摘" 要：为提高航空器运行安全，增强地空的协同合作，空管自动化系统通过解析获取到的S模式基本监视（ELS）中的下行数据，得到机组发给管制员的高度、速度、二次代码、航班号和告警等信息，在管制席位上呈现出来。在实际运行过程中，技术人员发现在自动化系统中经常出现RA虚警，以及两套自动化系统显示告警不一致的问题。通过研究RA告警的产生机制，对自动化系统产生RA告警的原因进行分析，进而可判断出真实告警和虚告警，并得到两套自动化系统处理RA告警的机制差异。
关键词：空中交通管理自动化系统；S模式基本监视（ELS）；RA告警；虚告警
中图分类号：TP391；TN95" 文献标识码：A" 文章编号：2096-4706（2025）03-0012-04
Analysis of the Causes of RA Alarms in the ATM-AS of a Flight
YANG Yong
（Yunnan Branch of China Civil Aviation Southwest Air Traffic Management Bureau， Kunming" 650200， China）
Abstract： In order to improve the safety of aircraft operation and enhance the cooperation between the ground and the air， the Air Traffic Management Automation System （ATM-AS） obtains the downlink data in the Mode S Elementary Surveillance （ELS） by parsing. The height， speed， secondary code， flight number and alarm information sent by the unit to the controller are obtained and presented at the control seat. In the actual operation process， technicians find the problems that RA 1 alarms often occur in automation systems and the two sets of automation systems show inconsistent alarms. By studying the generation mechanism of RA alarms， the causes of RA alarms in automation systems are analyzed. Furthermore， the real alarms and the 1 alarms can be judged， and the mechanism difference between the two sets of automation systems to deal with RA alarms can be obtained.
Keywords： ATM-AS; Mode S Elementary Surveillance （ELS）; RA alarm; 1 alarm
0" 引" 言
随着人们出行需求的日益增长，使用技防手段[1]充分利用监视源下行数据信息，为管制员提供告警提示，从而遏制不安全事件的发生，已成为摆在每一位技术人员面前的迫切问题。《民航空管自动化系统应用S模式数据的技术和功能要求》中明确指出，“系统应能获取S模式ELS下行数据中的TCAS RA信息，并在管制席位进行提示[2]”“在标牌上提供航迹处于TCAS RA的提示”。昆明现场目前使用的是NUMEN-2000自动化系统和AirNet 5.8自动化系统，在实际运行过程中，两套自动化系统对RA告警的产生有偶尔不一致的现象，通过分析两套自动化系统对S模式雷达下行数据进行处理的区别，分析出一套系统产生RA告警时，另一套系统不产生RA告警的原因，可以使技术人员更好地掌握自动化系统处理差异，从而更好地为管制提供服务。
1" TCAS告警原理分析
TCAS（Traffic Alert and Collision Avoidance System）是空中交通预警和防撞系统，它通过获得附近飞机应答机发射的数据，并且使用此数据来评估潜在的冲突威胁[3]。TCAS通过确定以下几个参数来计算入侵飞机的航迹、最近的接近点（CPA）以及到达CPA之前估算时间（TAU）：一是入侵飞机的方位；二是飞机和入侵飞机之间的距离、间隔速率或接近速率；三是入侵飞机的相对高度。如果TCAS探测到一架入侵飞机的航迹可能是一个相撞威胁，它触发音响和目视指示信息以及垂直速度指令，以保证充分的航迹间隔和最小的垂直速度变化，如图1所示。TCAS把飞机周围的空域分为4个区域，从而评估潜在的相撞威胁，距离由远及近、威胁由小到大可分为：其他入侵飞机、最接近的入侵飞机、交通咨询TA（Traffic Advisory）和决断咨询RA（Resolution Advisory）。其中，RA提供给飞行机组潜在的碰撞目标的位置信息，RA提供给飞行机组预测的碰撞目标的位置信息和指令来避免冲突[4]。
真实的TCAS告警情况下，当断定有与本机存在潜在危险接近的飞机时，会提前20～48秒发出TA警告，之后本机将对入侵飞机连续监测约15秒，如果危险接近情况仍然存在，则TCAS发出RA告警。虚告警情况下，TA和RA告警间隔很短，或者直接出现RA而不出现TA，或与机组证实周围并无其他飞机。TCAS虚警通常有以下原因[5-6]：
1）TCAS因本机设备原因收到本机应答机回答的信号，包括应答机抑制失效、本机应答机高频率和连续的C模式询问等情况。
2）TCAS收到了其他飞机带有错误的应答机信号，包括其他入侵飞机带有错误的高度编码器、地面ATC测试、假目标假信号、分离信号等。
3）TCAS使用的1 030/1 090 MHz无线电频率受到干扰。
2" 产生RA告警的原因分析
2.1" 与RA告警有关的数据项
ASTERIX CAT048[7]（提供了S模式雷达单雷达目标报告）和ASTERIX CAT021[8]（提供了ADS-B目标报告）均有表示RA报告的数据项。ASTERIX CAT048中数据项为I048/250项和I048/260项，CAT021中数据项为I021/250项和I021/260项，两个标准中的RA告警数据结构和解析方法完全一致[5]。
2.2" I048/250和I048/260数据项
对于S模式雷达数据而言，ASTERIX CAT048提供了单雷达的目标报告。ASTERIX CAT048的UAP（User Application Profile）中与RA告警相关的数据项有I021/250项和I021/260项。其中，I048/250数据项提供了S模式MB（Message， Comm B）数据，如图2所示。如果在最后一次扫描中提取出来二进制数据源（Binary DataSource， BDS）数据，那么与S模式相关的每个ASTERIX记录中都应包含此项。对于BDS20，使用240项，对于BDS30，使用260项。I048/260数据项注释部分明确指出：“This item shall be present when a Resolution Advisory has been generated in the last scan”，即当最后的扫描中出现RA告警时，该项应当存在，如图3所示。
如果在最后一次扫描中产生了决断咨询RA，则该项中应带有RA。RA告警不仅可以根据260数据项的BDS30数据块置位信息表现，还可以通过260数据项（ACAS）表征，该数据项有7个字节，共计56位，其中，第28位MTE（第4个字节的第4位）和第2个字节ARA（第9～15位）是用来确认RA告警的。自动化系统能够获取S模式雷达的下行数据，通过解析，使其在标牌上产生/不产生RA告警。
2.3" 产生RA告警的原因分析
昆明现场使用的是NUMEN-2000自动化系统和AirNet 5.8自动化系统，两套自动化系统互为主备，虽然具备的功能基本一致，参数设置也相同，能尽量让用户使用时无差异感，但两套系统出自不同的厂家，在设计思路上有些许差异。下面以一个RA虚告警的例子，解释两系统在处理RA告警时的差异。
某日，管制员反映航班A在NUMEN-2000自动化系统上产生了RA告警，而AirNet自动化系统上并未出现。询问管制员后得知，在产生该告警之前未产生TA告警，之后请管制员与机组证实，机组周边并无其他飞机，初步判断该告警为虚告警。
之后，在NUMEN-2000自动化系统上重演，发现由单路S模式雷达B和综合航迹均产生了RA告警，如图4所示。
综合航迹的RA来自单路雷达B，该雷达为S模式雷达，其RA告警来源于Data Item I048/260， ACAS Resolution Advisory Report或者Data Item I048/250， Mode S MB Data BDS30。现场通过播放原始数据，在前置机RFP主机上/home/atc/log/pcp_log目录新建radarno.reg文件，内容填7（雷达B的编号），生成了跟踪该雷达的文件，在其中找到了*acas*文件，表明有RA告警，打开数据项正文，对原始数据（图5）进行分析。
如图5所示，最左侧数字1 910至1 918为行数，第1 910行为航班A的地址码，下一行为航班号，第1 913行至第1 915行为250数据项，第1 913行“02”表示后面有8乘2个字节，第1 914行是BDS30数据块（末尾以30结尾），该数据块记录关于RA告警的置位信息：
BDS30数据块“fe 81 03 00 00 00 00 30”。
其中，第4个字节00表示MTE置位信息，十六进制“00”转换为二进制是0000 0000，该二进制中的的第4位表示MTE是0；第2个字节81表示ARA置位信息，十六进制“81”转换为二进制是1000 0001，该二进制第1位是1，第2位到第7位都是0，最后一位是扩展位。
结合MTE和ARA的置位信息，根据表中RA告警置位信息，可看到该情况属于第一行的ARA项（1000 000，第9到第15位，不含扩展位）第9位为1，第11、12位为0，其他位为任意0或1，MTE项（0）为任意0或1。据此，该消息符合RA告警置位（表1）[9]，所以会出现RA告警。
经过分析两套自动化系统，发现在处理下行数据判断RA告警时，两个自动化系统的机制有所不同：NUMEN-2000自动化系统优先使用260数据项来判断RA，当该项没有时，则使用250数据项进行判断；AirNet 5.8自动化系统只使用260数据项来判断RA。当出现RA告警时，S模式雷达下行数据中若只有250数据项，会导致RA告警出现在NUMEN-2000自动化系统上，而AirNet 5.8自动化系统上未出现。由于I048/250数据项和I048/260数据项均可能含有RA告警信息，因此可能会导致不同的自动化厂家在设计RA告警功能时，产生歧义。
3" 结" 论
RA告警是航空安全中最重要的告警之一，采用技防手段将接收到的S模式雷达数据进行解析，可以将RA告警直观地显示在标牌上提示管制员。由于RA告警偶有虚告警产生且I048/250项和I028/260项均能表征RA告警，昆明现场使用的两套自动化系统对RA告警的处理机制不一致。通过对RA告警原理的学习和CAT048相关数据项的解析，可以判断RA告警的虚实，从而提高航空器运行安全。
参考文献：
[1] 杨诗琪.民航持续安全关键成功因素研究 [D].天津：中国民航大学，2022.
[2] 许文君.空管自动化系统及数据融合方法研究 [D].南京：南京邮电大学，2019.
[3] 周方文.基于EoR运行的TCAS碰撞算法与风险分析研究 [D].德阳：中国民用航空飞行学院，2023.
[4] 谷润平，吕智鸿，魏志强.多跑道独立进近中的TCAS告警风险仿真与分析 [J].飞行力学，2021，39（3）：48-53.
[5] 刘鸣，周元辉.TCAS系统故障隔离及容错架构设计方法研究 [J].航空电子技术，2023，54（1）：29-34.
[6] 许亚星.目视和仪表平行跑道进近中的TCAS告警研究 [D].德阳：中国民用航空飞行学院，2023.
[7] 雷张华，李方军，邱天，等.基于ASTERIX标准的终端数据交换 [J].火控雷达技术，2020，49（2）：41-45+65.
[8] 古叶.基于ASTERIX CAT021标准的ADS-B数据格式解析 [J].数字技术与应用，2023，41（4）：105-107.
[9] SCDN.二级S模式（五） [EB/OL].[2024-06-20].https：//blog.csdn.net/qq_37618450/article/details/128663238.
[10] 杨济睿.基于MDP的低空融合运行防撞系统控制与决策方法设计 [D].德阳：中国民用航空飞行学院，2023.
作者简介：杨勇（1987—），男，彝族，云南临沧人，通信导航监视工程师，本科，研究方向：民航地空通信、航管信息系统。
