华泰英翔空管自动化系统MSAW及STCA告警原理研析

华泰英翔空管自动化系统 MSAW及 STCA告警原理研析

唐文力

民航桂林空管站 541106

摘要:本文对华泰英翔空管自动化系统skynet-x的最低安全高度告警MSAW和短期冲突告警STCA的原理和告警计算过程进行详细阐述，以帮助技术人员更好的理解和处理自动化系统实际运行中产生两项告警问题。

关键词：MSAW、STCA、CFL

1 MSAW告警

MSAW告警全称为最低安全高度告警，指当系统探测到飞行器在一个预设的时间间隔后将要进入到预先设定的MSAW区域时，用于提醒管制员飞行目标有突破安全高度的趋势，来及时调整相关目标的飞行轨迹和高度。由于飞行目标突破安全高度后，事故风险极大提高，因此MSAW告警是自动化系统中最重要的告警之一。

1.1 MSAW告警处理：

系统基于当前的航迹位置和速度等矢量信息，探测到飞机在前探时间后将侵入MSAW告警区域，此时系统将经过确认后产生MSAW告警。如下图，黑色圆点代表航迹当前位置，橙色小圆代表飞机在前探时间(VSP:MSAW_LOOK_AHEAD_TIME)后将到达的位置，圆柱体代表MSAW区域，IFR和VFRMARGIN分别指代离线参数MSAW_IFR_ALTITUDE_MARGIN和MSAW_VFR_ALTITUDE_MARGIN。告警计算时，将飞机的预测高度和MSAW高度与这个MARGIN之和进行比较。需要注意的是，MSAW告警处理时使用航迹的气压高度进行计算。

设当前时间为 ，航迹高度低于MSAW_AREA_ALTITUDE+ALTITUDE_MARGIN的时刻为 ，则如果 大于VSP: MSAW_WARNING_TIME，且小于VSP: MSAW_LOOK_AHEAD_TIME，设系统连续探测到M次航迹高度将低于MSAW_AREA_ALTITUDE+ALTITUDE_MARGIN，当M大于VSP: MSAW_INTENSITY_THRESHOLD时，开始告警。如果 小于VSP: MSAW_WARNING_TIME，则系统会立即产生告警。

图1：MSAW告警示意图

1.2 MSAW告警CFL保护：

当飞机以当前下降率，预测在前探时间内突破MSAW告警高度时，系统认为飞机即将下降到CFL高度层保持（CFL值高于MSAW告警高度与MARGIN之和），因此，在突破CFL-SNMAP_MAX_LEVEL_OVERSHOOT前都不会产生告警。

需要注意的是，如果航迹高度在[CFL-STCA_LEVEL_THRESHOLD/2,CFL+STCA_LEVEL_THRESHOLD/2]区间内，则其上升下降率需小于VSP:STCA_RATE_THRESHOLD，CFL保护才会生效。

图2：MSAW告警CFL保护示意图

若CFL-SNMAP_MAX_LEVEL_OVERSHOOT已然突破MSAW告警高度，CFL保护是失效的，系统将根据真实计算的情况来产生告警。

2 STCA告警

STCA告警全称为短期冲突告警，在《空中交通管制自动化系统最低安全高度告警及短期飞行冲突告警功能》中定义是指当航迹之间的水平和垂直间距同时小于或者设定的告警时间内将要同时小于设定的参数值时，系统产生的告警。STCA告警用以提示管制员，两飞行目标有小于安全间隔标准的趋势，以及早调整飞行器的飞行路径或高度。飞行器间隔太小会极大增加安全风险，因此STCA告警是空管自动化系统中最重要的告警之一。

2.1 STCA告警计算：

同MSAW类似，系统根据航迹当前位置和速度预测其位置和高度，若从当前时间 起，到 期间，某航迹与其周围航迹的水平间隔和垂直间隔小于安全间隔标准，则会触发STCA告警。水平安全间隔标准为VSP:STCA_FINE_PLANAR_SEP, 垂直安全间隔标准为STCA_ALT_SEP_LOW或STCA_ALT_SEP_HIGH。若参与比较的两个航迹高度均大于VSP：STCA_ALT_SEP_THRESHOLD，则使用VSP:STCA_ALT_SEP_HIGH，若其中一个航迹或两个航迹的高度小于VSP：STCA_ALT_SEP_THRESHOLD，则使用VSP:STCA_ALT_SEP_LOW。此外，若两目标符合以下三个条件，(1) 其发生冲突的STCA区域为RVSM空域，(2) 两航迹均为RVSM航班，(3)两目标高度均在 VSP:

STCA_ALT_SEP_THRESHOLD和VSP:STCA_RVSM_VERTICAL_LIMIT之间，则使用STCA_ALT_SEP_LOW 作为垂直间隔标准。

设两航迹水平和垂直间隔都开始小于安全间隔标准的时间为 ，则：

• 若 小于VSP: ，大于VSP: STCA_WARNING_TIME，则计数器 开始计数，每次航迹更新，若仍旧存在潜在冲突，则 增加1， 时，若自动化系统经过计算，在未来的 内，两目标间隔会一直大于安全间隔标准，则计数器 增加1；

• 若 小于VSP: STCA_WARNING_TIME，大于VSP:STCA_LOOK_AHEAD_TIME,且满足下列三个条件之一，则会触发告警

• 冲突质量大于VSP:STCA_CONFLICT_QUALITY_THRESHOLD，或

• 计数器数值大于VSP: STCA_COUNTER_THRESHOLD或

• 在 时，两目标水平间隔小于VSP:STCA_SEVERE_SEPARATION_DISTANCE。

• 若 小于VSP:STCA_IMMINENT_TIME，则会立刻触发告警。

上文中，冲突质量计算方法为 。

由于系统支持定义多个STCA区域，若发生冲突的两个目标分别在不同的STCA区域中，且两区域定义的间隔标准不一样，则使用其中较小的间隔标准进行计算。需要注意的是STCA计算时，根据目标与TL的位位置关系，决定采取气压高度或修正气压高度计算。

2.2 STCA告警CFL保护

自动化系统在计算STCA告警时也会使用CFL（许可高度层）进行航迹高度预测，以避免虚警。下图3为(1)CFL保护示意图。

图3：航迹高度在区间 之间

(1)若航迹高度在 范围内，若其正在爬升，则预测高度为CFL+SNMAP_MAX_LEVEL_OVERSHOOT，若其正在下降，则预测高度为CFL-SNMAP_MAX_LEVEL_OVERSHOOT。

(2)若航迹高度大于CFL+SNMAP_MAX_LEVEL_OVERSHOOT且正在下降时，如果 小于CFL-SNMAP_MAX_LEVEL_OVERSHOOT，则取CFL-SNMAP_MAX_LEVEL_OVERSHOOT为高度预测值。

(3)若航迹高度小于CFL-SNMAP_MAX_LEVEL_OVERSHOOT且正在爬升时，如果 大于CFL+SNMAP_MAX_LEVEL_OVERSHOOT，则取CFL+SNMAP_MAX_LEVEL_OVERSHOOT为高度预测值。

需要注意的是，如果航迹高度在[CFL-STCA_LEVEL_THRESHOLD/2,CFL+STCA_LEVEL_THRESHOLD/2]区间内，则其上升下降率需小于VSP:STCA_RATE_THRESHOLD，CFL保护才会生效。

3 结语

空管自动化系统为管制员保障航空安全和提高运行效率发挥了重要的作用，两项告警功能是其最重要的组成部分。最低安全高度告警MSAW和短期冲突告警STCA 可起到提前预警作用，但由于应用环境的差别和雷达类型的差异，同时由于目标运动模型和雷达的探测存在随机误差等方面问题，目前两项告警计算模型并非是最佳模型，今后还需要我们作进一步的改进和研究。

参考文献

【1】Beijing EasySky Technologyltd.GHZB_ATC_SSS_ML_REV001

【2】Beijing EasySky Technologyltd.GHZB_OHS_DPR_ML_REV001