S模式二次雷達數據鏈協議分析與功能驗證

李斌

四川九洲空管科技有限責任公司 四川綿陽 621000

1 S模式數據鏈子網概述

S模式數據鏈子網是空-地數據通信子網的一部分，為飛機上和地面上的附屬子網點提供面向連接的通信服務和S模式特定服務。S模式數據鏈子網主要由S模式應答機、機載數據鏈處理器（ADLP）、地面數據鏈處理器（GDLP）、S模式詢問機組成，其系統框圖如下圖所示。

圖1 S模式數據鏈子網框圖

GDLP可以通過GDLP/DLF接口控制協議與S模式二次雷達通信，以固定格式進行數據傳輸。S模式二次雷達進行鏈路管理，并提供S模式特定服務，包括廣播、GICB、SVC/MSP服務，主要功能包括：

（1）鏈路管理，包括建立、維護、取消和釋放GDLP/DLF連接；（2）廣播管理，包括上行鏈路廣播管理和下行鏈路廣播管理：①上行鏈路廣播管理。根據GDLP/DLF接口收到的廣播請求，產生詢問指令，通過射頻鏈路發(fā)送CommA廣播詢問；②下行鏈路廣播管理。接收應答機發(fā)出的CommB廣播應答，并將CommB廣播數據分發(fā)GDLP/DLF接口；（3）GICB管理。將GDLP/DLF接口收到的GICB數據請求，與雷達內部應用產生的數據請求進行合并，生成詢問時序和詢問信號，通過射頻鏈路傳送給指定目標；（4）SVC/MSP管理，包括上行鏈路SVC/MSP數據包管理和下行鏈路SVC/MSP數據包管理：

（1）將GDLP/DLF接口收到的SVC或MSP上行數據包（packet）拆分成SLM或ELM幀后緩存到隊列中，并對隊列緩存的數據量進行監(jiān)測，當緩存的數據幀超過預設的閥值后則通知GDLP/LU接口模塊，限制外部上傳的數據流量；（2）將多個邏輯上鏈接在一起的Comm-B應答消息組裝成一個SLM幀，或多個邏輯上鏈接在一起的Comm-D應答消息組裝成一個ELM幀，并將SLM或ELM幀數據通過GDLP/DLF接口轉發(fā)給GDLP。

2 通信協議分析與功能驗證

2.1 鏈路管理

（1）通信協議。

①建立連接。GDLP首先向S模式二次雷達DLF（以下簡稱DLF）發(fā)送建立連接請求消息（Associate_req），在收到建立連接響應消息（Associate_Resp）之前，GDLP將每隔T1（Associate_req重傳定時器，通常為1秒）時間發(fā)送一次該消息。DLF在收到Associate_req消息后，將刪除與該鏈路有關的飛機數據，重置內部定時器和計數器，并回饋Associate_Resp消息。Associate_Resp消息的D_result設置為：CAUSE=3h（finished），DIAG=0h（Nodiagnosticavailable）。

②保持連接。如果GDLP與DLF之間沒有數據消息時，GDLP將每隔T2（無事務時的Keep_alive周期，通常為1秒）時間發(fā)送1次保持（Keep_alive）消息，以維護與DLF之間的連接。

③關閉連接。GDLP通過向DLF發(fā)送中斷連接請求（Abort_req）或釋放連接請求（Release_req）消息來關閉連接。a）Abort_req用于立即終止處于連接建立階段的GDLP/DLF連接。b）Release_req用于正常終止GDLP/DLF連接，并需要DLF確認。當DLF能夠終止GDLP/DLF連接時，DLF發(fā)送接收關閉連接的Release_resp消息，將該消息的D_result設置為：CAUSE=3h（finished），DIAG=0h（Nodiagnosticavailable），并丟棄與該特定連接相關的所有飛機數據。如果DLF不能立即終止該連接，DLF發(fā)送拒絕關閉連接的Release_resp，并 將 該 消 息 的 D_result設 置 為：CAUSE=1h（rejected），DIAG=0h（Nodiagnosticavailable）。GDLP將等待T4（Release_req重傳定時器，通常為3秒）時間后繼續(xù)發(fā)送Release_req，然后每隔T4時間發(fā)送1次，共發(fā)送R4（Release_req傳輸次數，通常為4）次。如果GDLP在T3（GDLP連接超時，通常為4秒）時間段內沒有收到任何消息，將向DLF發(fā)送Abort_req消息，并將該消息的D_result設置為：CAUSE=6h（invalidresult），DIAG=8h（timerT3expiry）。此時，中斷連接請求（Abort_req）不需要確認，GDLP將會清除與該連接相關的所有飛機數據。

2.2 功能驗證

下面以S模式二次雷達DLF為主，GDLP為從，進行GDLP/DLF鏈路管理功能驗證。其中，Associate_req重傳定時器T1設置為1秒，無事務時的Keep_alive周期T2設為1秒，GDLP連接超時T3設為4秒，Release_req重傳定時器T4設為3秒，Release_req傳輸次數R4設為4次。

GDLP每隔1秒向S模式二次雷達發(fā)送1次建立連接請求，直到雷達的GDLP/DLF接口回饋建立連接響應。在GDLP與雷達之間沒有數據通信時，雷達將定期發(fā)送保持連接信息，直到GDLP發(fā)出終止連接請求和釋放連接請求：a）若GICB_extraction請求消息中缺少D_time，請求將一直存在，直到鏈路/GDLP/S模式二次雷達詢問機故障，或飛機離開；b）GICB_extraction請求消息中缺少D_GICB_properties。

然而，若S模式二次雷達的天線波束已經掃描過該飛機，則DLF應向GDLP發(fā)送GICB_response消息，用于指示失敗的GICB請求編號和嘗試的錄取時間，并將D_result設置為：CAUSE=4h（Delayed），DIAG=0h（Nodiagnosticavailable）。對于將周期約束指標設置為0的請求，即使在波束駐留期內重新詢問后仍然錄取失敗，下一次嘗試將在下一個天線掃描時進行（即在要求的錄取周期內多次嘗試才能成功錄取）。對于周期約束指標為1的請求，即使在波束駐留期內重新詢問后仍然錄取失敗，下一次嘗試將根據請求的周期確定。

3 功能驗證

下面以S模式二次雷達DLF為主，GDLP為從，進行上行數據包傳輸功能驗證。主要對Packet_number、飛機的S模式地址、Packet_properties等參數進行了設置，未進行數據流量控制項參數設置。

GDLP可向地面S模式二次雷達發(fā)起UplinkPacket傳輸請求，雷達根據數據包的大小將從GDLP/DLF接口收到的SVC或MSP上行數據包（packet）拆分成SLM或ELM幀后緩存到隊列中，并對隊列緩存的數據量進行監(jiān)測，當緩存的數據幀超過預設的閥值后則通知GDLP/LU接口模塊，限制GDLP上傳的數據流量。地面S模式二次雷達按照擴展長度通信協議，將數據包的內容以幀的形式發(fā)送給目標的應答機，應答機將收到的幀數據合并成一個包含完整的CommC數據的消息以packet數據包的形式發(fā)送給ADLP。

機載應答機在收到ADLP發(fā)出的CommD數據傳輸事件后，產生包含CommD數據錄取通知的應答信號，地面S模式二次雷達收到錄取通知后，隨即產生包含CommD消息預訂的詢問信號；目標的應答機收到預訂請求后，產生包含CommD消息預訂確認的應答信號；接著，地面S模式二次雷達發(fā)送包含CommD消息錄取請求的詢問信號，應答機產生包含CommD消息數據的應答信號；雷達在收到最后一個CommD應答信號后，將收到的幀數據合并成一個包含完整的CommD數據的消息以packet數據包的形式按ASTERIXCAT018格式發(fā)送給GDLP。同時，雷達關閉此次CommD消息傳輸。

4 結語

本文介紹了S模式二次雷達數據鏈接口控制協議，并對其提供的GICB服務、上行SVC/MSP服務和下行SVC/MSP服務進行了詳細分析和功能驗證。S模式二次雷達能夠提供S模式特定服務，實現S模式地-空數據通信，為航空電信網設備提供了一種新的地-空數據通信技術手段。