場面監視雷達系統在浦東國際機場的應用

上海市是我國目前唯一因民用航空運輸繁忙而在一個城市建設兩個機場的城市。同時上海又處于遠東地區的中心，其優越的地理位置和快速發展的經濟必將進一步促進航空事業的發展，為浦東國際機場成為國內直至遠東樞紐機場奠定了良好的基礎。事實上，目前浦東機場已經成為我國規劃機場中規模最大、場地條件及凈空條件最好的機場。

一方面繁忙的空中交通由空管局統一調度管制，另一方面機場的跑道、滑行道及停機坪上的飛機和車輛的交通在可以預見的將來，也會是十分繁忙的，而站坪這部分的交通管制在中國現有的機場都是簡單地依靠目視指揮，輔以一些內通設備來完成，基于浦東機場定位高度的考慮，這是遠遠不夠的，必須建立一個與整個機場相配套的站坪指揮中心，決不能僅僅局限于滿足現在的基本需求，甚至只是照搬已有的站坪指揮中心的建設模式來規劃方案，而應立足于樞紐機場的需要和地位作出相應的考慮。

浦東機場是一個各方面條件均不錯的機場，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機場陷于癱瘓。據陳家鎮氣象資料顯示， 當地全年霧日接近40天，平均持續時間為2.6小時，而且影響大霧消除的風力逐年減弱，因此如何克服霧日對安全飛行的影響，滿足能見度條件不良情況下的指揮需求是非常重要的。

浦東機場本期站坪指揮中心的指揮范圍東西約500m，北向約1700m。指揮視點離最近的指揮機位達280m，顯然采用目視指揮，在復雜天氣情況下是無法完全達到Ⅰ類標準（能見度800m）和Ⅱ類標準（能見度400m），Ⅲ類標準更是無法滿足。而浦東機場最終的建設目標是建成有四條4E級跑道的滿足Ⅲ類盲降的一流機場，若是因為站坪指揮中心功能的局限而妨礙了Ⅲ類盲降系統的實際，出現的問題將是飛行員和飛機、機場上的ILS系統、助航燈光系統均滿足Ⅲ類盲降的要求，而飛機進入站坪后的指揮無法在Ⅲ類天氣情況下進行，勢必造成整個機場的利用率的降低。

所以站坪指揮中心急需建立適應惡劣天氣情況下的管制體制，而這個體制的實現必須依賴場面監視雷達系統。

二、場面監視雷達系統的應用背景

最近20年全球的航空運輸業發展得非常快，航空公司的規模日益壯大，導致機場內飛機起降次數猛增，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及相應增加的地服車輛，成為各國機場當局必須考慮的問題。

一方面在一些龐大且復雜的機場，例如法國巴黎的戴高樂機場、英國倫敦的希斯羅機場等，在各種天氣情況下同時有二、三條甚至四條跑道起降著來自不同航空公司的客機，在運營的實際操作中不可避免地存在飛機穿越跑道、滑行道的情況，按照我們的設想很有可能出現場面的擁擠甚至整個系統運作的延誤，而這些機場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場如挪威奧斯陸機場由于地理、氣候條件的原因大雪天氣多，荷蘭阿姆斯特丹機場由于靠近海港雨霧天氣多，浦東國際機場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、車輛的流量受到限制，對于國際性的航空港的營運來講，站坪指揮工作無疑是一個潛在的瓶頸。

場面監視雷達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場得到了廣泛的應用。

事實上整個航管雷達工程包括一、二次雷達工程和場面監視雷達工程。一、二次航管雷達是浦東國際機場首期航管工程的重要配套項目，探測距離一次雷達為100公里，二次雷達360公里，對實現浦東機場塔臺、進近的雷達管制、提高調度指揮的自動化，保證飛行安全起著重要的作用，而場面監視雷達是作為一、二次雷達的有力的補充，是實現Ⅱ/Ⅲ精密進近和現場指揮的重要配套設施之一。

場面監視雷達是一種用于監視場面上飛機及車輛的雷達，隨著計算機技術的發展，顯示器上顯示的不再是一個個目標點，它通過與外來數據的相關處理，不僅僅可以使管制員從熒光屏上區分飛機和車輛，而且可以辨別運行航班號、飛機機型、速度、將停靠的登機橋，可謂一目了然。它也是機場實施低能見度運行的基本條件。場面監視雷達在航空界的應用已經非常廣泛，在法國戴高樂機場、英國希斯羅機場、馬來西亞吉隆坡機場、韓國釜山機場，包括新建的香港Chek Lap Kok機場都有應用。根據以上情況的綜合考慮，浦東機場成為國內第一個采用場面監視雷達系統來確保站坪指揮安全、高效進行的機場。

三、系統方案論證

1.系統的功能有描述

經過一系列的調研工作，結合浦東機場的特點，將場面監視雷達系統能實現的功能總結如下：
（1）監視功能（對跑道、滑行道及停機坪上活動的飛機和車輛定位并掛牌）；
（2）控制功能（檢測控制區域內潛在的沖突并報警）；
（3）引導功能（通過管制員控制滑行道中心線、停止線燈光等引導飛機和車輛）；
（4）路線控制功能有（手工或自動調整滑行道的分配，從而提高滑行道的利用率，增加機場容量）。

以上功能的實現僅僅依靠場面監視雷達系統本身是不可能的，因為場面監視雷達是一次雷達，它獲得的只是目標點的信號，這是遠遠不夠，它應該完成的是各種數據的綜合處理， 最終在管制席位的顯示終端上顯示機場的電子地圖、站坪內的飛機和車輛的掛牌信息等，供管制員處理各種情況。因此場面監視雷達系統必須有信息來源，信息一定是外部系統提供的， 于是就出現了與外部系統的接口問題。

2.外部接口

為了分析問題條理清楚，筆者把場面監視雷達系統的工作從另一個角度加以區分，依次是管理航班、管理滑行道、管理突發事件。

（1）管理航班

首先對管理航班的功能實現作外部接口分析。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取。到港航班的掛牌信息包括飛機機型、速度、航班號、呼號以及將要停靠的機位等等。由FLIHGT DEPARTURE PROCES SYSTEM（FDPS）提供飛行計劃信息；由進近雷達提供飛機的速度、方向、檢測的時間等：由機位分配系統提供機位的分配情況。

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包括飛機的航班號、機型、呼號等信息，但是這些信息的來源與到港航班的不同，它的過程應該是離港系統的航班關閉信息發出后或登機橋撤離后，系統自動地查閱離港動態的航班信息，從而獲得機型、航班號及呼號等信息；另外離港航班的掛牌信息還應包括機位信息、飛機開始滑行時間等。由離港系統提供航班關閉信息、登機口控制信息及動態航班信息；由機位分配系統提供飛機的機位信息；由塔臺控制提供塔臺與飛機的通話，包括開始滑行時間、準備起飛時間等。

（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、停止線燈光等來實現引導功能，并能實現各種報警。例如，當飛機滑行路線錯誤時，通過感應裝置報警，并由席位控制打開正確的滑行道中心線燈光，實現引導。路線控制功能也應通過燈光控制來實現。例如，當出現大雨、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。所以該功能的實現與助航燈光控制系統存在接口。

（3）管理突發事故

管理突發事件的工作可以通過管制員設置電子地圖中的禁區，結合掛牌信息，顯示在席位上。在事件未發生時予以避免，在事件突發后明確責任。此項工作的完成無需外部接口。

另外，為了保證站坪調度的高效、安全、站坪上為數不少的地服車輛的監控必須采取技術手段解決。機場當局已經考慮啟用GPS車輛監控系統，為了在一個調度席位終端前實現對站坪內移動物體的監管工作，這就要求場面監視雷達系統為GPS車輛監控系統留有接口。

終上所述，系統的外部接口需要連接FDPS、進近雷達、機位分配系統、離港系統、助航燈光系統、GPS車輛監管系統、ATC。

3. 系統方案設計

從系統實現的角度，分為三個模塊：監視模塊、引導及控制模塊、操作及顯示模塊， 考慮到系統的完整性，在系統的網絡上設置了管理控制級（SUPERVISOR）可以對整個系統進行維護、管理，考慮到完成一些特殊任務的需要，系統還是提供了可選的遠程顯示模塊。從技術實現角度在監視模塊中有雷達頭、收發機和雷達視頻處理單元，在引導控制模塊和操作顯示模塊中有負責控制、顯示的單元。

以下主要對雷達頭的選型做一定的分析。由于雷達頭的選擇直接影響系統的作用范圍、 精度及適應不同天氣條件的能力，通過一段時期的調研，獲得了較為準確的數據資料，以下對X波段和Ku波段的雷達從技術性能上作一定的比較：

（1）由波瓣寬度的比較，Ku波段雷達的定位精度高于X波段雷達；
（2）由于Ku波段雷達的工作頻率15.7GHz—16.7GHz遠遠高于X波段雷達的工作頻率 9.0GHz—9.5GHz，Ku波段雷達比X波段雷達更不易受干擾，在大雨、大雪的天氣情況下仍然有良好的效果；
（3）由于Ku波段雷達的垂直波束俯角比X波段雷達的大，可知Ku波段雷達有較好的俯視角可以覆蓋更近的區域；
（4）由于Ku波段雷達的重量（760Kg）比X波段雷達的重量（1500Kg）要輕740Kg，而且尺寸也要比X波段雷達小，對于在建的站坪指揮大樓的屋頂結構沒有很大影響，另外據有關報道X波段雷達的噪聲和振動比Ku波段雷達大，對管制員可能有會有一定的影響。

綜合考慮以上各方面的因素，Ku波段雷達在一些關鍵的技術性能上優于X波段雷達。

四、系統總結

設計的思路是考慮讓昂貴的場面雷達設備真正地物盡其用，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、天氣變化的影響，確保站坪內飛機、車輛交通的暢通、高效，提高機位、滑行道的利用率，降低營運成本，從而吸引更多的航空公司包括外航入駐浦東機場。

系統方案最關鍵的是要求保證管制員能夠在管制席位的顯示終端上，得到已經完成掛牌的飛機和車輛的信息，能夠看見飛機、車輛的移動路線方向，并加以區分；對進入地圖上的禁區的飛機和車輛能夠報警并通過內話設備實現控制，即系統的監視功能和控制功能這兩項在本期工程內必須實現。

另外，系統方案中的引導功能和路線控制功能是考慮到整個系統的功能的完整性而設置的。事實上，通過與助航燈光系統的接口完成對滑行道燈光的控制及滑行道的分配，從實現的角度來講會有一定的困難。根據調研的結果得知，這方面在世界各大機場均沒有先例。通常情況下，引導和路線控制的實現前提都是滑行路線已經確定。可以說在飛行計劃中對任何一個航班出入中國任何一個機場的滑行路線都有明確的規定，一旦遇到特殊的天氣情況（大雨、大雪及大霧）則依賴塔臺與飛機之間的VHF通信進行調度。但是，事實上中國現有的機場都不能滿足Ⅱ/Ⅲ類天氣情況下的營運，遇到了大雨、大雪及大霧，只有關閉機場。這與浦東國際機場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助航燈光的控制來實現引導及路線控制功能的設計思想，也是從浦東國際機場要成為遠東樞紐機場的建設目標角度考慮的。

在本文中僅對場面監視雷達系統本身進行了介紹。該系統的引進在浦東國際機場站坪指揮中如何應用，如何發揮其高效的指揮作用，以達到系統最初的所有設計目標，仍是一個實際應用的課題。另外，由于浦東機場的地理位置比較靠近長江口，據調研海事雷達采用的是X波段的雷達，可能與機場的場面監視雷達的頻率有串擾。據了解荷蘭鹿特丹機場和港口也靠得比較近，而且他們也采用的是X波段（Ku波段）的雷達管制機場站坪和海事，這個問題應該作詳細的考察調研，作為日后浦東建立國際航運中心（航空、航海）的借鑒。