CN102332214A - 一种增强型机场场面监视*** - Google Patents

Abstract

本发明公开一种增强型机场场面监控***，包括被动式场面监视模块、空域主动探测模块、地面主动探测模块、监控模块和引导模块，被动式场面监视模块用于采集所有安装所需机载/车载设备的飞机、车辆的位置；空域主动探测模块用于探测空中飞机的位置信息；地面主动探测模块安装于事故易发位置，用于对关键区域附近飞机位置的主动探测；监控模块接收前述各模块的信息，并判断是否实施告警动作；引导模块在监控模块的控制下进行动作。此种监控***可解决现有被动式场面监视***完全依赖监视对象的机载/车载定位设备的局限性，增强其探测未安装所需机载/车载设备或设备工作不正常的运动物体的能力，增强其快速处理突发性不安全事件的能力。

Description

一种增强型机场场面监视***

技术领域

本发明涉及一种增强型机场场面监视***，特别是一种利用分布安装的多台主动式探测设备增强场面监视性能的监视***。

背景技术

自从机场产生以来，机场场面监视技术就是采取塔台管制员人工监视管理机场的方式，随着航空运输业的飞速发展，此种方式已经不能满足机场地面交通安全的需要，因此逐步产生了不同的机场场面监视***，其中最早出现的是基于场面监视雷达的***。

机场场面监视雷达是上世纪70年代以后逐步投入使用的一种专门用于监视机场地面飞机与车辆活动的雷达，由旋转天线、发射机、接收机、信号处理器、数据处理器和显示***组成，场面监视雷达为了保证环境安全，对辐射功率有严格限制，因此影响对于地面车辆和人员的探测能力，漏警率和虚警率高，并且刷新率受到天线转速限制无法提高，最重要的是场面监视雷达价格非常昂贵，通常特大型机场也仅安装一部雷达，导致探测覆盖范围受限，存在大量盲区。

为了克服场面监视雷达的缺点，以较低的成本建立起场面监视***，国际上开发了一些不依赖于场面监视雷达的被动式场面监视***，主要包括基于ADS-B的机场场面监视***和基于多点定位方式的机场场面监视***。

ADS-B(Automatic Dependent Surveillance-Broadcast，即广播式自动相关监视)，是新航行***的重要组成部分。ADS-B的工作原理是在每架飞机或车辆上装有全双工无线通信装置支持高速数据通信，由它定时广播本身的一些信息，这些信息包括速度矢量、位置、识别码等数据。这样管制员和每架飞机或车辆都能收到在附近所有的广播信息，得到它们的速度矢量、位置、识别码等信息，通过对这些数据的处理可以了解一定范围内的交通态势。这样的优点是机场管制塔台接收所有飞机、车辆的广播报文，得到它们的实时运动趋势，机场管制员能够清楚直观地了解机场的交通状况，实现高质量的场面监视；但是缺点在于：需要特定的机载设备，飞机需要实施改装；无法监控未安装此类设备或设备突发故障的车辆及人员。

多点定位技术(Multilateration)是国外提出的一种机场场面新型监视技术，该技术充分利用民航飞机标准应答信号或者VHF通信信号，采用多点无源传感器接收方式确定飞机或其他运动目标的位置。由于该***可以完全兼容SSR雷达和ADS-B下行数据传输链路，可以接收和解码飞机SSR代码和S模式地址，因而具备目标标识能力和高精度定位能力。该技术的优点是充分利用机载现有标准应答机，而无需加装其他机载导航设备完成定位监视；兼容ADS-B技术；***成本低，定位精度高，对其他***干扰小。但是缺点在于无法监控未安装此类设备或设备突发故障的车辆及人员。

综上所述，现有被动式机场场面监视***可以以较低的价格满足机场地面运行的基本需要，但是也具有一些难以克服的缺点，包括：

1.完全依赖于机载/车载设备，对于未安装此类设备的车辆和个人，或安装的设备临时故障的车辆没有任何的预警能力；

2.数据刷新率和准确性难以进一步提高，需要保持较大的安全余量，影响了跑道和滑行道的运行效率。

有鉴于以上分析，本发明人针对现有的被动式机场场面监视***进行研究改进，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种增强型机场场面监控***，其可解决现有被动式场面监视***完全依赖监视对象的机载/车载定位设备的局限性，增强其探测未安装所需机载/车载设备或设备工作不正常的运动物体的能力，增强其快速处理突发性不安全事件的能力。

为了达成上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种增强型机场场面监控***，包括被动式场面监视模块、空域主动探测模块、地面主动探测模块、监控模块和引导模块，其中，被动式场面监视模块用于采集所有安装所需机载/车载设备的飞机、车辆的位置，并将采集的信息通过数据链网络送入监控模块；空域主动探测模块用于探测空中飞机的位置信息，并将信息通过数据链网络送入监控模块；地面主动探测模块安装于事故易发位置，用于对关键区域附近飞机位置的主动探测，并将信息通过数据链网络送入监控模块；监控模块接收前述被动式场面监视模块、空域主动探测模块和地面主动探测模块的信息，并判断是否实施告警动作；引导模块安装在事故易发位置，在监控模块的控制下进行动作。

上述空域主动探测模块采用毫米波测速雷达，安装于降落最后阶段航路的地面投影上，且探测方向垂直向上。

上述地面主动探测模块包括毫米波雷达、激光传感器和红外传感器，其中，毫米波雷达安装于滑行道侧方，探测飞机是否进入交叉口并得到运动速度；激光传感器安装于跑道侧方，平行于跑道方向，确定多个交叉道口是否有飞机或车辆通过；红外传感器的探测方向采用朝向斜上方，判断通过此道口的运动物体是飞机、车辆或行人。

采用上述方案后，本发明通过将精心设计安装的基于毫米波、红外和激光技术的主动探测装置，与现行场面监视***相连接，获得对指定区域内的不安全事件的主动探测能力；通过引入引导灯光设备，获得对不安全事件的快速干预能力，最终提升场面运行的安全程度和运行效率。

本发明具有以下特点：

(1)现有的被动式场面监视***要求被测对象必须具有合适的机载/车载设备，而本发明通过将基于毫米波、红外和激光技术的主动探测设备与现有***相结合，使其具备探测未安装所需机载/车载设备的物体的能力，增强了场面监视***的设备可靠性、数据刷新率和数据准确性；

(2)通过将具有更好的数据刷新率和准确性的场面监视***同引导灯光设备相结合，可以更加快速地使飞行员认知交通场景；相比现行***中“监视设备提示——管制员认知——管制员下达指令——飞行员认知”的工作程序减少了处置环节，提高了处置效率，从而提高地面运行的效率和安全程度；

(3)通过安装在机场外的毫米波测速雷达探测装置，实现对即将进入场面的空中飞机的预警，设备投资少，准确度高。

附图说明

图1是本发明的结构组成示意图；

图2是本发明中传感器的安装位置示意图；

图3是本发明中引导模块的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的组成结构和工作原理进行详细说明。

如图1所示，本发明提供一种增强型机场场面监控***，包括被动式场面监视模块、空域主动探测模块、地面主动探测模块、监控模块和引导模块，下面分别介绍。

被动式场面监视模块采用基于ADS-B技术或基于多点定位方式的机场场面监视设备101，用以确定所有安装所需机载/车载设备的飞机、车辆的位置。

空域主动探测模块用于探测空中飞机的位置信息，实现对即将进入场面运行的降落飞机的预警。由于即将降落飞机的飞行高度很低，因此可以采用下述方法建立对即将进入场面运行的飞机的预警：

利用民航飞机受到飞行性能的限制，在降落中的最后进近航段必须保持直线飞行，即在跑道的延长线上飞行的原理，将毫米波测速雷达102作为探测器，安装于降落最后阶段航路的地面投影上，探测方向垂直向上，从而实现探测飞越该探测器上空飞机的功能。

因为现代民航飞机在即将落地时飞行高度低，严格对准跑道，且此阶段飞行速度约为150～300千米/小时，所以使用毫米波测速雷达可以精确发现飞越的飞机，并利用速度取值范围消除飞鸟等虚警信号，实现主动探测。预警时间受毫米波测速雷达的探测距离的限制，设毫米波测速雷达最大探测距离h，飞机最后进近航段的下滑角θ，飞行速度v，则预警时间t为：

$t=\frac{h}{v\·\mathrm{tg\θ}};$

主动探测的结果传输到监控模块并融合被动式场面监视模块的数据，共同提供即将降落飞机的预警信息。

地面主动探测模块安装在跑道和滑行道的交汇点等事故易发位置，采用的类型可包括毫米波雷达103、激光传感器104、红外传感器105和视频摄像机106，通过多种设备的复合安装以消除虚信号，避免因为机载/车载被动式定位设备故障而可能导致的不安全事件。

毫米波雷达103安装于滑行道侧方，以探测飞机是否进入交叉口并得到运动速度，目的是通过速度判定飞机处于起飞滑跑状态或正常地面滑行状态，对于地面滑行状态则进一步判断预计通过下一个探测点的时间。

激光传感器104安装于跑道侧方，平行于跑道方向，可以使用较少的探测装置确定多个交叉道口是否有飞机或车辆通过。激光传感器可以每隔800米安装一台，因为按照中国民航的规定，当机场的地面能见度低于800米时通常应当终止运行。

红外传感器105的探测方向采用朝向斜上方，利用飞机的垂直尾翼高度超过普通车辆的原理，可以判断通过此道口的运动物体是飞机、车辆或行人。如图2所示，当飞机203通过时，高大的垂直尾翼可以同时触发对置于滑行道两侧的红外传感器201和202；如果是车辆204通过时，则只会触发一部传感器；如果有运动物体触发激光传感器而红外传感器没有显示时，则是行人，并应当实施进一步确认。

视频摄像机106可以遥控转向可疑区域进一步确认是否存在不安全状况。

主动探测的结果传输到监控模块并融合被动式场面监视模块的数据，共同提供对机场场面运行环境的监控。

监控模块用于对前述各模块采集的信息进行综合处理，并判断是否实施告警动作，在本实施例中，监控模块采用了数据处理计算机107，被动式场面监视模块获得的信息，空域主动探测模块、地面主动探测模块获得关键位置的信息，共同传输给数据处理计算机107，采用数据融合技术建立有关机场场面的监视信息，当被动式监视设备(即被动式场面监视模块)和主动式监视设备(即空域主动探测模块和地面主动探测模块)的数据相互矛盾时自动实施告警。

针对监视信息，通过调用事先建立的探测结果和潜在不安全事件的逻辑关系库，当判断为可能的不安全事件时通过引导模块立即暂停飞机运行，并提醒工作人员采取进一步处置措施。

在本实施例中，引导模块采用引导灯光设备108，其安装在事故易发位置，当没有风险时为绿色，飞机可以按照进入该区域；当监控模块判断可能在此位置存在不安全事件时为红色，提醒飞机立刻停止运行，避免进入该危险区域。如图3所示，探测器301发现有车辆307进入该区域，在其他探测器302至304没有发现其脱离该区域时，控制引导灯305显示红色，禁止飞机306通过黄色限制线，当确认风险已消除后，引导灯305变为绿色，以许可飞机通过此区域。

综上，本发明将现行被动式机场场面监视设备101，在跑道延长线上安装的毫米波测速雷达102、跑道和滑行道关键位置水平安装的毫米波雷达103、激光传感器104、红外传感器105和视频摄像机106，通过数据链网络同数据处理计算机107、引导灯光设备108等相连接，实现通过对关键区域附近飞机位置的主动探测，弥补现有***完全依赖机载/车载设备的局限性，提高其数据刷新率和准确性，提高处置不安全事件的效率，增强现有基于被动式监视技术的场面监视***的性能。

当需要降落的飞机在最后进近航段的飞行中飞越毫米波测速雷达102时，数据处理计算机107将判定此时跑道处于被占用状态，所有进入跑道的滑行道口的引导灯光设备108将显示红色以禁止任何运动物体进入；如果有物体闯入则***将向管制员告警，由其指挥空中飞机复飞。

当降落的飞机开始脱离跑道时，安装于滑行道口的主动探测设备一经确认飞机已经脱离，数据处理计算机107将判定此时跑道处于空闲状态，所有进入跑道的滑行道口的引导灯光设备108将显示绿色以允许需要使用跑道的飞机在第一时间即可进入跑道，提高了运行效率；当有飞机进入跑道或滑行道交叉口时，数据处理计算机107将根据飞机的进入位置、滑行速度判定飞机的运动状态，控制相应滑行道口的引导灯光设备108。

任何时候当主动探测数据和被动式场面监视数据矛盾时，任何时候出现运动物体违反引导灯光信号进入跑道或滑行道时，数据处理计算机107都将自动管制员处置不安全事件。

Claims (3)

1.一种增强型机场场面监控***，其特征在于：包括被动式场面监视模块、空域主动探测模块、地面主动探测模块、监控模块和引导模块，其中，被动式场面监视模块用于采集所有安装所需机载/车载设备的飞机、车辆的位置，并将采集的信息通过数据链网络送入监控模块；空域主动探测模块用于探测空中飞机的位置信息，并将信息通过数据链网络送入监控模块；地面主动探测模块安装于事故易发位置，用于对关键区域附近飞机位置的主动探测，并将信息通过数据链网络送入监控模块；监控模块接收前述被动式场面监视模块、空域主动探测模块和地面主动探测模块的信息，并判断是否实施告警动作；引导模块安装在事故易发位置，在监控模块的控制下进行动作。

2.如权利要求1所述的一种增强型机场场面监控***，其特征在于：所述空域主动探测模块采用毫米波测速雷达，安装于降落最后阶段航路的地面投影上，且探测方向垂直向上。

3.如权利要求1所述的一种增强型机场场面监控***，其特征在于：所述地面主动探测模块包括毫米波雷达、激光传感器和红外传感器，其中，毫米波雷达安装于滑行道侧方，探测飞机是否进入交叉口并得到运动速度；激光传感器安装于跑道侧方，平行于跑道方向，确定多个交叉道口是否有飞机或车辆通过；红外传感器的探测方向采用朝向斜上方，判断通过此道口的运动物体是飞机、车辆或行人。

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