空管移動雷達信號傳輸方案研究

楊豪

【摘 ?要】空管業(yè)務中的傳輸方案已經(jīng)十分成熟，并且由華為等大公司提供支持。論文所述方案的研究是基于工程實際，并且受到諸多現(xiàn)實條件的限制。移動雷達是一種可以隨時采用移動車輛來轉移的空管二次雷達，桂林空管站移動雷達是在某雷達站改建階段臨時調配的，傳輸資源比較單一，在復雜項目當中需要自主解決具體問題。論文主要深入研究了雷達同步串口信號的時鐘選擇和組播技術的應用。

【Abstract】The transmission scheme of air traffic control business has been very mature and supported by HUAWEI and other large companies. The research of the scheme described in this paper is based on the engineering practice， and is limited by many practical conditions. Mobile radar is a kind of air traffic control secondary radar that can be transferred by mobile vehicles at any time. Mobile radar of Guilin Air Traffic Management Station is temporarily deployed in the reconstruction stage of a certain radar station. The transmission resources are relatively single， and the specific problems need to be solved independently in complex projects. This paper mainly conducts in-depth research on the clock selection of the radar synchronous serial signal and the application of multicast technology.

【關鍵詞】移動雷達;同步時鐘;組播

【Keywords】mobile radar; synchronous clock; multicast

【中圖分類號】TN957.53 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號】1673-1069（2021）07-0179-04

1 研究背景

桂林空管移動雷達承擔著民航客機在航路飛行中的重要監(jiān)視任務，是空中交通管制員維持空中交通秩序的重要設備保障之一。2020年，在桂林機場擴建空管工程中桂林空管站新建2號航管樓，以滿足日益增長的航班需求。從1號航管樓過渡搬遷至2號航管樓，桂林空管站技術保障部面臨的最大挑戰(zhàn)是不停航。因此，移動雷達信號需要在保證現(xiàn)狀不變的情況下，新建傳輸方案至2號航管樓。本文在研究方案的過程中，以保證安全、可靠、平穩(wěn)為前提，充分驗證方案可行性。

2 移動雷達信號傳輸方案現(xiàn)狀

Indra移動雷達位于桂林空管站原發(fā)報臺臺址，距航管樓直線距離2.5km。設備安裝在一個方艙內，雷達錄取器（EXT）其中兩個串口提供的是DDE格式的雷達數(shù)據(jù)，DDE是INDRA自己的數(shù)據(jù)格式，不適用于國內目前使用的自動化系統(tǒng)，另外兩個串口提供的是ASTERIX格式的雷達數(shù)據(jù)，ASTERIX是當前用于描述信息結構的歐控標準（EUROCONTROL STANDARD），它由All Purpose Structured Eurocontrol Radar Information Exchange的首字母組合而成，ASTERIX數(shù)據(jù)格式是世界上雷達監(jiān)視相關數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕袷絒1]，適用于桂林空管站1號航管樓使用的Telephonics自動化系統(tǒng)以及2號航管樓新裝的國產(chǎn)萊斯和華泰自動化系統(tǒng)。傳輸方案現(xiàn)狀如圖1所示。

3 移動雷達信號傳輸過渡方案研究

方案一：從1號航管樓引接至2號航管樓。

方案一實施起來很簡單，按照已有經(jīng)驗，類似將信號引接至其他分局站的模式。但是考慮到轉場之后需要將原機房拆除搬遷，勢必無法做到平穩(wěn)過渡。因而需要從源頭完全新建兩條新的路由。

方案二：雷達源一分二。

方案二考慮在雷達源使用Blackbox信號分配單元，實現(xiàn)一分二。其中，綜合接入設備是銀訊的ZMUX-3036ES設備，它可以通過接口板，將雷達數(shù)據(jù)、監(jiān)控數(shù)據(jù)等信號匯集后，通過光纖鏈路進行點對點的傳輸。方案二的優(yōu)點是使用性能穩(wěn)定可靠的ZMUX-3036ES設備，缺點是在雷達源添加了Blackbox，空管并沒有相關經(jīng)驗支持;由于改變了原路由，需要在管制實際運行中制定相應的應急預案;需要新購置4臺ZMUX-3036ES設備，增加了一定的成本。方案如圖2所示。

方案三：利用錄取器組播方式進行IP網(wǎng)傳輸。

方案三不考慮錄取器的兩個AST串口取數(shù)據(jù)，完全摒棄ZMUX-3036ES，轉而探索錄取器的UDP組播方式，使用YACER的HDLC-ATC空管數(shù)據(jù)通信服務器，它提供兩路10/100M以太網(wǎng)接口，四路同步HDLC串口，實現(xiàn)串口、以太網(wǎng)口之間的協(xié)議轉換。用以接收、發(fā)送空管二次雷達、ADS-B等設備的同步數(shù)據(jù)，支持HDLC、TCP/IP協(xié)議轉換。缺點是桂林空管站并未嘗試過使用UDP組播方式傳輸雷達信號，沒有相關的經(jīng)驗，信號穩(wěn)定性需要大量時間在測試和運行中驗證。但是新增兩路信號是完全獨立于原傳輸路由的，并且直接傳至2號航管樓，管制員在正式使用前會進行新系統(tǒng)的培訓學習，這便是測試這兩路信號的契機。方案如圖3所示。

4 移動雷達信號傳輸方案相關技術研究

4.1 時鐘的研究

RS232C是連接串行設備的接口技術標準。1987年，EIA發(fā)布新版標準，將名稱改為EIA-232-D。1991年，EIA與電信行業(yè)協(xié)會（TIA）合作發(fā)布新版標準，稱為EIA/TIA-232-E。但是，如今仍然將該標準稱為RS-232C，或者僅稱為RS-232。RS-232C標準支持兩種類型的連接器：D型25針連接器（DB-25）和D型9針連接器（DB-9）。其中，DB-25 PIN如圖4所示。

值得注意的是，圖4中的陣腳都是基于DTE（Data Terminal Equipment）來定義的，并不是DCE（Data Communication Equipment）。DTE和DCE的名詞概念很簡單，一個是數(shù)據(jù)終端設備，一個是數(shù)據(jù)通信設備，但真正理解它們需要在實際應用中探究。

在雷達信號傳輸中，采用的是RS232C同步接口，V.24物理層標準，HDLC鏈路層協(xié)議[2]。傳輸速率在9600bps、19200bps、38400bps中選擇。這里涉及了一個“同步”的概念，要達到同步就需要一個時鐘源，并且只是一個時鐘源。圖5是空管實際使用實例，實例中SRX作為HONET為提供子速率數(shù)據(jù)業(yè)務而專門開發(fā)的五路數(shù)據(jù)接口板，它以DCE方式提供5個V.24的同步子速率端口。SRX單板作為DCE設備，單板上各V.24接口的工作時鐘均由單板提供，在DB-25插頭中，具體的時鐘引腳為PIN15（發(fā)送數(shù)據(jù)定時TCLK，電路編號114）、PIN17（接收數(shù)據(jù)定時RCLK，電路編號115），SRX單板不能接收外部時鐘進行工作。

在圖5實例中，BLACKBOX需要選擇主通道提供時鐘，即由FA16的SRX提供，并且MAIN通道設置為DTE模式，SUB1、SUB2、SUB3等通道選擇DCE模式。

在上文提出的方案二中，BLACKBOX將雷達源信號一分二，在這里需要注意時鐘的選擇。如圖6所示。

方案二中，選擇由ZMUX-3036ES 1提供時鐘源，BLACKBOX（雷達端）需要選擇SUB1提供時鐘，其中MAIN通道設置為DCE模式，SUB1和SUB2通道設置為DTE模式，特別要注意的是針腳的選擇。BLACKBOX（航管樓）部分與圖5實例中設置一致。對于DB-25針腳的選擇，總結如表1所示。

4.2 組播的研究

OSI（開放式系統(tǒng)互聯(lián)通信參考）模型描述了計算機系統(tǒng)用于網(wǎng)絡通信的七層結構。這是所有主要計算機和電信公司于20世紀80年代初采用的第一個網(wǎng)絡通信標準模型。但是現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)不是基于OSI，而是基于更簡單的TCP/IP模型[3]。如圖7所示。

TCP/IP模型的具體協(xié)議中，UDP是一個數(shù)據(jù)報交換的傳輸層協(xié)議，它允許發(fā)送數(shù)據(jù)報到網(wǎng)絡，而無需通信優(yōu)先級。通過UDP協(xié)議方式，不同的數(shù)據(jù)流可得到識別，并且每個數(shù)據(jù)流獲得一個UDP端口號（對應不同的信息交換類型）。

IP與IGMP是網(wǎng)絡層協(xié)議。通過IP協(xié)議方式，連接到網(wǎng)絡的主機可獲得識別的唯一IP地址。IGMP是互聯(lián)網(wǎng)組管理協(xié)議，用于管理因特網(wǎng)協(xié)議多點傳輸工作組的全體成員。IP主機和鄰近的多點傳輸路由器使用IGMP建立多點傳輸工作組全體成員。IGMP提供了在轉發(fā)組播數(shù)據(jù)包到目的地的最后階段所需的信息，實現(xiàn)如下雙向的功能：

①主機通過IGMP通知路由器希望接收或離開某個特定組播組的信息。

②路由器通過IGMP周期性地查詢局域網(wǎng)內的組播組成員是否處于活動狀態(tài)，實現(xiàn)對所連網(wǎng)段組成員關系的收集與維護。

Ethernet是物理媒介登錄和連接協(xié)議。該協(xié)議用于避免多個主機同時發(fā)送數(shù)據(jù)時發(fā)生沖突。

組播是一種允許一個或多個組播源發(fā)送同一報文到多個接收者的技術。組播源將一份報文發(fā)送到特定的組播地址。在一傳多的場景下，相比單播來說，使用組播方式傳遞信息，用戶的增加不會顯著增加網(wǎng)絡的負載，并且不需要此報文的用戶不能收此報文，相比廣播來說，使用組播方式可以遠距離傳輸信息，且只將信息傳輸?shù)接薪邮照叩牡胤剑Ｕ狭诵畔⒌陌踩浴＝M播技術有效地解決了單點發(fā)送多點接收的問題，實現(xiàn)了IP網(wǎng)絡中點到多點的高效數(shù)據(jù)傳送。

IPv4地址空間分為5類，即A類、B類、C類、D類和E類。D類地址為IPv4組播地址，范圍是從224.0.0.0到239.255.255.255，用于標識組播組，且僅能作為組播報文的目的地址使用，不能作為源地址使用。IPv4組播報文的源地址字段為IPv4單播地址，可使用A類、B類或C類地址，不能是D類、E類地址。

在網(wǎng)絡層上，加入同一組播組的所有用戶主機能夠識別同一個IPv4組播組地址。一旦網(wǎng)絡中某用戶加入該組播組，則此用戶就能接收以該組地址為目的地址的IP組播報文。

在上文提出的方案三中，INDRA移動二次雷達錄取器可以通過使用UDP協(xié)議，將不同的信息流通過使用不同的UDP端口從而得以區(qū)分，具體可以將雷達數(shù)據(jù)流定義如表2所示。管理和維護數(shù)據(jù)流可以定義如下：MANAGEMENT1、MANAGEMENT2、MAINTENANCE1、MAINTENANCE2等。另外，可以通過配置組播IP地址來發(fā)揮組播技術的優(yōu)勢，配置如表3所示。

方案三中，用到了YACER-HDLC-ATC協(xié)轉，它可以設置組播地址接收特定UDP端口的雷達數(shù)據(jù)，并將其轉為HDLC協(xié)議的RS-232同步雷達信號。配置如圖8所示。

由此可知，時鐘由HDLC-ATC協(xié)議轉換器來提供，整體方案如圖9所示。

5 結語

在實際工作中，方案三得到了很好的驗證和實施，最后以安全、可靠、平穩(wěn)的狀態(tài)保障了桂林空管站轉場搬遷工程的順利完工。而方案二由于很多現(xiàn)實存在的因素只在實驗中得到初步的驗證。在本次實際方案的研究中，充分考慮到了技術和現(xiàn)實的因素，從而在實施過程中達到了很好的效果。

【參考文獻】

【1】張尉.二次雷達原理[M].北京：國防工業(yè)出版社，2009.

【2】張笑野.二次雷達信號傳輸方案的探討[J].空中交通管理，2010（10）：23-24.

【3】W·理查德·史蒂文斯.TCP/IP詳解 卷1：協(xié)議[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000.