航管二次雷达（精选六篇）
航管二次雷达 篇1
传统意义上的航空管制雷达指的是航空交通管制雷达信标系统(ATCRBS)二次监视雷达(SSR),主要用于飞机位置的探测。
二次雷达是伴随着一次雷达发展而来的。一次雷达不能根据雷达回波区分目标属性,使用之初就面临着敌我识别的问题。最初,人们在飞机上安装了一个无源的反射装置,使得飞机在雷达显示器上表现为一个特殊亮点,这样的识别方式显然极不可靠。随后,人们又发展了有源敌我识别系统(IFF),它是在飞机上安装一个应答机,在收到雷达探测时会自动发射一串特定的编码信号,但是这种方式也有问题,不论敌我雷达的探测都会使其发出信号,这样很容易造成编码信号被敌方拦截和破译。所以,人们开始研制地面站与飞机合作进行信号收发的敌我识别系统。当地面站采用特殊编码的信号询问飞机时,飞机也会采用相应的编码信号进行应答。从此,二次雷达开始了独立发展。
1953年研制了与MKX型IFF系统兼容的民用航空交通管制信标系统,这就是最初的航空交通管制雷达信标系统(ATCRBS)二次雷达(SSR),飞机代码的总量为4096个,这个系统目前还广泛地应用于世界民航领域。
随着发达国家的经济发展,航空运输需求急剧增加,飞机密度越来越高,现行的ATCRBS的容量就显得非常紧张。同时,在飞机流量密集区域,ATCRBS二次雷达越来越不能适应,混扰(Garble)、交织应答(interleave Reply)、异步干扰(Fruit)等现象非常严重,危及飞行安全。在这种背景下,美、英两国从60年代就开始新一代的雷达系统的研制,美国研制了离散寻址信标系统(DABS),英国研制了地址选择系统(ADSEL)。80年代,美国联邦航空局(FAA)把两套系统合二为一,发展出了S模式信标系统。现在S模式信标系统已经被国际民用航空组织(ICAO)接受,作为二次雷达的行业标准。
S模式具有基本监视(ELS),增强监视(EHS)及数据链等多种功能。与ATCRBS相比,其主要优点在于:
(1)地址码24位,可提供16,777,216个地址码,可以赋予每架飞机一个独一无二的地址,解决了系统容量不足的问题;
(2)"S"是"selective"选择的意思,地面站可以在计算机的控制下和指定飞机进行一对一的"问答",且能够进行自适应询问,减少了混扰;
(3)同时,S模式高度精度25ft,远高于ATCRBS的100ft;
(4)具有数据链功能,能够在询问机和应答机之间传递诸如身份识别、高度、路点情报及飞行器类型等等信息;
(5)地面站的脉冲重复频率(PRF或IRF)仅为ATCRBS的1/3左右,降低混扰和对他站的异步干扰;
(6)具有数据校验功能,保证了数据传输的可靠性。
S模式目前在欧美开始普及,欧洲空管局(Eurocontrol)对其成员国制定了S模式设备装备计划,要求2003年3月31日起12个月内所有新生产的飞机必须装备S模式2级应答机(该级别应答机除能提供基本的身份、高度信息外,还具有标准长度信息(SLM)通信及广播功能),24个月内所有飞机完成S模式2级应答机的装备。
2 我国民航S模式现状
近年来,我国民航事业快速发展,民用飞机数量急剧增加,飞行流量迅速增大。以上海为例,2005年虹桥、浦东两机场日起落航班就已突破千架次,而且还在以17%的年增长率继续增加,同时,上海周边地区地理环境复杂,反射情况严重,原有的ATCRBS系统面临着系统容量紧张、混扰严重和假目标较多等问题。正是由于以上这些问题的存在,我国逐步开始引进S模式雷达,目前国内已有S模式雷达三套,分布在北京和上海两个流量密集区域。据笔者了解,国内目前对S模式雷达的应用还只是利用它的基本监视(ELS)功能,给终端提供身份识别和高度信息,S模式的增强监视(EHS)功能、数据链功能的应用工作还未展开。
3 S模式功能
这里有必要对S模式的功能进行介绍,其核心为监视和数据链功能,具体又可以分为:ELS、EHS和数据链功能。
3.1 ELS功能
地面站通过雷达的ELS功能得到飞机的身份识别和高度等信息,和ATCRBS能得到的信息基本相同。但S模式雷达可以得到更高精度的飞机高度;且赖于S模式近1700万的地址容量,"一机一地址",雷达可以明确飞机身份;因采用选择性询问可消除混扰、过度询问(会造成应答机过载及对他站造成异步干扰)和简化反射情况下飞机身份的判别;还可以处理更多的飞机航迹(大约是现有系统的二倍左右)。
3.2 EHS功能
EHS功能在完成ELS功能的基础上可以从飞机上得到更多的信息。飞机上装备的S模式应答机具有一个叫做BDS(COMM-B Data Selector)的寄存器,其中储存有许多与飞机相关的信息,例如飞机航向、发动机状态等等,这些信息是实时更新的。具有EHS功能的地面站可以自动地取得其中的部分信息,按照EUROCONTROL规定,有8个DAPs(Downlink Aircraft Parameters,航空器下行链路参数)可选择。管制不需要与飞机进行语音通信就可以直接查看这部分信息,比如空中飞机准备爬升或下降时,会自动在管制的显示器上进行显示,这些信息提升了航空管制的安全性。
EHS监视还可以分为静态增强监视和动态增强监视。静态和动态的区别就在于:静态增强监视的使用是由S模式雷达内部的应用程序自动完成的;动态增强监视则是用户(如管制)通过特殊的接口设备要求S模式雷达站执行相应的操作来完成的。这里动态增强监视使用了部分的数据链功能。
3.3 数据链
S模式数据链功能还是比较强大的,其数据传输速率上行可达4Mb/s,下行可达1Mb/s。事实上,数据链功能又可以分为两类,一类可称为Specific(专用)数据链,另一类则称为Interoperable(可互操作)数据链。
专用数据链,完成的就是上面提到的动态监视功能,应答机和地面站之间传输的数据帧内数据类型事先是知道的,地面站在用户的要求下读取应答机内BDS中的相关信息。要做到这一点,除了要求具有地面站和应答机外,还需要额外的设施以构成一个通信子网。如图1所示就是典型的通信子网的构成,地面部分需要增加GDLP/LU(Ground Data Link Processor/Local User,地面数据链处理器/本地用户),飞机上需要增加ADLP(Airborne Data Link Processor,机载数据链处理器)。GDLP/LU、ADLP可以被认为是数据包交换接口,用户或飞机的数据通过它们被转换成了适合在S模式子网中传输的封包格式,而后又可以通过它们重新转化为原始数据。按照EUROCONTROL的规定,数据采用ASTERIX CAT018的格式在子网中进行传输。
可互操作数据链,应答机与地面站无需了解传输的信息类型。具体的实现途径和上述专用数据链基本相同,都需要GDLP/LU、ADLP的配合。例如地面站要发送实时的气象信息给某飞机,这些信息数据经过GDLP/LU之后,封包转换为CAT018格式数据在S模式子网中传输,应答机接收到这些数据后,送到ADLP进行解包处理,重新得到气象信息。
国际上针对S模式系统数据链功能的研究很早就已展开,进行了大量的实验。1980年代后期,英、法两国合作建立实验性地面站,并在商用飞机上安装ADLP设备,验证了许多研究成果:
(1)1992年以来,完成DAP参数连续采集的实验。
(2)1991年9月EUROCONTROL、NATS和DRA首次在英国Bedford进行操作员和飞行员的数据链通信。
(3)1995/1996年使用商用飞机执行了气象信息对话实验。
(4)1997年底在法国巴黎机场就操作员显示界面中DAP参数的显示进行了现场仿真实验。
还有其他许多实验都证明S模式数据链性能满足要求。图2所示为EUROCONTRL/
ATNP就数据传输延时的试验结果,图3所示为数据链吞吐量(单位:bits/s/每架飞机)。
4 展望
S模式作为一种先进的协议,在我国的发展才刚刚开始,它在二次雷达系统中的应用还有潜力可挖,其EHS和数据链功能将是未来的发展重点,它的数据链功能经济高效。同时S模式广泛应用于IFF(敌我识别)、ADS-B(广播式自相关)、ACAS(机载防撞系统)和MLT(多点定位)等多种系统。
参考文献
[1]Draft Manual on Mode S Specific Services,SICASP/5报告附件1,1993,11.
[2]Smith/Eurocontrol/3A044D001/2.0 Study:"Derivation ofRealistic Future Traffic Scenarios and Data Link Loadingsfor the Mode S datalink Model",1996.
[3]阿尔卡特ESA/SDLS研究,1995.
[4]EATCHIP/COM.ET2.ST15研究:"Analyze options forinital Air/Ground Data Networks"
[5]"Initial Use of SSR Mode S for Surveillance",1993年6月9日,文档EURO/RASP/DP 267
[6]"Mode S Benefit Assessment",N.McFarlane and TahirLatif,CAA/NATS CS Report 9431 Version 2,1994,5,24.
[7]Eurocontrol/CENA MADAM Study Report,1992.
[8]Eurocontrol/CENA AMSS/Mode S Comparison,1994.
[9]EATCHIP Strategy for the Initial Implementation of Mode SEnhanced Surveillance,文档SUR-ET2-ST01-1000-REP-01-00,1995.
航管二次雷达假目标的产生与抑制 篇2
航管雷达起到对目标空中定位的作用, 为空中交通管制人员提供距离、方位、高度等信息, 已广泛用于机场附近的空中交通安全管制。航管二次监视雷达的工作原理是通过询问和应答信号来完成对目标的定位。由地面站通过天线发射频率为1030MHz的询问编码脉冲;机载应答机接收这组询问, 检测并判断编码信号的内容, 然后由机载应答机发射频率为1090MHz的回答编码脉冲;地面询问机接收这组回答编码并检测, 之后由录取器处理完成对目标的距离、方位以及回答编码等, 最后形成目标的点迹报告[1]。
二、航管二次雷达假目标的形成原因
随着航空运输的快速发展, 二次监视雷达在空中交通管制中的作用日益重要。由于二次监视雷达技术本身的局限性和雷达站所处地形环境的影响而产生的假目标问题, 给管制人员的工作带来了不便。二次雷达假目标的产生主要原因有:异步干扰、同步窜扰、旁瓣应答和反射。地形地物反射会在发射机和接收机间存在多条路径, 形成虚假目标, 可以通过反射体的几何关系来预测真实飞机的位置[2], 或者通过在监视处理的航迹文件建立反射区对假目标过滤。异步干扰、同步串扰和旁瓣应答假目标都是受无线电信号干扰影响造成的。旁瓣应答是应答被旁瓣触发引起的, ISLS (询问旁瓣抑制) 技术和灵敏度时间控制可以有效抑制旁瓣应答产生的假目标。本文重点对异步干扰和同步窜扰进行分析。
2.1异步干扰
当飞机处于多个地面站的探测范围时, 机载应答机可能受到两个及以上地面站的询问, 应答信号将全方位辐射, 收到其他询问机询问的回答会造成本地面站的异步干扰。
地面站之间的间隔在500nm内时, 可能产生异步干扰 (见图1) 。A站发射的询问触发机载应答机的应答, 该应答全方位辐射后, 被A站接受, 同时进入B站的接收机旁瓣, A站计算出正确的飞机距离, 但B站计算出的飞机位置是错误的。反之, B站发射的询问触发机载应答机的应答, 也可致A站计算出错误的飞机位置。
2.2同步窜扰
同步窜扰是由于地面雷达站发射询问脉冲后, 同时收到多个应答脉冲, 当询问天线波束中两个 (或多个) 目标间隔小于20.3μs时造成回答码信息位完全重叠, 两回答之间相互占位, 导致接收机不能正确译码所引起的。
三、航管二次雷达典型假目标的抑制
3.1异步干扰的抑制
异步干扰的一般解决方法是通过修改软件参数降低询问率, 或者通过RSLS技术识别旁瓣进入的回答脉冲并置脉冲RSLS标记, 以便后续抑制处理。RSLS技术是通过询问波束旁瓣和控制波束同时接收异步回答, 异步信号同时被Ω接收机和∑接收机放大, 当接询问波束的∑接收机输出大于接控制波束的Ω接收机输出时, 表示主瓣接收, 反之, 表示旁瓣接收, 对旁瓣接收的脉冲赋予RSLS标记。
3.2同步窜扰的抑制
1、滑窗检测技术。滑窗检测的定义是在目标驻留波束期间对同一目标的回答进行数量上的相关积累, 当积累的数值超过预置的门限时, 确认一个同步回答。滑窗检测技术的原理是检测出目标起始和目标终止, 然后去掉中间的幻影框架, 将第1个和第N个框架的代码根据有无脉冲置予“1或0”逻辑电平。作为传统的同步窜扰抑制方法, 在低密度环境下, 滑窗检测技术能有效的检测出同步窜扰;但其技术本身方位估值有较大的误差, 影响后续航迹跟踪, 且存在误判, 不适用于高密度的环境。2、单脉冲技术。应答的每个脉冲都有偏离瞄准轴信息 (单脉冲信息) , 利用单脉冲技术就可以确定目标偏离瞄准轴的角度, 从而确定目标的空间位置。波束中窜扰的目标只要在方位上有差别, 单脉冲信息就有差别, 利用每个脉冲的单脉冲信息的差别, 可以区分窜扰回答的重叠部分的信息脉冲的归属。
四、结束语
民航业快速发展, 航管二次雷达假目标成为航管技术保障需要面对的重要问题, 本文对航管二次雷达假目标的形成原因进行分析, 总结了异步干扰和同步窜扰的主要抑制方法。
参考文献
[1]张尉.二次雷达原理[M].国防工业出版社, 2007.
航管二次雷达 篇3
但是在雷达信号出现质量问题时, 维护人员往往通过回放录像等直观方式查找原因, 没有具体数据作为分析依据。因此, 在雷达信号呈现给管制员使用之前对雷达信号进行监控和分析显得尤为重要。
一、二次雷达数据格式解析
ASTERIX (All Purpose Structured Eurocontrol Surveillance Information Exchange) 是国际民航组织为了监视数据在ATC (Air Traffic Control) 系统中各处理器之间进行传输而制定的标准, 它属于OSI网络结构中的应用层协议。
通过ASTERIX对雷达数据进行解析, 可以得到航班号, 飞行器飞行速度, 飞行器位置, UTC时间等等所有航班相关信息。
1、CAT字段标识数据的类型, 航管二次雷达数据主要分为四种类型, 即CAT01、CAT02、CAT48、CAT34, 每一种类型都对应一种解析规则。
2、LEN字段标识整个Data Block的字节长度。
3、FSPEC (Field Specification) 字段最为重要, 是Record数据项的目录索引, 它的每一位与Record中的Data Item数据项相对应, 表示对应数据项的有或无, 如为“1”则对应的数据项存在, 如为“0”则对应的数据项不存在。在四种数据类型解析标准中均有解析FSPEC与Data Item对应关系的UAP (User Application Profile) 表格。
根据UAP表格对应查找相应的数据项, 再根据每一个数据项Data Item的具体解析方法就可以得到航班相关的具体信息。
二、二次雷达数据解析软件结构
本文根据ASTERIX标准, 结合二次雷达数据传输特点所设计的二次雷达数据解析软件结构框图如图1所示。
为了得到网络数据中的二次雷达数据, 还需要对其网络传输协议进行解析。
通常有两种方式来捕获雷达设备终端传输的数据, 一种是在雷达设备终端通过串口传输获得, 通过这种方式获得的是OSI网络结构中的数据链路层数据, 其对应的网络协议为HDLC;
另一种获取雷达数据的方式是通过以太网传输的数据, 通过这种方式获得的是OSI网络结构中的传输层数据, 其对应的网络协议为UDP。
之后再根据不同传输方式和传输协议进行解析, 最终得到二次雷达数据。
最后根据ASTERIX协议再对二次雷达数据进行解析, 获得航班相关的所有信息, 并根据所设计的应用软件功能提取相关信息进行图形或者文字显示。
三、Indra二次雷达数据解析软件
本文应用C#语言和Socket, 结合Indra二次雷达, 软件界面分为三个部分, 包括二次雷达数据网络属性信息、雷达十六进制原始数据和二进制原始数据流以及经过解析后的各数据包包含的相关航班信息。
通过此款软件, 再配合航行录像文件, 就可以对航班飞行过程雷达在某一时刻发生假目标, 目标丢失等常见故障进行数据层面的分析。
四、总结
本文通过对航管二次雷达数据传输流程进行分析, 提出了开发二次雷达数据解析及应用等功能软件的方法, 并实现了基于Indra二次雷达数据解析软件。
对二次雷达应用软件开发和雷达维护具有重要实用意义和参考价值。
并且, 本文编写软件只涉及到对雷达数据文字显示方面的功能模块, 后续工作将在此基础上进行图形图像显示功能方面的扩展和研究。
参考文献
[1]Eurocontrol Standard Document For Surveillance Data Exchange, Patr 4:Category048, Transmission of Monoradar Target Reports[Z].
航管二次雷达 篇4
航管二次雷达工作于L波段, 最初采用的是视频采样技术。随着雷达接收机技术的发展, 出现了数字中频采样技术, 该技术已经十分成熟, 因此视频采样技术逐渐被数字中频技术替代。近年来, 雷达接收机的数字化水平越来越高, 超高速数字电路技术迅速发展, 目前L波段的全数字化接收机技术已经逐步成熟。本文介绍了采用全数字化接收机技术的航管二次雷达系统的组成和原理, 重点介绍了系统中的全数字接收机部分, 并在实际的项目中对该系统进行了验证。
1 航管二次雷达系统概述
1.1 系统组成
航管二次雷达一般由天线系统 (包括天线、天线座和伺服系统) 、馈线系统、发射机、接收机、信号处理器、数据处理器和显示与控制单元组成。
1.2 系统工作原理
(1) 二次雷达询问信号的产生。
在航管二次雷达的显示与控制单元界面上可以对二次雷达的工作模式进行设置, 该设置命令发给二次雷达的数据处理器, 数据处理器将命令转发给信号处理器的定时模块, 由定时模块产生询问脉冲序列, 送往接收机的激励模块进行调制, 产生的激励信号送发射机进行功率放大, 得到大功率的射频信号, 该射频信号经馈线系统传输至天线, 由天线向空间辐射。
(2) 二次雷达对应答信号的接收与处理。
飞机上的应答机接收到询问信号后, 会对询问信号进行模式判别, 然后根据询问模式产生相应的应答脉冲序列, 再对应答脉冲序列进行调制和功率放大, 形成大功率射频信号, 送往应答机天线, 由天线向空间辐射。
二次雷达的天线接收到应答信号后, 通过馈线系统将应答信号送入接收通道, 根据系统方案的不同, 接收通道可以输出射频信号, 也可以输出中频信号或视频信号, 送入信号处理器做应答预处理、应答处理, 处理形成的应答报告送往数据处理器进行点、航迹处理, 最终形成航迹报告, 送往显控终端或管制中心进行显示。
2 采用全数字接收机的航管二次雷达系统设计
2.1 全数字接收机与信号处理器功能模块划分
全数字接收机由模拟部分和数字部分两部分组成。
(1) 模拟部分。
模拟部分对天线来的射频应答信号进行滤波和低噪声放大, 对数字部分产生的D/A输出信号进行滤波和放大, 另外还产生系统所需的时钟。
(2) 数字部分。
数字部分对定时模块产生的基带信号进行数字上变频和D/A转换, 对模拟部分输出的放大后的射频应答信号进行射频A/D采样和数字下变频。
与全数字接收机相匹配的信号处理器的组成及模块划分与传统的航管二次雷达信号处理器相同:均由定时模块、应答预处理模块和应答处理模块组成, 完成询问序列的产生和应答处理功能。其不同之处在于定时模块产生的询问序列的信号形式不同:传统的定时模块产生的是脉冲框架, 采用DDS方式的定时模块产生的是数字化的I/Q序列。
2.2 全数字接收机与信号处理器硬件设计
本系统中将接收机模拟部分的功能合并为一个模块, 接收机数字部分与信号处理器集成在一块印制板上。
接收机模拟部分由滤波和放大电路、激励放大电路和时钟源组成;数字部分由两块FPGA、DAC和射频ADC组成[3]。 (在FPGA中完成数字上变频、数字下变频、定时和应答处理功能) 。
数字上变频的功能包括滤波、内插和混频, 即将数字I/Q序列分别通过FIR内插成型滤波器, 将数据的采样频率提高到射频采样频率, NCO产生两路完全正交的数字离散载波, 保证调制时I、Q两路数据完全正交[4]。合成后的信号送DAC, 产生模拟的激励信号。
数字下变频的功能包括混频、滤波和抽取, 即将射频数字信号变成零中频数字信号, 通过滤波器将需要的信号滤出来, 通过抽取将数据速率尽可能降低[3]。
2.3 全数字接收机与信号处理器的工作过程
全数字接收机的工作过程为:
定时器产生正交调制的I/Q数据, 然后进行数字上变频、D/A转换、带通滤波、放大, 形成1030MHz的激励信号送发射机;
天线来的应答信号经过接收通道的滤波和放大后, 输出1090MHz的射频信号进行射频A/D采样, 然后进行数字下变频, 输出基带的I/Q信号送信号处理器做应答预处理和应答处理。
2.4 接收机技术指标要求
(1) 接收灵敏度:优于-90 d Bm。 (2) 接收带宽:8 MHz±1 Hz。 (3) 接收动态范围:不小于80 d B。要达到指标, 接收通道及ADC的动态范围均需达到80d B, ADC的位数至少需要14位。 (4) 接收通道增益.由于射频ADC的噪声相对中频ADC的噪声要大一些, 因此采用射频ADC的接收通道增益应比采用中频ADC的接收通道增益适当大一些, 以减小系统的噪声系数, 保证系统灵敏度能够达到设计要求。
3 实验结果
实测的全数字接收机指标如下。
(1) 接收灵敏度达到了-95d Bm。 (2) 接收带宽8MHz。 (3) 接收动态范围为81d B。
将该采用全数字接收机的航管二次雷达接入天、馈线及伺服系统平台, 在外场进行实验。
经过实际观测, 雷达的作用距离不小于400 km, 目标的距离精度为43 m, 方位精度为0.08°, 航迹平滑、连续。
4 结语
本文首先介绍了航管二次雷达的系统构成及工作原理, 然后给出了采用全数字接收机的航管二次雷达系统系统设计方案, 详细论述了系统中的全数字接收机部分, 最后给出了采用全数字接收机的航管二次雷达系统的实验结果。
本文涉及的全数字接收机已应用于航管二次雷达上。经工程实践证明, 采用全数字接收机的航管二次雷达方案是可行的, 后续还需对雷达的测量精度做进一步的优化, 以满足实际使用的要求。
摘要：全数字接收机技术的应用越来越广泛, 本文给出了一种采用全数字接收机技术的航管二次雷达系统方案, 对系统中全数字接收机部分进行了重点论述。经实际使用, 证明了全数字接收机技术应用于航管二次雷达系统中是可行的。
关键词：航管二次雷达,全数字接收机,直接数字合成
参考文献
[1]张尉.二次雷达原理[M].北京:国防工业出版社, 2009.
[2]杨小牛, 楼才义, 徐建良.软件无线电原理与应用[M].北京:电子工业出版社, 2001.
[3]弋稳.雷达接收机技术[M].北京:电子工业出版社, 2005.
航管二次雷达 篇5
关键词：雷达头,雷达目标,多雷达处理器,高度信息,扇区,丢目标
雷达是英文RADAR的音译, 而RADAR是Radar Delection And Ranging的缩写, 原意即“无线电探测和测距”。准确地讲, 雷达就是通过无线电技术对目标 (如飞机、云、雾、鸟等) 进行探测和定位的设备。
1 故障现象
某地区雷达站雷神 (RAYTHEON见附注1) 一次雷达设备, 曾经出现特殊的丢目标现象, 严重地影响雷达信号保障。具体情况表现为:该雷达站雷达信号经光纤传输, 送往欧洲猫 (EUROPT-CAT, 见附注2) 多雷达自动化处理系统处理后, 显示器上发现从某个扇区开始, 一个扇区接一个扇区地丢失飞行目标的高度信息, 周而复始, 持续一周时间以后重新恢复正常。后来经过多次观察, 发现当飞行目标丢高度信息时, 屏幕上总出现COAST (见附注3) 提示信息, 进一步表明存在丢目标情况。丢失的并不只是目标的高度信息, 而是整个飞行目标 (包括飞行速度、航班代码、上升或下降等信息) 。由于多雷达自动化处理器具有目标延迟功能, 从表面上看丢失的只是目标的高度信息, 实际上是整个目标信息全部丢失。
2 过程分析
该雷达站主要通过华为FA-16光纤 (见附注4) 系统承载RAYTHEON雷达信号的传输任务 (如图1所示) 。
本文的丢目标现象, 类似于早期使用调制解调器 (MOD-EM) 作为信号传输前端, 再通过其它传输设备进行传送时, 由于MODEM传输电平不匹配而引起目标丢失的情况。但经过仔细分析, 可以发现因MODEM传输电平不匹配而造成的丢目标现象, 没有这样有规律性 (随机丢失) 。从RAYTHEON雷达系统的现场控制和数据接口 (SCDI, 见附注5) 上观察又没有此现象, 显示目标正常。这说明由雷达站送出的信号正常, 自动化系统丢目标是由传输路由引起。经多方分析后可判断为:传输路由因需要传输的数据较多, 而传输速率未能达到要求 (传输速率只有9600bit/s) , 造成传输路由上出现“塞车”, 出现规律性的丢目标现象。针对问题本质, 经研究考虑以下两种解决方法:
第一、减少传输的数据量;
第二、提高传输速率。
针对雷达及其相关处理系统的某些数据不能随意改变, 如传输速率一般固定设置为9600bit/s (也有19200 bit/s, 本雷达站设定为9600 bit/s) , 所以第二种方法不能采用。解决问题主要通过第一种方法, 即减少传输的数据量实现。经过一系列分析发现, 从雷达站传到自动化处理系统的数据量较多的主要原因, 是雷达信号中包含了大量的气象信息。特别在雷雨等强对流天气时, 雷达检测到大量的气象回波目标, 造成丢目标的现象就越严重。从SCDI上看, 当天气不好时 (如强对流天气) , 气象信息数量每分钟高达一万多个 (正常情况每分钟为一千个左右) , 此时就出现丢目标情况。可见减少传输的数据量, 主要通过保证气象信息正常显示情况下, 减少多余气象数据量来实现。
3 处理过程
雷达的气象信息主要是通过接收云或雨的反射回波, 并根据反射强度决定其级别后获得的。基于以上分析, 减少传输中多余的气象数据以保证飞机有用目标不丢失, 可尝试通过设定合理的雷达接收机门限实现。本套雷神雷达可分为六个级别, 每一个级别都有相应的接收门限, 当接收到的反射信号高于某一级别但低于上一级别时, 此信号就被定义为这一级别的气象信号并进行处理。当门限越高, 两级别间的间隔越窄, 此级别录入的气象信息就越少。查阅雷达技术资料, 第一、二级的气象信息最多, 所以主要从第一、二级的门限调整入手进行操作。
首先进行如下测试, 再根据实际情况作出进一步调整:把SCDI A/B、REX (接收机与激励器) A/B转为MAINTEN-ANCE—— (维护状态) ;在空白处点击鼠标左键弹出SITE POP-UP MENU—— (弹出菜单) ;选择ADAPTATION DATA—— (数据匹配) ;选择EDIT MAINTENANCE SET—— (维护编辑设置) ;选择START EDIT后再选择CONITNUE—— (开始编辑及继续指令) ;在TEXT EDITOR (文本编辑器) 中找到WEATHER CONTOUR THRESHOLD (天气轮廓门限选项) 的六级门限数值。原始设置为:1800、3000、4100、4600、5100、5700。把它们对应改为:4000、4400、4800、5200、5600、6000;左击TEXT EDITOR的FILE选项以存储上述修改过的数据, 再右击选择QUIT退出TEXT EDITOR;选择CHECK DATA—— (核对修改过的数据) ;选择CLOSE-—— (关闭操作) ;选择PERFORM COPY—— (进行复制) ;选择DISTRIBUTE TO ALL—— (分发数据) ;选择CLOSE。
通过以上操作步骤, 已经完成对气象信息门限的修改。气象信息量由原来的一万多下降到了四百多。随后在多雷达自动化处理系统 (EUROPT-CAT) 上观察, 发现没气象信息显示 (气象信息太少, 正常情况为一千左右) 。显然是因为接收门限提高, 抑制了接收气象信息, 因数量不足造成没法显示。所以解决问题的关键不能简单地减少接收气象信息, 而是通过减少传送的气象信息来实现。
该雷神雷达气象信息原设定为天线每扫描六圈进行一次传送, 每分钟天线旋转12圈, 即每分钟传送两次。为了减少气象信息的传送, 可从减少单位时间的传送次数入手, 尝试将传送一次的时间由每扫描6次改为12次, 即每分钟从两次降为一次。
具体执行方法如下:执行以上步骤1-5;把气象接收门限数值修改回原值, 并找到WEATHER MAP UPDATA (天气图数据升级) 一行, 把6改为12 (修改传输所需时间) ;然后执行上述步骤7-12。
执行以上操作步骤, 雷达数据的修改已经完成。重新启动设备观察, 自动化屏幕显示每分钟的气象信息量提高至700-1200左右, 完全符合气象数据要求 (如果数据达不到要求, 可继续通过修改接收门限实现) 。经设备保障部门人员长时间观察, 气象信息显示正常, 同时没出现丢飞行目标的情况。
至此, RAYTHEON雷达丢目标问题得到解决。
附注:
雷神是RAYTHEON的音译, 雷神雷达是美国及加拿大RAYTHEON公司生产的雷达产品其中一次雷达为加拿大RA-YTHEON公司生产, 二次雷达为美国Raytheon公司生产, 本文指型号为ASR-10SS的一次雷达 (与二次雷达合装) 。
EUROPT-CAT即欧洲猫, 是法国THALES公司生产的具有国际先进技术和水平的多雷达处理系统, 目前在空管部门得到广泛应用。
COAST原意为海岸、漂移的意思, 这里指雷达能扫到一定数量航迹, 但达不到足以形成目标的数量, 造成检测不到目标。
FA-16光纤通信系统是深圳华为公司产品, 其中“FA” (Flexible Access) 是指灵活接入的意思, “16”指该设备最多可接入16路2M信号进行传输。
SCDI即Site Control Data Interface现场控制和数据接口, 是雷神雷达数据处理及监控的主要部分。
参考文献
[1]丁鹭飞, 耿富录.雷达原理[M].西安电子科技大学出版社
[2]《RAYTHEON设备技术手册》
[3]《中国民航通信导航设备运行、维护规程》 (节选) , 民航总局空管局
航管二次雷达 篇6
1 计算机网络技术的发展和特点
数字化、网络化和信息化成为当今社会的重要特征, 形成了一个以网络为核心的信息时代。1969年, 出现了互联网的雏形, 伴随着技术的革新和进步, 直至1994年互联网发展成熟, 因特网演变成基于ISP和NAP的多层次结构网络, 计算机网络技术日益广泛应用。计算机网络提供了两个重要的功能, 即连通性和共享性。连通性是指网络上的用户之间都可以交换信息, 而共享性指的是资源共享, 资源共享可分为信息软件与硬件共享。网络根据作用范围分为广域网、城域网、局域网、个人区域网, 每一种网络都有不同的特点和使用范围, 而航管雷达系统使用的是局域网, 因为现阶段网络技术仅仅在单一航管雷达系统内应用, 如果下一步实现全国雷达信号联网, 就会涉及到更大范围内的网络应用。
开放系统互联OSI模型定义了连接异种计算机标准的体系结构, OSI为连接分布式应用处理的“开放”系统提供了基础。OSI的七层体系结构为应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层和物理层。TCP/IP协议非国际标准, 但是由于其更简单、更容易理解和实现, 已经成为事实上的国际标准。
2 RAYTHEON一次雷达结构
RAYTHEON ASR-10SS一次雷达是20世纪90年代具有先进技术的全固态航管监视雷达, 具有覆盖范围广、数据可靠性高、系统实用性强和目标容量可扩展的特点, 适用于中高飞行流量的机场环境。ASR-10SS一次雷达的基本配置包括天线和天线基座、发射机、双通道接收机/录取器、双通道信号数据处理器、主/备现场控制和数据接口、遥控终端等。此航管雷达的特点是应用了以太网技术。20世纪90年代, 网络技术的应用远没有现在广泛, 而其采用的以太网并没有配备交换机或路由器等一类的网络核心部件, 仅仅采用特性阻抗为50Ω的同轴电缆, 将所有需要连网的设备利用“T”形头来实现以太网, 用同轴电缆的起点端和终点端加载假负载来实现阻抗匹配。IEEE802.3以太网具有10 Mb/sec的数据传输速率, 双通道采用的是总线型的网络拓扑结构。该系统的网络结构如图1所示。
3 INDRA二次雷达结构和特点
INDRA IRS-20MP/L二次雷达基本配置包括双通道接收机/录取器、发射机、天线、马达及马达控制器、双通道GPS时钟、主备交换机、UTS测试单元、VR3K、监控设备、ATC系统中用到的数台SDD设备等, 其网络拓扑如图2所示。
INDRA IRS-20MP/L二次雷达采用双网冗余的网络结构, 并且主要部件采取双通道配置, AB网均配置交换机, 并且相互独立运行, 使用的是ICP/IP协议的10、100BASE-T。通过双网冗余, 所有部件均接入AB网, 包括主动通道切换、故障通道切换等, 均能实现无缝隙衔接, 确保设备工作的可靠性。马达控制器采用CAN-BUS技术进行自动切换。
从图2中可以看出, INDRA IRS-20MP/L二次雷达采用星型拓扑结构, 由中央节点和其他各个节点连接组成, 每个节点之间的通信均需通过中央节点, 在星型拓扑结构中中央节点是至关重要的, 而在INDRA IRS-20MP/L二次雷达系统中, 中央节点是利用交换机形成的。星型网络拓扑结构的优点就是结构比较简单、局域网建网更加容易、使用网络协议简单、单设备故障对系统影响不大且容易排除和便于控制、线路的传输效率取决于中央节点设备的速率等, 缺点是局域网中线束较多, 对中央节点设备依赖性强;长时间工作中央节点负担重, 容易形成系统瓶颈。现阶段, 星型网络拓扑结构是局域网通常采用的主流形式。
需要注意的是, 航管楼SLG作为远端监控设备, 功能与本地SLG相同, 然而在逻辑上却作为本地SLG的备用机, 我们将在后面介绍INDRA IRS-20MP/L二次雷达曾经出现的故障来说明逻辑上的主备关系。在INDRA IRS-20MP/L二次雷达网络拓扑结构中, 使用双绞线作为传输媒介, 并采用EIA/TIA-568标准。由于设备属于远山台站, 设备监控信号和雷达数据需要传输至航管楼使用, 因此网络拓扑结构中还使用到光缆和微波传输设备。
图2所示的航管雷达系统比图1所示系统晚了20年, 比较它们的系统图, 主要区别在于网络拓扑结构、形成网络的器件以及接入网络的功能部件不同。在图2所示的IRS-20MP/L二次雷达拓扑结构中, 网络中引入了交换机, 最大限度地实现了互连和共享。从接入网络的部件数量来看, 也能看出图2接入的部件较多, 从而我们可以看到网络技术随着航管雷达的更迭也有了长足的发展和广泛的应用。
4 INDRA二次雷达故障案例分析
INDRA IRS-20MP/L二次雷达的监控部分SLG, 其基本作用就是监控设备各部件的工作状态, 配置雷达各部分的功能进行配置, 修改参数, 并提供各部件的信息和故障报告。在SLG UCS监控主界面中, 我们能自动实时监控录取器控制器的CPU性能、内存容量, 以确保网络系统的数据处理能力始终处于最优状态。表1为本地SLG和远端SLG的IP地址。
4.1 天线监控失效
在设备运行正常并且雷达信号正常情况下, 远端 (航管楼) 监控SLG显示, 天线系统失去监控, 显示橙色或者白色, 橙色表示出现非关键故障, 白色表示未监控到。从监控中看到天线正常旋转, SLG中PPI中显示雷达信号正常, 由此得出, 设备工作正常, 仅是监控部分出现异常, 重新启动远端 (航管楼) SLG系统, 故障现象依旧。重新启动本地 (罕山) SLG系统, 故障现象消失。进一步分析可知, 该故障系厂家软件BUG, 远端SLG是由本地SLG镜像而成, 在厂家的原始配置中并没有远端SLG, 因此远端SLG在此网络系统中逻辑上是不存在的, 因此故障处置需要在本地SLG上重启处理。
4.2 参数修改失效
2014-09秋季维护中, 为验证假目标的成因, 在本地SLG增加反射区域0°~360º, 在反射区域中仅显示目标原始视频 (原始视频即没有经过处理的目标, 没有二次代码、高度显示和地速显示) , 验证后需要恢复初始状态, 即便将此反射区域删除, 系统录取器也并没有恢复初始状态, 依然只显示原始视频。维护人员先后将此故障定位于VR3K、本地SLG、录取控制器、收发机, 将上述部件的参数恢复初始状态并重新启动, 故障现象仍然存在, 经反复与厂家工程师联系, 提出是否为本地SLG和远端SLG同步出现问题, 也就是说增加反射区域的操作同步, 而删除反射区域操作没有同步, 同时重启本地SLG和远端SLG后, 故障现象消除。本地SLG与远端SLG出现不同步, 也是网络系统中逻辑冲突。
5 计算机网络技术应用设想
5.1 改进航管雷达设备维护理念
20世纪80年代航管雷达系统中, 功能的实现是靠电路板;进入20世纪90年代, 模块化是组成雷达系统的基础, 维护和维修多是更换功能模块, 更深层次的模块维修则依靠厂家工程师;现阶段, 在模块化的基础上应用和发展了网络技术, 设备的模块均增加了网络功能, 虽然深层次的维修依然是依靠厂家, 但是由于网络的引入, 每一部件在系统中的作用弱化, 更多的靠网络技术的信息交换与共享。笔者认为, 航管雷达维护人员应该从以雷达专业为重过渡到以网络技术为重, 不局限于航管雷达系统, 包括更多的专业化设备, 都是建立在以交换机为核心的网络架构中, 尤其是空管行业, 工作必须确保万无一失。
5.2 航管雷达全国联网
随着雷达站点覆盖的增加和空域管理区域化, 任何一地的管制部门需要引入多部雷达信号, 各地雷达信号交织成全国雷达信号网, 每一部雷达都将成为全国雷达信号网中的节点。随着航管雷达设备中网络应用更加全面, 就为形成雷达信号网提供了更多的技术基础, 在未来, 航管雷达设备将实现统一标准, 更加有利于全国雷达联网。在形成全国雷达信号网后, 任何一部单一的雷达设备故障都不会影响雷达信号网, 也就不会影响空中交通管制服务, 从而确保飞行安全。
6 结束语
目前, 计算机网络技术越来越多地应用于航管设备, 我们需要改变对设备的认识。笔者认为, 通信导航监视专业人员无论从事哪一个专业, 计算机网络技术知识将成为我们必须要掌握的技术, 这就需要老一代的技术人员要及时更新自己掌握的知识, 无论是单一系统设备, 还是数据联网, 都要以网络为核心。随着航管设备的发展, 网络将变得非常重要, 我们今后的维护工作重点将会与网络息息相关。
参考文献