一種通過航管集中監控系統分析雷達原始數據的方法

摘 ?要： 目的：通過航管集中監控系統分析雷達原始數據。方法：通過優化航管集中監控系統架構，在其中新增一路雷達數據的配置，利用雷達記錄儀存儲的歷史數據，將其接入航管集中監控系統進行歷史數據解析。結果：可以克服航管集中監控系統不能存儲雷達數據并對歷史數據進行分析的缺點，便于針對特定事件中的雷達原始數據進行深入分析。結論：通過該方法，可以大幅度的地提高分析雷達數據的效率。經過實際工作的驗證，得到了技術人員的認可。

關鍵詞： 航管集中監控;ASTERIX;雷達原始數據

中圖分類號： TN954 ? ?文獻標識碼： A ? ?DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2019.04.046

本文著錄格式：趙澤. 一種通過航管集中監控系統分析雷達原始數據的方法[J]. 軟件，2019，40（4）：210214

【Abstract】： Objective： to analyze radar initial data through ATC centralized monitoring system. Method： based on optimizing architecture of ATM centralized monitoring system， add new configuration of radar data， and connect to ATC centralized monitoring system for historical data analysis with data stored in radar recorder. Result： the scheme can overcome disadvantage of ATC centralized monitoring system being not able to store and analyze radar historical data， to facilitate in-depth analysis of radar initial data of specific events. Conclusion： the method can improve radar data analysis efficiency greatly， and which has been accepted by technical staffs based on verification of practical work.

【Key words】： ATC centralized monitoring; ASTERIX; Radar initial data

0 ?引言

ASTERIX是多用途結構化歐控監視信息交換（All purpose Structured EurocontrolsuRveilance Infor-ma?tion eXchange）的縮寫，是歐洲民航合作組織制定的一種監視設備和自動化系統信息交換的標準格式。其中針對用于交互的空管監視數據信息的詳細結構進行了詳細定義，即包括每一個比特編碼的細節結構，也包括數據塊組織的整體結構。因為便于實現不同組織結構的監視設備與自動化系統間的數據信息交互，其目前已在歐洲、北美、澳洲以及世界上其它許多國家/地區得到廣泛應用。該標準工作在ISO/OSI第六和七層，即表示層和應用層，其在應用層上定義了不同系統需要交換的信息內容，在表示層上定義了如何來組織和表示這些數據。同時，數據的傳輸可以使用低層的通用協議，如TCP/IP，X.25，HDLC等。目前，ASTERIX雷達數據傳輸主要采用HDLC協議，數據包封裝在HDLC的幀的信息字段當中。HDLC協議當中的每一個幀一般均封裝一個ASTERIX數據包或者封裝若干個數據包。

1 ?雷達原始數據格式

1.1 ?ASTERIX標準概述

ASTERIX是多用途結構化歐控監視信息交換，是歐洲民航合作組織制定的一種監視設備和自動化系統信息交換的標準格式。它針對用于交互的空管監視數據信息的結構進行了詳細定義。因為便于實現不同組織結構的監視設備與自動化系統間的數據信息交互，目前已在許多國家/地區得到廣泛應用。該標準工作在ISO/OSI的表示層和應用層，其在應用層上定義了不同系統需要交換的信息內容，在表示層上定義了如何來組織和表示這些數據。ASTERIX雷達數據傳輸主要采用HDLC協議，數據包封裝在HDLC的幀的信息字段當中，每一個幀一般均封裝一個ASTERIX數據包或者封裝若干個數據包。

1.2 ?ASTERIX標準的格式

ASTERIX數據塊可以分為以下字段：

（1）數據塊：表示符合ASTERIX標準的自動化系統或監視系統之間交互的數據信息模塊。每個數據塊由某個記錄（Record）或同一類的多個記錄 ? 組成。

（2）數據類別：根據傳輸內容可以對數據分類，例如包括目標信息、服務信息、氣象信息等不同的數據類別。

（3）記錄：表示一個信息實體，用于描述特定的數據類別，由一個FSPEC和多個數據域組成一個記錄。舉個例子，一個CAT001格式的記錄可以詳細說明某雷達目標，而一個CAT002格式的記錄可以詳細說明某雷達的服務信息，比如正北和扇區等信息。

（4）數據條目：在數據類別之下，數據條目是

再低一級的數據單位。舉個例子，雷達目標信息類之下，還有MODE-3/A和MODE-C等信息。表示方法：Innn/AAA，其中nnn為類別號，AAA為條目號，如I001/070，I062/040。

（5）數據域：數據域可以詳細說明一個數據條目之內的特定內容，也是最低的信息層級。多個數據域能夠構成一個記錄，通過FSPEC可以指定其中包含的具體數據域。每一個數據域有一個對應的域引用號FRN，域引用號在用戶應用表UAP里面被具體定義。

分析雷達目標原始數據時，常用ASTERIX標準中的CAT001格式解析雷達站輸出的單雷達目標信息報告。CAT001適用于航管一次雷達和航管二次雷達，包括點跡（plot）目標報告和航跡（track）目標報告，與CAT002雷達服務信息一起組成單雷達信息輸出格式的最基本集合。在一個天線掃描周期中，CAT001格式按照天線掃描的角度發送對應的目標，一個CAT001包中封裝一個或多個目標。按照標準，如圖1所示的一個十六進制CAT001包可以解析出：地址字節為01，控制字節為03，CAT01包，數據包有效長度為17字節，雷達SAC碼為00，雷達SIC碼為FF，來自于一號天線的單二次雷達的真實點跡報告，非SPI標志，非固定天線，無擴展，極坐標分別為155.3 km和134.156度，二次代碼A2307默認有效實時無混淆，高度3414米默認有效無混淆，UTC時間戳為362.07秒。

2 ?通過航管集中監控系統查看雷達原始數據

2.1 ?航管集中監控系統概述[1]

西安區管現場部署的航管集中監控系統主要實現的功能包括：引接雷達數據、ADSB數據、ADSC數據、CPDLC地空數據鏈;對引接的監視數據進行處理和解碼及分析;通過圖形和列表的方式對解碼和分析的結果進行直觀的顯示;監視和控制系統自身的運行狀態;通過網絡NTP服務自動校時。該系統采用分布式、開放式的客戶/服務器（C/S）體系架構，便于維護和升級，并通過A/B雙路局域網構成系統本地工作網。該系統采用WGS-84坐標系，由雷達信息引接、數據通信處理、數據融合處理、數據分析/統計、數據顯示、系統狀態監控、數據顯示終端和系統監控終端等部分組成，其內部數據處理流程如圖2所示。

2.2 ?在航管集中監控系統中新增一路雷達[2]

在航管集中監控系統中添加一路雷達數據包括兩個方面的內容：雷達原始數據引接和軟件配置。

2.2.1 ?雷達原始數據引接

航管集中監控系統通過信號引接設備的RS- 232同步通信接口（DB-25連接器）與雷達原始數據源相連，接收HDLC協議且符合RS-232信號定義的數據幀，支持的端口波特率范圍為2.4 kbps至64 kbps。該系統可處理的雷達數據格式包括Asterix、Thales、Raytheon、Alenia、Selex、Toshiba、Westinghouse、Telephonics、Indra、Siemens、和國內MH/T4008數據格式等，并配置4臺共80個同步232接口的協議轉換器。

從雷達記錄儀的外送模塊引接一部雷達原始數據后，再將該雷達原始數據引接至航管集中監控系統的協議轉換器。可以通過航管集中監控系統中雷達鏈路模塊的相應端口狀態檢查雷達原始數據是否成功接入該系統。當數據未接入系統時，該模塊相應端口顯示為灰色。當數據成功接入系統時，該模塊相應端口顯示為綠色。

2.2.2 ?軟件配置

在系統中添加一路雷達數據時，還需要在系統監控終端上設置相應的參數。首先，選擇終端主菜單中“系統控制與設置”的“雷達通道設置”;在“雷達通道設置”窗口中點擊“增加”并填寫新增雷達的序號、雷達名、周期、格式、端口號、經緯度、高度等相關參數;通過系統監控終端同時重啟雷達數據處理服務器RDP1和RDP2、監視與控制終端SMP和數據顯示分析器RSDD。重啟完畢后，在雷達鏈路監視模塊中選擇相應雷達并檢查參數配置是否生效，完成該路雷達的添加。

2.3 ?通過航管集中監控系統查看雷達原始數據

航管集中監控系統本身只具備實時數據處理功能，并不具備數據存儲和回放功能。因此，為便于分析雷達原始數據，本文提出一種技術思路，將雷達記錄儀中的雷達原始數據輸出給航管集中監控系統。對于航管集中監控系統而言，輸入的雷達記錄儀數據與實時雷達原始數據并無不同。

2.3.1 ?設備架構[3]

航管集中監控系統的核心服務器是兩臺雷達數據處理器RDP。雷達原始數據經過協議轉換器后送至系統內部局域網，然后經過RDP處理后顯示在RSDD終端上。雷達記錄儀的核心設備由雷達適配器、雷達記錄單元、網絡交換機等構成。其中，雷達記錄A單元與雷達記錄B單元互為備份，用于接收處理同一部雷達的兩路傳輸數據[4-6]。雷達數據的接入和輸出由雷達適配器完成，每個雷達適配器可以接收或發送8路雷達數據，且同時與A單元和B單元相連。雷達適配器的工作模式為輸入輸出信號全雙工模式，即在記錄的同時可以回放已記錄的雷達數據到指定終端?？梢愿鶕枰胤诺挠涗泦卧?，將接口箱的開關撥到A或B以選擇使用A單元或B單元的數據。

在航管集中監控系統的終端上運行著三套軟件，分別是監視數據顯示軟件、雷達質量監視與分析軟件和系統監控軟件。其中，監視數據顯示軟件用于圖形化顯示雷達探測到的動態飛行目標等信息，雷達質量監視與分析軟件和系統監控軟件用于雷達原始數據分析[7]。

2.3.2 ?操作步驟

當使用航管集中監控系統查看雷達記錄儀的回放數據時，需要在雷達質量監視與分析軟件中對重演通道進行設置，保持雷達名稱、雷達鏈路、重演通道、回放時間等參數與雷達記錄儀的相關參數一致。以雷神雷達C1路信號為例，具體操作步驟如下。

首先，根據需要確定回放雷神雷達C1路，將雷達原始數據從雷達記錄儀上的對應端口送到航管集中監控系統的協議轉換器。同時，將雷達記錄儀上相應雷達適配器的選擇開關撥到A端[8]。

其次，在集中監控系統RSDD終端上打開雷達質量監視與分析軟件，選擇主菜單“系統控制與設置”中的“重演控制”;在“重演控制”窗口中，設置雷達名為“XIYRAY”，雷達通道為“CH-A”，重演通道為“PLBK1”，最后點擊“添加通道”完成設置。

再次，設置重演開始時間并選中“等待開始數據觸發”選項后，點擊“開始”進入等待外部輸入雷達數據的狀態;如果想從眾多目標中關注某一特定航班，可以在“二次代碼過濾”窗口中填寫該航班的二次代碼，一次最多可以同時關注五架航班;同上面的設置一樣，還需在雷達名稱里選擇“XIYRAY”，在雷達通道里選擇“CH-A”。

最后，用雷達記錄儀開始回放A1單元的雷神雷達。此時，雷神雷達C1路的原始數據進入航管集中監控系統。在航管集中監控系統中任意雙擊一條數據記錄，就可以在右側的信息窗口中查看詳細的雷達原始數據，如圖3所示。

3 ?結束語

在一次異常情況發生時，發現某空域出現大量的航班目標分裂現象。技術人員迅速定位故障為某部雷達數據的信號異常。但是，該雷達的維護單位經過檢查，并沒有發現問題所在。最終，技術人員根據本文所述的通過航管集中監控系統分析雷達原始數據的方法，快速發現該部雷達的傳輸延時達到十二秒左右，造成該雷達的航班目標無法與其它雷達的航班目標融合，進而導致大面積航班目標分 ?裂[9-10]。

工作中常需要技術人員分析雷達原始數據，直接分析二進制或者十六進制數據文件的工作量比較大且要求技術人員精通雷達數據格式，不僅效率低，而且技術門檻高。在計算過程中如果稍有不慎，就很可能會出現錯誤。通過本文描述的方法，可以極大地提高分析數據的效率，且利用航管集中監控系統自動解析數據，只要求技術人員熟悉雷達數據格式即可。經過實際測試和使用，證明該方法簡單易行且高效便捷。

參考文獻

[1] 王士鵬. 民航區域管制中心供電系統安全性研究[J]. 西安航空學院學報， 2015（3）： 30-33.

[2] 高水生， 張瑩， 饒丹， 等. 民航西安區域管制中心電磁輻射環境影響分析與防護措施[J]. 中南民族大學學報（自然科學版）， 2013， 35（4）： 186-187.

[3] 張興旺， 陶煜， 高濤， 等. 航管二次監視雷達低俯仰角典型假目標的消除對策研究[J]. 成都信息工程學院學報， 2010， 25（5）： 500-506.

[4] 廖永輝. 通信導航設備集中監控系統分析及設計[J]. 電子技術與軟件工程， 2018（22）： 33.

[5] 盛琦. 遠程集中監控系統分析實施及網絡改造[D]. 南京郵電大學， 2017.

[6] 王鑫越. 電力通訊系統中的集中監控與實現分析[J]. 通訊世界， 2017（14）： 176-177.

[7] 李建峰. 通信導航設備集中監控系統分析及設計[J]. 工業設計， 2015（09）： 165-167.

[8] 倪昀煒. 通信網絡動力與環境集中監控系統的設計與研究分析[D]. 上海交通大學， 2015.

[9] 武波. 通信導航設備集中監控系統分析及設計[D]. 四川大學， 2004.

[10] 劉潔. 基于移動互聯網的煤礦安全智能監控系統設計[J]. 軟件， 2011， 32（12）： 36-38+41.