民航多雷達目標分裂的問題探討

鄧矯龍

摘 要

本文從雷達設備、多雷達處理系統以及信號傳輸過程，分析民航空管目標分裂存在的原因及其影響，同時提出一些解決問題方式。

【關鍵詞】民航空管 telephonics多雷達系統 目標分裂 融合

隨著民航事業的飛速發展，擁擠的空中交通，對民航空管要求越來越高。民航各地管制中心紛紛使用了多雷達系統。所謂多雷達系統，是將多套不同的雷達輸出的目標進行融合，形成統一格式的系統航跡輸出在各顯示席位上，以供管制員使用。多雷達處理，是自動化系統最重要，也是最基本的功能，它可以最大限度提高設備利用率和可靠性。由于多雷達系統是將多套雷達信號進行融合，各地雷達聯網，增加了雷達的覆蓋范圍和覆蓋效果，實現了每個地區的多重覆蓋。比如現在海南三亞區管中心通過引進telephonics多雷達系統后，引接了廣州、香港、湛江、三亞、海口等各地的雷達信號，目前管制區可以看到周邊各個管制區內的飛行動態，解決了海南管制區內原來單靠本地雷達覆蓋不好的問題，對于本地的覆蓋也由原來的200%增加到300%左右，減少了本地雷達的部分壓力，但多部雷達的引入，同時也造成一些弊端。其中，目標分裂問題的產生就是非常典型的一個故障現象。

目標分裂就是各路雷達送來的點跡或航跡數據，在多雷達系統里面對這些數據進行加權求和等方法處理，實現數據融合，同一飛機分裂成不同目標。在多雷達處理系統，主要是對雷達站的經緯度、海拔高度、目標斜距、目標方位角和最佳等效地球半徑等等參數進行設置，同時對系統融合區域誤差（馬賽克區融合方式）進行設置。如果各路雷達工作正常時，輸出航跡或點跡數據也正常，經過多雷達處理系統處理，融合成一個目標顯示在DP上。出現目標分裂的故障，有多雷達處理系統的問題、接入雷達源的問題、傳輸問題等等，下面從三個方面來分析：

1 多雷達處理系統故障，無法對雷達點跡或航跡數據處理，導致目標分裂

從多雷達系統的來說，主要有幾種情況：多雷達自身設置參數的問題，和多雷達處理程序出現故障都有可能出現目標分裂的情況。多雷達處理程序故障，可通過軟件更新、重啟軟件或切換雷達服務器RDP解決，下面主要對多雷達系統設置作簡單的分析說明。

1.1 位置參數設置誤差偏大出現目標分裂

接入某一路雷達的位置參數（經緯度和磁偏角等）設置誤差偏大時，該套雷達輸出目標位置，經過多雷達處理，誤差變大，超出系統設置的融合區域，就會出現目標分裂。如圖1、圖2所示，其中黃色圈（大圈）表示多雷達融合區域，綠色圈（小圈）表示多雷達設置的誤差范圍，白點的表示多雷達中飛機目標，黑點表示飛機的真實位置，紅點表示錯誤的雷達目標。圖1中目標在綠色的圈中不超過融合區域，多套雷達通過融合輸出目標正常。而圖2中綠色區域可能超出融合區域，從而造成目標分裂情況。這種情況，修改雷達參數即可解決；

1.2 馬賽克區域設置不合理導致目標分裂

每個雷達站的位置和磁偏參數存在誤差，而雷達詢問同一個目標時，每路雷達輸出的目標航跡不相同。多雷達系統設置一個馬賽克區，對相同目標不同雷達航跡進行融合，馬賽克區域內的應答機編碼相同的目標，融合為同一個目標。馬賽克區域設置太小，在一路雷達出現故障時就會出現目標分裂。以圈來代表馬賽克的解釋方式，如圖3表示三路雷達融合時，由于三路雷達位置（經緯度和磁偏）誤差以及詢問應答的引起的位置偏差，導致相同目標三路雷達輸出不在同一點。用綠色紫色和藍色三個圓圈中心表示三路雷達輸出的同一目標位置，來自不同區域的雷達誤差，輸出目標分別在綠色紫色和藍色圈內出現，圖3中以黃色為馬賽克區域，那么三路雷達輸出的目標有可能超出馬賽克區域（黃色區域），這時出現目標分裂。而將馬賽克區域設為最大一圈，三路雷達輸出的目標都在馬賽克區內，而不出現目標分裂。但是融合區域設置太大時，雷達自身的誤差偏大，如圖4，因多雷達融合誤差，從而造成沖突告警的紊亂。

1.3 雷達接口單元數據堵塞導致目標分裂

雷達接口單元數據堵塞，造成各路雷達信號延時，即雷達傳輸不同步，多雷達不能融合成一路航跡信號輸出，RDP處理信號滯后，將造成各路雷達的輸出目標與正常的目標距離差異，在差距超過馬賽克區域大小時，就會出現目標分裂現象，這種情況一般重新啟動雷達接口單元即可。

2 接入的一路雷達輸出目標存在問題，也將會出現目標分裂

主要是指雷達部分設備，分以下幾種情況：

2.1 雷達天線及驅動設備故障，影響目標不穩定，造成多雷達無法融合而出現目標分裂

雷達探測目標，是利用物體發射電磁波的特性來發現目標的距離、方位、高度和速度等參數。依靠天線轉動系統的同步編碼器來初步獲取其方位信息（瞄準軸方位），再通過多次的目標應答和根據單脈沖原理精確計算出目標偏離瞄準軸角度（OBA），從而給目標精確定位。有以下幾種情況出現：（1）當天線出現波瓣開裂時，掃描一次目標應答數減少，會影響某一處Σ、Δ通道的信號強度，從而影響OBA的信息的大小，Ω通道波瓣開裂將造成ISLS可能失效，出現“假目標”等等，將造成探測目標的精度降低，目標抖動大，錄取器不能平滑預測，造成丟目標或者目標偏差。即輸出目標位置偏離真實位置距離，經多雷達處理時，偏差超過融合區，就會造成目標分裂。當天線出現波瓣分裂時，主要是因為天線振子的老化或者損壞造成的，這時需要更換損壞的天線振子，或將壞的振子放到天線的邊緣，提高波瓣的探測精度。（2）當天線轉動系統空隙較大或者編碼器故障時，將會造成NRP和ACP信號抖動，使雷達無法獲得正確的瞄準軸方位信息，輸出目標的方位精度會降低或者出錯，從而造成目標抖動，多雷達處理后出現分裂。對于轉動系統空隙較大的解決比較麻煩，主要是因為設備老化，磨損較大造成，這時需要對雷達設備大修。

2.2 二次雷達接收機故障導致目標不穩，造成多雷達無法融合而出現目標分裂endprint

從單脈沖二次雷達原理中，單脈沖有三個要素：

（1）天線指向角由天線碼盤（編碼器）提供；

（2）目標偏離瞄準軸的角度θ；如圖5所示，將開陣式陣列天線等效為兩個振子，他們接收的信號E1、E2大小完全相同，只是相位不同，而相位是由波程差所決定，其相移Ψ=（2πdsinθ）/λ用矢量圖表示E1、E2如圖6所示。

我們通過矢量圖6可以看出Ψ角的大小對應Δ信號的幅度大小，而θ角與Ψ角的大小也是對應的，這就是說Δ信號的幅度大小直接反應目標偏離瞄準軸的角度θ，而OBA信息是歸一化的Δ信號，即Σ/Δ，由此可見，Σ、Δ只有在接收機中保持相同的穩定增益，才能得到準確的OBA信息。

（3）目標偏離瞄準軸左右的符合，由Σ和Δ的相位關系決定，在ALENIA雷達的功能部件是PHADE組件完成。由此可見，如果接收機Σ、Δ增益不能保持相等，勢必造成OBA信息不準確，失去單脈沖效果，目標抖動大，致使錄取器不能平滑預測，不能預測正確的目標報告，造成丟目標或者目標位置精度差，在多雷達進行融合時導致目標分裂。目標偏離瞄準軸左右的符合不準，輸出目標將會不穩定，可能造成多雷達目標分裂。雙通道的雷達，只有單通道出現上述故障，雷達系統一般會自動切換到另一通道而不影響工作。如果接收機的組件故障，更換相應的組件。

2.3 雷達處理部分出現問題（ALENIA雷達包括錄取器及RHP部分）引起目標不穩定，造成多雷達無法融合而出現目標分裂

這種情況主要存在于處理器的處理能力不足和處理器的處理量太多，都會出現輸出目標推遲或者目標的應答碼出錯、目標丟失嚴重等等情況。這種問題主要存在較老的雷達，當EDF板的門限設置太低時，大量的噪聲被當成信號來處理，而錄取器是MUL286，當處理出現溢出時，會出現目標輸出不穩定的情況，從而造成多雷達出現目標分裂情況。這種情況在VDU上的IST可以看出目標變化太大時，就應引起重視了。另外RHP出現處理能力不夠的一種情況是當一次雷達輸出目標太多時，造成RHP處理不過來，以ALENIA為例，一次雷達的輸出目標（即RHP的IST輸入目標）一般在60-300個，如果長時間出現500-800個時，就要小心了，一般來說，一次雷達肯定存在問題，如果目標在300-400個時，我們可以增加RHP的處理能力來暫時緩解，以免多雷達出現目標分裂而影響調度，這里主要就是如何增大RHP的處理能力，從現有的設備條件來看，不更換任何硬件，可以減小RHP的運行量，比如關掉RHP的診斷程序可以增加不少的處理能力，方法是：在VDU上輸入UDL-I-ALL命令即可，但是如果要恢復診斷程序，也可以通過命令（比如：UDL-7-ALL）來恢復，但是這種方法只是暫時的辦法，不過可以緩解以贏得時間來處理其他的問題，主要還是需要找出PSR存在的問題。

針對上面提到的一次雷達輸出目標太多的情況，主要是因為時鐘問題和濾波性能不好引起的，這里以我們出現過的故障來分析，原來海口一次雷達A、B通道輸出目標都很多，達到700多，從而引起RHP處理能力不夠的情況.我們通過關掉診斷程序，短時間可以緩解RHP輸出目標穩定，但是時間久了，輸出目標明顯波動很大，在終端看單雷達目標，發現目標丟失成片，而且目標有時二次代碼也沒有了（全部變成A0000），而這時就會出現目標分裂。

解決方法：我們通過檢查，發現A通道的接收機8倍頻器輸出頻率存在不穩定現象，2倍頻器輸出幅度超過標稱值較多，引起混頻本振輸入電平較高，超出標稱值，接收機STC控制較差，噪聲抑制不理想等原因引起輸出目標過多，解決這些問題，就能恢復正常，而B通道通過則是TIGEN板的觸發不穩定造成的，通過更換備板，發現輸出目標穩定在60-200之間，從而解決了這次因PSR原因而引起的RHP處理能力不夠造成的多雷達目標分裂的情況。

3 由于傳輸部分造成的目標分裂情況主要是指雷達頭輸出目標正常，但是經過傳輸到達終端時，目標不穩定

雷達的傳輸路由主要是PCM和SDH設備，存在的問題有：

（1）傳輸延時的影響，主要是指接口堵塞造成的延時，這種延時造成目標時有時無，成片丟失，多雷達可能會出現目標分裂現象。解決方法是定期對傳輸路由進行檢查，如有MODEM，要經常觀察CD、RD、SD等指示燈的情況是否正常，如果有接口堵塞的情況時，一般RD、SD等指示燈的閃爍方式會不一樣， 一般情況是雷達頭的RD燈很少閃爍，如果頻繁閃爍，說明MODEM的傳輸存在問題，重啟可以解決問題，故傳輸路由中所有接口定期重啟也是必要的。

（2）時鐘不同步，雷達和傳輸路由之間都會有多個時鐘的問題，時鐘不同步，造成傳輸的延遲，將會影響雷達目標的丟失，所以雷達系統和傳輸路由之間，應設置相同的時鐘。

總之，通過多雷達處理系統和雷達設備以及傳輸三個方面，分析了多雷達出現目標分裂的可能和解決問題的思路。實際工作中，目標分裂對管制工作影響甚大，應立即查出故障原因。如果是雷達源的問題，應立即查出故障雷達，并將故障雷達信號斷開，以免影響管制工作，保障航空安全，也可以適當調整融合區域大小來臨時解決。如果是多雷達處理系統的問題，因及時重啟軟件或切換RDP。而傳輸的問題，可以通過路由的多重保護解決。

參考文獻

[1]丁鷺飛.雷達原理[M].西安：西北電訊工程學院出版社，1984.

[2]杜文一.二次雷達原理[M].北京：中國民航學院出版社，1989.

作者單位

民航海南空管分局 海南省海口市 571126endprint

從單脈沖二次雷達原理中，單脈沖有三個要素：

（1）天線指向角由天線碼盤（編碼器）提供；

（2）目標偏離瞄準軸的角度θ；如圖5所示，將開陣式陣列天線等效為兩個振子，他們接收的信號E1、E2大小完全相同，只是相位不同，而相位是由波程差所決定，其相移Ψ=（2πdsinθ）/λ用矢量圖表示E1、E2如圖6所示。

我們通過矢量圖6可以看出Ψ角的大小對應Δ信號的幅度大小，而θ角與Ψ角的大小也是對應的，這就是說Δ信號的幅度大小直接反應目標偏離瞄準軸的角度θ，而OBA信息是歸一化的Δ信號，即Σ/Δ，由此可見，Σ、Δ只有在接收機中保持相同的穩定增益，才能得到準確的OBA信息。

（3）目標偏離瞄準軸左右的符合，由Σ和Δ的相位關系決定，在ALENIA雷達的功能部件是PHADE組件完成。由此可見，如果接收機Σ、Δ增益不能保持相等，勢必造成OBA信息不準確，失去單脈沖效果，目標抖動大，致使錄取器不能平滑預測，不能預測正確的目標報告，造成丟目標或者目標位置精度差，在多雷達進行融合時導致目標分裂。目標偏離瞄準軸左右的符合不準，輸出目標將會不穩定，可能造成多雷達目標分裂。雙通道的雷達，只有單通道出現上述故障，雷達系統一般會自動切換到另一通道而不影響工作。如果接收機的組件故障，更換相應的組件。

2.3 雷達處理部分出現問題（ALENIA雷達包括錄取器及RHP部分）引起目標不穩定，造成多雷達無法融合而出現目標分裂

這種情況主要存在于處理器的處理能力不足和處理器的處理量太多，都會出現輸出目標推遲或者目標的應答碼出錯、目標丟失嚴重等等情況。這種問題主要存在較老的雷達，當EDF板的門限設置太低時，大量的噪聲被當成信號來處理，而錄取器是MUL286，當處理出現溢出時，會出現目標輸出不穩定的情況，從而造成多雷達出現目標分裂情況。這種情況在VDU上的IST可以看出目標變化太大時，就應引起重視了。另外RHP出現處理能力不夠的一種情況是當一次雷達輸出目標太多時，造成RHP處理不過來，以ALENIA為例，一次雷達的輸出目標（即RHP的IST輸入目標）一般在60-300個，如果長時間出現500-800個時，就要小心了，一般來說，一次雷達肯定存在問題，如果目標在300-400個時，我們可以增加RHP的處理能力來暫時緩解，以免多雷達出現目標分裂而影響調度，這里主要就是如何增大RHP的處理能力，從現有的設備條件來看，不更換任何硬件，可以減小RHP的運行量，比如關掉RHP的診斷程序可以增加不少的處理能力，方法是：在VDU上輸入UDL-I-ALL命令即可，但是如果要恢復診斷程序，也可以通過命令（比如：UDL-7-ALL）來恢復，但是這種方法只是暫時的辦法，不過可以緩解以贏得時間來處理其他的問題，主要還是需要找出PSR存在的問題。

針對上面提到的一次雷達輸出目標太多的情況，主要是因為時鐘問題和濾波性能不好引起的，這里以我們出現過的故障來分析，原來海口一次雷達A、B通道輸出目標都很多，達到700多，從而引起RHP處理能力不夠的情況.我們通過關掉診斷程序，短時間可以緩解RHP輸出目標穩定，但是時間久了，輸出目標明顯波動很大，在終端看單雷達目標，發現目標丟失成片，而且目標有時二次代碼也沒有了（全部變成A0000），而這時就會出現目標分裂。

解決方法：我們通過檢查，發現A通道的接收機8倍頻器輸出頻率存在不穩定現象，2倍頻器輸出幅度超過標稱值較多，引起混頻本振輸入電平較高，超出標稱值，接收機STC控制較差，噪聲抑制不理想等原因引起輸出目標過多，解決這些問題，就能恢復正常，而B通道通過則是TIGEN板的觸發不穩定造成的，通過更換備板，發現輸出目標穩定在60-200之間，從而解決了這次因PSR原因而引起的RHP處理能力不夠造成的多雷達目標分裂的情況。

3 由于傳輸部分造成的目標分裂情況主要是指雷達頭輸出目標正常，但是經過傳輸到達終端時，目標不穩定

雷達的傳輸路由主要是PCM和SDH設備，存在的問題有：

（1）傳輸延時的影響，主要是指接口堵塞造成的延時，這種延時造成目標時有時無，成片丟失，多雷達可能會出現目標分裂現象。解決方法是定期對傳輸路由進行檢查，如有MODEM，要經常觀察CD、RD、SD等指示燈的情況是否正常，如果有接口堵塞的情況時，一般RD、SD等指示燈的閃爍方式會不一樣， 一般情況是雷達頭的RD燈很少閃爍，如果頻繁閃爍，說明MODEM的傳輸存在問題，重啟可以解決問題，故傳輸路由中所有接口定期重啟也是必要的。

（2）時鐘不同步，雷達和傳輸路由之間都會有多個時鐘的問題，時鐘不同步，造成傳輸的延遲，將會影響雷達目標的丟失，所以雷達系統和傳輸路由之間，應設置相同的時鐘。

總之，通過多雷達處理系統和雷達設備以及傳輸三個方面，分析了多雷達出現目標分裂的可能和解決問題的思路。實際工作中，目標分裂對管制工作影響甚大，應立即查出故障原因。如果是雷達源的問題，應立即查出故障雷達，并將故障雷達信號斷開，以免影響管制工作，保障航空安全，也可以適當調整融合區域大小來臨時解決。如果是多雷達處理系統的問題，因及時重啟軟件或切換RDP。而傳輸的問題，可以通過路由的多重保護解決。

參考文獻

[1]丁鷺飛.雷達原理[M].西安：西北電訊工程學院出版社，1984.

[2]杜文一.二次雷達原理[M].北京：中國民航學院出版社，1989.

作者單位

民航海南空管分局 海南省海口市 571126endprint

從單脈沖二次雷達原理中，單脈沖有三個要素：

（1）天線指向角由天線碼盤（編碼器）提供；

（2）目標偏離瞄準軸的角度θ；如圖5所示，將開陣式陣列天線等效為兩個振子，他們接收的信號E1、E2大小完全相同，只是相位不同，而相位是由波程差所決定，其相移Ψ=（2πdsinθ）/λ用矢量圖表示E1、E2如圖6所示。

我們通過矢量圖6可以看出Ψ角的大小對應Δ信號的幅度大小，而θ角與Ψ角的大小也是對應的，這就是說Δ信號的幅度大小直接反應目標偏離瞄準軸的角度θ，而OBA信息是歸一化的Δ信號，即Σ/Δ，由此可見，Σ、Δ只有在接收機中保持相同的穩定增益，才能得到準確的OBA信息。

（3）目標偏離瞄準軸左右的符合，由Σ和Δ的相位關系決定，在ALENIA雷達的功能部件是PHADE組件完成。由此可見，如果接收機Σ、Δ增益不能保持相等，勢必造成OBA信息不準確，失去單脈沖效果，目標抖動大，致使錄取器不能平滑預測，不能預測正確的目標報告，造成丟目標或者目標位置精度差，在多雷達進行融合時導致目標分裂。目標偏離瞄準軸左右的符合不準，輸出目標將會不穩定，可能造成多雷達目標分裂。雙通道的雷達，只有單通道出現上述故障，雷達系統一般會自動切換到另一通道而不影響工作。如果接收機的組件故障，更換相應的組件。

2.3 雷達處理部分出現問題（ALENIA雷達包括錄取器及RHP部分）引起目標不穩定，造成多雷達無法融合而出現目標分裂

這種情況主要存在于處理器的處理能力不足和處理器的處理量太多，都會出現輸出目標推遲或者目標的應答碼出錯、目標丟失嚴重等等情況。這種問題主要存在較老的雷達，當EDF板的門限設置太低時，大量的噪聲被當成信號來處理，而錄取器是MUL286，當處理出現溢出時，會出現目標輸出不穩定的情況，從而造成多雷達出現目標分裂情況。這種情況在VDU上的IST可以看出目標變化太大時，就應引起重視了。另外RHP出現處理能力不夠的一種情況是當一次雷達輸出目標太多時，造成RHP處理不過來，以ALENIA為例，一次雷達的輸出目標（即RHP的IST輸入目標）一般在60-300個，如果長時間出現500-800個時，就要小心了，一般來說，一次雷達肯定存在問題，如果目標在300-400個時，我們可以增加RHP的處理能力來暫時緩解，以免多雷達出現目標分裂而影響調度，這里主要就是如何增大RHP的處理能力，從現有的設備條件來看，不更換任何硬件，可以減小RHP的運行量，比如關掉RHP的診斷程序可以增加不少的處理能力，方法是：在VDU上輸入UDL-I-ALL命令即可，但是如果要恢復診斷程序，也可以通過命令（比如：UDL-7-ALL）來恢復，但是這種方法只是暫時的辦法，不過可以緩解以贏得時間來處理其他的問題，主要還是需要找出PSR存在的問題。

針對上面提到的一次雷達輸出目標太多的情況，主要是因為時鐘問題和濾波性能不好引起的，這里以我們出現過的故障來分析，原來海口一次雷達A、B通道輸出目標都很多，達到700多，從而引起RHP處理能力不夠的情況.我們通過關掉診斷程序，短時間可以緩解RHP輸出目標穩定，但是時間久了，輸出目標明顯波動很大，在終端看單雷達目標，發現目標丟失成片，而且目標有時二次代碼也沒有了（全部變成A0000），而這時就會出現目標分裂。

解決方法：我們通過檢查，發現A通道的接收機8倍頻器輸出頻率存在不穩定現象，2倍頻器輸出幅度超過標稱值較多，引起混頻本振輸入電平較高，超出標稱值，接收機STC控制較差，噪聲抑制不理想等原因引起輸出目標過多，解決這些問題，就能恢復正常，而B通道通過則是TIGEN板的觸發不穩定造成的，通過更換備板，發現輸出目標穩定在60-200之間，從而解決了這次因PSR原因而引起的RHP處理能力不夠造成的多雷達目標分裂的情況。

3 由于傳輸部分造成的目標分裂情況主要是指雷達頭輸出目標正常，但是經過傳輸到達終端時，目標不穩定

雷達的傳輸路由主要是PCM和SDH設備，存在的問題有：

（1）傳輸延時的影響，主要是指接口堵塞造成的延時，這種延時造成目標時有時無，成片丟失，多雷達可能會出現目標分裂現象。解決方法是定期對傳輸路由進行檢查，如有MODEM，要經常觀察CD、RD、SD等指示燈的情況是否正常，如果有接口堵塞的情況時，一般RD、SD等指示燈的閃爍方式會不一樣， 一般情況是雷達頭的RD燈很少閃爍，如果頻繁閃爍，說明MODEM的傳輸存在問題，重啟可以解決問題，故傳輸路由中所有接口定期重啟也是必要的。

（2）時鐘不同步，雷達和傳輸路由之間都會有多個時鐘的問題，時鐘不同步，造成傳輸的延遲，將會影響雷達目標的丟失，所以雷達系統和傳輸路由之間，應設置相同的時鐘。

總之，通過多雷達處理系統和雷達設備以及傳輸三個方面，分析了多雷達出現目標分裂的可能和解決問題的思路。實際工作中，目標分裂對管制工作影響甚大，應立即查出故障原因。如果是雷達源的問題，應立即查出故障雷達，并將故障雷達信號斷開，以免影響管制工作，保障航空安全，也可以適當調整融合區域大小來臨時解決。如果是多雷達處理系統的問題，因及時重啟軟件或切換RDP。而傳輸的問題，可以通過路由的多重保護解決。

參考文獻

[1]丁鷺飛.雷達原理[M].西安：西北電訊工程學院出版社，1984.

[2]杜文一.二次雷達原理[M].北京：中國民航學院出版社，1989.

作者單位

民航海南空管分局 海南省海口市 571126endprint