THALES自动化系统飞行轨迹计算与投递原理浅析

摘要：随着民航飞行流量的增加，提供优质的空中交通管制服务势在必行。飞行数据处理功能是空中交通管制自动化系统的重要功能之一，本文主要介绍了THALES自动化系统的飞行数据处理中的4D轨迹的建立和计算方法，通过扇区和交接点的计算，进行飞行计划和进程单的投递。结合飞行轨迹计算原理和系统中的日志，对生产运行中出现的投递问题进行了详细的分析，并给出了原因。

关键词：自动化系统；FDP；4D轨迹；投递

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）01-0219-02

空中交通管制自动化系统是空中交通管制员指挥航空器的手段之一。它的功能是对多部雷达送来的航迹进行处理，并将雷达航迹与飞行计划进行相关，将目标显示在管制席位上，使管制员能实时掌握空中飞机的动态，为管制指挥提供依据。空管自动化系统好比管制员的眼睛，随着空中流量的迅猛增长，给空中交通服务提出了更高的要求，对空管自动化系统的依赖也越来越强，尤其对自动化系统的飞行数据处理功能的准确性也提出了越来越高的要求。

在空管自动化系统的实际运行中，管制员经常反映所管辖航班在扇区内显示的颜色不正确的问题，这与飞行数据处理、飞行轨迹计算及计划投递有着密切的关系。下面以THALES自动化系统为基础，介绍飞行轨迹计算与投递。

1 飞行数据处理功能介绍

THALES空管自动化系统包括雷达数据处理和飞行数据处理两大主要功能。飞行数据处理功能（FDP）主要完成的任务是处理接收到的飞行电报、管制输入等数据，生成飞行计划，管理飞行计划生命周期和应答机代码，完成飞行轨迹的计算、管制的移交和协调、进程单的投递和打印等功能。

系统定义了飞行数据区（FDRG）、飞行计划系统区（FPSA）、飞行计划扩展区（FPEA），以便对飞行数据进行有效的处理。飞行数据区（FDRG）就是北京空管中心管辖的整个飞行管制区域，在FDRG之内，系统对飞行计划执行完整的数据处理，在FDRG之外的另外两个区域，FDP只是对飞行计进行必要的分析和简单的处理。

系统的飞行数据区实际上是所管制的空域，是一个三维空间，由所管辖区域的范围和高度组成。为了便于管制指挥系统将整个管制空域分割成多个物理扇区（Volumetric Sectors），包括区域和终端区。根据终端区飞行特点，终端管制区需要按照进、离港划设进近管制扇区，导致无法按地理位置分割。为了满足上述工作上的需要，系统在物理扇区的层面下又定义了功能扇区（Functional Sectors），一个物理扇区可以包含两个或两个以上的功能扇区。例如终端区的一个物理扇区可以包含离场、进场两个功能扇区。

系统中航班的飞行数据主要来自各类飞行计划电报、雷达数据处理模块（RDP）提供的系统航迹和管制员输入的飞行信息。FDP将不同来源的飞行计划数据信息按照ICAO格式进行处理和分析，创建初始的飞行数据记录条（FDR）。

FDP根据收到的航班的飞行数据生成飞行计划的同时，为每个航班也计算出一条飞行轨迹，FDP从航班的飞行数据中抽取重要航路点，起飞/落地机场高度，飞行高度，飞行速度，下线定义的航空器性能等数据计算出航班的初始飞行轨迹。

2 飞行轨迹计算

2.1 飞行轨迹概念

THALES系统对飞行轨迹的定义如下：飞行轨迹=航路（Route）+剖面（Profile）+时间（Times）。系统通常在创建飞行计划时，就计算出了飞机初始的飞行轨迹。在整个飞行计划生命周期内，根据飞行计划航路修改、接收到的雷达位置报告（APR）等信息不断进行更新和修改。

Thales自动化系统采用四维飞行轨迹计算。系统提取FPL领航计划中的航路点、高度等信息进行剖面计算和预计穿越的扇区的计算，移交点的确定以及飞行过程中每个点飞越时间的计算，不断地对飞行轨迹进行修正，以便获取最精确的计划轨迹和飞行态势，提供给管制作为飞行指挥的依据。

2.2 飞行轨迹计算

系统依据FPL报文编组15的航路信息、并根据领航计划报中的巡航速度、起飞、落地机场和当前飞行计划飞经航路的各个点的经纬度（这些数据都来自离线定义）等信息，计算出飞行计划的3D飞行轨迹，大致计算出飞行计划的飞行轨迹。航路的4D计算是在3D剖面的基础上计算出各个航路点的预计飞越时间ETO（Estimated Time of Overfly），并推算出经过的管制扇区，经过每个功能扇区的边界时间，并计算移交时间和投递扇区。

2.2.1 航路解析

FDP从领航计划报FPL中提取起飞机场、落地机场及第15组航路信息中确定各类与管制相关的航路点、导航台的信息、进离港程序中的各点信息进行处理。

2.2.2 剖面计算

系统为每一个飞行计划进行飞行剖面计算，在空间构造一个三维轨迹。剖面计算基于从飞行计划中提取的航路点、起飞机场/降落机场、起飞降落机场的高度、申请的速度、离线定义的航空器性能文件等数据。

每架航班的飞行都可以由起飞、巡航和降落三个阶段组成。飞行数据处理器从飞行计划中提取RFL巡航高度作为航班起飞阶段的最高点，并根据离线定义的飞机机型、爬升率、速度等性能数据计算航班的初始起飞阶段，即“forward profile”。飞行数据处理器根据“forward profile”推算出上升阶段每个点的实际飞行高度AFL。对于降落阶段，飞行数据处理器同样依据飞机性能参数计算出飞机降落阶段的飞行剖面。该剖面是从落地机场倒推到巡航过程中最高下降点，被称之为“backward profile”。起飞和降落阶段的飞行剖面计算完成后，FDP将最高爬升点和最高下降点连接起来形成飞机的巡航阶段。FDP从领航计划报文的15字段中提取各点的高度作为各阶段的剖面计算高度PCFL。若出现“forward profile”未到达RFL时就和“backward profile”剖面相遇的情况，FDP会判断航班巡航高度不会到达申请的RFL，并按照两个阶段的相遇点计算出新的飞行轨迹。

系统在下列情况下会进行剖面计算工作：

（1）生成计划时计算出初始飞行剖面。

（2）当飞行航路或起飞机场落地机场改变时，系统根据预设高度PCFL值计算飞行剖面，将起飞落地机场的高度作为剖面计算的起始点和终止点。

（3）航路点的预计高度PCFL发生改变时。

（4）当FDP收到雷达数据处理器送来的飞机自动位置报告APR，并且APR所报告的飞机飞行高度与系统计算出的飞行高度AFL值相差超过系统参数MAX_PROFILE_RA-DAR_LEVEL_DISCREPANCY[2]（系统定义为1000feet）时，会重新计算剖面。当飞机在“backward profile”阶段时，若APR报告高度高于降落阶段剖面，系统不会重新计算剖面。

2.2.3 预计过点时间计算

飞行数据处理器根据飞机性能及高空风速数据计算出起飞和降落阶段的时间，同时根据飞行计划中的巡航速度计算出巡航阶段的时间。系统推算出飞机经过的航路点或报告点的预计过点时间ETO。这样完成4D飞行轨迹的计算。如图1所示。

2.2.4 穿越扇区计算

一架航班在整个飞行过程中会穿越不同的空域，会被多个管制员管辖，管制员需要提前获得要穿越它管辖的扇区的航班的计划信息，因此提前计算出航班要穿越的扇区的信息是至关重要。同时自动移交程序也依赖于该信息。

FDP计算出飞行计划轨迹穿越各扇区的点，并将其定义成穿越点Transition Fix，同时计算每个飞越点的飞行高度AFL。系统根据离线定义的自动移交文件（AUTOMATIC_TRANSF

ER_CONDITIONS.ASF）完成航班在各个扇区和FDRG之间的移交工作。下面是移交定义：对AC01，如果航班起飞机场是ZBAA，移交点VM，那么移交给AC04。

/AC01/

if DEP is ZBAA，SRE 0 is VM，，，，，，

hand AC04

if DEP is ZBAA，SRE 0 is LADIX，，，，，，

hand AC04

if DEP is ZBAA，SRE 0 is WF，，，，，，

hand AC04

根据投递文件将航班相应的电子进程单投递到相应的管制席位上。

/TAC02/

if ， ， ， ， ， ， ，

post 1 02 GEO MMI AC02

post 2 02 GEO MMI AC02

post 3 02 GEO MMI AC02

post 4 02 GEO MMI AC02

if ， ， ， ， ， ， ，

post 5 02 GEO MMI AC02

post 6 02 GEO MMI AC02

系统按照飞行轨迹，根据系统定义的离线数据完成航班在本管制区域内航班的飞行和移交。

3 结语

飞行数据处理中，飞行计划轨迹的计算与飞机移交和计划投递直接影响到管制指挥的效率。由于不同原因可能导致航班不能正确移交给负责管辖它的扇区，颜色显示为黑色，使管制员不能及时关注该航空器，可能造成与扇区内其他航空器的冲突。通过对飞行轨迹计算、移交与投递原理的分析，将有效提高{查此类问题的能力，为飞行安全提供保障。