能。在单雷达工作模式下，管制员能在管制席位选择由RDP1 或 RDP2 输出的任一部单雷达数据显示。在单雷达工作模式下系统具备部分功能，能够显示单路雷达数据，对飞行计划数据具有查询、编辑功能，但不具备航迹的人工屏幕移交（扇区和管制中心）、相关等与飞行计划有关的功能。1

维护经验在日常维护工作中，总结出以下几个空管自动化系统中常见故障及解决方法：1

(1)工作站挂起或锁定：不对鼠标或键盘或者任何应用程序作出响应。尝试从网络上的另一台工作站访问系统。在终端窗口中，键入：ping hostname 尝试停止某些进程，直到系统可以作出响应。若系统不做响应，则对该工作站进行重启操作。如果重启仍不起作用：按下工作站电源按钮，关闭系统电源。等待 20-30 秒钟，然后打开系统电源。

(2) 监控席位上显示一台席位的网络 A、B 或 C故障。首先，检查机器上的网卡是否连接上了网线，该网线是否和交换机连接。如果都连接正常，查看网卡的指示灯是否显示，如果显示正常，此时可能网线的水晶头问题，重新制作水晶头。如果网卡的指示灯不亮，此时将其他网卡的网线插在该网卡上；如果指示灯亮了，则可能也是网线的水晶头问题，重新制作水晶头。

(3) 某席位在操作系统启动正常后又自动重启动，该过程连续的出现。可能原因为该席位机器上的内存条或 CPU 故障。将备件上的内存条更换，并重新启动机器，如果正常，说明故障排除。否则，将备件上的 CPU更换，并重新启动机器，如果正常，说明故障排除。

(4)在管制席位上观察不到某部雷达信号。可能是该雷达没有信号；也可能是主用通道没有信号，而备用通道有信号但没有自动切换；该雷达备软关闭，不进入系统。观察监控席上该雷达状态，如果双通道都是红的，联系确认雷达是否关闭。将切换方式设置为自动，确认在监控席上是否将该雷达软关闭了。

(5)在某一席位上没有航迹显示，而在其他席位上有航迹显示。可能是该席位上的网线有故障，也可能是该席位上的软件出现故障。在监控席上看该席位有无网络故障，如果是网络故障则按问题 2 处理，如果网络正常，在监控席上看该席位有无软件故障，主要是SDD 软件，如果 SDD 软件故障，则重启该软件。