基于區域管制模式下的雷達信號通信可靠性分析

沈仲針

摘 要：為了對區域管制模式下雷達信號傳輸系統的保障性進行定量評估，采用建立雷達信號傳輸可靠性數學模型的方法，并利用當前雷達信號傳輸保障數據對建立的模型進行了測算，從而得到了提高雷達信號傳輸可靠性的實現方法。

關鍵詞：雷達信號；區域管制；傳輸保障；可靠性

中圖分類號：TN914 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2014）02-0056-02

0 引 言

為適應國家經濟建設和民用航空運輸發展的需要，民航局空管局在全國各地建設陸續建設7個區域管制中心，是我國民航歷史上最大的空管基礎設施建設項目，其中北京、上海、廣州、成都等四個區域管制中心已經投入運行。當全國7個區域管制中心全部投入運行后，能夠為全國32個省（自治區、直轄市）和洋區高空飛行的飛機提供空中交通管制，具備了實現遠距離大區域運行的能力。

在這種遠距離大區域運行模式下，雷達信號傳輸是核心通信之一，對雷達信號傳輸可靠性要求很高。為了適應這種運行架構，航管自動化系統配備了主、備系統，傳輸系統采用了多路由的立體傳輸方式，互為備份。本文主要是探討通過何種途徑，系統地提升雷達信號傳輸的可靠性。

1 雷達信號通信可靠性評估數學模型的建立

1.1 單路雷達信號的可靠性分析

遠距離大區域運行模式下，一部雷達信號的傳輸簡圖如圖1所示。

圖1 一部雷達信號的傳輸簡圖

由圖1可見，單個的雷達信號傳輸是一個串聯系統。串聯系統是不含冗余的系統的一種模式，在這種系統中，任何一個子系統的失敗都將導致整個系統失敗。

假設R（t） 是指雷達信號通信系統在（0，t）時間段內免于失敗的概率，各個子系統的可靠度分別為Ri（t） ，失效率分別為λi（i=1，2，…，N），且各子系統的所有故障都是獨立的，則由概率論知識可知，整個串聯系統的可靠度R（t） 為：

（1）

設λ為整個系統的失效率，即：

（2）

則：

（3）

假設一年時間里，假設航管自動化系統可靠性為99.8%，通信鏈路的可靠性為99.0%，傳輸設備的可靠性為99.2%，雷達信號的可靠性為99.3%，代入式（1），則可得到年可靠性為：

（4）

由此可以得出結論：對于雷達信號通信系統，可靠性取決于這個串聯系統中可靠性最低的一個環節；串聯的通信線路和傳輸設備越多，可靠性越低。由式（3）可見，串聯系統的子系統越多，失效率就越高，可靠性就越低，平均無故障運行時間越短。

1.2 多路雷達信號可靠性分析

遠距離大區域運行模式下，某扇區雷達信號的通信簡圖如圖2所示。由圖2可知，某個扇區的雷達信號通信是由航管自動化系統并聯、通信干線并聯、傳輸設備和雷達信號輸出系統等幾個子系統構成的。其中，航管自動化系統是并聯關系，通信干線、傳輸設備、雷達信號可看作是串聯后的并聯關系，這種系統為混聯系統，則整個串并聯系統的可靠度R（t） 為：

R（t）=A（t）E（t） （5）

其中：A（t）為航管自動化系統的總體可靠性，E（t）為傳輸系統和雷達信號的整體可靠性。

（6）

（7）

其中：Blj（t）為某傳輸通道的干線總體可靠性，C（t）為傳輸設備的可靠性，D（t）為雷達信號輸出的可靠性。且有：

（8）

圖2 某扇區的雷達信號搖控臺通信簡圖

依據中南空管局的雷達信號保障實例，按式（5）計算中南某扇區的雷達信號保障的可靠性。假設有兩套航管自動化系統，一套航管自動化系統可靠性為99.8%，另一套航管自動化系統可靠性為99.3%；每個雷達站的雷達信號有3個傳輸途徑；其中兩個傳輸途徑為使用電信、聯通做干線，假設電信干線可靠性為99.0%，聯通干線可靠性為98.0%；另一傳輸途徑為使用衛星做干線，假設衛星干線可靠性為95.0%；假設傳輸設備的可靠性均為99.2%，雷達信號輸出的可靠性均為99.3%；將上述數據代入式（5），則可得到年可靠性為：

E（1）=1-[1-B1（1）e-0.008e-0.007][1-B2（1）e-0.008e-0.007]

[1-B3（1）e-0.008e-0.007]=9.9996%

A（1）=1-（1-e-0.002）（1-e-0.007）=9.9986% （9）

R（1）=E1（1）A1（1）=99.98%

由式（4）和式（9）的結果分析，雷達信號通過多傳輸途徑傳輸后，可靠性由97.37%提高至99.98%，提高了2.65%，保障性有了明顯的提高。這種模式有利于提高傳輸可靠性。

2 提高雷達信號通信可靠性

實際上，建設異地同覆蓋范圍的雷達站有利于提高同地區雷達信號的保障可靠性。異地同覆蓋指的是建立不同地點的雷達站，實現同一扇區的有不同地點雷達信號共同覆蓋。依據式（7）的估算，建設雷達站時，做到同一扇區有3臺或以上的雷達站的雷達信號覆蓋時，雷達信號傳輸保障有較大提高。

廣州區域管制中心對高空區扇區的雷達信號實現了二重覆蓋，即每個扇區都有兩部雷達站的信號能夠實現扇區覆蓋，實現雷達信號的異地同覆蓋。如果實現每個扇區有3部雷達信號的覆蓋，將有利于達到99.99%的設備保障目標。

一般情況下，多個相互獨立運營商提供的通信干線可提高雷達信號通信的可靠性。依據平時的故障統計，通信線路運營商提供的干線故障較多，依據式（8），多個相互獨立運營商提供通信干線對提高可靠性有直接的貢獻。

廣州區域管制中心對主用雷達信號FA16傳輸設備的干線采用“雙干線”模式，其中一條地面干線采用中國電信提供的2 MB線作為傳輸干線，另一條地面干線采用聯通提供的2 MB干線作為備用的傳輸干線。雷達信號采用C波段衛星或KU衛星的廣播傳輸模式，使引接的雷達信號實現天地備份。

雷達信號在業務接入時分散至不同的設備，有利于提高可靠性。依據式（5），并聯結構能夠有效地提高可靠性，因此在雷達信號引接時，需要注意同扇區、不同地點的FA16傳輸設備、接入設備的不同模塊，以實現模塊間的相互備份。另外對于電源、電纜等附屬設備都應考慮使用不同的接入，盡量實現并聯方式的接入。

因此，應盡可能減少雷達信號傳輸環節，這樣有利于提高可靠性。雷達信號傳輸增加一個環節即串聯多一個環節，依據式（1），可靠性將降低，因此應該盡量減少信號的傳輸環節，特別是減少信號的多跳傳輸。

目前，廣州區域管制中心的部分地方雷達信號臺的傳輸串接比較多，如果有條件的話，建議各高空區盡量簡化傳輸路由，提高地側保障性。有些空側雷達信號傳輸也比較復雜，全程經過了馬拉松、FA16等傳輸設備的轉接，傳輸路由串接多且復雜，建議簡化傳輸路由，減少信號的多跳傳輸，有利于提高空側雷達信號的可靠性。

由此可見，我們十分有必要進一步提高航管自動化系統的可靠性。按照目前廣州區域管制中心系統設備的使用模式，根據式（9）的計算結果，總體的可靠性為99.98%，未達到設備保障99.99%的要求，建議按照并聯模式增加一套航管自動化系統，進一步提高航管自動化系統的可靠性，達致保障要求。

3 結 語

雷達信號通信可靠性是大區域管制模式下的空中交通管理的核心問題，只有依托可靠的雷達信號通信才能建立可靠的大區域管制方式。本文對雷達信號通信可靠性的評估，只是針對影響系統整體可靠性的主要因素，簡化了的模型，但仍然可以依據建立起來的模型從中找出實際保障中存在的問題，并依據模型對問題提出解決的方法。

參 考 文 獻

[1]曾瑛. 電力通信網可靠性分析評估方法研究[J]. 電力系統通信，2011（8）：13-16.

[2]熊小萍. 基于動態故障樹的變電站通信系統可靠性分析[J]. 中國電機工程學報，2012（34）：135-141.

[3]熊小伏. 滿足廣域保護通信可靠性和延時要求的路由選擇方法[J]. 電力系統自動化，2011（3）：44-48.

[4]趙娟. 子網絡的連接模式對關聯網絡可靠性影響研究[J]. 計算機應用與軟件，2012（2）：240-242.

[5]王金萍. 概率論與數理統計[M]. 北京： 清華大學出版社，2010.

Reliability analysis of radar signal communication based on area control mode

SHEN Zhong-zhen

（Communications Network Center， South China Civil Aviation Air Traffic Management Bureau， Guangzhou 510405， China）

Abstract： In order to evaluate the supportability of radar signal transmission system in area control mode， the method of establishing reliability mathematical model of radar signal transmission is used， and the radar signal transmission operation data is adopted to calculate the established model. Thus the method to improve the reliability of radar signal communication is obtained.

Keywords： radar signal； area control； transmission guarantee； reliability

雷達信號在業務接入時分散至不同的設備，有利于提高可靠性。依據式（5），并聯結構能夠有效地提高可靠性，因此在雷達信號引接時，需要注意同扇區、不同地點的FA16傳輸設備、接入設備的不同模塊，以實現模塊間的相互備份。另外對于電源、電纜等附屬設備都應考慮使用不同的接入，盡量實現并聯方式的接入。

因此，應盡可能減少雷達信號傳輸環節，這樣有利于提高可靠性。雷達信號傳輸增加一個環節即串聯多一個環節，依據式（1），可靠性將降低，因此應該盡量減少信號的傳輸環節，特別是減少信號的多跳傳輸。

目前，廣州區域管制中心的部分地方雷達信號臺的傳輸串接比較多，如果有條件的話，建議各高空區盡量簡化傳輸路由，提高地側保障性。有些空側雷達信號傳輸也比較復雜，全程經過了馬拉松、FA16等傳輸設備的轉接，傳輸路由串接多且復雜，建議簡化傳輸路由，減少信號的多跳傳輸，有利于提高空側雷達信號的可靠性。

由此可見，我們十分有必要進一步提高航管自動化系統的可靠性。按照目前廣州區域管制中心系統設備的使用模式，根據式（9）的計算結果，總體的可靠性為99.98%，未達到設備保障99.99%的要求，建議按照并聯模式增加一套航管自動化系統，進一步提高航管自動化系統的可靠性，達致保障要求。

3 結 語

雷達信號通信可靠性是大區域管制模式下的空中交通管理的核心問題，只有依托可靠的雷達信號通信才能建立可靠的大區域管制方式。本文對雷達信號通信可靠性的評估，只是針對影響系統整體可靠性的主要因素，簡化了的模型，但仍然可以依據建立起來的模型從中找出實際保障中存在的問題，并依據模型對問題提出解決的方法。

參 考 文 獻

[1]曾瑛. 電力通信網可靠性分析評估方法研究[J]. 電力系統通信，2011（8）：13-16.

[2]熊小萍. 基于動態故障樹的變電站通信系統可靠性分析[J]. 中國電機工程學報，2012（34）：135-141.

[3]熊小伏. 滿足廣域保護通信可靠性和延時要求的路由選擇方法[J]. 電力系統自動化，2011（3）：44-48.

[4]趙娟. 子網絡的連接模式對關聯網絡可靠性影響研究[J]. 計算機應用與軟件，2012（2）：240-242.

[5]王金萍. 概率論與數理統計[M]. 北京： 清華大學出版社，2010.

Reliability analysis of radar signal communication based on area control mode

SHEN Zhong-zhen

（Communications Network Center， South China Civil Aviation Air Traffic Management Bureau， Guangzhou 510405， China）

Abstract： In order to evaluate the supportability of radar signal transmission system in area control mode， the method of establishing reliability mathematical model of radar signal transmission is used， and the radar signal transmission operation data is adopted to calculate the established model. Thus the method to improve the reliability of radar signal communication is obtained.

Keywords： radar signal； area control； transmission guarantee； reliability

雷達信號在業務接入時分散至不同的設備，有利于提高可靠性。依據式（5），并聯結構能夠有效地提高可靠性，因此在雷達信號引接時，需要注意同扇區、不同地點的FA16傳輸設備、接入設備的不同模塊，以實現模塊間的相互備份。另外對于電源、電纜等附屬設備都應考慮使用不同的接入，盡量實現并聯方式的接入。

因此，應盡可能減少雷達信號傳輸環節，這樣有利于提高可靠性。雷達信號傳輸增加一個環節即串聯多一個環節，依據式（1），可靠性將降低，因此應該盡量減少信號的傳輸環節，特別是減少信號的多跳傳輸。

目前，廣州區域管制中心的部分地方雷達信號臺的傳輸串接比較多，如果有條件的話，建議各高空區盡量簡化傳輸路由，提高地側保障性。有些空側雷達信號傳輸也比較復雜，全程經過了馬拉松、FA16等傳輸設備的轉接，傳輸路由串接多且復雜，建議簡化傳輸路由，減少信號的多跳傳輸，有利于提高空側雷達信號的可靠性。

由此可見，我們十分有必要進一步提高航管自動化系統的可靠性。按照目前廣州區域管制中心系統設備的使用模式，根據式（9）的計算結果，總體的可靠性為99.98%，未達到設備保障99.99%的要求，建議按照并聯模式增加一套航管自動化系統，進一步提高航管自動化系統的可靠性，達致保障要求。

3 結 語

雷達信號通信可靠性是大區域管制模式下的空中交通管理的核心問題，只有依托可靠的雷達信號通信才能建立可靠的大區域管制方式。本文對雷達信號通信可靠性的評估，只是針對影響系統整體可靠性的主要因素，簡化了的模型，但仍然可以依據建立起來的模型從中找出實際保障中存在的問題，并依據模型對問題提出解決的方法。

參 考 文 獻

[1]曾瑛. 電力通信網可靠性分析評估方法研究[J]. 電力系統通信，2011（8）：13-16.

[2]熊小萍. 基于動態故障樹的變電站通信系統可靠性分析[J]. 中國電機工程學報，2012（34）：135-141.

[3]熊小伏. 滿足廣域保護通信可靠性和延時要求的路由選擇方法[J]. 電力系統自動化，2011（3）：44-48.

[4]趙娟. 子網絡的連接模式對關聯網絡可靠性影響研究[J]. 計算機應用與軟件，2012（2）：240-242.

[5]王金萍. 概率論與數理統計[M]. 北京： 清華大學出版社，2010.

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SHEN Zhong-zhen

（Communications Network Center， South China Civil Aviation Air Traffic Management Bureau， Guangzhou 510405， China）

Abstract： In order to evaluate the supportability of radar signal transmission system in area control mode， the method of establishing reliability mathematical model of radar signal transmission is used， and the radar signal transmission operation data is adopted to calculate the established model. Thus the method to improve the reliability of radar signal communication is obtained.

Keywords： radar signal； area control； transmission guarantee； reliability