空管雷達監視數據格式淺析

民航內蒙古空管分局 周日紅

空管雷達監視數據格式淺析

民航內蒙古空管分局 周日紅

本文對空管監視雷達輸出數據標準格式ASTERIX進行分析，從數據項格式、定義和關鍵指標計算等方面醉了詳細的解釋。通過了解各數據項含義，為雷達信號質量檢測提供了有效的方法。

ASTERIX；雷達數據；分析

引言

伴隨著中國經濟的高速發展，中國民航業的發展也進入了一個新的快速增長期。民航空管系統年保障架次從2012年的621萬架次增加到2016年的840萬架次。呼和浩特管制區是華北通向西北地區以及歐洲地區的主干航路，每日飛機流量很大。為了能夠與管制區內航空業務量的迅速發展相平衡，呼和浩特管制區加大了基礎設施建設的力度，空管雷達設備的數量迅速增加，“十三五”期間內蒙古地區將建成阿巴嘎旗、杭錦旗、多倫、巴彥淖爾和蓯蓉山五座雷達站，同時呼和浩特新機場建設也將配套新雷達系統，加上內蒙古空管分局現在維護的四部雷達，僅內蒙古地區就至少有多達九部雷達為華北空域提供監視服務。維護如此數量龐大的雷達系統，關鍵在于及時監控雷達系統信號質量的好壞，因此深入了解雷達系統輸出數據格式至關重要。本文就目前空管雷達監視數據格式進行簡要分析。

1.雷達系統簡介

雷達分為一次雷達和二次雷達兩類。一次雷達(PSR,Primary Surveillance Radar)，利用無線電反射回波信息來發現目標，例如氣象雷達、多普勒雷達、著陸雷達及軍用監視雷達。二次雷達(SSR,Secondary Surveillance Radar)，通過地面詢問機和接收機載應答機反饋的信息來發現和識別目標[1]。

二次雷達是目前空管系統中最為主要的空中飛行監視手段，是確保飛行安全的基礎。是目前應用最為廣泛、技術最為成熟的空中監視方法。

? 工作頻率: 上行1030MHz, 下行1090MHz

? 分為地面雷達設備和飛機應答機兩部分

? 一問一答方式獲取信息

2.ASTERIX數據傳輸標準

ASTERIX是EUROCONTORL組織為監視數據的傳輸和交換而定義的標準。首字母縮略語代表All Purpose STructured Euro-control SuRveillance Information EXchange。

ASTERIX為不同監視信息的交換提供標準的信息傳輸格式，它保證通信數據的可靠描述，并受到由多國組成的SuRveillance Data Exchange Task Force (RDE-TF) 機構的關注和支持，因此在國際上得到廣泛應用。 ASTERIX定義了監視數據編碼的框架和具體結構，主要由數據種類和數據項組成。數據種類表示該報文的特定用途，數據項是每種數據種類中傳輸的最小數據單元[2]。

ASTERIX共定義了256種數據類型，前127種為民用數據傳輸協議，后127種為軍用數據傳輸協議。

其中常用數據類型見下表：

表1 ASTERIX數據類型

ASTERIX數據帖格式如下圖：

圖1 ASTERIX數據帖格式

一條數據可以包含有多個目標，每一個目標都會有一個FSPEC字段和一個數據區。數據區中包含的是目標的位置、速度、高度信息了。

（1）CAT——數據種類

u占用1個字節，表示ASTERIX數據的類型，當CAT=1時，表示ASTERIX數據為雷達航跡數據；CAT=3E時，表示ASTERIX數據為CAT062系統航跡數據；

（2）LEN——長度

u占用2個字節，表示ASTERIX數據幀的總長度。計算方法：數據長度（LEN）= CAT字段（1Byte）+ LEN 字段（2Byte）+ FSPEC字段 + 目標數據區長度。如接收到的第2和第3個字節為0017，則第2及第3個字節的表示的十進制數為0*256+23=23。表明整條數據的長度為23個字節。

（3）FSPEC——數據索引

數據索引長度可變，長度是整數個字節，每一個字節的最后一位是FX（拓展指示位)，當FX=0時，表示FSPEC字段結束；當FX=1時，表示其后仍有擴展字節，即后續一個字節仍為FSPEC字段。如接收到的第4個字節和第5個字節為F784，“F7”為FSPEC的第一個字節，其最后一個比特位為1，表明第5個字節“86”為FSPEC的第二個字節，其最后一個比特位為0，表明FSPEC 字段結束。

用戶相關表UAP(User Application Profile)，每一種ASTERIX都有一張UAP表，UAP中包含了該類型的ASTERIX數據所能傳輸的的有的數據項。包含序號(FRN)、字段代碼、字段描述及長度四項。

FSPEC中每一個比特位與UAP表中的數據項按順序一一對應。FSPEC的第n位取值為1時，表明在UAP中對對應序號（FRN）的數據項是存在的。同理當FSPEC的第n位取值為0時，說明在UAP中對應序號的數據項不存在。

表2 航跡信息用戶相關表

ASTERIX CAT001數據字段：

（1）Item I001/010，數據源標識

長度兩個字節。SAC：區域代碼，可以理解為國家代碼，每個國家的SAC代碼均不相同。SAC代碼用于區分數據源來自于那個國家。中國的SAC代碼是16，十進制為22。

SIC：目標代碼，可以理解為雷達的編號。由管制部門分配，每一部雷達或ADS-B監視設備均具有唯一的SIC編碼。SIC代碼用于區域數據來自那一部監視設備。

（2）Item I001/020，目標報告描述

長度為1+字節，具體長度根據FX確定，可以包含多個字節。主要內容為飛行器的一些特性，如點跡航跡、實際目標或仿真目標、單SSR或單PSR或一二次合作，特殊位置識別碼SPI，緊急狀態碼。

（3）Item I001/030，告警錯誤信息

長度一個字節，是否有應答誤碼、多徑干擾、旁瓣干擾、目標分裂、二次應答、虛假目標或地面機動目標等信息。

（4）Item I001/040，極坐標位置

長度四個字節，包含距離和角度。方位從正北方開始，順時針方向；距離單位為海里。該信息為最低有效位，例如：二進制數0100 0001的最低有效位為LSB = 0.1米，則其表示的距離為該值的十進制值65 * LSB = 6.5米

（5）Item I001/042 直角坐標位置

長度為四個字節，通過極坐標位置計算獲得，計算公式如下：

X = R * cos(90-theta)，Y = R * sin(90-theta)

（6）Item I001/050 模式2代碼，長度兩個字節，軍用識別碼

（7）Item I001/060 模式2代碼可信度指標，長度兩個字節，

（8）Item I001/070 模式3代碼，長度兩個字節，該代碼為二次雷達目標代碼，自動化系統顯示該代碼

（9）Item I001/080 模式3代碼可信度指標，長度兩個字節

（10）Item I001/090 模式C代碼，高度碼，長度兩個字節。

（11）Item I001/100 模式C及可信度指標，長度四個字節，使用格雷碼表示。

（12）Data Item I001/120, 多普勒測量速度 ，長度為一個字節，只有速度大小，沒有速度方向

（13）Data Item I001/130,點跡特征，長度為一個字節。

（14）Data Item I001/131,接收信號強度，長度為1個字節。

（15）Data Item I001/141,截斷時間，長度為2字節。

（16）Data Item I001/161,航跡號，長度為2字節。

（17）Data Item I001/170,航跡狀態，長度為1字節。

以泰雷茲雷達輸出航跡數據為例，數據內容為01 00 17 F7 84 10 F9 A0 02 B4 49 B3 8E 98 06 B4 8B DC 00 2C 05 54 40。

第1個字節“01”，轉換成十進制數是1，可知這是一幀ASTERIX CAT001系統航跡數據；第2、3個字節“00 17”為數據幀的長度，占兩個字節，表明整條數據的長度為23個字節；第4個字節“F7”，為FSPEC的第1個字節，其二進制數為表示為“1111 0111”，第八位為1則，說明，FSPEC沒有結束，第5個字節“84”是FSPEC的第2個字節，其二進制表示為“1000 0100”，第八位為0，說明FSPEC結束，故在這一幀ASTERIX數據中，FSPEC字段有兩個字節,為“F7 84”。第6到第23個字節是數據記錄區。

第6和7字節表示SAC=16,SIC=249,第8字節表示該數據為航跡數據，且為單二次雷達目標，第9和10字節表示航跡號為：2*256+180=692；第11,12,13,14字節表示RHO = 18867 /128 =147.398NM = 272.982千米，THETA = 36504*360 / 2^16 = 200.52度；第15,16,17,18字節表示速度為：1716 / 16384 = 0.1047 NM/s =193.97 m/s，航向 = 35804 * 360 / 2^16 =196.6度；第19,20字節表示二次代碼為0054；第21,22字節表示高度為：1364 * 25 = 34100ft =10393.68m；第23字節表示二次雷達航跡

3.結束語

以上為CAT 001包分析的詳細方法和實例。CAT002和S模式的CAT034和CAT048的分析思路一致，再次不再贅述。分析數據的關鍵在于讀懂ASTERIX官方提供的說明文檔，這樣就能夠很好的理解數據的含義，從而為雷達數據分析打好堅定基礎。

[1]Steven Michael C．Secondary surveillance radar[M]．Artech House Boston and London．1988．

[2]王屹峰,牛磊．雷神雷達數據格式淺析[J]．空中交通管理,2008年第3期：1-4．