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民用机场场面监视雷达选址问题的探讨
作者：谭久宏
来源：《中国高新技术企业》2013年第16期
摘要：场面监视雷达已逐渐成为大型机场必不可少的地面管制监视设施，一般建设于机场场内。为了雷达在建成后能发挥应有的作用，在选址阶段应根据信号覆盖、净空限制、建设条件、工程投资等各种因素的影响进行综合的分析和研究，确定适当的雷达场址。 关键词：民用机场；场面监视雷达；地面管制；选址
中图分类号：TN955 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）24-0069-02 1 场面监视雷达
近年来，随着航空运输业的飞速发展，国内外各大型机场航班起降架次飞速增长，机场内由飞机、地面车辆、人员等组成的地面交通状况日益复杂，单靠肉眼观察进行地面交通管制无论从安全性还是效率方面都无法满足现有的运行需求，利用场面监视雷达辅助管制员进行地面交通管制已逐渐成为机场发展的一种趋势。
场面监视雷达（SMR）是符合ICAO关于“先进的地面活动引导和控制系统（A-SMGCS）”定义的监视功能实现系统，专门用于监视和跟踪机场地面目标的雷达系统。通过引入雷达、飞行数据、机场灯光、气象等有关的信息，该系统为管制人员和机场的地面服务人员提供机场的停机坪、滑行道、跑道上的实时状态，从而避免跑道的冲突告警以及滑行道和跑道的冲突预测、目标运动是否偏差、进行飞行流量控制等。场面监视雷达用于监视场面上飞机及车辆的雷达，随着计算机技术的发展，显示器上显示的不再是一个个目标点，它通过与外来数据的相关处理，不仅可以使管制员从荧光屏上区分飞机和车辆，而且可以辨别运行航班号、飞机机型、速度、将停靠的登机桥。它也是机场实施低能见度运行的基本条件。 场面监视雷达（SMR）由天线、旋转铰链、雷达发射
机/接收机、视频图像采集器组成。此外，也包括以下设备：通过雷达数据处理系统（RDPS）传送的进近雷达数据信息；多边系统融合雷达（Multilateration）数据；从S模式间歇振荡器或ADS-B发送的相关的监视数据。 2 场面监视雷达选址中存在的问题
场面监视雷达工作原理与航管一次雷达相同，都利用雷达发射射频脉冲信号，通过接收该信号的反射信号后得到反射物体的距离和方位。不同的是航管一次雷达用于监视高空目标，仰角为正值，而场面监视雷达用于监视地面交通情况，因此其天线仰角为负值。场面雷达的这种特性决定了地面建筑物、障碍物等的遮蔽将会对雷达探测效果带来极大影响。
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目前国内外各主要机场均向大型化、枢纽化方向发展，机场的各种功能性建筑林立，航站楼指廊设计复杂化，因此雷达视线的死角和盲区较多。从技术角度来讲，在机场内设置多个场面监视雷达，可通过信号覆盖的相互弥补消除监视盲区。然而从经济角度来看，受限于机场建设的投资规模限制，且考虑到建成后的管理难度和维护成本，往往很难在一个机场同时建设过多场面监视雷达，不可避免导致监视盲区的出现。因此，有必要通过恰当的选址，可以平衡监控区域、监控对象、建设成本、维护成本等各种因素，使得投资的收益最大化。 3 场面监视雷达选址需要遵循的原则 3.1 确定需要监视的重点区域
对于机场来讲，跑道与滑行道顺畅有序的运行是机场正常运行的关键，因此我们对场面监视雷达覆盖区域优先级别划分如下：（1）跑道；（2）滑行道；（3）受管制的其他区域（如服务车道、隔离区入口等）；（4）停机位。
3.2 雷达信号覆盖范围受建筑遮挡所产生的阴影盲区应尽可能小
场面监视雷达盲区主要来自于两个方面：建筑物的遮挡以及雷达本身的下视角盲区。距离建筑物越近，建筑物的高度越高，遮蔽盲区将越大。而增加雷达高度，将不可避免地增加天线下视角盲区，以目前常用的X波段高增益裂缝式波导天线为例，下视角为-42°，在下视角-90°～-42°均是盲区。因此在选址时应注意在主要探测方向避开高大建筑物，并使场监雷达下视角盲区避开需要重点关注的区域（如滑行道、跑道等）。
探测盲区的分析主要以视距分析为主，由于建筑物造成的视距遮蔽，可认为是探测盲区。在分析前应得到机场地势高度、建筑物高度等数据，利用地理信息软件工具（如global mapper），通过假设不同的雷达天线高度和位置，绘制信号覆盖图，得到最理想的场址和天线高度。
3.3 场面监视雷达天线最远监视区域的距离不能过大，以提高雷达分辨率
雷达分辨率包括径向分辨率与角分辨率，是指雷达在距离上能够分辨两个目标的最小长度间隔，它表征的是雷达能正确分辨单个目标的能力，而角分辨率表征了雷达将目标从角度上分开的能力。
对于径向分辨率，主要与雷达的发射脉冲宽度有关；而对角分辨率，雷达发射信号的波长及目标的距离均可对分辨率造成影响，与波长成正比，与距离成反比关系。一般来说，X波段场面监视雷达在-3dB处的天线波瓣可对2000米距离处的目标提供12.6米的精度，而在1000米处可达到6.3米精度。因此，场面监视雷达对重要探测区域的距离不宜过远，一般不应超过1500米，以达到至少15米的角 精度。
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3.4 高度选择
场面监视雷达的探测效果非常依赖于雷达天线的架设高度，经验表明，天线高度一般应控制在30～60米范围内。较低的高度会带来如下影响：
3.4.1 探测区域有可能被建筑、飞机等大型物体遮挡。建筑的遮挡可以通过在恰当位置建设雷达解决视线的遮蔽，而大型飞机由于活动区域范围较大，无法避免对较小物体的遮蔽问题。
3.4.2 对于坡度较大的跑道，飞机运行到跑道地势较高的地方可能会进入雷达的顶部盲区。
3.4.3 由于遮蔽效应，对于机坪上排成一线的航空器将会极大降低监视分辨率。
3.4.4 大型飞机的轮廓可能无法在监视器上完全显示出来，而过高的高度（大于60米）也将带来负面影响：（1）有超过机场净空限制的可能。场面监视雷达一般建设于机场场内，距离跑道较近。为了避免影响机场净空，雷达的顶高（含避雷针）不应超过附件十四面的控制。对于跑道一侧的场监雷达，往往位于过渡面，要求从升降带边缘按1∶7的坡度控制高度。若雷达高度设置过高，要么会使得雷达远离跑道，造成探测分辨率下降，要么将严重突破净空限制面，给飞行安全带来影响。在特殊情况下要设置高度较高的场监雷达，应结合飞行程序进行OAS面评估，在不提高机场运行标准的情况下进行建设。（2）雷达天线高度过高，将导致信号对地的入射角变大，增加杂波反射，将会加大降低雷达的探测精度。 3.5 多路径效应
由于机场内分布有较多的建筑群和障碍物，因此场面监视雷达的接收信号的强度，将由各种直射波和反射波叠加合成。各条路径的电长度会随时间而变化，故到达接收点的各分量场之间的相位关系也是随时间而变化的。这些分量场的随机干涉，形成总的接收场的衰落。因此，在选址时，雷达应尽量避免地形起伏较大的区域，并通过计算机建模与仿真评估其多径效应。此外，采用多部雷达联合覆盖的方式，将有效减少多径效应造成的衰落影响。 3.6 建设条件的影响
场面监视雷达的选址在尽可能满足信号覆盖的条件下，应充分考虑建设条件的可行性。若距离航站楼过近，通信、供电等配套设施的引接将非常便利，但建设场地会很狭小，且对周边的设施造成相互影响（如高杆灯、消防管道、服务车道、停机位等），提高设计和建设难度。而若距离航站楼过远，配套设施建设将会带来大量费用消耗，且建成后的管理维护也不是特别便利，因此在选址过程中应注意权衡以上两者利弊。同时应对附近的电磁环境进行调查，尽量远离频率相近的空管设施（如天气雷达、一次雷达等）和高压线、变电站等强电设施，避免电磁环境干扰。
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3.7 补盲措施
由于机场构型的复杂性，即使经过精心选址，甚至采用多部雷达联合覆盖的方式，仍然不可能保证在机场内完全没有盲区。特别是在航站楼指廊附近的机坪区域，由于指廊和飞机的遮挡，很难对服务车道上的交通进行有效监控，因此需要考虑一定的补盲措施。目前一般采用多点相关定位系统和视频监控相结合的方式进行场面监视的 补盲。
多点相关定位系统的工作原理与GPS卫星定位原理相似，通过N个接收机产生N-1个双曲线的交点，得到目标的具体位置。其选址也需要综合考虑建设条件和信号覆盖条件，然而由于单个接收机较为廉价，通过增加接收机的布点可较好地改善信号覆盖。在某些非重点区域，通过建设视频监控摄像头的方式，也可让管制员对场面实现有效监视。但是相对于多点相关定位系统的数据可以融合进场监自动化系统，视频监控信号仅能单独进行显示，将加大管制员的工作压力。 4 结语
场面监视雷达的建设，选址阶段是至关重要的第一步，不仅直接影响到建设难度与投资规模，也影响到其建成后的实际使用效果。在选址过程中，应综合考虑对重点区域的覆盖、距离、天线设置高度、场地建设条件等各种因素，并考虑适当的补盲措施，以便在实际运行过程中为管制员提供更好的场面监视参考。 参考文献
[1] 李斌，张冠杰.场面监视雷达技术发展综述[J].火控雷达技术，2010，39（2）. [2] 金文.场面监视雷达的应用与发展[J].中国民用航空，2011，129.
[3] 徐志城.机场场面监视雷达在空中交通管理环境中的作用与选择[J].民航经济与技术，1997，（183）.
作者简介：谭久宏（1980—），男，四川广汉人，中国民航机场建设集团公司工程师，硕士，研究方向：民航空管工程设计。
本文来源：https://www.wddqxz.cn/a959ecf4d25abe23482fb4daa58da0116d171f54.html
2022-08-07
