淺談當(dāng)前民航空管傳輸網(wǎng)絡(luò)發(fā)展必要性

陳 祎

（中國民用航空華北地區(qū)空中交通管理局，北京 100621）

1 S模式雷達信號的應(yīng)用必要性

首先，讓我們共同了解二次雷達的工作原理。在T0時刻，地面二次雷達向空中發(fā)射兩種電磁脈沖，飛機應(yīng)答機在收到這兩種電磁脈沖后，根據(jù)兩個脈沖間的時間間隔，判斷出地面二次雷達想知道飛機的什么信息。當(dāng)兩個脈沖間的時間間隔為8微秒時，表明地面二次雷達想知道飛機的身份信息，飛機上的應(yīng)答機就會把自己的身份信息發(fā)送出來，這就是A模式。當(dāng)兩個脈沖間的時間間隔為21微秒時，表明地面二次雷達想知道飛機的高度信息，飛機上的應(yīng)答機就會把自己的高度信息發(fā)送出來，這就是C模式。AC模式雷達信號便是向空管部門提供了飛機的身份識別信息和高度信息。然而，AC模式的弊端在于，當(dāng)飛機比較多的時候，尤其是如果兩架飛機離得比較近，這兩架飛機幾乎同時收到地面二次雷達發(fā)射的電磁脈沖，也就會幾乎同時做出應(yīng)答，地面二次雷達就幾乎同時收到兩架飛機的應(yīng)答信號，地面二次雷達就無法分辨這些應(yīng)答。造成管制無法準(zhǔn)確掌握轄區(qū)航班的飛行狀態(tài)。

為了解決這個問題，新推出了S模式雷達，它的基本思想，就是為每架飛機配置一個全球唯一的代碼，這個代碼是24個bit，配置在機載應(yīng)答機里面。這就類似于計算機的MAC地址。地面二次雷達在發(fā)射電磁脈沖的時候，發(fā)射的電磁脈沖里面攜帶有某架飛機的24bit地址碼，飛機收到地面二次雷達的電磁脈沖后，將其中的24bit地址碼跟自己的24bit地址碼比對，如果發(fā)現(xiàn)一致，就做出應(yīng)答，如果不一致就忽略。此外，利用S模式監(jiān)視飛機的空域，其安全間隔會大大減小。ICAO對于雷達管制的規(guī)定是每個小時同高度允許48架飛機通過（間隔約5海里）。同時，雷達數(shù)據(jù)的實時性，管制員可以隨時在雷達顯示屏上監(jiān)控飛機的當(dāng)前位置，即使存在風(fēng)與其他因素的影響，飛機位置發(fā)生突然變化，管制員也能從雷達顯示屏上隨時知道，從而大大增強了飛行安全性。

2 兩種模式雷達信號傳輸需求

筆者在雷達信號傳輸質(zhì)量監(jiān)測工作中統(tǒng)計了大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并以此得出，在同一部雷達覆蓋范圍內(nèi)相同航班量時，采用S模式工作所產(chǎn)生的雷達信號數(shù)據(jù)包大小約是AC模式工作下數(shù)據(jù)包大小的3倍。當(dāng)前民航用于傳輸雷達信號的網(wǎng)絡(luò)帶寬均值為19.2Kbps/s，以一個航班量較多的時刻舉例，每秒鐘收到的數(shù)據(jù)包大小約為14Kbps/s，其對當(dāng)前傳輸帶寬的利用率高達72%（如圖1、圖2所示）。

圖1 某一航班量較大時段的雷達信號數(shù)據(jù)量輸出

圖2 帶寬利用率峰值

當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)傳輸機制，是當(dāng)帶寬利用率達到100%后，超過傳輸負載的數(shù)據(jù)仍得以繼續(xù)傳輸，但需要在網(wǎng)絡(luò)通道中進行排隊。目前，民航華北地區(qū)采用的雷達監(jiān)視自動化處理系統(tǒng)是由澳大利亞生產(chǎn)的THALES系統(tǒng)，其官方給出的信號傳輸時延需求為平均時延不超過1S或時延峰值不超過1.5S，因該系統(tǒng)是將多部雷達對同一空域范圍內(nèi)相同航班目標(biāo)的位置進行參數(shù)融合計算，某一部雷達信號傳輸時延過大，則將導(dǎo)致雷達監(jiān)視屏幕中使得相同目標(biāo)出現(xiàn)在不同位置，即出現(xiàn)雷達信號分裂，這將極大干擾管制工作的開展。當(dāng)該現(xiàn)象頻繁發(fā)生時，管制將采取流量控制手段，保障當(dāng)前空域的安全。

因此，雖然S模式雷達雖有助于提高空中交通管制安全保障性，首當(dāng)其沖需要解決的便是網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬的擴容。

3 網(wǎng)絡(luò)傳輸發(fā)展面臨的問題

近年來，隨著民用航空業(yè)發(fā)展的需求，新機場建設(shè)并與2019年正式竣工通航，航班量勢必增加，為加大空管保障力度，S模式雷達信號的推廣應(yīng)用勢在必行。

然而網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬的調(diào)整并非如水龍頭開關(guān)一般隨意調(diào)整，它受限于軟、硬件配置。當(dāng)前用于雷達信號傳輸網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備紛繁復(fù)雜，其網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架由光端機、路由器、信號復(fù)用器、協(xié)議轉(zhuǎn)換器等設(shè)備組成，需要整體提升網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬，需要綜合考慮各個傳輸節(jié)點設(shè)備的帶寬上限值以及核心設(shè)備的總體流量負載。目前，部分信號復(fù)用器的傳輸帶寬限制在19.2Kbps/s，以此便限制了網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬的擴容。

目前，為解決這一問題，民航通信網(wǎng)的建設(shè)正緊鑼密鼓的開展當(dāng)中，全網(wǎng)統(tǒng)籌考慮并滿足S模式雷達信號傳輸帶寬需求，在全國將建設(shè)—級節(jié)點2個，分別設(shè)置在北京和上海網(wǎng)控中心；二級節(jié)點14個，設(shè)置在7個地區(qū)空管局、7個區(qū)域管制中心；三級節(jié)點37個，設(shè)置在37個空管分局（站）；四級節(jié)點237個，設(shè)置在民航局、民航局空管局、北京應(yīng)急通信容災(zāi)中心（十里河）、廣州老白云空管通信樓、廣州終端管制中心、上海終端管制中心、珠海進近、三亞區(qū)管及上海浦東機場航管樓、上海虹橋機場航管樓、首都機場航管樓、成都老航管樓、烏魯木齊航管樓、7個地區(qū)管理局、41個監(jiān)管局、9個地區(qū)空管局同城機場（含拉薩）、167個民航地方機場。在各級節(jié)點分別配置了對應(yīng)等級的傳輸設(shè)備。為S模式雷達乃至更高的空管數(shù)據(jù)傳輸需求做好基礎(chǔ)保障。