基于SDH的機動雷達情報傳輸系統研究

文/張磊 劉慶華 張長聰

1 引言

雷達在現代信息化戰爭中發揮著舉足輕重的作用，將雷達探測到的情報信息準確、迅速、高效地傳輸給指揮機關是取得戰爭勝利的重要保障。普通雷達站由于其自身特性很容易被敵方摧毀，而機動雷達則具有很強的戰場生存能力。與此同時，雷達機動作戰進行情報補充，是一種重要且有效的獲取戰場情報手段。

目前，機動雷達情報傳輸主要依靠光纖、短波電臺、微波與衛星通信等方式。光纖通信具有傳輸容量大、速率快與性能穩定可靠等優點，但其臨時鋪設困難，在未鋪設光纖地區無法使用。短波電臺一般作為備份通信手段，其通信容量較小，操作復雜，抗干擾能力差，連接不穩定，且容易受到電離層變化等因素的影響。微波中繼通信是一種視距通信，若要進行遠距離信息傳輸，則需要建設大量微波中繼站，同時，微波通信也會受地理環境和通信距離的限制而不易實施。而衛星通信雖然不受距離限制、通信容量大，但是其存在穩定性差，操作復雜等問題。這幾種情報傳輸方法靈活性不高，通信方式相對固定。當受到戰場態勢、地理環境與戰術意圖等條件限制時，上述幾種通信方法無法滿足機動雷達情報數據傳輸需求，無法滿足現代化信息作戰的需求。因此，探索靈活多樣、準確、實時、可靠的雷達數據傳輸方式的意義重大且深遠。

本文根據目前雷達部隊所采用情報通信方式的優缺點，利用現有資源，結合機動雷達全域機動的實際情況，提出一種較為靈活且可以將雷達情報準確、實時、可靠地傳送至指揮中心的情報通信系統，即“光纖延續接入方案”。利用微波中繼與光纖通信相結合的情報通信方法，在機動雷達陣地與光纖接入點存在一定距離，且地形情況復雜，不易直接就近鋪設光纜時，也可以利用國防光纖進行情報通信，滿足雷達情報傳輸需求。

2 機動雷達情報傳輸系統需求分析

雷達的基本任務是獲取被探測目標的方位、距離、高度、速度等坐標情報數據與目標的屬性、類型、數量等目標性質情報信息。但是，在現代信息化作戰條件下，對雷達的需求遠不止獲得目標情報，還要求獲得雷達的工作狀態信息，實現雷達情報共享與雷達圖像融合等。因此，只有首先明確雷達情報傳輸系統的需求，才能進行雷達情報傳輸系統的設計，機動雷達情報傳輸需求與普通雷達情報傳輸需求基本一致。機動雷達情報傳輸系統的情報傳輸需求如下：

（1）能夠傳輸目標的情報信息；

（2）能夠傳輸目標的原始回波數據；

（3）能夠傳輸雷達的P顯畫面；

（4）能夠與雷達艙進行雙向語音通訊；

（5）能傳輸雷達狀態信息和控制信息。

明確機動雷達情報傳輸系統的需求后，還需進一步分析傳輸這些需求數據所需的帶寬、時延等指標。

（1）雷達目標情報信息是目標回波信號經過處理后在雷達終端顯示的目標點跡與航跡信息，此信息反映了目標的全部特征，一般采用40號文格式傳輸。假設雷達掃描一周為10s，發現目標150批，則傳輸速率需150×40×8÷10=4.8Kbps，且對傳輸時延要求較高，通常小于0.5s。

（2）目標原始回波數據與P顯畫面均為視頻信號。其中，原始回波為雷達接收機獲取目標的回波信號，為包含目標全部情報信息的模擬信號。原始回波傳輸首先應對數據進行采樣，假設采樣速率為4MHz，A/D轉換器的分辨率為8bit，則原始回波數據的傳輸速率最大為32Mbps。同理，傳輸P顯畫面所需速率也為32Mbps。而且，若采用視頻壓縮技術可進一步減小傳輸速率。

（3）語音信號一般為方艙與雷達站指揮系統間的話音信號，或者為雷達站指揮系統與上級機關之間的話音信號。根據Nyqiust采樣定理，采樣頻率為8KHz即可保證采樣后頻譜無混疊，再根據PCM30/32編碼標準，每一個采樣值量化為8bit，這樣最初的語音信號速率就是64Kbps。若采用CVSD（Continuously Variable Slope Delta Modulation）編碼方式對語音進行數字化，傳輸速率可減小為16Kbps。語音信號為雙向傳輸信號，對延遲要求較高，應盡量做到無延遲。

圖1：SDH幀結構示意圖

（4）雷達的控制信號通常由雷達站指揮系統發出，包括雷達開關機、系統復位、頻率的選擇信號、頻率控制、極化方式選擇等信號。這類信號一般為電平信號，傳輸速率達到64 Kbps即可滿足需求，但對時延要求較高。雷達的狀態信息一般包括方位信號、開關有效控制、發射機故障、雷達靜默回饋等信號。這類信號一般為電平信號，傳輸速率達到64Kbps即可滿足需求，但對時延要求不高。

通過上述分析，可得到雷達情報傳輸系統的總傳輸速率需求約為64Mbps，若再加上信號復用時的系統開銷，傳輸速率達到65Mbps即可滿足雷達情報傳輸需求。

3 SDH技術概述

SDH（Synchronous DigitalHierarchy，同步數字體系）是一種信息傳輸體制，可以為速率不同的數字信號傳輸提供相應等級的信息結構，包括每幀的結構、復用方法、接口碼型、映射方法以及相關的同步方法，可以應用在光纖通信、衛星通信與微波通信網絡。SDH 數字微波通信網具有通信容量大、情報傳輸質量好、信道穩定、靈活高效等特點，是光纖通信的重要補充手段，已廣泛應用于電信領域。

SDH傳輸體制采用統一的信息結構等級，即同步傳送模塊（Synchronous TransportModule，STM）。其中，基本的同步傳送模塊有 STM-1、STM-4、STM-16。SDH傳輸體制采用幀結構來記錄信息，每幀由9行和270列字節組成，分成段開銷區（SOH）、管理單元指針區（AU PTR）與SDH凈負荷區三個區域。段開銷的作用是保證信息安全傳輸，分為再生段開銷（RSOH）與復用段開銷（MSOH）；管理指針（AU PTR）是一種地址指示符，可以將凈負荷中的第一個字節進行標記，以便后續識別出完整的信息；凈負荷區是存放信息的區域。STM-1的幀結構如圖1所示。

圖2：光纖延續接入解決方案示意圖

傳輸信息時，每幀按照從上到下、由左到右的順序排成串型碼流依次傳輸，每幀傳輸時間為125μs，則每秒可傳輸1×1000000÷125=8000幀，那么STM-1每幀比特 數為：8×9×270×1=19440bit，則 STM-1的傳輸速率為：19440×8000=155.520Mbps。

4 光纖延續接入方案系統組成

根據前文分析可知，STM-1的傳輸速率可達到155.520Mbps，完全滿足雷達情報傳輸速率需求，同時，SDH技術能夠進行高階信號與低階信號的復用，從而實現雷達目標信息、雷達控制信號、雷達狀態信號、語音信號與視頻信號的同時傳輸，且可以保證雷達情報信號的傳輸質量，多余的帶寬可作為冗余設計與后續擴展功能時使用。

利用SDH數字微波傳輸方式，將雷達情報傳輸至光纖接入點，再利用光纖將雷達情報傳輸至情報中心。上述雷達情報通信方式，在機動雷達陣地與光纖接入點存在一定距離，且地形情況復雜，不易直接就近鋪設光纜時，也可為雷達機動分隊提供一種就近便捷接入國防光纜的手段。

光纖延續接入系統組成如圖2所示。

雷達情報傳輸部分主要由編碼與解碼設備、SDH復用設備與數據收發設備組成。首先利用編碼設備將雷達情報進行數字化處理，再將多種雷達情報信號復用成STM-1信號，便于利用微波傳輸。數據收發設備可以將情報發送與接收，既可以將雷達情報傳送至情報中心，也可以將接收情報中心的指揮控制信息。系統結構如圖3所示。

5 雷達信號的SDH傳輸

根據上文分析可知不同雷達情報信號有不同的傳輸速率需求，不能直接簡單的復用為高次群信號，否則會產生編碼錯位等問題。而且，SDH傳輸體制主要應用于電信業務，具有2M、34M和128M三種不同的傳輸速率，與雷達信號的傳輸速率不匹配，無法直接傳輸。所以，傳輸雷達情報數據時，不僅要根據雷達情報信號特性進行分類復用，而且要將傳輸速率需求較高的雷達情報信號分解成多個2Mbps或34Mbps信號，并應用SDH級聯技術進行傳輸，并在接收端將雷達情報信號復接，恢復出原來的情報數據，最后將情報數據進行光電轉換后利用光纖網絡傳送至情報中心。

在雷達情報傳輸系統中，可將目標情報信息、雷達狀態信息、雷達的控制信號復用為一路信號；將語音信號可以復用為一路2M信號；傳輸目標原始回波數據與P顯畫面需要的速率較大，可分別單獨復用一路34Mbps信號進行傳輸；剩余的端口可用于系統冗余和系統擴展功能使用。在雷達情報傳輸系統中，將所傳輸的信號通過映射、定位于復用后送入SDH幀結構，幀與幀之間利用字節間的插復用進行傳輸，從而滿足雷達情報傳輸的實時性要求。

6 結語

本文根據機動雷達全域機動的特點，提出基于SDH數字微波傳輸與光纖傳輸相結合的情報通信方法，即“光纖延續接入方案”。在機動雷達陣地與光纖接入點存在有一定距離，不易直接利用光纖傳輸雷達情報時，可以先利用SDH數字微波傳輸技術將雷達情報傳輸至光纖接入點，再利用光纖網絡將雷達情報及時、準確、高效的傳送至上級指揮機關，從而使指揮機構能夠準確、及時、動態地掌握戰場態勢，為獲得戰爭勝利提供有力保障?！肮饫w延續接入方案”可以充分利用光纖傳輸的各種優點，同時又克服了光纖受地理環境制約的不足，是一種可行的提高機動雷達情報傳輸系統性能的方案，具有實際意義與廣泛的應用前景。