單雷達氣象信息數據格式ASTERIX CAT 008淺析

岳瑞峰

中國民用航空中南地區空中交通管理局

【摘 要】本文對單雷達氣象信息的數據格式，即CAT 008進行簡要分析。

【關鍵詞】雷達；數據格式；ASTERIX；CAT 008

引言

雷達信號的維護保障工作不能只停留在硬件層面，對雷達數據格式有一定的了解將有助于提高我們的維護保障能力。鑒于大家普遍把維護保障重心放在雷達目標報告上，對于雷達氣象信息的關注較少，本文特將標準雷達數據格式ASTERIX中的單雷達氣象信息數據格式，即CAT 008作為討論對象，對其進行初步的介紹和分析。

1 關于ASTERIX

1.1 ASTERIX的歷史

ASTERIX由前RSSP（歐洲雷達系統專家組）的成員小組于1986年制定完成，并在同年7月的RSSP第15次會議上獲得批準，正式生效。1994年，RSSP的職責由EATCHIP（歐洲空管統一規劃組織）接管，并成立STFRDE（雷達數據監視任務組）以繼續ASTERIX用戶小組的工作。

1.2 ASTERIX的概念

ASTERIX在誕生伊始，其代表的是All purpose Structured Eurocontrol Radar Information eXchange format，即通用結構化歐控雷達信息交換格式。隨著ASTERIX應用領域的擴展，其意義也有了變化。現在，ASTERIX代表的是All Purpose STructured Eurocontrol SuRveillance Information Exchange，即通用結構化歐控監視信息交換格式。簡單點說，ASTERIX是為監視數據的傳輸和交換而制定的應用/表述協議。為了在不同用戶之間有效地進行監視數據的傳輸和交換，ASTERIX對監視數據的定義和組合方式進行了描述。

ASTERIX參照ISO（國際標準化組織）的OSI（開放系統互聯）模型中的表述層和應用層（第6、7層）而制定，而其他幾層（1到5層）的定義則不在此標準之列。因此，以ASTERIX編碼的監視信息可以在任何可利用的媒介（如廣域網和局域網）中傳輸。更低層（1到5層）的通信協議應有由用戶之間商定。為使不同系統間的數據交換更簡易，ASTERIX建議低層的通信協議最好使用標準協議。

1.3 ASTERIX的常見類型

在用戶之間進行傳輸和交換的監視數據分為不同的數據類型（Date Category，簡寫CAT），而且所有類型都是標準化的。這種分類可以更方便的識別數據，還可以將數據劃分成不同的優先級，同時有利于將不同類型的數據分派給接收單元中恰當的應用任務。

不同的數據類型有不同的定義內容，其作用也各不相同，常見的數據類型及其定義內容如下：

CAT 001 雷達目標報告

CAT 002 雷達服務信息

CAT 008 單雷達氣象信息

CAT 021 ADS-B信息

CAT 034 雷達服務信息（兼容S模式）

CAT 048 雷達目標報告（兼容S模式）

2 .關于CAT 008

2.1 ASTERIX的結構層次

雖然在ASTERIX定義下的各數據類型不盡相同，但其卻具有相同的結構層次。在這一點上，CAT 008和其他類型的數據并沒有什么不同。

每種數據類型在傳輸過程中，都是由一個或一系列連續的數據塊（Data Block）組成。數據塊的結構如圖1所示。

由圖可知，數據塊由3個部分組成，分別是CAT、LEN及RECORD。

CAT即Data Category，其指明了數據塊的數據類型。CAT部分的長度固定為8bits，因此ASTERIX總共可以定義256種數據類型。其中，CAT 000到127用于標準民用和軍事用途，CAT 128到240保留用于特殊軍事用途，CAT 241到255用于非標準的民用和軍事用途。當前中國民用航空領域經常涉及的數據類型已在前文涉及，不做贅述。

LEN即Length Indicator，其指明了數據塊的總長度（包括CAT和LEN）。LEN部分的長度固定為16bits。

RECORD可以有一個或多個，其包含了由CAT指定的數據類型的具體數據。同樣的，從圖1中可以看到，RECORD由FSPEC和Data Fields共2個部分組成。

FSPEC即Field Specification，其在形式上就是一組比特序列，通過將FSPEC的每一位設置成1或0，可以表征該位對應的Data Field的存在和缺失。FSPEC部分的長度可變，在每個字節的第8位是一個稱為FX（Field Extension Indicator）的標志位。如果FX=1，則FSPEC會繼續擴展一個字節；如果FX=0，則FSPEC結束。

Data Field的數目可變，每個Data Field都與由UAP（User Application Profile）表定義的一個且是唯一的一個數據項（Data Item）相關聯。數據項是ASTERIX結構層次的最小信息單元，其一般由八個字符Innn/AAA表示，其中：

I，表明這些字符代表著數據項；

nnn，三位十進制數，表明此數據項所屬的數據類型；

AAA，三位十進制數，代表著某個具體的數據項。

2.2 CAT 008的UAP

如上文所述，UAP定義了Data Item與Data Field之間的對應關系。每一種由ASTERIX定義的數據類型都有各自唯一的UAP（也有例外，比如CAT 001有兩個UAP）。圖2給出了CAT 008的UAP表。

表中第一列的FRN（Field Reference Number）正是Data Item與Data Field之間關系的橋梁，舉例來說，FRN值為j的Data Item就是FSPEC字段中的第j位（自左至右）對應的Data Field。

第二、三、四列分別描述了各個數據項的表示符號、意義及以字節為單位的長度。

2.3單雷達氣象信息數據分類

在ASTERIX標準下傳輸單雷達氣象信息時，需要傳輸兩種信息：控制信息（Control Messages）和數據信息（Data Messages）。這兩種類型的信息都是由上圖UAP表中的標準化數據項組成的，不過不同類型的信息有不同的組成方式。圖3給出了CAT 008中所有可能的信息類型及其組成方式。

由圖可知，控制信息可以再細分成兩種類型，而數據信息則可以再細分成四種類型。

首先來看一下控制信息。SOP（Start Of Picture），顧名思義，該信息表明了氣象圖的開始。另外，SOP還可以提供諸如時間以及實際處理參數和雷達站配置狀態等信息。而EOP（End Of Picture）則表明了氣象圖的結束，EOP提供了組成被傳輸的氣象圖的數據項的總數目，以便信息接收端去判斷是否所有的數據項都已被接收。

數據信息則提供了氣象圖的元素。在ASTERIX標準下的氣象圖有三種表示形式，分別是利用卡迪爾坐標表示、利用極坐標表示及利用氣象圖的輪廓線表示。其中，利用笛卡爾坐標表示又分為兩種：利用起點坐標/長度表示以及利用起點/終點表示。這四種表示法分別對應圖3中數據信息的四種組成方式。

需要指出的是，對于控制信息，圖3中的I008/090（Time of Day）和I008/110（Station Configuration Status）是選擇性傳輸的數據項，即不是必須傳輸的項。除此以外，其他標記出的數據項都是必須傳輸的項。

3. 結束語

ASTERIX是目前國際通行的標準，理解掌握ASTERIX將使我們的保障工作從中受益。隨著目前國內S模式二次雷達及ADS-B技術的發展，CAT 034、CAT 048、CAT 021等格式的數據包已經頻繁出現在我們的視野，本文對CAT 008的分析方法同樣可以應用這些類型的數據包上。