空管新技术在低空空域管理中的应用.pdf

952009 年第 12 期，第 42 卷 通 信 技 术 Vol.42，No.12,2009 总第 216 期 Communications Technology No.216,Totally 空管新技术在低空空域管理中的应用 吕茂辉，余秦勇，周 琦，张 海(空军装备研究院雷达与电子对抗研究所，北京 100085；卫士通信息产业股份有限公司，四川 成都 610041)【摘 要】【摘 要】随着低空空域的逐步开放，低空空域管理将面临安全防卫、管制运行、信息服务等问题，必须充分地利用新技术来解决低空空域管理所面临的问题，以提高低空空域资源使用的安全和效率。为此，从低空空域管理所面临的问题出发，对解决不同问题的新技术进行了全面分析，并给出了解决问题的相应建议。最后，还指出了新技术在低空空域管理中的应用发展趋势。【关键词】【关键词】空管新技术；低空空域；管理【中图分类号】【中图分类号】TP29；V24 【文献标识码】【文献标识码】A 【文章编号】【文章编号】1002-0802(2009)12-0095-03 Application of New ATM Technology in Low Attitude Space Management Application of New ATM Technology in Low Attitude Space Management LV Mao-hui，YU Qin-yong，ZHOU Qi，ZHANG Hai(Radar and EW Institution,EAAF,Beijing 100085,China;Westone Information Industry INC.,Chengdu Sichuan 610041,China)【Abstract】【Abstract】Management of low attitude space faces many problems,including security and defense,operation of ATM,information service,and so on.Because of its opening,new ATM technologies must be taken to solve these problems and thus to improve the safety and efficiency in using the low attitude space resource.For this purpose,this paper describes in detail the problems of low attitude space management,analyzes new technologies for solving various problems,and gives the related recommends.Finally,this paper forecasts the application trend of new technologies in low attitude space management.【Key words】【Key words】new ATM technology;low attitude space;management 0 引言 随着中国低空空域管理改革步伐的加快，低空空域内活动的航空器数量和种类必将出现快速增长的态势，飞行科目和范围将不断扩大，使用对象也日趋多元化，这将给低空空域的使用管理带来严峻的挑战。现有的低空空域管理机制和手段已经很难适应航空事业发展对低空空域的使用需求，除进行必要的空域结构调整、管理机制的改革外，充分利用新技术、新装备解决低空空域管理面临的问题，提高低空空域的管理和使用水平，是提高低空空域资源安全高效利用的重要途径。1 低空空域管理面临的问题 1.1 低空空域的安全监控 1.1 低空空域的安全监控 受装备技术条件的限制，低空空域通常是空中安全防卫和监控的薄弱环节。在对所有空中活动实行严格管制的情况下，低空空域的安全隐患并不突出,随着低空空域管理改革的深入，对低空飞行活动的管制将逐步放松，低空飞行的多样化和灵活性将使低空空域的使用安全问题凸现，对边境地带，交通繁忙地区周边，重要敏感目标、大城市和繁忙机场上空低空飞行活动的监控能力亟待加强，以保证重要地区和敏感目标的安全，对低空空域的安全监控已成为防空系统的一项重要任务。1.2 低空空域的管制运行 1.2 低空空域的管制运行 现行的管制服务体系主要是针对中高空航路、航线和空域以及机场管制地带的管制运行服务体系，存在较多的低空管理覆盖盲区。现有系统和设备无法覆盖的地区，通常采用收稿日期：收稿日期：2009-11-12。作者简介：作者简介：吕茂辉（1972-），男，工程师，主要研究方向为空中交通管理技术与应用；余秦勇（1972-），男，高级工程师，主要研究方向为网络安全与保密通信；周 琦（1972-），男，工程师，主要研究方向为空管新技术装备研究与应用；张 海（1979-），男，工程师，主要研究方向为空管新技术通信研究与应用。96 限制使用、从严审批和程序管制的控制方法进行管理，从某种程度上制约了空域资源的利用。低空空域管理改革必将促进低空空域资源的开发使用，也使低空用户对低空管制空域的服务能力提出新的要求，这些都将促进现行的管制服务体系向低空空域进行延伸。解决低空管制空域运行能力不足的问题迫在眉睫。1.3 低空空域的飞行服务 1.3 低空空域的飞行服务 由于现行的低空飞行存在信息服务的基础资料缺乏，飞行任务和计划审批程序复杂，空域管理方式落后（全部为管制空域）等原因，严重制约了低空飞行的发展，使得低空飞行活动的数量较少，低空空域的飞行服务通常是由各级空管部门兼管。随着低空空域管理改革的实施，对低空空域实行分类管理，从现行的管制空域中划设出部分低空监视空域和报告空域，对这些空域内的飞行简化报批手续，将会促进低空飞行活动数量的快速增长。如何利用新技术手段，构建全新的低空空域飞行服务体系，提高低空飞行的服务能力和水平，对低空空域资源的开发利用将有直接的促进作用。2 低空安全监控中的新技术 2.1 低空一次雷达技术 2.1 低空一次雷达技术 低空一次雷达技术主要是通过压低天线波瓣、降低天线副瓣、抑制地面杂波和提高对低速目标检波概率等手段增强一次雷达对低空的探测能力，具有架设方便、独立工作性强等特点。20 世纪 70 年代以来，美国、法国、英国、意大利等国陆续研制和装备多种低空雷达，作为其自动化防空系统的一部分，以加强对低空目标的警戒与跟踪1。如法国的TRS-2105和 TRS-2106 低空补盲雷达、意大利的 Pluto 雷达2、印度的“英迪拉-”雷达。在低空安全监控系统中，低空一次雷达与通信、导航、电子对抗设备、指挥控制系统等设备组成一体化探测系统，是提高整个低空安全监控系统的效率、可靠性、快速反应能力、生存能力、效费比的关键。2.2 无源探测技术 2.2 无源探测技术 无源探测技术是基于对飞行目标自身辐射和反射或散射的声、光、电信号的检测，通过多点交叉定位计算，确定目标位置和飞行轨迹的一种探测技术。目前，基于探测目标本身发出的电磁信号的无源雷达，具有隐蔽性好、反隐身能力强、抗电子干扰能力较强、探测距离远等优点，已得到了比较广泛的应用，应用已经从地面扩大到空中和海上，如美国防部开展的“先进战术瞄准计划（AT3）”,美国海军开展的联合辐射源瞄准系统计划（JETS）。由于采用新技术、新工艺，无源雷达正向多体制、小型化方向发展。基于红外和可见光信号的光电探测系统有很强的抗干扰能力，具有测角精度高、目标识别能力强、目标对环境依赖性小等优点，也显示出了较好的低空探测效果。无源探测系统由于其运行成本低、隐蔽性强、受地形影响小等特点，在要地防空和低空布防方面有很好的应用前景。2.3 浮空平台探测技术 2.3 浮空平台探测技术 采用浮空平台搭载雷达升空，雷达进行超地平线探测，能够消除一般地、海基雷达存在的探测和制导盲区，这一技术是解决低空覆盖的一个有效途径。根据浮空平台种类的不同，目前主要有气球载雷达和预警飞机两种浮空探测装备，具有覆盖空域大、低空探测性能好、海陆空同时探测、机动性能强等优点。预警机技术复杂，研制周期长，成本高，运转和维护费用较大。而气球载雷达研制和维护成本较低，并且雷达升空后，探测范围迅速增大，对 5060 米高度的低空目标，在 20003000 米高度的浮空雷达，可相当于 1520 部地面雷达组网的探测范围。现在浮空探测平台正向多种类、“近空间”3、隐形化、高机动方向发展。2.4 数据融合与目标识别告警技术 2.4 数据融合与目标识别告警技术 及时发现低空目标只是完成了低空安全监控的第一步，将多种探测手段获取的各类信息进行多元数据融合，完成对目标的识别并对可能出现的危险情况进行告警，则是低空安全监控需要完成的第二步工作。在低空运行管理中心或安防中心，配置具备多元数据融合功能和目标识别告警功能的信息处理系统，经过数据预处理，系统误差校正，目标航迹相关、跟踪、滤波和识别，形成及时、统一、通用、准确的低空探测态势，实现对敏感地区低空空域的有效监控，与防空武器系统协同工作，完成低空空域的安全防卫。2.5 提升低空安全监控能力的建议 2.5 提升低空安全监控能力的建议 目前，低空空域的安全监控主要依托现有的预警探测网和防空体系，缺少对因低空飞行活动引发安全问题的管控措施。随着低空飞行活动的增多，为确保重要目标和敏感地区的低空安全，应该有选择性的布防一些低空一次雷达，在重点防护地带，建设无源探测系统，遇有重大事件需要对大面积低空空域进行管控时，可以临时升放气球载雷达，提高对低空空域使用的安全监控能力。3 低空管制运行中的新技术 3.1 地空通信组网技术 3.1 地空通信组网技术 地空通信组网技术是指将多个地空电台进行地面组网，从而形成对指定空域地空通信整体覆盖的技术。通过联网，使得管制中心或飞行服务中心/站能够任意使用所需电台完成话音通信。使用基于软交换技术和 7 号信令技术的区域汇接技术和路由技术、话音无缝切换技术，能够实现低空跨区飞行时，话音的接续与无缝切换。3.2 广播式自动相关监视技术 3.2 广播式自动相关监视技术 广播式自动相关监视（ADS-B）是利用空地、空空数据通信完成交通监视和信息传递的一种航行新技术。与传统雷达监视技术相比，ADS-B 技术具有使用成本低、精度误差小、监视能力强等明显优势。97ADS-B 可为航空器提供相关交通信息，传送天气、地形、空域限制等飞行信息，使机组更加清晰地了解周边的交通情况。使用 ADS-B，可以缩小航空器最小间隔标准、增大空中交通流量。ADS-B 还可以用于机场地面交通管理，防止跑道侵入。美国首先在通航领域推广 ADS-B 技术应用，重点解决飞行终端区的空-空协同避撞问题。中国是继美国之后的第二个国家，将 ADS-B 技术用于通航领域，特别是通用航空的飞行训练。ADS-B 的应用是中国向航空强国迈进的标志之一。3.3 多基站测量定位技术 3.3 多基站测量定位技术 多基站测量定位技术属于无源定位探测技术的一个分支，是对周期性的规则信号进行测量定位的一种技术。由此技术派生出来的多基站测量定位系统（MDS），是无源雷达的一种简化版，利用飞机的航管应答信号或数据链周期广播信号来精确测量飞机的位置。该系统具有定位精度高、数据率高、可靠性高、性价比高、安装方便、可扩充性强等优点，不受 GPS 等卫星导航定位系统的制约，MDS 作为场面和终端区监视的新技术手段，也作为场面监视雷达的互补系统4，是适用于低空合作目标的又一种监视手段。多基站测量定位系统，现在已有成熟产品,在希思罗、法兰克福、多伦多、达拉斯/福特沃斯、孟菲斯和底特律等世界各大机场安装使用。3.4 卫星导航及局域增强技术 3.4 卫星导航及局域增强技术 由于无线电导航对地形地貌的敏感性和覆盖的局限性，发展多模卫星导航和基于卫星的局域增强系统是提高低空空域导航服务能力的主攻方向。目前在用的导航卫星星座包括美国的 GPS、俄罗斯的 GLONASS 和中国的“北斗”一代导航定位卫星。但由于北斗系统的无源定位、服务容量以及定位精度等问题，很多时候还要依赖 GPS 和 GLONASS 导航定位系统。随着中国北斗二代卫星的逐步升空，基于我国自主的导航卫星资源实现对低空飞行航空器的导航服务已不再是一件可望不可及的事情。局域增强技术是利用地面固定的导航差分电台，播报当前该地区卫星导航定位的实际误差，使附近的导航接收机可以根据已知误差，修正直接卫星信号的计算误差，从而提高局部导航精度的一种方法，可用于指定低空空域卫星导航能力的增强。3.5 低成本机载航电技术 3.5 低成本机载航电技术 随着管制服务向低空空域的延伸，越来越多的低空航空器会逐步加入到现行的管制服务体系中，由此将涉及到大批低端飞机的设备改造和升级。研究开发低成本的机载航电设备，在满足低空飞行使用需求的同时，尽可能的降低制造和运行维护成本，是提高低空空域利用率和管理改革顺利推进的必然要求。低成本机载航电设备主要包括简易机载电台、低空高精度高度表、ADS-B（OUT）广播设备、通信/导航/监视一体化组合设备等。3.6 提升低空管制运行能力的建议 3.6 提升低空管制运行能力的建议 随着低空空域使用需求的增长和低空空域管理改革的推进，将管制服务体系向低空管制空域延伸将是一个必然的趋势。延伸现有管制服务体系可以从以下几个方面入手：采用地空通信组网技术，提高对低空管制空域的通信覆盖能力；采用广播式自动相关监视技术，提高对低空航线和管制空域的监视能力；采用多基站测量定位技术，提高对机场场面和本场空域的监视能力；采用卫星导航及局域增强技术，提高对低空空域的导航服务能力；发展低成本机载航电设备，提高低空航空器的空管适航能力。4 低空飞行服务中的新技术 4.1 低空航图的制作技术 4.1 低空航图的制作技术 以通用航空飞行为主的低空飞行通常没有固定的飞行路线和飞行程序，飞行的主要信息来源于目视航图及其相关的补充资料，因而目视航图中的航行信息，特别是人文信息、障碍物对低空飞行至关重要。建立航图数据的收集、校准、更新和发布机制，制作满足目视飞行所需的低空目视航图，是保证低空飞行活动安全、便捷不可或缺的基础性工作。低空目视航图制作技术涉及地理信息系统、环境数据库、通航目视航图技术标准和数字化规范、空间数据数字化和图形表达与地图展现等技术内容。4.2 低空飞行的信息服务技术 4.2 低空飞行的信息服务技术 低空飞行的信息服务包括面向飞行用户的信息服务和面向航空器的信息服务，完成基于互联网的飞行计划受理、空域状态通报、航行通告和气象信息发布、告警和搜寻援救服务5，以及在条件许可的地区提供基于数据链的态势信息广播（TIS-B）和飞行（气象）信息广播（FIS-B）服务，使空中用户可以获知周边的飞行态势、重要的航行通告和天气信息。4.3 提升低空飞行服务能力的建议 4.3 提升低空飞行服务能力的建议 目前，与低空飞行活动相关的各类服务主要由各级管制部门提供，没有专门的低空飞行服务机构，难以应付大量的低空飞行用户和飞行活动，构建以低空飞行服务站、低空飞行服务中心为主体的飞行服务体系，对低空非管制空域内的飞行活动提供信息服务和设施保障，是保证低空空域管理改革顺利进行的重要举措。5 结语 随着低空空域改革开放的逐步深入，低空空域的管理将逐渐进入市场化、规范化、法制化的轨道。空管新技术在低空空域中的应用会出现以下趋势：（下转第 100 页）100 3 实例分析 经统计和数据处理后，得到如表1所示的评判指数。表表1 某模型信任度评判指数某模型信任度评判指数 指标 优 良 中 差 近期信誉 0.20 0.4 0.3 0.2 0.1 历史信誉 0.05 0.3 0.4 0.3 0 过错记录 0.10 0.1 0.2 0.2 0.5 社会身份 0.30 0.4 0.2 0.2 0.2 社会职务 0.20 0.3 0.3 0.2 0.2 社会声望 0.15 0.3 0.3 0.3 0.1 六个参数近期信誉，历史信誉，社会身份，社会职务，社会声望，过错记录构成因素集，权重W=0.20，0.05，0.30，0.20，0.15，0.10，评价集E=优，良，中，差。将因素集分为4组，112,Tt t=近期信誉，历史信誉，由表 1 可得，权重为10.80.2W=，10.40.30.20.10.30.40.30=R，由定义1 得111(0.40.30.20.1)W=?VR，23Tt=过错记 录，2(0.10.20.20.5)=V，345,Tt t=社会身份，社 会职务,权重为30.60.4W=,30.40.20.20.20.30.30.20.2=R,333(0.40.30.20.2)W=?VR，46Tt=社会声望，4(0.30.30.30.1)=V，进 行 首 层 评 判，其 中 权 重0.250.10.50.15W=，1234()tVVVV=R 0.40.30.20.10.10.20.20.50.40.30.20.20.30.30.30.1，得综合评判W=?VR(0.4 0.3 0.2 0.2)，归一化得(0.3630.2730.1820.182)=V，这样就得到了主体的信任度向量。由于在开放式网络中主体之间的信任关系比较复杂，对各主体有影响的因素且对主体的影响程度也不相同，在进行评判时，指定各因素的权重符合实际应用的情况，另一方面，将评判分成两级，简化了计算并方便了处理，因此使用两级模糊综合评判来得到各主体的信任度向量有其合理性和可行性。参考文献参考文献 1 林闯,彭雪海.可信网络研究J.计算机学报,2005,28(05):751-757.2 Blaze M,Feigenbaum J,Lacy J.Decentralized Trust ManagementC/Proceedings of the 17th Symposium on Security and Privacy.Oakland,CA:IEEE Computer Society 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