基于多径假目标的跑道侵入虚警识别治理实证研究

基于多径假目标的跑道侵入虚警识别治理实证研究

陈思聪

中国民用航空华东地区空中交通管理局技术保障中心 ，上海市长宁区 ， 200050

摘要：跑道侵入是影响机场场面管理安全的重要事件，如何尽可能降低跑道侵入告警的虚警率就显得尤为重要了。本文以上海浦东机场为示例平台，设计了一套主动识别治理模型，通过识别子层和管理子层的配合、闭环，实现了对由于外界因素形成的假目标致使的跑道侵入虚警有效二次判决抑制。

关键词：多径假目标、跑道侵入告警、虚警、隐患管理

1 实例背景

浦东机场自1999年开航，至2021年底已拥有5条跑道，2座航站楼及1处卫星厅，成为世界最大的航空港之一。本文中所论述的情况主要涉及三号跑道西侧货机坪及这两处之间的道面区域。该区域多为大型货机停靠区域，西侧还有繁忙的机场货运仓库，周边基础设施众多，致使该区域空间环境相对复杂。现有场面监视雷达系统于2015年开始更新建造，2017年正式投产开放使用。系统已接入3部一次场面监视雷达、2部ADS-B信号及1路综合航迹信号，对各路信号进行一系列融合处理后，实现对场面运行航空器或车辆的实时定位、标识与跟踪显示。2018年底，通过分析场面监视雷达系统产生的跑道侵入告警虚警成因，逐渐发现该区域中虚假信号的形成存在一定规律，于西货机坪推出等待滑行的大型货机飞机在L15滑行道上停留，导致在三跑道及其部分脱离道区域中产生的假目标，假目标随货机移动，进而导致三跑道落地的航班均产生的跑道侵入告警情况（系统未作优化时，此类情况导致的跑道侵入告警虚警每日约发生20起）。

2 主动识别治理模型

以往基于外部原因（如“幽灵”假目标）的未识别目标跑道侵入告警，都是在出现告警后管制/终端岗位技术人员报监视探测员技术人员，开展人工方式地目标记录、回放、主观式识别的判定，最终判决出是否为虚警。这种被动模式下无论是样本收集方面的完整性、及时性；还是判决方面的科学性、准确度上都会大大折扣，为了能更好识别处哪些是未识别目标跑道侵入虚警、并加以科学化的管理解决，本文提出了一套主动识别管理模型，进一步提高报警可信度。

2.1识别子层

考虑到这里识别的对象主要是那些超过检测门限和判决条件形成的“假目标”，因此采用“外挂-二次判决”的方式于设备的方式实现数据采集、特征值提取和拟合判决。一是，数据采集。雷达探测系统中各模块之间都会传送这各类协议的各类报文，如何将跑道上的真实目标和假目标从所有作用距离范围下的目标位置报告中挑选出来，将其纳入后续判决的样本库就称为了数据采集的核心。，本次模型中参考场面监视信号的传输流程，选择基于LUA的报文筛选和图像像素变化的方式作为触发录入的条件，两种方式相互验证和补充，进一步提升未识别目标跑道侵入告警样本的采集率和覆盖面。二是，特征值提取。对于在场面显示界面显示的目标，在数据领域的实质是报文信息，在场面监视系统中一般使用ASTERIX CAT240作为原始报表征，ASTERIX CAT010作为目标位置和系统服务状态的表征，而报文中几十项的子数据并非所有的子数据项对于判决真假目标有帮助，哪些可以直观地反映出正常的跑道目标和假目标的特征区别的，这就成为了特征值提取的核心。以往在识别跑道侵入告警的“未识别目标”上采用的是综合观察法，通过人工对比报文数据进行定性的关系提取，这种方法高度依赖于判决者自身的思考维度、技术能力，因此不同的判决者也就也为提取不同的特征值。关联规则算法又分为Fp-Crowth算法、DIC算法以及Apriori算法等等，本次构建的模型选取Fp-Crowth关联算法实现数据子项目的因果分析和聚类分析，更加直观地观察到数据的分布模式和内在关联。三是，判决拟合。这里的判决要点主要围绕两点：一是判决出同一个跑道临近位置的真目标与多径假目标；二是判定假目标与对应真实目标。判决的思路是适用提取的特征值根据关联度加权综合评架样本值，样本值低于一定值的则被判定为假目标。此外可以通过有场面终端处理岗收集的反馈值（有管制目视得出是否是假目标）与判决值做拟合，来评估识别子层整体算法的准确信，并将拟合结果反馈值数据采样，优化采样算法。

2.2 管理子层

主要包括监视探测源、终端处理两大部分。一是，监视探测源部分的管理。主要体现在反射体计算及定位、阵地参数及优化两块。反射体的计算和定位，是以识别子层输出的判决后目标数据项进行深入挖掘，从持续时间、方位、距离、运动特性和信号强度等维度对“反射假目标”进行评估分类，然后针对不同类型的“反射假目标”使用对应的余弦定理推算地面强反射体的起始方位、终止方位、距离，从而对反射体有理论上的定位；之后通过实地调查验证，提高定位精度。阵地参数及优化，是在反射体计算和定位后对于场监探测监视源所做的功能参数调整，常见的有：发射类的PPC扇区功率编程、接收类的STC曲线调整、录取处理类的静态杂波图调整。在调整是一般遵循尝试考虑录取处理→接收类→发射类的顺序进行。

二是，监视终端处理。监视终端部分的管理手段一般包括对监视源的信号使用取舍以及临时抑制策略两种方式。监视源信号的使用取舍在场监系统中主要包含信号生效区、信号丢失区、桥位区、初始航迹抑制区等功能。监视源的临时抑制策略一般用于在日常使用中偶发的多经反射、道边杂草、雨波反射等偶发的虚假目标信号，通过技术人员界面操作，可直接在维护界面中进行处理并立即生效。该功能本质上和初始航迹抑制区相似。

3 示例应用

3.1识别子层的应用

本次研究于2021年5月1日至6月30日为识别子层应用窗口，共收到306分由塔台管制确认的跑道侵入虚警反馈值。基于LUA的报文筛选与基于图像图像素变化筛选在采集覆盖率（306份反馈样本的时间段覆盖）表现上分别为98.69%和97.71%；依据“最小可置信度”和“支持度”挑选出真实目标与假目标关联因子最高的SIM（真实目标报告指示）、Ground Speed（地速）、PAM （信号强度）、距离+方位（极坐标下位置）和同航迹号的跟踪时间作为后期判决的维度，最后判决结果为=285个假目标，拟合正确率为93.137%

3.2管理子层的应用

此次实例，主要体现在监视探测源的应用。反射体定位及确定：从“反射假目标”出来找到对应的“真实假目标”，之后从持续时间、方位、距离、运动特性和信号强度等维度对“反射假目标”进行评估分类，发现其特性符合间接反射/幽灵假目标。根据传输距离的条件和余弦定位将地面强反射体的距离和方位进行确定。阵地参数及优化：本次示例对录取处理类的静态杂波图、接收类的STC曲线和发射类的PPC功能都做了优化调整，其中发现PPC的调整前后改善最为明显。

4 治理效果

在上海浦东机场西货坪区域的跑道侵入虚警实例，通过应用主动识别管理模型，可以得出两点：一是引起本次虚警的根源是多径假目标中的间接反射假目标/“幽灵”假目标，在这类情况辖模型的适用性较好；二是通过对假目标进行科学有效地管理，未识别目标跑道侵入告警由每日20起降低为每日1-2起左右，告警的可靠性大大提高。

参考文献

[1]李泉,任森,程先峰,田振才.机场地面运行中的跑道侵入告警[J].中国民用航空,2010(05):49-51.

[2]吕克洪. 基于时间应力分析的BIT降虚警与故障预测技术研究[D].国防科学技术大学,2008.