西沙INDRA S模式雷達數(shù)據(jù)信號異常的分析和處理

林智

摘要

本文以西班牙INDRA二次S模式雷達為背景。首先介紹了雷達的工作特點和信號數(shù)據(jù)格式參數(shù)，而后提供對雷達數(shù)據(jù)信號質(zhì)量的分析思路。結(jié)合實際例子，對雷達數(shù)據(jù)信號異常情況進行闡述分析并提出解決方案。

【關鍵詞】INDRA S模式雷達 雷達數(shù)據(jù)格式信號分析

西沙新裝INDRA IRS20-MP/L是我國引進的第一套新型號S模式二次雷達，是三亞區(qū)管和香港國際航路監(jiān)視的最主要信號來源，在三亞情報區(qū)實施雷達管制中提供重要作用。本文對該雷達設備在投產(chǎn)運行過程中出現(xiàn)的目標信號異常情況進行分析，并提出合理的解決方案。

1 S模式雷達應用基礎

傳統(tǒng)單脈沖二次詢問雷達的工作方式為雷達發(fā)射機發(fā)射1030MHz的脈沖信號，向機載設備發(fā)出詢問，機載應答機接收到有效詢問信號后產(chǎn)生相應的頻率為1090MHz的應答信號并向地面發(fā)射。地面接收機接收到應答機信號，經(jīng)過計算機系統(tǒng)處理后獲得所需信息。相對于一次雷達，二次雷達發(fā)射功率小，不存在目標閃爍現(xiàn)象，干擾雜波較少，最主要是提供的信息豐富包含距離、方位角、二次代碼、氣壓高度等。但是，二次雷達A/C，模式的缺點在于信息量不能滿足要求，容易產(chǎn)生異步干擾和同步串擾。最新的解決辦法為引進S模式雷達，它使用離散尋址詢問技術，給每架航空器一個唯一的識別碼，就是ICA024位地址碼。并且有選擇性的按照24位地址碼對飛行器進行逐一詢問，減少同步串擾的產(chǎn)生。同時，S模式能向下兼容A/C模式的使用，這樣可保證所有裝有新老應答機的航空器都可識別。

2雷達信號的來源

真實目標是指飛行器被雷達正確識別產(chǎn)生的目標，假目標是指由于雜波、虛警、環(huán)境干擾等因素導致雷達錯誤識別的虛假目標。在雷達單次探測到的，表示目標大小、形狀、位置、高度、二次代碼的數(shù)據(jù)或者符號稱為點跡。與點跡不同，航跡是由雷達連續(xù)探測到，并進行跟蹤的飛行器信息，其中包含飛行器航跡號、位置、高度、二次代碼、速度、航向、航跡質(zhì)量等。雷達數(shù)據(jù)的處理流程為雷達接收機接收到目標信息后將點跡和航跡信息轉(zhuǎn)化成相應雷達格式信號輸出，形成單雷達航跡。接下來將此單雷達航跡信息融合后形成多雷達航跡信息，傳輸路徑為雷達站至傳輸網(wǎng)絡至自動化系統(tǒng)，傳輸接口為RS232，傳輸協(xié)議為HDLC。

3雷達數(shù)據(jù)格式和類別

雷達的工作狀態(tài)、掃描目標等信息需要按照規(guī)定的格式組織和表示，并傳輸給數(shù)據(jù)使用者（例如自動化系統(tǒng)）才能實現(xiàn)對空中目標的遠程監(jiān)視，這就是雷達數(shù)據(jù)格式。中南地區(qū)目前最常用的雷達數(shù)據(jù)格式為ASTERIX和ALENIA MP2，其中多種雷達均一致使用ASTERIX格式，比如Raytheon、Thales、Indra、Selex等。常見的一些ASTERIX類別：

（1） CATO01，它用于雷達站輸出單雷達目標報告，包含點跡plot目標報告和航跡track目標報告。按照天線掃描的角度發(fā)送對應的目標，一個CATO01包中封裝一個或者多個目標，它有兩個UAP，一個記錄使用的是哪一個UAP由1001/020（目標報告描述）來確定，第一個字節(jié)第8位（最高位）為O表示點跡報告，為1表示航跡報告;

（2） CAT002用于雷達站輸出單雷達服務信息，包含正北標記、扇區(qū)跨越、正南標記、盲區(qū)過濾激活、盲區(qū)過濾停止。其中扇區(qū)跨越信息的發(fā)送與天線旋轉(zhuǎn)角同步，扇區(qū)跨越包在雷達天線跨過扇區(qū)邊界的時候才發(fā)出，時間戳為天線轉(zhuǎn)過該扇區(qū)起始角度的時刻，每個周期的扇區(qū)跨越包數(shù)等于雷達的扇區(qū)數(shù)，ASTERIX格式通常為32個扇區(qū)。而正北標記的時間戳為天線轉(zhuǎn)過正北方向的時刻，正北包在雷達天線跨過正北方向時發(fā)出;

（3） CAT048是對CATO01的擴展，它把點跡和航跡的UAP合并成一個UAP，時間戳由2字節(jié)變成3字節(jié)，同步范圍從512秒擴展到24小時，支持輸出地理高度、航空器24位地址碼、航空器識別碼（航班號）、S模式通信數(shù)據(jù)等;

（4） CAT034是對CAT002的更新，它去掉了正南標記信息，強制所有正北包、扇區(qū)跨越包都要輸出時間戳，并增加擁堵區(qū)輸出。

4雷達數(shù)據(jù)分析思路

了解雷達的大致工作原理和數(shù)據(jù)格式后，我們可以總結(jié)下雷達信號分析思路：

（1）符合雷達標準格式的雷達信號才是好的雷達信號;

（2）從信號使用者（例如自動化系統(tǒng)）的角度出發(fā)，自動化系統(tǒng)能使用正常的雷達信號才是好的雷達信號。

對雷達信號的要求進行分類、歸納，形成一個質(zhì)量評估體系，使用工具對雷達信號質(zhì)量評估體系中的指標進行逐一檢查，找出不符合要求的指標通信層指標為信號是否會中斷、是否采用標準的信號引腳、傳輸速率是否標準的波特率、有無存在CRC錯幀、有無存在斷幀、有無延時、延時是否穩(wěn)定等;數(shù)據(jù)層指標為是否符合相應的雷達格式、雷達周期是否穩(wěn)定、是否有測距和測角誤差、目標丟失高度和位置的頻率多不多、目標的高度跳變和位置跳變大不大、雷達的覆蓋范圍是否滿足要求、跟其他雷達比較位置，高度速度等信息是否一致。

5數(shù)據(jù)異常分析和處理

（1）在初次雷達測試中，發(fā)現(xiàn)三亞區(qū)管自動化系統(tǒng)識別不了SAC和SIC碼，顯示不出雷達目標航跡信號。中南空管局給于西沙INDRA雷達分配的配置為SAC=16和SIC=119，這兩個數(shù)值為每個雷達站專屬，不會重復。從本地VR3000監(jiān)視系統(tǒng)上點擊一個目標觀察數(shù)據(jù)格式內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)內(nèi)SAC和SIC也出現(xiàn)error顯示。我們發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)的問題在于雷達頭SAC和SIC的數(shù)值為十進制設置，而自動化系統(tǒng)的SAC和SIC值必須設定為十六進制，即將SAC=16轉(zhuǎn)換為10和SIC=119轉(zhuǎn)換為77后自動化上立即出現(xiàn)目標。雖然Telephonics自動化系統(tǒng)要求ASTERIX-MONO格式的雷達信號中SAC/SIC碼必須與系統(tǒng)中默認位置配置要一致，我們也要注意配置數(shù)值的時候進制之間的轉(zhuǎn)換問題。

（2）當雷達切換成SSR模式使用的時候，傳輸數(shù)據(jù)選項沒有勾選成CAT 01/02數(shù)據(jù)格式，還是保持CAT 034/048選項，結(jié)果導致自動化系統(tǒng)上無目標顯示。我們用雷達信號分析儀抓包中發(fā)現(xiàn)，輸出的數(shù)據(jù)還是CAT 048數(shù)據(jù)包，并無CAT 01/02數(shù)據(jù)包，相當于空包，這個是不正確的。解決方法為雷達如果要使用常規(guī)SSR模式，相應輸出數(shù)據(jù)格式選項要勾選到CAT 01/02，這樣自動化系統(tǒng)才能解出正確的目標信號。

（3）我們在用雷達信號分析儀分析雷達數(shù)據(jù)包的時候，檢測到正北包錯誤，這個結(jié)果等于雷達所傳數(shù)據(jù)無正北包，例如抓到的數(shù)據(jù)包為01-03-OA-OO-OA-D0-10-77-01-34-E9-90-AO，此數(shù)據(jù)包長度正確，數(shù)據(jù)包結(jié)尾的字節(jié)AO表示效驗碼。而且在CAT 01/02點跡輸出時，正北數(shù)據(jù)包顯示正常，切換成S模式CAT 034/048數(shù)據(jù)輸出航跡和點跡時，正北包也正常。表明正北包異常只存在于常規(guī)SSR模式CAT 01/02航跡輸出狀態(tài)，而無法解出正北信號的原因為正北包內(nèi)正北標記位錯誤引起。我們將此情況和所分析數(shù)據(jù)告知雷達廠家后，廠家首選答復為檢測正北數(shù)據(jù)包出現(xiàn)問題時雷達是否處于傳輸過載狀態(tài)，而我們檢測時最大目標數(shù)只有40個，所以否定掉廠家這個結(jié)論。最后，廠家提供新的軟件將接收機MCPU升級后此問題得到解決。

（4）我們在分析雷達數(shù)據(jù)觀察到rNDRA雷達輸出航跡編號都集中在1到50左右，在一個已有航跡消失后，這個航跡的編號馬上就釋放出來能作為新出現(xiàn)的航跡編號，因為部分自動化系統(tǒng)是通過航跡編號來識別和相關目標的，這樣就會在自動化上導致目標跳變，這是個很嚴重的情況。將此情況反饋廠家，廠家解釋INDRA工作原理為如果航跡號發(fā)生丟失，航班號不超過50的話，航跡號也不會超過50，其他新出現(xiàn)的飛機是可用的。對于INDRA雷達這套系統(tǒng)來說，點跡和航跡是一樣的，一般情況下不會外推，雷達航跡和點跡實際上是一個點，沒有做航跡平滑處理，點跡和航跡都是重疊的，屬于“假航跡”，而Thales雷達為外推3個周期。按照ASTERIX標準，航跡號是必須存在的，點跡是沒有航跡號的，自動化處理點跡和航跡的算法不一樣，因為航跡和點跡的數(shù)據(jù)格式定義不一樣。此問題也在升級MCPU后得到解決。

6總結(jié)

本文對S模式二次雷達的來源和雷達數(shù)據(jù)格式進行介紹，在此基礎上分析了運行過程中出現(xiàn)的幾個數(shù)據(jù)異常情況，提出一些檢測和解決方法，希望能對業(yè)內(nèi)雷達技術人員有所幫助，文中不妥之處，敬請批評指正。

參考文獻

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