空管自動(dòng)化系統(tǒng)接收雷達(dá)信號異常情況分析

張漪嵐

摘要：空管自動(dòng)化系統(tǒng)作為民航空管部門實(shí)施對空指揮的核心系統(tǒng)，通過處理雷達(dá)信號等監(jiān)視數(shù)據(jù)，為管制員提供空中飛行態(tài)勢的顯示和各種飛行沖突的實(shí)時(shí)情況。空管自動(dòng)化系統(tǒng)對雷達(dá)信號的質(zhì)量有著要格的要求，當(dāng)空管自動(dòng)化系統(tǒng)接收雷達(dá)信號異常時(shí)，將影響管制員的對空指揮，給日常工作帶來極大安全隱患。本文詳細(xì)闡述了空管自動(dòng)化系統(tǒng)接收雷達(dá)信號的過程及雷達(dá)信號異常情況分析。

關(guān)鍵詞：空管自動(dòng)化系統(tǒng);雷達(dá)信號處理

空管自動(dòng)化系統(tǒng)通過處理接收到的雷達(dá)數(shù)據(jù)，為管制部門提供準(zhǔn)確的航空飛機(jī)的具體飛行狀態(tài)，其中包括：航向、高度、航速、航班號等信息，使管制人員對飛機(jī)在整個(gè)飛行過程中存在的各種沖突和異常加以明確，能夠及時(shí)有效地處理突發(fā)類事情。就目前我國在用的空管自動(dòng)化系統(tǒng)種類很多，以北京區(qū)管中心為例，主用系統(tǒng)采用THALES系統(tǒng)，備用系統(tǒng)采用南京28所系統(tǒng)。當(dāng)空管自動(dòng)化系統(tǒng)接收雷達(dá)信號異常時(shí)，會(huì)出現(xiàn)丟失飛機(jī)目標(biāo)、假飛機(jī)目標(biāo)，大面積丟失扇區(qū)的現(xiàn)象，給管制指揮及日常工作帶來了極大的隱患，本文詳細(xì)闡述了空管自動(dòng)化系統(tǒng)接收雷達(dá)信號的過程及雷達(dá)信號異常情況分析。

我國現(xiàn)階段的雷達(dá)傳輸方式主要是通過租用運(yùn)營商2M中繼鏈路，經(jīng)過路由器或PCM設(shè)備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。如下圖所示：

根據(jù)日常的運(yùn)行維護(hù)中遇到的各種故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，影響自動(dòng)化系統(tǒng)接收雷達(dá)信號異常的因素主要有一下幾個(gè)方面：1、雷達(dá)源信號質(zhì)量問題 2、中繼運(yùn)營商鏈路問題3、傳輸設(shè)備的問題 4、自動(dòng)化系統(tǒng)問題，下面將分別詳細(xì)闡述這4個(gè)方面。

一、雷達(dá)源信號質(zhì)量問題

隨著近年來民航業(yè)的飛速發(fā)展，航班量的迅猛增加，雷達(dá)設(shè)施設(shè)備已經(jīng)滿足不了現(xiàn)有行業(yè)發(fā)展，需要加裝新型雷達(dá)滿足對所轄空域的覆蓋，此外維護(hù)人員對雷達(dá)設(shè)備設(shè)施維護(hù)的不到位也會(huì)有問題的雷達(dá)信號源。如鄭州某部雷達(dá)信號，在50KM外雷達(dá)信號就會(huì)不準(zhǔn)確，固定反射假目標(biāo)，傳輸至自動(dòng)化系統(tǒng)就會(huì)產(chǎn)生假信號或信號分裂，對管制指揮造成影響。如濟(jì)南某部雷達(dá)，產(chǎn)生磁偏角，雷達(dá)源數(shù)據(jù)也無法使用。因此，加裝新型雷達(dá)，滿足空域覆蓋要求十分有必要。

二、中繼運(yùn)營商鏈路問題

（一）中繼運(yùn)營商鏈路質(zhì)量問題

雷達(dá)信號傳輸主要依賴中繼運(yùn)營商的服務(wù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，運(yùn)營商2M專線的穩(wěn)定性在雷達(dá)信號傳輸中就尤為重要。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，自動(dòng)化系統(tǒng)接收雷達(dá)信號異常故障中有50%以上為運(yùn)營商鏈路問題引起的。下面以北京區(qū)域管制中心引接鄭州2雷達(dá)信號為例，通過HCT8810儀表進(jìn)行GPS時(shí)鐘校后，進(jìn)行雷達(dá)延時(shí)測試，測試結(jié)果如圖一所示：

分析： 鄭州INDRA vanguard路由整體延時(shí)穩(wěn)定在60-120ms，但存在一些突發(fā)延時(shí)增大至750ms后持續(xù)較短時(shí)間后立刻恢復(fù)的情況，延時(shí)增大原因疑似為運(yùn)營商的中繼鏈路在某一時(shí)刻存在較大抖動(dòng)。2M專線出現(xiàn)鏈路抖動(dòng)，時(shí)延時(shí)，會(huì)對雷達(dá)數(shù)據(jù)造成數(shù)據(jù)包丟失，數(shù)據(jù)包錯(cuò)誤，數(shù)據(jù)包延時(shí)等。空管自動(dòng)化系統(tǒng)對雷達(dá)信號傳輸有著嚴(yán)格的要求，雷達(dá)信號延時(shí)不能超過1s，并且自動(dòng)化系統(tǒng)是多雷達(dá)信號融合，單個(gè)雷達(dá)信號出現(xiàn)問題就會(huì)影響到多雷達(dá)信號融合，對管制造成影響。

（二）傳輸環(huán)節(jié)復(fù)雜問題

雷達(dá)信號傳輸路由復(fù)雜也會(huì)造成自動(dòng)化系統(tǒng)接收雷達(dá)信號異常。以鄭州2雷達(dá)為例，鄭州2雷達(dá)送往北京區(qū)管中心的雷達(dá)信號有2個(gè)路由，一種是從雷達(dá)站先經(jīng)航管樓在通過本地區(qū)傳輸網(wǎng)傳輸?shù)綇V州落地，再通過聯(lián)通2M傳到北京區(qū)管，另外一種是從雷達(dá)站直傳到北京區(qū)管。如圖二所示：

我們使用測試儀表HCT8810，校時(shí)后對雷達(dá)信號做雷達(dá)延時(shí)測試，測試數(shù)據(jù)如表一所示：

分析：該路由在測試時(shí)段內(nèi)，鄭州INDRA雷達(dá)站至鄭州航管樓傳輸延時(shí)平均2295.9ms，鄭州航管樓至廣州區(qū)管傳輸平均延時(shí)為268.2ms（2564.1-2295.9），廣州區(qū)管至北京區(qū)管傳輸平均延時(shí)為143.5.ms（2707.6-2564.1），該路由本身鄭州INDRA雷達(dá)站至鄭州航管樓延時(shí)過大，造成累計(jì)傳輸至北京區(qū)管的時(shí)延增大。

分析：該路由為鄭州2雷達(dá)至北京區(qū)管中心得直傳路由，不存在鄭州航管樓和廣州區(qū)管中心兩個(gè)測試點(diǎn)，測試結(jié)果平均延時(shí)100.8ms，所以基本確定該路由傳輸各環(huán)節(jié)延時(shí)數(shù)據(jù)正常。

由表中數(shù)據(jù)我們可以看出，傳輸環(huán)節(jié)越多，傳輸延時(shí)就越大，故障發(fā)生的幾率就越大，自動(dòng)化接收雷達(dá)信號異常的可能性也就越高。所以盡可能的縮短傳輸路徑至關(guān)重要。

三、傳輸設(shè)備的問題

雷達(dá)數(shù)據(jù)傳輸通常由路由器或PCM傳輸，以北京區(qū)域管制中心為例，在用傳輸設(shè)備為VANGUARD路由器，該路由器中繼端口全部使用Annex_G的協(xié)議 在Annex_G的協(xié)議中，其采用的是X.25機(jī)制，在數(shù)據(jù)鏈路層將握手、流控、重傳功能全部實(shí)現(xiàn)。在Annex_G協(xié)議下，有congestion control mode擁塞控制模式參數(shù)，當(dāng)擁塞控制參數(shù)較低時(shí)，在短時(shí)間內(nèi)飛機(jī)增加的情況下，會(huì)造成雷達(dá)數(shù)據(jù)包增加，導(dǎo)致數(shù)據(jù)包擁塞甚至數(shù)據(jù)包的丟包，自動(dòng)化處理雷達(dá)數(shù)據(jù)異常，最終導(dǎo)致雷達(dá)信號不正常顯示情況，對管制造成影響。

以洛陽雷達(dá)為例，使用HCT8810儀表測試洛陽雷達(dá)信號24小時(shí)，結(jié)果如圖三所示：

分析：測試數(shù)據(jù)顯示，洛陽雷達(dá)在上午08：50-09：30，下午13：30-14：30存在時(shí)延高峰，高峰時(shí)最大延時(shí)2.6s-4.8s，懷疑因航班量大、數(shù)據(jù)包多造成傳輸數(shù)據(jù)量過大，一旦數(shù)據(jù)量超過傳輸鏈路設(shè)置的最大傳輸能力，數(shù)據(jù)會(huì)在路由器內(nèi)緩存造成輸出數(shù)據(jù)存在較大傳輸延時(shí)。

在測試期間，協(xié)調(diào)洛陽雷達(dá)站立即對其雷達(dá)信號分配器時(shí)鐘速率進(jìn)行調(diào)整，由9600 bit/s調(diào)整為19.2K bit/s，延時(shí)隨即降低。受洛陽雷達(dá)站要求，測試后將時(shí)鐘速率改回9600bit/s。如圖四所示：

根據(jù)《空中交通管理二次監(jiān)視雷達(dá)設(shè)備技術(shù)規(guī)范》（MHT4010-2006）4.12.2數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)采用HDLC協(xié)議，輸速率可設(shè)置為9.6Kbs，19.2Kbs，38.4Kbs，64Kbs。

二次雷達(dá)在使用S模式運(yùn)行且CAT34/48協(xié)議輸出時(shí)，經(jīng)測算：一個(gè)目標(biāo)50字節(jié)，加入每個(gè)目標(biāo)每次輸出3個(gè)BDS信息（共25字節(jié)），雷達(dá)周期4秒，一個(gè)CAT34服務(wù)信息報(bào)文15字節(jié)，一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期32個(gè)扇區(qū)報(bào)和一個(gè)正北報(bào)文，如果檢測到100個(gè)目標(biāo)情況下需要[（50+25）*8/4=15990=15.9K（bit/s），因此19.2K的帶寬在航班量不大的時(shí)候僅僅能夠使用，當(dāng)目標(biāo)數(shù)超過100架次，傳輸速率仍為19.2Kbs時(shí)，雷達(dá)輸出后，傳輸設(shè)備傳輸速率小于或等于19.2Kbs時(shí)，數(shù)據(jù)包就會(huì)堆積，數(shù)據(jù)出現(xiàn)延時(shí)，甚至丟包，這樣會(huì)造成自動(dòng)化系統(tǒng)信號航跡矢量線異常擺動(dòng)和丟失目標(biāo)的現(xiàn)象。所以，在以后的雷達(dá)源參數(shù)設(shè)置及傳輸設(shè)備參數(shù)設(shè)置時(shí)，應(yīng)盡可能的增大傳輸速率，這將有效避免因?yàn)閭鬏斔俾什蛔阍斐勺詣?dòng)化系統(tǒng)接收雷達(dá)信號數(shù)據(jù)異常。

四、自動(dòng)化系統(tǒng)問題

隨著民航業(yè)的發(fā)展，自動(dòng)化系統(tǒng)版本也在不斷升級，其對雷達(dá)信號處理的過程也越來越細(xì)致。在這里，我們同樣需要設(shè)置一下參數(shù)對雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。如多雷達(dá)處理算法中，每部雷達(dá)測量飛機(jī)的位置時(shí)，在方位角和距離上存在一定的偏差。因此采取對雷達(dá)數(shù)據(jù)需要進(jìn)行一定的BIAS補(bǔ)償，使其更趨近于飛機(jī)的實(shí)際位置。方位角和距離的補(bǔ)償值有兩種模式，一種是手動(dòng)模式，即設(shè)定一個(gè)固定值的BIAS數(shù)值，在融合計(jì)算時(shí)始終按此值進(jìn)行補(bǔ)償;另一種是自動(dòng)模式，即依靠系統(tǒng)中算法固定周期選取10個(gè)點(diǎn)跡報(bào)告，計(jì)算一次BIAS數(shù)值，作為動(dòng)態(tài)調(diào)整的參數(shù)。BIAS數(shù)值的選取不合理會(huì)導(dǎo)致對此雷達(dá)信號修正的不準(zhǔn)確，進(jìn)而當(dāng)系統(tǒng)航跡使用此雷達(dá)航跡更新會(huì)不準(zhǔn)確，繼而造成矢量線擺動(dòng)或者假信號的問題。因此，在自動(dòng)化系統(tǒng)中，我們要認(rèn)真配置這些參數(shù)，避免因系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置問題影響自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行。

五、結(jié)束語

空管自動(dòng)化系統(tǒng)將隨著民航業(yè)的技術(shù)進(jìn)步而不斷升級，其對雷達(dá)信號質(zhì)量要求也會(huì)越來越嚴(yán)格。我們會(huì)不斷尋求解決雷達(dá)信號問題的方式方法，為今后的民航空管設(shè)備運(yùn)行提供強(qiáng)有力保障。

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