1.国内研制空管自动化系统的必要性
我国经济持续快速的增长，极大地促进了我国航空运输事业的发展，并带动了与之相适应的现代化空管自动化系统的发展。我国民航事业还处在初步发展的阶段，不论是现在还是未来，我国对空管自动化系统的需求是很必要的。国家高度重视国内空管自动化系统的研制。
空中交通管制是民用航空运输业安全和效能的中枢。空中交通管制水平对于保障飞行安全，加速飞行流量，提高空域利用率，促进航空运输业持续协调发展起着至关重要的作用。空中交通管制工作是由空中交通管制员依赖空中交通管制系统（简称空管系统）来完成的。然而空管自动化系统是空管系统的组成部分，并且是空管系统的核心。它的主要功能是对多雷达信号进行融合处理，并将雷达信号与飞行计划动态相关联。这样管制员面对雷达显示器，就可以直观清晰地了解空中交通的实时动态，和所管制的航空器的具体方位、高度和预计飞行方向等。随着空中流量的不断上升，管制员的任务越来越重，他们对空管自动化系统的依赖也越来越强。为了适应空中交通流量的持续增长，保障飞行安全，空管自动化系统一直在与时俱进地发展着。
2.国内空管自动化系统发展的历史
一、第一代空管自动化系统
第一代空管自动化系统是70年代末从法国汤姆逊公司引进的，分别安装在北京首都国际机场和上海虹桥机场。
由于这代系统的主要功能是显示雷达目标数据，被称为“雷达终端显示系统”，其功能很简单。首都国际机场安装有两部汤姆逊雷达，一部是TA-10近程雷达，另一部是LP-23远程雷达，两部雷达信号同时送到这套雷达终端显示系统。由于受到当时计算机水平的限制，雷达终端显示系统只能分别接受和显示两部雷达信号，不能将两部雷达信号做融合处理后显示，也没有飞行计划处理和显示功能。这套雷达终端显示系统只能给管制员提供航空器的飞行高度、方位和二次代码等简单信息。
由于20世纪80年代末以前，中国民航的飞行流量不大，空中交通管制服务的方式采用程序管制方法。程序管制方式对设备的要求较低，主要依靠地空通话设备，不需要相应的监视设备的支持。管制员在工作时，通过飞行员的位置报告，分析、了解航空器间的位置关系，推断空中交通状况及变化趋势，同时向航空器发布放行许可，指挥航空器飞行。因此，这代雷达终端显示系统提供的信息基本上能够满足当时的管制需求。
二、第二代空管自动化系统
20世纪90年代，中国民航开始投入巨额资金改善空管基础设施，先后引进了雷神（RAYTHEON）、德里峰尼克斯（TELEPHONICS）和洛克西德马丁（LOCKHEED MARTIN）公司生产的雷达终端处理显示系统，分别安装在北京、广州和上海。第二代空管自动化系统相对于第一代雷达终端显示系统有了质的飞跃，其得益于计算机技术的发展。下面以北京雷神自动化系统为例，阐述第二代空管自动化系统的主要特点。
① 用分布处理的计算机技术。一个自动化系统的局域网包含雷达数据处理器、飞行计划处理器、数据库、网络监视和控制、网上记录和重放以及雷达管制员席位等节点，节点之间既相互隔离又相互关联。
② 用多雷达处理技术。一个自动化系统可以接入多部雷达数据，实现终端区多雷达覆盖的高可靠性要求，任何一部雷达故障不会影响管制人员的正常工作。
③ 自动化处理飞行计划。自动分配二次代码和自动打印进程单，极大地降低了管制人员的工作负荷，提高了每个扇区内所能管制航空器的数量。
④ 雷达数据和飞行计划动态相关，将航空器的位置、高度、速度以及航班号等重要数据经过集成处理，准确地显示在雷达管制席位上供管制员使用。管制员可以实时掌握所管制航空器的飞行动态，有计划地指挥飞行。
⑤ 一个系统内区调、进近、塔台席位之间实现屏幕自动移交，不但避免了原来席位之间需要话音移交的繁琐，也提高了扇区之间移交航空器的安全可靠性。 ⑥ 网上记录设备可以实时记录每个管制席位的工作状态，而且重放设备可以根据需要随时重放席位某个时间段的工作情况，便于事故的调查。
第二代空管自动化系统也存在不足的地方。以雷神自动化系统为例，该系统只能接收中国民航21种飞行动态电报中的10种，以及一些气象电报和流量管理电报；发报功能没有启用。飞行计划是一个实时的过程，无法制作次日飞行计划，亦无法向军方传送。该系统不支持AIDC（亚太地区采用的相邻管理单位或情报区间的管制移交协议）或OLDI（欧洲采用的相邻管制单位或情报区间的管制移交协议)，无法与本飞行情报区的异地管制单位或其他飞行情报区的管制单位实现自动管制协调和移交，也无法实现本飞行情报区内二次代码的统一管理和分配。
第二代空管自动化系统的使用，使中国民航空中交通管制服务的方式有程序管制逐步过渡到了雷达管制，使航路上航空器之间的间隔由原来的150公里缩小为10公里左右，大幅度地提高了空中交通容量，对中国民用航空运输业的发展起到了巨大作用。
三、第三代空管自动化系统
第三代空管自动化系统的代表是中国民航正在建设的北京、上海和广州三大区域管制中心的空管自动化系统。随着空中交通流量的迅速增长和先进技术在空管自动化系统上的应用，各国空管界对高管系统的追求目标也发生着变化，由原来单一追求保证空中交通安全到追求增进空中交通安全和追求空管整体经济效益并重。
北京飞行情报区现有终端处理显示系统的设备配置为北京雷神自动化系统、呼和雷神终端处理显示系统和太原阿莱尼亚（ALENIA）终端处理显示系统。三个雷达终端处理显示系统各自包含高空、中低空和塔台席位，其结构配置的缺点是： ① 同一个飞行情报区内，高空管制扇区仍属于不同的管制单位。雷达终端处理显示系统的自动化程度，无法实现飞行情报区高空扇区统一管理的要求。
② 同一个飞行情报区内，无法实现飞行计划的统一处理以及二次代码的统一管理和集中分配。
③ 同一个飞行情报区内不同管制单位之间无法实现屏幕移交，而只能采用电话移交。
④ 与其他飞行情报区之间的管制移交功能通过电话完成，无法实现屏幕移交。北京区域管制中心空管自动化系统包含的设备，除了具备第二代空管自动化系统的优点外，还具有以下特点：
1) 突破了传统自动化系统在局域网范围集成的局限。一个飞行情报区内的一个
区域管制中心（ACC），可以搭建多个本地或异地的终端区（TMA）和塔台（TWR）。
2) 北京飞行情报区内共用一个飞行计划处理器，可以实现二次代码统一管理和
分配，为“一码到底”的运行模式提供了技术支持。
3) 北京飞行情报区内准实现高空扇形集中管理，各高空扇区之间以及高空扇区
和北京终端区扇区之间采用屏幕移交，减少了话音移交占用的频率资源，提高了管制效率。
4) 北京飞行情报区与上海、广州飞行情报区之间，可以采用AIDC或OLDI方式
实现屏幕移交，提高了空中交通流量管理的安全性。
5) 雷达处理软件能处理32部双通道的雷达信号，以满足北京飞行情报区ACC
和TMA雷达交叉覆盖的要求，提高雷达信号的稳定性。
6) ACC和TMA系统分区配置在不同的物理网段，通过网桥隔离，并采用不同的
雷达处理软件，可以提高系统的可靠性。
7) 实时记录网上各类数据，重放时图像和话音同步，真实再现各个席位的管制
情况，便于故障的调查和分析。
8) 在雷达管制席位上可以显示来自雷达、自动相关监视（ADS）和飞行计划的
航迹，保证管制席位信号的持续性。
9) 系统提供的流量管理功能，可以预测目前至未来一段时间内的飞行数量；可
以预测某时间段、某高度层、某个扇区、某航路或某点的航班总量；可以显示特定区域的交通状况等等，以便管制人员合理调配航班，保证空中交通安全、有序、通畅。
10) 系统可以接受、处理和拍发21种飞行电报，其中包括5种中国民航特有的
电报（PLN、COR、ABS、RTN、ALN）。
11) 系统提供的4维飞行剖面处理技术，以及雷达数据与飞行计划动态相关技术，
保证了飞行计划轨迹、进程单分发和打印的时间准确性。
12) 系统能够接受、处理和发送自动相关监视（ADS）、地空数据链（CPDLC）协
议数据信息，支持SITA、ARINC、FANS-
1、FANS-A及ATN标准，是管制员能够及时获取在大洋区域，或在没有雷达覆盖的大陆区域航空器的实时飞行动态信息，并提供管制指挥，保证航空器的安全飞行。
13) 模拟机系统的软件以及管制席位配置、人机界面等，与实际运行系统完全一
致，使管制员的培训工作能在准确、真实的环境中进行。
14) 在紧急状态下，模拟机系统可以作为区域管制中心主运行系统的应急备份系
统，或者根据需要，模拟机系统中的部分管制席位可以作为主运行系统中的备份席位。
总之，三大区域管制中心建成后，第三代空管自动化系统的使用，将使中国民航空管自动化系统水平迈上一个新台阶，满足飞速发展的民用航空运输业的要求，同时空管安全保障能力将大为提高。
3.中国民航空管自动化系统未来的发展方向
随着中国民用航空客运量、货运量的逐年增长，空中交通管制的任务越来越重。为有效降低空中交通管制员的工作负荷、减轻工作压力，提高管制效率，空管自动化系统应朝着提高稳定性和可靠性以及提高自动化程度的方向发展。
具体策施：1.彻底实现飞行情报区内的纵向自动化，即采用一个区域管制中心下面搭建多个本地或异地终端区，以及一个终端区下面搭建多个本地或异地塔台的大区建设方式，多个本地或异地塔台和统一显示、二次代码统一分配管理和一码到底、相邻管制单位之间和管制扇区之间自动屏幕移交等功能；2.实现情报区之间的横向自动化，即采用AIDC来进行相邻飞行情报区之间的管制协调和移交，提高飞行情报区之间的管制协调和移交，以及二次代码跨区使用的自动化。
4.论文研究内容
1) 关于空中交通管制的基础知识
塔台管制
进近管制
区域管制
第一阶段从1970年至1984年，此阶段主要采用国外引进与国内研制相结合的方式。进入70年代后，在西方国家，计算机开始普遍应用到空中交通管制领域。以计算机为核心，包括雷达显示和通信的自动化空管系统在国外许多国家建立起来。期间国内的代表性项目有空管二次监视雷达样机的研制，以及经周恩来总理批准从法国汤姆逊公司引进的空管系统。
第二阶段从1984至1991年，此阶段主要研制雷达管制系统配套设备和空管1号、2号系统。在这一阶段中，空中交通管制系统被列为国家重点投资科研攻关项目。
第三阶段从1991至1995年，此
