場(chǎng)面監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)在浦東國際機(jī)場(chǎng)的應(yīng)用

上海市是我國目前唯一因民用航空運(yùn)輸繁忙而在一個(gè)城市建設(shè)兩個(gè)機(jī)場(chǎng)的城市。同時(shí)上海又處于遠(yuǎn)東地區(qū)的中心，其優(yōu)越的地理位置和快速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)必將進(jìn)一步促進(jìn)航空事業(yè)的發(fā)展，為浦東國際機(jī)場(chǎng)成為國內(nèi)直至遠(yuǎn)東樞紐機(jī)場(chǎng)奠定了良好的基礎(chǔ)。事實(shí)上，目前浦東機(jī)場(chǎng)已經(jīng)成為我國規(guī)劃?rùn)C(jī)場(chǎng)中規(guī)模最大、場(chǎng)地條件及凈空條件最好的機(jī)場(chǎng)。

一方面繁忙的空中交通由空管局統(tǒng)一調(diào)度管制，另一方面機(jī)場(chǎng)的跑道、滑行道及停機(jī)坪上的飛機(jī)和車輛的交通在可以預(yù)見的將來，也會(huì)是十分繁忙的，而站坪這部分的交通管制在中國現(xiàn)有的機(jī)場(chǎng)都是簡(jiǎn)單地依靠目視指揮，輔以一些內(nèi)通設(shè)備來完成，基于浦東機(jī)場(chǎng)定位高度的考慮，這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須建立一個(gè)與整個(gè)機(jī)場(chǎng)相配套的站坪指揮中心，決不能僅僅局限于滿足現(xiàn)在的基本需求，甚至只是照搬已有的站坪指揮中心的建設(shè)模式來規(guī)劃方案，而應(yīng)立足于樞紐機(jī)場(chǎng)的需要和地位作出相應(yīng)的考慮。

浦東機(jī)場(chǎng)是一個(gè)各方面條件均不錯(cuò)的機(jī)場(chǎng)，但其位于東海之濱，就氣象條件而言稍嫌不足，特別是影響飛行正常的大霧有可能造成整個(gè)機(jī)場(chǎng)陷于癱瘓。據(jù)陳家鎮(zhèn)氣象資料顯示， 當(dāng)?shù)厝觎F日接近40天，平均持續(xù)時(shí)間為2.6小時(shí)，而且影響大霧消除的風(fēng)力逐年減弱，因此如何克服霧日對(duì)安全飛行的影響，滿足能見度條件不良情況下的指揮需求是非常重要的。

浦東機(jī)場(chǎng)本期站坪指揮中心的指揮范圍東西約500m，北向約1700m。指揮視點(diǎn)離最近的指揮機(jī)位達(dá)280m，顯然采用目視指揮，在復(fù)雜天氣情況下是無法完全達(dá)到Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)（能見度800m）和Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)（能見度400m），Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)更是無法滿足。而浦東機(jī)場(chǎng)最終的建設(shè)目標(biāo)是建成有四條4E級(jí)跑道的滿足Ⅲ類盲降的一流機(jī)場(chǎng)，若是因?yàn)檎酒褐笓]中心功能的局限而妨礙了Ⅲ類盲降系統(tǒng)的實(shí)際，出現(xiàn)的問題將是飛行員和飛機(jī)、機(jī)場(chǎng)上的ILS系統(tǒng)、助航燈光系統(tǒng)均滿足Ⅲ類盲降的要求，而飛機(jī)進(jìn)入站坪后的指揮無法在Ⅲ類天氣情況下進(jìn)行，勢(shì)必造成整個(gè)機(jī)場(chǎng)的利用率的降低。

所以站坪指揮中心急需建立適應(yīng)惡劣天氣情況下的管制體制，而這個(gè)體制的實(shí)現(xiàn)必須依賴場(chǎng)面監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)。

二、場(chǎng)面監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)的應(yīng)用背景

最近20年全球的航空運(yùn)輸業(yè)發(fā)展得非常快，航空公司的規(guī)模日益壯大，導(dǎo)致機(jī)場(chǎng)內(nèi)飛機(jī)起降次數(shù)猛增，如何在有限的空間、多變的天氣條件下管理好越來越多的飛機(jī)及相應(yīng)增加的地服車輛，成為各國機(jī)場(chǎng)當(dāng)局必須考慮的問題。

一方面在一些龐大且復(fù)雜的機(jī)場(chǎng)，例如法國巴黎的戴高樂機(jī)場(chǎng)、英國倫敦的希斯羅機(jī)場(chǎng)等，在各種天氣情況下同時(shí)有二、三條甚至四條跑道起降著來自不同航空公司的客機(jī)，在運(yùn)營(yíng)的實(shí)際操作中不可避免地存在飛機(jī)穿越跑道、滑行道的情況，按照我們的設(shè)想很有可能出現(xiàn)場(chǎng)面的擁擠甚至整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)作的延誤，而這些機(jī)場(chǎng)又是如何保持高利用率、高可靠性的呢?

另一方面在一些氣象條件差的機(jī)場(chǎng)如挪威奧斯陸機(jī)場(chǎng)由于地理、氣候條件的原因大雪天氣多，荷蘭阿姆斯特丹機(jī)場(chǎng)由于靠近海港雨霧天氣多，浦東國際機(jī)場(chǎng)也同樣存在霧天較多的天氣情況。這些情況下目視指揮管制工作將十分困難，甚至無從下手，這樣站坪上飛機(jī)、車輛的流量受到限制，對(duì)于國際性的航空港的營(yíng)運(yùn)來講，站坪指揮工作無疑是一個(gè)潛在的瓶頸。

場(chǎng)面監(jiān)視雷達(dá)就是為了解決這兩方面的問題而首先在國外的一些大型機(jī)場(chǎng)得到了廣泛的應(yīng)用。

事實(shí)上整個(gè)航管雷達(dá)工程包括一、二次雷達(dá)工程和場(chǎng)面監(jiān)視雷達(dá)工程。一、二次航管雷達(dá)是浦東國際機(jī)場(chǎng)首期航管工程的重要配套項(xiàng)目，探測(cè)距離一次雷達(dá)為100公里，二次雷達(dá)360公里，對(duì)實(shí)現(xiàn)浦東機(jī)場(chǎng)塔臺(tái)、進(jìn)近的雷達(dá)管制、提高調(diào)度指揮的自動(dòng)化，保證飛行安全起著重要的作用，而場(chǎng)面監(jiān)視雷達(dá)是作為一、二次雷達(dá)的有力的補(bǔ)充，是實(shí)現(xiàn)Ⅱ/Ⅲ精密進(jìn)近和現(xiàn)場(chǎng)指揮的重要配套設(shè)施之一。

場(chǎng)面監(jiān)視雷達(dá)是一種用于監(jiān)視場(chǎng)面上飛機(jī)及車輛的雷達(dá)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，顯示器上顯示的不再是一個(gè)個(gè)目標(biāo)點(diǎn)，它通過與外來數(shù)據(jù)的相關(guān)處理，不僅僅可以使管制員從熒光屏上區(qū)分飛機(jī)和車輛，而且可以辨別運(yùn)行航班號(hào)、飛機(jī)機(jī)型、速度、將停靠的登機(jī)橋，可謂一目了然。它也是機(jī)場(chǎng)實(shí)施低能見度運(yùn)行的基本條件。場(chǎng)面監(jiān)視雷達(dá)在航空界的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，在法國戴高樂機(jī)場(chǎng)、英國希斯羅機(jī)場(chǎng)、馬來西亞吉隆坡機(jī)場(chǎng)、韓國釜山機(jī)場(chǎng)，包括新建的香港Chek Lap Kok機(jī)場(chǎng)都有應(yīng)用。根據(jù)以上情況的綜合考慮，浦東機(jī)場(chǎng)成為國內(nèi)第一個(gè)采用場(chǎng)面監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)來確保站坪指揮安全、高效進(jìn)行的機(jī)場(chǎng)。

三、系統(tǒng)方案論證

1.系統(tǒng)的功能有描述

經(jīng)過一系列的調(diào)研工作，結(jié)合浦東機(jī)場(chǎng)的特點(diǎn)，將場(chǎng)面監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)的功能總結(jié)如下：
（1）監(jiān)視功能（對(duì)跑道、滑行道及停機(jī)坪上活動(dòng)的飛機(jī)和車輛定位并掛牌）；
（2）控制功能（檢測(cè)控制區(qū)域內(nèi)潛在的沖突并報(bào)警）；
（3）引導(dǎo)功能（通過管制員控制滑行道中心線、停止線燈光等引導(dǎo)飛機(jī)和車輛）；
（4）路線控制功能有（手工或自動(dòng)調(diào)整滑行道的分配，從而提高滑行道的利用率，增加機(jī)場(chǎng)容量）。

以上功能的實(shí)現(xiàn)僅僅依靠場(chǎng)面監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)本身是不可能的，因?yàn)閳?chǎng)面監(jiān)視雷達(dá)是一次雷達(dá)，它獲得的只是目標(biāo)點(diǎn)的信號(hào)，這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，它應(yīng)該完成的是各種數(shù)據(jù)的綜合處理， 最終在管制席位的顯示終端上顯示機(jī)場(chǎng)的電子地圖、站坪內(nèi)的飛機(jī)和車輛的掛牌信息等，供管制員處理各種情況。因此場(chǎng)面監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)必須有信息來源，信息一定是外部系統(tǒng)提供的， 于是就出現(xiàn)了與外部系統(tǒng)的接口問題。

2.外部接口

為了分析問題條理清楚，筆者把場(chǎng)面監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)的工作從另一個(gè)角度加以區(qū)分，依次是管理航班、管理滑行道、管理突發(fā)事件。

（1）管理航班

首先對(duì)管理航班的功能實(shí)現(xiàn)作外部接口分析。航班分為離港航班和到港航班兩種，航班的掛牌信息必須從外部系統(tǒng)取。到港航班的掛牌信息包括飛機(jī)機(jī)型、速度、航班號(hào)、呼號(hào)以及將要停靠的機(jī)位等等。由FLIHGT DEPARTURE PROCES SYSTEM（FDPS）提供飛行計(jì)劃信息；由進(jìn)近雷達(dá)提供飛機(jī)的速度、方向、檢測(cè)的時(shí)間等：由機(jī)位分配系統(tǒng)提供機(jī)位的分配情況。

離港航班的掛牌的完成與到港航班有所不同，盡管離港航班的掛牌信息也應(yīng)包括飛機(jī)的航班號(hào)、機(jī)型、呼號(hào)等信息，但是這些信息的來源與到港航班的不同，它的過程應(yīng)該是離港系統(tǒng)的航班關(guān)閉信息發(fā)出后或登機(jī)橋撤離后，系統(tǒng)自動(dòng)地查閱離港動(dòng)態(tài)的航班信息，從而獲得機(jī)型、航班號(hào)及呼號(hào)等信息；另外離港航班的掛牌信息還應(yīng)包括機(jī)位信息、飛機(jī)開始滑行時(shí)間等。由離港系統(tǒng)提供航班關(guān)閉信息、登機(jī)口控制信息及動(dòng)態(tài)航班信息；由機(jī)位分配系統(tǒng)提供飛機(jī)的機(jī)位信息；由塔臺(tái)控制提供塔臺(tái)與飛機(jī)的通話，包括開始滑行時(shí)間、準(zhǔn)備起飛時(shí)間等。

（2）管理滑行道

管理滑行道的工作需要通過控制滑行道中心線燈光、停止線燈光等來實(shí)現(xiàn)引導(dǎo)功能，并能實(shí)現(xiàn)各種報(bào)警。例如，當(dāng)飛機(jī)滑行路線錯(cuò)誤時(shí)，通過感應(yīng)裝置報(bào)警，并由席位控制打開正確的滑行道中心線燈光，實(shí)現(xiàn)引導(dǎo)。路線控制功能也應(yīng)通過燈光控制來實(shí)現(xiàn)。例如，當(dāng)出現(xiàn)大雨、大雪等能見度較低的天氣，一旦滑行道被占用，可以通過控制滑行道中心線燈光的明、滅來通知飛機(jī)。所以該功能的實(shí)現(xiàn)與助航燈光控制系統(tǒng)存在接口。

（3）管理突發(fā)事故

管理突發(fā)事件的工作可以通過管制員設(shè)置電子地圖中的禁區(qū)，結(jié)合掛牌信息，顯示在席位上。在事件未發(fā)生時(shí)予以避免，在事件突發(fā)后明確責(zé)任。此項(xiàng)工作的完成無需外部接口。

另外，為了保證站坪調(diào)度的高效、安全、站坪上為數(shù)不少的地服車輛的監(jiān)控必須采取技術(shù)手段解決。機(jī)場(chǎng)當(dāng)局已經(jīng)考慮啟用GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)，為了在一個(gè)調(diào)度席位終端前實(shí)現(xiàn)對(duì)站坪內(nèi)移動(dòng)物體的監(jiān)管工作，這就要求場(chǎng)面監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)為GPS車輛監(jiān)控系統(tǒng)留有接口。

終上所述，系統(tǒng)的外部接口需要連接FDPS、進(jìn)近雷達(dá)、機(jī)位分配系統(tǒng)、離港系統(tǒng)、助航燈光系統(tǒng)、GPS車輛監(jiān)管系統(tǒng)、ATC。

3. 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

從系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的角度，分為三個(gè)模塊：監(jiān)視模塊、引導(dǎo)及控制模塊、操作及顯示模塊， 考慮到系統(tǒng)的完整性，在系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)上設(shè)置了管理控制級(jí)（SUPERVISOR）可以對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)、管理，考慮到完成一些特殊任務(wù)的需要，系統(tǒng)還是提供了可選的遠(yuǎn)程顯示模塊。從技術(shù)實(shí)現(xiàn)角度在監(jiān)視模塊中有雷達(dá)頭、收發(fā)機(jī)和雷達(dá)視頻處理單元，在引導(dǎo)控制模塊和操作顯示模塊中有負(fù)責(zé)控制、顯示的單元。

以下主要對(duì)雷達(dá)頭的選型做一定的分析。由于雷達(dá)頭的選擇直接影響系統(tǒng)的作用范圍、 精度及適應(yīng)不同天氣條件的能力，通過一段時(shí)期的調(diào)研，獲得了較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)資料，以下對(duì)X波段和Ku波段的雷達(dá)從技術(shù)性能上作一定的比較：

（1）由波瓣寬度的比較，Ku波段雷達(dá)的定位精度高于X波段雷達(dá)；
（2）由于Ku波段雷達(dá)的工作頻率15.7GHz—16.7GHz遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于X波段雷達(dá)的工作頻率 9.0GHz—9.5GHz，Ku波段雷達(dá)比X波段雷達(dá)更不易受干擾，在大雨、大雪的天氣情況下仍然有良好的效果；
（3）由于Ku波段雷達(dá)的垂直波束俯角比X波段雷達(dá)的大，可知Ku波段雷達(dá)有較好的俯視角可以覆蓋更近的區(qū)域；
（4）由于Ku波段雷達(dá)的重量（760Kg）比X波段雷達(dá)的重量（1500Kg）要輕740Kg，而且尺寸也要比X波段雷達(dá)小，對(duì)于在建的站坪指揮大樓的屋頂結(jié)構(gòu)沒有很大影響，另外據(jù)有關(guān)報(bào)道X波段雷達(dá)的噪聲和振動(dòng)比Ku波段雷達(dá)大，對(duì)管制員可能有會(huì)有一定的影響。

綜合考慮以上各方面的因素，Ku波段雷達(dá)在一些關(guān)鍵的技術(shù)性能上優(yōu)于X波段雷達(dá)。

四、系統(tǒng)總結(jié)

設(shè)計(jì)的思路是考慮讓昂貴的場(chǎng)面雷達(dá)設(shè)備真正地物盡其用，能夠有力地支援站坪指揮中心的管制功能，保證該管制中心的工作能夠不受盲區(qū)、天氣變化的影響，確保站坪內(nèi)飛機(jī)、車輛交通的暢通、高效，提高機(jī)位、滑行道的利用率，降低營(yíng)運(yùn)成本，從而吸引更多的航空公司包括外航入駐浦東機(jī)場(chǎng)。

系統(tǒng)方案最關(guān)鍵的是要求保證管制員能夠在管制席位的顯示終端上，得到已經(jīng)完成掛牌的飛機(jī)和車輛的信息，能夠看見飛機(jī)、車輛的移動(dòng)路線方向，并加以區(qū)分；對(duì)進(jìn)入地圖上的禁區(qū)的飛機(jī)和車輛能夠報(bào)警并通過內(nèi)話設(shè)備實(shí)現(xiàn)控制，即系統(tǒng)的監(jiān)視功能和控制功能這兩項(xiàng)在本期工程內(nèi)必須實(shí)現(xiàn)。

另外，系統(tǒng)方案中的引導(dǎo)功能和路線控制功能是考慮到整個(gè)系統(tǒng)的功能的完整性而設(shè)置的。事實(shí)上，通過與助航燈光系統(tǒng)的接口完成對(duì)滑行道燈光的控制及滑行道的分配，從實(shí)現(xiàn)的角度來講會(huì)有一定的困難。根據(jù)調(diào)研的結(jié)果得知，這方面在世界各大機(jī)場(chǎng)均沒有先例。通常情況下，引導(dǎo)和路線控制的實(shí)現(xiàn)前提都是滑行路線已經(jīng)確定。可以說在飛行計(jì)劃中對(duì)任何一個(gè)航班出入中國任何一個(gè)機(jī)場(chǎng)的滑行路線都有明確的規(guī)定，一旦遇到特殊的天氣情況（大雨、大雪及大霧）則依賴塔臺(tái)與飛機(jī)之間的VHF通信進(jìn)行調(diào)度。但是，事實(shí)上中國現(xiàn)有的機(jī)場(chǎng)都不能滿足Ⅱ/Ⅲ類天氣情況下的營(yíng)運(yùn)，遇到了大雨、大雪及大霧，只有關(guān)閉機(jī)場(chǎng)。這與浦東國際機(jī)場(chǎng)的角色定位是完全不相稱的，此方案中之所以納入了通過對(duì)助航燈光的控制來實(shí)現(xiàn)引導(dǎo)及路線控制功能的設(shè)計(jì)思想，也是從浦東國際機(jī)場(chǎng)要成為遠(yuǎn)東樞紐機(jī)場(chǎng)的建設(shè)目標(biāo)角度考慮的。

在本文中僅對(duì)場(chǎng)面監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)本身進(jìn)行了介紹。該系統(tǒng)的引進(jìn)在浦東國際機(jī)場(chǎng)站坪指揮中如何應(yīng)用，如何發(fā)揮其高效的指揮作用，以達(dá)到系統(tǒng)最初的所有設(shè)計(jì)目標(biāo)，仍是一個(gè)實(shí)際應(yīng)用的課題。另外，由于浦東機(jī)場(chǎng)的地理位置比較靠近長(zhǎng)江口，據(jù)調(diào)研海事雷達(dá)采用的是X波段的雷達(dá)，可能與機(jī)場(chǎng)的場(chǎng)面監(jiān)視雷達(dá)的頻率有串?dāng)_。據(jù)了解荷蘭鹿特丹機(jī)場(chǎng)和港口也靠得比較近，而且他們也采用的是X波段（Ku波段）的雷達(dá)管制機(jī)場(chǎng)站坪和海事，這個(gè)問題應(yīng)該作詳細(xì)的考察調(diào)研，作為日后浦東建立國際航運(yùn)中心（航空、航海）的借鑒。