空管信息处理第一讲2009

空管信息处理,李楠TEL:24092433空中交通管理研究基地,2,课程主要内容,第一章空管信息化概况,第二章本课程基础知识,第三章空管信息系统,第四章飞行计划数据处理,第五章雷达数据处理,第六章空管信息处理发展趋势,实践参观、复习、考试,3,参考书目,现代空中交通管理北京航空航天大学出版社,4,第一章空管信息化概况,1.1空中交通管制的发展1.2空中交通管制系统的发展1.3空管技术和设施1.4空管信息系统的基本构架1.5我国空管信息化建设概况,5,空中交通管制的发展,第一阶段：20世纪30年代以前第二阶段：19341945年期间第三阶段：1945年至20世纪80年代第四阶段：20世纪80年代后期开始,6,飞行量很少，按照目视的原则制定了目视飞行规则在机场范围之内，指挥飞机起降对设备要求极低，通过红旗和绿旗，后发展到信号灯、信号枪建立了处于机场最高位置的塔台指挥模式,小飞机目视飞行,红旗和绿旗,信号灯,第一阶段：目视管制,7,DC321座,制定了使用仪表进行安全飞行的规则管制员通过飞行员报告分析、了解飞机间的位置关系，推断空中交通状况和变化趋势，向飞机发布放行许可，指挥飞机飞行对设备要求较低，主要的管制设备是地空通话设备，不需要相应的监视设备支持，飞机机身和机场都装备了无线电通讯和导航设备该方法速度慢、精确度差，飞机飞行受到很多限制建立了全国规模的航路网和相应的航站、塔台、管制中心或航路交通管制中心程序管制为核心,第二阶段：程序管制,无线电通信和导航,航路网和管制中心,8,根据雷达显示，可以了解本管制空域雷达波覆盖范围内所有航空器的精确位置有效减少航空器之间的运行间隔，管制员可以主动指挥一次雷达，只有航空器的位置信息；二次监视雷达由地面询问机和机载应答机配合而成，采用问答方式，能够提供航空器标牌、航班号、高度和运行轨迹以及一些其他特殊的编号陆空通话技术得到了广泛应用仪表着陆系统（ILS）引导飞机着陆,第三阶段：雷达管制,9,80年底后期开始自动管制研究提出空中交通管理概念卫星和计算机网络技术在空管系统的应用，使整个空管系统和正在飞行的飞机组成一个可以实时处理的自动信息交换系统ICAO组织对未来航行系统的研究,第四阶段：CNS-ATM,10,第四阶段：CNS-ATM,先进航电系统卫星导航应用,空地协同空管系统,11,空中交通管制的发展,空中交通管制空中交通管理微观宏观协同化CDM从单目标的管制交通流的管理ADS,12,第一章空管信息化概况,1.1空中交通管制的发展1.2空中交通管制系统的发展1.3空管技术和设施1.4空管信息系统的基本构架1.5我国空管信息化建设概况,13,1.2空中交通管制系统的分类,按照管制范围的不同按照管制手段的不同新航行系统,14,按照管制范围的不同,区域管制,进近管制,机场管制,飞行在航路上的航空器由区域管制中心负责提供空中交通管制服务。主要是飞行高度6000米以上的在大范围内运行的航空器。任务是根据飞行计划，批准飞机在其管制区内的飞行，保证飞行的间隔，然后把飞机移交到相邻空域，或把到达目的地的飞机移交给进近管制。依靠空地通信、地面通信和远程雷达设备来确定飞机的位置，保持飞行的间隔和顺序。,15,区域管制,进近管制,机场管制,主要负责飞机的离场进入航线和进近着陆。进近管制是塔台管制和航路管制的中间环节。进近管制要向航空器提供进近管制服务、飞行情报服务和防撞告警。依靠无线电通信和雷达设备来监控飞机。下接机场管制区，上接航路管制区。部分重叠的，一般范围大约在机场90公里半径之内，高度6000米以下。,按照管制范围的不同,16,17,区域管制,进近管制,机场管制,由机场管制塔台提供。主要靠目视及机场地面监视雷达来管理飞机在机场上空和地面的运动。范围：航空器在机场管制区的空中飞行；航空器的起飞和降落；航空器在机坪上的运动；防止飞机在运动中与地面车辆和地面障碍物的碰撞。,按照管制范围的不同,18,19,程序管制,雷达管制,主要的设备环境是地空通话设备。管制员在工作时，通过飞行员的位置报告分析、了解飞机间的位置关系，推断空中交通状况及变化趋势，同时向飞机发布放行许可，指挥飞机飞行。飞行计划内容包括飞行航路（航线）、使用的导航台、预计飞越各点的时间、携带油量和备降机场等。,按照管制手段的不同,基于综合信息管制,目视管制,20,雷达管制员根据雷达显示，可以了解本管制空域雷达波覆盖范围内所有航空器的精确位置，因此能够大大减小航空器之间的间隔，使管制工作变得主动，管制人员由被动指挥转变为主动指挥，提高了空中交通管制的安全性、有序性、高效性。,按照管制手段的不同,程序管制,雷达管制,基于综合信息管制,目视管制,21,按照管制手段的不同,程序管制,雷达管制,基于综合信息管制,目视管制,飞行计划电报二次监视雷达ADSCPDLC航迹管理,22,新航行系统，由通信（C）、导航（N）、监视（S）和空中交通管理（ATM）四部分组成，其中通信、导航和监视系统是基础设施，空中交通管理是管理体制、配套设施及其引用软件的组合。新航行系统主要新在“星基”上，即系统是以空中卫星为基本特征的。导航是系统的核心，通信是系统的必要条件，监视可以说是系统安全保障的手段，三者缺一不可。,新航行系统介绍,23,新航行系统主要是“卫星技术数据链技术计算机网络技术”的应用。系统在采用新技术方面有如下特点：一是利用卫星技术，从陆基通信、导航、监视系统逐步向星基通信、导航、监视系统过渡，逐步以星基系统为主；二是数据链技术的开发利用，实现空地、地地可靠的数据交换、并进一步实现空空数据交换；三是系统的数字化、计算机处理及联网。,新航行系统介绍,24,数字高带宽通信,ADSA监视数据,ADSB和TCAS监视,话音,高带宽数据链,GES,地面部分,LAAS精确导航,管制单位,新航行系统,25,同现行系统相比，主要具有以下三个特点：（1）具有充分的覆盖性，不受山区、沙漠和海洋的限制，能随时准确掌握空情，从而大大提高飞行安全和空域利用率，飞机可以灵活选择最佳的航线飞行，节约飞行时间和油料消耗。（2）能够充分利用信息资源，实现一定程度上的集中管理，发挥流量管理中心和管制中心计算机的自动数据处理能力，也有利于航行系统实现全球统一协调运行，提高飞机的自治飞行能力。（3）大大减少地面空管设施的数量，大幅度降低建设和维护费用。,新航行系统介绍,26,通信系统,数据链通信,航空移动卫星业务（AMSS）,航空电信网（ATN）,通信系统,27,高频数据链通信（HF）甚高频数据链通信（VHF）二次监视雷达（SSR）的S模式,通信系统,数据链通信,航空移动卫星业务（AMSS）,航空电信网（ATN）,28,包括话音数据通信两种方式，它使空中飞机在任何地方都能与地面进行实时有效的通信，且在空管中心的实时监视之中。与机载卫星导航接收机相结合，可提供对飞机的自动相关监视。,通信系统,数据链通信,航空移动卫星业务（AMSS）,航空电信网（ATN）,29,通信系统,数据链通信,航空移动卫星业务（AMSS）,航空电信网（ATN）,新航行系统中通信系统的主体，融地面与空地数据通信为一体。分安全通信和非安全通信。航空运输各个单位的互联，计算机系统中进行端到端的连接和高速数据交换。管制员飞行员数据链通信（CPDLC），利用数据通信代替话音通信的ATC通信方式。,30,导航系统,全球导航卫星系统（GNSS）,所需导航性能（RNP）,广域增强系统（WAAS）,本地增强系统（LAAS）,导航系统,31,星基空中交通管理系统的核心美国的全球定位系统（GPS）俄罗斯的GLONASS欧洲的伽利略中国的二代系统使用GNSS，飞机就可直线飞行，既缩短了飞机间隔，又省时省油，并提高了安全性、准点率与空间利用率，而且还能以此为基础作自动相关监视。,全球导航卫星系统（GNSS）,所需导航性能（RNP）,广域增强系统（WAAS）,本地增强系统（LAAS）,导航系统,32,RNP是指在指定空域和航路内，装备各种导航系统（或设备）的飞机在规定概率上能够保持在指定轨迹的允许偏差以内的能力。,导航系统,全球导航卫星系统（GNSS）,所需导航性能（RNP）,广域增强系统（WAAS）,本地增强系统（LAAS）,33,精度尚未达到IIIII类精密进近着陆的要求。在GPS的监测和增强方面广泛采用差分技术来提高精度，使系统成为“增强系统”。当前航空界正在部署LAAS和WAAS。LAAS主要用在机场周围。WAAS它可以解决海洋及边远荒漠地区的导航性能。,导航系统,全球导航卫星系统（GNSS）,所需导航性能（RNP）,广域增强系统（WAAS）,本地增强系统（LAAS）,34,监视系统,AC模式二次监视雷达,S模式二次监视雷达,自动相关监视,广播式自动相关监视（ADSB）,监视系统,未来的主用系统依靠卫星导航和数据通信,在民航中逐步淘汰，主要用于防空,主用系统，带有数据链功能，视距监视,35,空中交通管理系统,空中交通管理系统,空域管理（ASM）,空中交通服务（ATS）,流量管理（ATFM）,飞行情报服务（FIS）,空中交通管制（ATC）,航空气象服务（AWS）,告警服务（AL）,36,空域管理（ASM）在既定的空域条件下，实现对空域资源的充分利用。它以时分共享空域的方式，按短期需求划分空域以便满足不同类型用户的需要。,空中交通管理系统,37,空中交通服务（ATS）主要目的是防止航空器之间、航空器与障碍物之间发生碰撞，加速和维持有秩序的空中交通活动。,空中交通管理系统,38,流量管理（ATFM）当某区域空中交通流量超出或即将超出该区域空中交通管制系统的可用能力时，预先采取适当措施，保证空中交通流量最佳地流入或通过相应的区域。空中交通流量管理有助于实现空中交通管制的目的，能够达到对机场和空域容量的最大利用效率。,空中交通管理系统,39,空中交通管理系统的发展,未来的空管信息系统基于航迹管理空管运行机制,40,第一章空管信息化概况,1.1空中交通管制的发展1.2空中交通管制系统的发展1.3空管技术和设施1.4空管信息系统的基本构架1.5我国空管信息化建设概况,41,空管技术和设施,美国美国的雷达布局模式是：航路为远程二次雷达覆盖，进近管制地带为多雷达覆盖，互为备份。通信25000余部甚高频无线电台、15000余部超高频无线电台、1285部无线电收发机、701个遥控通信装置导航约1050部甚高频全向测距信标/测距设备，约750部无方向信标、1028部一类仪表着陆系统，85部二/三类仪表着陆系统监视116部远程雷达、220部机场监视雷达、40部地面监视设备,42,空管技术和设施,加拿大飞行信息中心卫星导航缩小北方空域的最小垂直间隔（RVSM）计划澳大利亚建立了以TAAATS为核心的面向21世纪的全国空中交通服务和空域管理计划TAAATS引入了CNS/ATM，通过卫星和数据链提供定期的、高精度的GPS定位TAAATS将包括飞行计划、雷达位置、话音报告、气象信息等不同来源的信息融合,43,空管技术和设施,日本空管部门均使用本国制造的各种设备，内部设备的标准化、网络化程度很高建立了设置在福冈的空中交通流量管理中心致力于研制一个多功能传输卫星系统（MTSAT）俄罗斯有选择的推进CNS/ATM的过渡实施，重点推广GLONASS的空间/地面应用和实施高空ADS航路,44,空管技术和设施,欧洲由EUROCONTROL提出的综合的、统一的ATM2000+战略将促使空中交通环境向有利的方向发展主要有如下几个方面：（1）从传统的固定航线导航过渡到区域导航，逐步扩大基本区域导航（BRNAV），引入精密区域导航（PRNAV），全面实现区域导航（RNAV）。（2）采用“自由航路”概念，将某些空域指定为自由航路空域，在此空域内运行的飞机，应具有按用户优选航迹飞行的能力。驾驶员可以维持自我安全间隔，为未来管制员向驾驶员转移避撞责任创造条件。（3）空地双方逐步扩大数据链应用，加大例行电文的数据链传送，从而减少使用话音通信。（4）管制员更多地依靠计算机，利用计算机生成交通冲突检测和解脱通知，并利用计算机对进场、离场飞机按时隙排序，支持动态航路更改。,45,空管技术和设施,欧洲（5）驾驶员更多地依靠先进的飞行管理系统，以更现代化的方式进行飞行计划和计划更改的输入，航迹监控和航迹更改。（6）驾驶舱内增强信息资源，提高交通势态觉察能力。例如对交通避撞、近地避撞的觉察，并进一步引入机载间隔保障系统（ASAS），逐步分担在自由航路上自我维持交通间隔的责任。（7）除战术性雷达管制员外，增设计划性管制员的工具，集中实施先行的冲突预测及其解脱方案，尽可能减少战术管制员的实时冲突干预，以便超扇区放行。,46,第一章空管信息化概况,1.1空中交通管制的发展1.2空中交通管制系统的发展1.3空管技术和设施1.4空管信息系统的基本构架1.5我国空管信息化建设概况,47,空管信息系统的基本架构,48,第一章空管信息化概况,1.1空中交通管制的发展1.2空中交通管制系统的发展1.3空管技术和设施1.4空管信息系统的基本构架1.5我国空管信息化建设概况,49,我国空管信息化建设概况,已经建成以民航总局空管局和地区空管局为骨干，连接各省（市、区）局和主要航站的全国民航自动转报、分组交换和卫星通信网；平面电报，数据通信和国际数据的交换、传输、服务能力有明显提高；部分地区完成雷达数据联网；信息服务部门的运行管理机制也有新突破。从总体上看，空管信息系统已经为业务未来的更大发展奠定了坚实的基础。这些系统的建设缺乏统一规划，专业化的条块分割现象严重，现有空管数据通信网络系统结构薄弱、通信资源利用率低、接入系统刚起步、信息化整体观念比较落后，现有的生产运行管理模式不适应信息化发展，存在低水平重复开发和重复建设问题，信息资源综合开发和利用能力差。,50,我国空管信息化建设的概况,我国空中交通流量主要集中在东部地区,特别是由北京、上海、广州构成的大三角区域,其飞行量占全国总飞行量的6070。据统计，2000年华北地区飞机起降达到24.6万余架次，华东地区飞机起降达41万架次。民航总局从“八五”、“九五”已经开始加大了空管基础设施的建设力度，同时决定集中力量，在北京、上海、广州建设现代化的空中交通管制中心。此举不仅是从根本上缓解京、沪、穗大三角地区空中交通拥挤状况的需要，也是进一步深化我国空管体制改革，使中国民航空中交通管理上水平、上规模的重要条件。,51,我国空管信息化建设的概况,三大区域管制中心的系统建设总目标是通过建立标准统一、可靠、现代化、网络化的区域飞行管制中心，形成支撑我国东部地区空管体系的三大支柱，进一步提高我国民航空管系统的整体保障能力。三个区域管制中心要在所辖管制区域范围内实现雷达、甚高频通信全程覆盖并引入新航行系统技术，实现雷达图像、地地/地空话音、数据和遥控指令的按需传递。因此，连接三个区域管制中心的有线和卫星通信网是三大区域管制中心建设的重要内容。,52,我国空管信息化建设的概况,自动化系统：是管制中心的核心系统。它由一组处理系统组成。负责空管运行和培训。该系统包括管制员直接操作的各种席位（如雷达管制席、主任管制席、总主任席、军方协调席、流量管理席、备份席、搜寻救援席、飞行计划编辑席、程序管制席、管制通报席等）、可以连接和处理32部雷达数据的雷达数据处理和显示子系统、飞行数据和飞行计划处理子系统、数据记录和雷达图像及话音同