场面监视雷达介绍.ppt

场面监视雷达系统概述,2010年8月,内容提纲,雷达原理,上海机场场面监视雷达简介,雷达头部分概述,自动化系统部分概述,雷达原理,RADAR(雷达)一词是Radio Detection And Ranging的缩写，意思是以无线电波探测及测距。它利用电磁波探测目标的电子设备，发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至雷达的距离、距离变化率（径向速度）、方位、高度等信息。,雷达发现目标的过程是：雷达发射机向空间发射电磁波，电磁波遇到空中目标的反射后，一小部分能量被反射回接收机，地面雷达站接收到从目标反射回来的回波信号，如果它超过一定的门限电压值，那就称为探测到了或是发现了目标，通过雷达接收机将这部分回波加以放大后将射频信息转化为视频或数字信号，经信号处理和数据处理后，最终显示出所需要的目标信息。,雷达主要组成,脉冲调制雷达的主要组成包括发射机、脉冲调制器、收发开关、天线、接收机、显示器和定时器等部分。,雷达主要组成,发射机 它可以是一个磁控管振荡器。这是微波雷达发射机早期的方式，简单的雷达仍在沿用。现代的高性能雷达要求有相干信号和高的频率稳定度。因此就需要用晶体振荡器作为稳定频率源，并通过倍频功率放大链得到所需的相干性、稳定度和功率。,脉冲调制器 它产生供发射机开关用的调制脉冲。它必须具有发射高频脉冲所需要的脉冲宽度，并提供开关发射管所需的调制能量。,收发开关 它在发射脉冲时切断接收支路，尽量减少漏入接收支路的发射脉冲能量；当发射脉冲结束时断开发射支路，由天线接收的回波信号经收发开关全部进入接收支路。,天线 雷达要有很高的目标定向精度，这就要求天线具有窄的波束。搜索目标时，天线波束对一定的空域进行扫描。,雷达主要组成,接收机 一般采用超外差式。在接收机的前端有一个低噪声高频放大级。放大后的载频信号和本振信号混频成中频信号。模拟式信号处理（如脉冲压缩和动目标显示等）在中频放大级进行，然后检波并将目标信号输至显示器。,显示器 显示器除了可以直接显示由雷达接收机输出的原始视频外，还可以显示经过处理的信息。由自动检测和跟踪设备先将收到的原始视频信号（接收机或信号处理机输出）按距离和方位分辨单元后分别积累，而后经门限检测，取出较强的回波信号而消去大部分噪声，对门限检测后的每个目标建立航迹跟踪，最后，按照需要，将经过上述处理的回波信号加到终端显示器去。,上海机场场面监视雷达简介,场面监视系统简介场面监视雷达设备概述 场面监视系统的主要功能和用途,场面监视系统简介,浦东和虹桥的这两套场监雷达都是从荷兰引进的设备，该系统是由荷兰交通技术研究所HITT 开发生产的新一代机场场坪区域雷达管制系统，这两套系统在天线以及雷达头部分差别比较大，而在终端结构以及信号处理流程上大致相同。场面监视雷达的使用为机场提供了安全服务，使机场通航能力增强，同时也有效减少了机场的拥挤，提高效率，在国际大型机场中场面监视雷达得到了广泛的应用。,场面监视系统简介,场面监视系统是空中交通管制系统的重要组成部分之一，它把计算机、雷达、通信设备等先进的电子设备综合利用到空中交通管制方面的一个复杂的电子系统。该系统以计算机为核心、实现了对雷达、飞行计划、气象、人机对话等信息的自动化处理，为管制员提供了及时、准确的飞行情报和管制参数，从而大大提高了空域的利用率，增强了空中飞行安全，减轻了管制人员的工作负担。,此系统有两大主要功能，分别是监视和控制。,场面监视雷达设备概述,天线部分：浦东：Easat圆极化天线，天线是抛物面反射天线，长5.5米，宽0.5米，天线离地面高度105米，天线盲区范围250米。虹桥：21英尺（6.56米）圆极化反余割平方37dB裂缝式天线。东场监天线位于华东空管局培训中心西侧。西场监天线位于西区综合业务楼楼顶。,雷达头部分：浦东：Terma X BAND双频冗余雷达头：雷达由两部收发机构成，同时工 作在不同的载波频率上，分别是9170兆赫、9438兆赫，都为x-band，电磁 波发射元件是磁控管，脉冲重复频率是8kHz，脉冲峰值功率25-30kW，脉冲平 均功率810W。虹桥：Terma X BAND双频双冗余雷达头，带有频率分级功能，东场监西场监各一套。雷达头分成两个独立的通道，分别为RXTX#1与RXTX#2，每个通道由两部收发机构成，同时工作在不同的载波频率上，分别是9170兆赫、9438兆赫，都为x-band，当一个通道在工作状态时，另一个通道处于热备份状态，与浦东的雷达头设备相比，相当于多了一倍的冗余，而且硬件更加模块化，在接下来的介绍中会详细阐述。,场面监视雷达设备概述,双频冗余雷达头,双频双冗余雷达头,场面监视雷达设备概述,雷达终端部分：浦东：HITT雷达终端处理系统：CMSP监视控制系统（2台）、CTP 中央处理系统（2台）、DP席位显示处理系统（塔台3台，站坪楼1台，机房内1台 共5台）、RDP雷达数据处理系统（2台）、RRP数据回放系统（2台）、IP接口处 理系统（2台）。虹桥：HITT雷达终端处理系统：CMSP监视控制系统（2台）、CTP综合航迹处理系统（2台）、DP席位显示处理系统（塔台5台，站坪楼1台，机房内2台，ACC区域管制中心1台（现放在塔台机房内），塔台11楼1台，北面THALES雷达机房内1台，总共11台）、RDP雷达数据处理系统（4台，东西场监各两台）、RRP数据回放系统（2台）、IP接口处理系统（2台）。,场面监视系统的主要功能和用途,向管制人员提供跑道、机坪、滑行道、停机桥位等需要监视关心的区域中的飞机、车辆等物体的位置、大小、速度等信息。,对于跑道（滑行道）上的飞机、车辆等物体可以预判有无碰撞发声，并向管制员发 出告警,能够对系统中的飞机、车辆进行自动识别，自动挂上识别标牌。,可以提供全天候昼夜连续的场面情况监视。,场面监视系统可以引接的信号有场面监视雷达、空域监视雷达、飞行计划信息、车载应答器系统、停机坪桥位信息系统等，并将收到的信息与目标作统一的融合处理。,雷达头部分概述,系统组成频率分级收发机部分设备概述天线控制和开关单元,系统组成,场面监视雷达的雷达头部分主要由天线系统和收发机系统组成。,两套独立并且都带有频率分级功能的收发机，提供了一个全冗余的收发机子系统。,频率分集,分集接收就是采用两种或两种以上的不同的方法接收同一信号，以减少衰减带来的影响，是一种有效的抗衰落的措施。其基本思想是将接收到的信号分成多路的独立不相关信号，然后将这些不同能量的信号按不同的规则合并起来。,频率分集是指在两个不同频率上的顺序传送。采用频率分集处理技术可以处理幅度衰落，减少了目标的不连续性和垂直波束的影响,对目标形状的显示和稳定性也是非常好的。采用频率分集所获得的性能改善是非常显著的,并且,场面监视雷达运行在频率分集方式比运行在单频率方式具有更好的探测性能。,频率分集,TERMA系统使用了“真频率分集”，这表示：,在每个脉冲重复周期内，目标被两个脉冲同时发射到。在交互频率 下，这个概念比接收或者发射一个频率更为优良。,接收机有着足够的动态范围，处理来自各类大小目标的不同信号。在 各种天气因素下，能够提供清晰的雷达图像，避免了脉冲的延伸，改 善了对杂波的分辨度，将需要的目标和杂波区分开。,雷达的灵敏度与实际的杂波等级相匹配，在所有范围及方向上提供最 合适的监测。,在合理的运算法则下，各种速度的目标被最优化，避免丢失快速目标。,收发机部分设备概述,收发机主要技术指标：工作频率：9.17GHz9.44GHz峰值功率：25 OR 30KW波段：X-BAND脉冲宽度：40ns+/-10%重复频率PRF：8000Hz,A1,A2/A3 A4,A12,A13,A15,A17,A20,A21,A22,A23 A24 A25,浦东场监雷达头,转至虹桥场监雷达头部分,集成低噪声接收机（A1）,接收目标信号回波，信号从环行器出来经过到3级固态限幅器，再送至2级低噪声放大，然后跟由自动频率控制的本振频率混频后送到带通滤波器，产生两路视频和一路100MHz的噪声。,调制器组合（A2/A4）和脉冲分析组件（A3）,通过各触发信号控制充放电过程；通过脉冲形成网络PFN的充放电过程，得到一个-8KV/8A的电压送到磁控管。,噪声因子及功率计（A12）,机内计量监控：正向功率；反射功率；噪声因子。,内部接口组件（A13）,产生STC曲线的输出；AFC延时的调节；各触发信号的缓冲作用。,分集控制器（A15）,本机的LIN/LOG视频一路送至另一收发通道，另一路经A/D转换，/4Retimer处理后和另一通道的视频（同样也经过A/D转换，/4Retimer处理后）送至分集结合器处理。一路经D/A转换，还原成模拟视频；另一路和B触发（T0经触发产生器产生的）结合成一个8位数字视频+B触发；T0触发经触发产生器产生的B触发直接送到底板。,雷达信号分配板（A17）,分配3路触发，视频和方位增量；选择视频，取决于其他内部功能；选择触发，取决于其他内部功能的范围；方位校正是通过调整调谐信息，例如正北信号；扇区发射控制。,定时组件（A20）,产生各种内部和外部的触发；由板内同步信号或一个外部触发来控制；提供本地BITE功能；通过底板串行通信线和控制组件（A21）相连接。,控制器组件（A21）,是收发机功能流程的主要控制器，提供内部（主/辅）通道通信和外部通信；提供本地用户接口（BITE/SERVICE）面板；电源电压为+5 V。,天线接口2型（A22）,天线接口控制天线马达，双路系统中波导开关的位置，和天线的极化。当天线接口板接收到热敏电阻传来的天线马达过热的信号时，天线马达受到温度过热保护。所有的输入和输出都连接到板上的微控制器。设置在天线接口上，通过串行通信线从主用的CPU连接到天线接口板上的微控制器。,电源模块（A23/A24/A25）,230Vac主电源经A25变压后产生两个340Vdc的电压：DC-P以及DC-N送至脉冲分析组件（A3）；A25经A24变压调制出+26V，-15V，-5V的电压；最后送至A23产生+5V polot（供板子），+5V-S（供温度测试板），+15V，以及灯丝电压。,虹桥场监雷达头,转至天线控制和开关单元,接收机,接收目标信号回波，并实现以下功能：首次回波信号的放大，限幅器以及STC曲线功能；射频中频视频的转化；正向功率的测量。,调制器（Modulator）,相当于整合了浦东场监A2 A4和A3模块，得到一个-8KV/8A的电压送到磁控管。,主电源分配单元（Mains Distribution Unit）,通过电源控制开关，为主板供电，进而为内部的各个模块（诸如VP3 TC3）等供电。同时，该模块还为天线马达供电。,主板（Motherboard）,为各单元提供直流电源；产生系统触发；提供各单元（包括收发机，RSD）内部接口；安全环路控制；提供两个收发机柜、收发机与维护显示器（Service Display）、收发机与RDP（雷达数据处理器）内部接口。,雷达信号分配板（Radar Signal Distribution）,将处理完的雷达视频信号分配到各个后续设备。提供收发机柜到外部设备接口；ACP（方位计数脉冲）控制；提供数字/模拟混合视频；多视频、触发以及方位角信息输出。,VP3（Video Processor 3）,两路收发机处理过的原始视频输入（不同频率），经过VP卡的A/D转换，噪声过滤，FTC处理，以及频率分集融合处理（Diversity）输出3路视频到RSD（雷达信号分配板）。3路视频分别是数字视频、模拟视频以及数字模拟混合视频。,TC3（Transceiver Controller 3）,收发机控制模块，实现以下功能：对收发机实施监控；修改收发机各模块参数；从在运行的RAM导入参数到内部模块；提供本地BITE功能。,天线控制和开关单元,天线控制和开关单元的功能是转换来自收发机单元的雷达信号（视频，触发和方位增量）。,其主要功能有：1）启动/关闭天线辐射 2）天线和收发机单元的安全环路：连接至外部安全开关的 接口；天线马达保护输入。3）切换两路收发机单元的功能：选择来自主用收发机单元 上的触发、视频、方位增量信号。,自动化系统部分概述,系统组成 各服务器功能介绍 场监雷达视频处理 告警,系统组成,浦东场监雷达自动化系统由CMSP监视控制系统（2台）、CTP综合航迹处理系统（2台）、RDP雷达数据处理系统（2台）、RRP数据回放系统（2台）、IP接口处理系统（2台）组成。如下图所示,系统组成（虹桥）,虹桥场监自动化系统由CMSP监视控制系统（2台）、CTP综合航迹处理系统（2台）、DP席位显示处理系统（塔台5台，站坪楼1台，机房内2台，ACC区域管制中心1台（现放在塔台机房内），塔台11楼1台，北面THALES雷达机房内1台，总共11台）、RDP雷达数据处理系统（4台，东西场监各两台）、RRP数据回放系统（2台）、IP接口处理系统（2台）。,各服务器功能介绍,CMSP 监视控制处理器 主要功能有，提供系统各个节点状态显示、节点的启动停止，提供ADSL电话线远程登录用于远程维护，提供地图修改等维护工具。控制和监视系统采用的开放式的SNMP协议标准。,CTP 综合航迹处理器 主要功能有，航迹初始化和航迹校准，多雷达航迹融合处理以获得最终的航迹信号，从而实现目标的自动识别、目标位置、速度和方向的判定。,RDP 雷达数据处理器 主要功能有，通过平滑窗口处理方式对点迹信号进行点迹处理、点迹校正、点迹相关。,RRP 数据回放处理器 主要功能有，将感兴趣的录像数据从专用录像硬盘中拷贝到本地硬盘上并进一步刻成CD-R或者DVD-R光盘便于长期保存。,IP 接口处理器 主要功能有，飞行计划信号的连接和格式转换，然后传送到综合航迹处理器进行进一步的处理。,场监雷达视频处理,数据流 场监雷达视频处理,数据流,为了了解场监自动化系统的技术标准，首先我们来了解一下这套系统的数据流。如图显示了系统的正常运行数据以及回放数据。,场监雷达视频处理,视频处理机门限处理 视频处理地图 跟踪（Tracking）,视频处理机(VP),视频处理机（VP video processor）把模拟雷达信号在扫描的基础上数字化，同时，天线方位计数脉冲被看作是方位信息。每个雷达扫描都提供了一个精确的方位角计数。雷达数据被汇集到板上的内存，传输到HTP设备。VP是由一个专用的硬件板组成，这个板被安装在RDP的PCI-slot中。视频样本：雷达的作用范围区域被分成很多小块，这些小块被成为视频样本。视频样本的大小由以下因素决定方位角计数脉冲采样频率 VP把模拟视频转化为8位的数字视频，采样频率为40MHZ。VP将接收到的视频与本地门限进行比较，当接收到的视频等级超过门限等级，则把他们视为一个点，然后送至HTP处理。,门限处理,理论概述,Hit threshold 计算的定义域：（“十字”计算法）。为了计算某个单元格cell的回波门限hit threshold取相邻的以及本身共10个cell作为统计平均计算区域，以算得该单元格cell的回波门限。相邻cell的取法为沿半径方向向内取4个，向外取3个，沿圆周方向各取相邻的1个。,回波门限TH(,)计算式：TH(,)AVE(,)DEV(,)COMPOFFSET(,),门限处理,门限单元格,雷达的作用范围被分成很多小块，成为门限单元格，每个门限单元格都包含了1.4度的方位角和8块采样。对于每个单元格，视频特性（平均值和偏差值）都是给定的，这些信息被送至HTP，作为杂波信息。,点门限处理(HTP Hit Threshold Processing)HTP设备处理点和杂波信息（来自VP），生成点迹信息。,门限处理,目标圈,点信息是用来组成同轴的目标圈，临近的且有相同范围和回波强度的点被圈在同一个圈内，一个目标圈由一个或者多个相近的目标圈组成，它的范围和回波取决于目标探测标准。目标圈被送至显示子系统，作为未处理的视频显像处理。,门限处理,点迹估算 目标圈同样也可以用作点迹的估算，一个点迹描述了一个目标的位置、长度、宽度、方位以及回波强度。这个点迹信息被送到航迹子系统作航迹处理用途。,杂波 一个门限单元格的杂波信息被它周围单元格的杂波信息平均化，被平均化的杂波是用来计算门限单元格的点迹门限，然后被送回VP。,视频处理地图,视频处理地图描述了场监覆盖范围内的雷达视频信号，对跑 道（滑行道）和草坪上的视频处理是不一样的。,静止区域：在这块区域中，只有视频信号无轨迹信号，如草坪。这个区域有单独的门限计算。,移动区域：在这块区域中，视频及航迹信号都存在，如跑道。这块区域中，执行门限计算（低门限 高探测性）,跟踪（tracking）区域：跟踪区域是雷达覆盖区域的一部分，区 域中有航迹生成。典型的跟踪区域有，移动区域中较小的一块（包括停机坪区 域）。注意：点迹被输入到Targhitt-tracker，生成航迹。只有当目标（或部分目标）在这个区域内，点迹才会被计算。,视频处理地图,不同的处理阶段：视频处理（用VP及HTP）航迹（用Targhittint and Targhitt）产生系统航迹（用TFP）,在上图底下部分，显示了场监视频处理的第一阶段，场监视频“通过”静止区域、移动区域、跟踪区域，然后输出为：场监视频（移动视频和静止视频）到TRADIS点迹输出到Targhitt,跟踪（Tracking）,作用与以下不同的输入源 场监雷达点迹 来自进近雷达的位置报告和（或）进近航迹 FDPS系统的飞行计划信息 来自飞机靠桥系统（docking system）的桥位信息 来自门管理系统（机场数据库）的飞行计划，桥位信息,Targhittint,Targhitt接口（TargHITT-INT）支持了Targhitt用途，处理来自Targhitt的输入和输出。TargHITT-INT接收包括：来自场监雷达的点迹信号 来自进近雷达的进近点迹信号,Targhittint使用一系列地图抑制地图：在这个区域，点迹的回波信号小于系统参数（回波信号小于300），则在Targhitt不会被处理。非自动生成地图（NAI）：在这个区域，点迹将不会被Targhitt使用来自动生成航迹，意味着没有新的航迹在nai这个区域中产生。已存在的航迹将被维持。,Targhittint,Targhittint模块包括以下与输入有关的功能把HTP和进近点迹转换成一个Targhitt点迹类型 选择一个激活的“传感器”，设置成两个或更多冗余的数据流。这个选择是以已存在的数据接收为基础。如果激活的传感器没有传输数据（点迹或者航迹），数据还要葱这组传感器中输出，那其他传感器就会被激活。一个或多个传感器状态告警。如果传感器状态变化，则会提供一个信息。,Targhitt,Targhitt处理来自一个或多个传感器的目标报告，执行以下功能：航迹延续，将输入的目标报告与现有的航迹进行相关航迹生成航迹修饰管理，维持航迹质量及种类环境评估，维持由区域决定的杂波，监测概率以及系统误差估计,Targhitt把Targhitt轨迹送到TFP处理,Targhitt,Targhitt使用一系列地图，在环境的因素下，一些地图可能不被使用。全覆盖地图：在此区域内，雷达有精确覆盖（或覆盖不强）半覆盖地图：在此区域，雷达没有覆盖或对监视来讲不很重要，也可能由于其他传感器在此区域有很好的覆盖或者对整个区域来讲并不重要。Targhitt使用不同的全覆盖以及半覆盖地图来保证区域的覆盖。阴影地图：在此区域，雷达的覆盖与否取决于目标的大小或者有没有其他雷达的覆盖，在这些区域中，航迹被尽可能长得保持，用来覆盖间隙，使航迹不丢失。跑道地图停机坪地图,Targhitt,Targhitt在单雷达覆盖与多雷达覆盖区域的不同作用,单雷达区域：如果Targhitt在系统航迹中丢失了点迹，比如处于 盲区中，那么航迹仍然被继续。如果Targhitt在雷 达覆盖区域丢失点迹，那它就会终止航迹。,多雷达区域：如果一个目标在多雷达覆盖区域被探测到，表明有两个或 两个以上的传感器探测到次目标。如果只有一个传感器探测 到该目标，那么这个目标就会被认为是假目标，Targhitt 就会抑制这个目标。,TFP,TFP接收：来自Targhitt航迹信号 来自进近雷达的航迹 来自飞行计划系统的飞行计划,TFP模块包含了以下子处理功能：多雷达融合（MSF）验证（IDT）告警（ALR）,TFP模块用这些航迹来匹配TFP产生的系统航迹，这些航迹附带了告警显示(如果可行)。如果航迹被确定，那么相应的计划ID也会在系统中被融合。,IDT,系统接收飞行计划数据，然后送至TFP模块。TFP尝试匹配验证码（包括SSR码、应答机码和应答机名）和飞机精确发射出的代码。要是他们匹配，那计划的ID与系统航迹相融合。这被称为自动验证。TFP会把计划送到TRADIS，管制也可以手动地为航迹挂上计划。,告警,系统提供给管制员一系列自动告警功能，可以发出危险情况（包括潜在的危险）和违反运行规则的告警信息。,跑道侵入监视,目的 跑道侵入监视(RIM)的功能是分析场面运行状况并监视是否发生跑道侵入的告警。下图显示的跑道侵入监视的示意图。,跑道侵入监视,两个航迹产生的RIM告警,当进近跑道时，发出RIM告警当一架飞机正在接进已被其他飞机占用的跑道时，如果飞机距离跑道入口的当前距离和时间在预先确定的临界值以下，则发出RIM告警。距离/时间临界值与机场的能见度状态(正常或低能见度)有关。,当飞机在跑道上着陆时，发生RIM告警当一架飞机已经在跑道上着陆，而飞机前面的跑道却被一个飞机所占用时，则发出跑道侵入告警信号。,当飞机从跑道起飞时，发生RIM告警当飞机从跑道起飞时，而飞机前面的跑道正被一个飞机占用时。则发生跑道侵入告警。,跑道侵入监视,单个航迹产生的RIM告警,Closed runway approach（CA）：在关闭的跑道上降落所产生的告警。Closed runway Departure(CD)：在关闭的跑道上起飞所产生的告警。Assignment runway mismatch(AR)：起飞或降落所分配的跑道与正在使用的跑道不符所产生的告警。Departure aborted(DA)：起飞取消告警。Static object on runway(OR)：跑道上有静止物体时产生的告警。Runway direction conflict(RD)：目标使用跑道方向错误所产生的告警，如起飞的目标使用专门用于降落的跑道。,区域侵入监视,目的 区域侵入监视(APM)的功能是监视是否有越过 保留区的状况。,当检测到保留区有侵入发生时，区域侵入监视就生成一个告警信号。保留区是一个高度受最大APM告警飞行高度限制的区域。APM告警标准：当飞机即将要进入或实际已经进入了系统设置的保留区时，则发出APM告警信号。,滑行道冲突监视,目的 滑行道冲突监视(TCM)监视滑行道上两个目标之间冲突 的状况。滑行道冲突监视与滑行道的结构有关，例如滑 行道段和交汇点。,当检测到滑行道冲突监视区发生冲突时，系统发出滑行道冲突告警。滑行道冲突监视区是系统定义的区域。滑行道冲突监视告警标准：滑行道冲突监视功能只监视已挂牌的目标。因此，与这种状况有关的飞机中至少应有一个必须进行挂牌。,滑行道冲突监视,当两个飞机在同一段滑行道上相向运动时，并且预冲突时间小于滑行道冲突告警的实际时间，则就会发生滑行道冲突告警。当两个飞机在同一段滑行道上同向运动，而且预冲突时间小于滑行道冲突告警时间，则就会发生滑行道冲突事件。当在不同的滑行道段上的两个或多个飞机在同一交叉点上会合时，而且，预冲突时间小于滑行道冲突告警时间，则就会发生滑行道冲突事件。当在不同的滑行道段上的两个或多个飞机在同一交叉点上会合以及每个飞机都向同一个交叉点滑行时，而且，预冲突时间小于滑行道冲突监视时间，则就会发生滑行道冲突事件。,滑行道冲突监视告警冲突时间：当与实际的冲突发生的时间间隔小于预定义的告警时间临界值时，就会发出滑行道冲突告警信号。这一临界值与机场的能见度状态有关(正常或低能见度)。,谢谢大家！,