場面監(jiān)視雷達設(shè)備監(jiān)控與狀態(tài)采集系統(tǒng)的研發(fā)

甘成愿

（中南空管局技術(shù)保障中心，廣東廣州，510405）

0 引言

近年來，隨著中國民航業(yè)的高速發(fā)展，航班密度不斷增加，通信導(dǎo)航監(jiān)視等空管設(shè)備的正常穩(wěn)定運行，對保障飛行安全日益重要。相關(guān)的設(shè)備保障或管理部門都需要及時掌握設(shè)備的第一手運行狀況。目前民航總局空管局已要求各地空管部門把設(shè)備運行狀態(tài)傳回總局，實施民航空管設(shè)備集中監(jiān)控系統(tǒng)工程。設(shè)備監(jiān)控的關(guān)鍵是在于解決設(shè)備運行狀態(tài)采集的問題。不同類型、不同廠家的設(shè)備有著不一樣的通信協(xié)議，對其二次開發(fā)采集狀態(tài)有著很大的難度。Terma場監(jiān)雷達國內(nèi)引進較晚，尚缺乏對該設(shè)備狀態(tài)采集的研究。本文的研究正是基于這一實際需要。

1 Terma場監(jiān)雷達系統(tǒng)組成

Terma場監(jiān)雷達單套收發(fā)機的硬件組成包括天線單元、編碼器、馬達、X波段磁控管、調(diào)制器、X波段接收機、收發(fā)機控制器(TC3)、視頻處理單元(VP3)、雷達信號分配單元(RSD)、母板及電源模塊、主電源及安全保護電路單元等部件和模塊。其中TC3模塊是雷達系統(tǒng)的主控模塊，它是一個嵌入式系統(tǒng)，含有一個功能強大的PC微處理器及存儲器件、輸入輸出接口等，存儲器件中保存了系統(tǒng)的啟動、控制、監(jiān)視等程序及總體參數(shù)。本文的研究重點正是遠端監(jiān)控終端通過以太網(wǎng)接口與TC3模塊進行數(shù)據(jù)交換的通信協(xié)議。

2 場面監(jiān)視雷達監(jiān)控數(shù)據(jù)通信協(xié)議分析

為了實現(xiàn)狀態(tài)采集與通信功能，需定義兩個軟件接口，一個是監(jiān)控采集軟件與場監(jiān)雷達通過以太網(wǎng)口進行通信的數(shù)據(jù)接口，該接口用于獲取雷達的狀態(tài)參數(shù)等。另一個是監(jiān)控采集軟件與集中通信服務(wù)器的通信接口，該接口用于將采集到的雷達狀態(tài)參數(shù)傳輸?shù)郊型ㄐ欧?wù)器。本文研究分析的重點是采集軟件與場監(jiān)雷達的通信協(xié)議，該協(xié)議由雷達廠家的ICD（Interface Control Document）定義。

2.1 場面監(jiān)視雷達監(jiān)控數(shù)據(jù)通信通用幀結(jié)構(gòu)

進行通信時，監(jiān)控、狀態(tài)數(shù)據(jù)封裝于通用幀的數(shù)據(jù)域（Data Field），通用幀結(jié)構(gòu)如表3-1所示，包含幀頭DLE STX和幀尾DLE ETX，中間分別為收發(fā)機地址(Transceiver address)、幀號 (Frame number)、數(shù)據(jù)長度 (Data length)、數(shù)據(jù)域(Data field)及校驗和(Check sum)。DLE固定為10H, STX為02H，ETX為03H。

表3-1通用幀結(jié)構(gòu)

2.2 場面監(jiān)視雷達監(jiān)控數(shù)據(jù)通信特定功能幀

特定功能幀由雷達廠家ICD定義，即具有不同幀號的特定幀完成不同的功能。以07幀和08幀為例，07幀用于雷達向外部發(fā)送參數(shù)值，08幀用于向雷達設(shè)置參數(shù)。在需要改變某個參數(shù)或?qū)走_的進行控制時，可以向雷達發(fā)送08幀。雷達收到該幀后，按照請求進行參數(shù)設(shè)置，同時回應(yīng)07幀。

2.3 場面監(jiān)視雷達監(jiān)控、狀態(tài)數(shù)據(jù)的定義

場面監(jiān)視雷達系統(tǒng)的所有參數(shù)、狀態(tài)、均保存在雷達TC3模塊的非易失性存儲器中，在與外部的監(jiān)控終端進行通信時，這些狀態(tài)、參數(shù)數(shù)據(jù)封裝于通信幀中的數(shù)據(jù)域。根據(jù)ICD的定義，雷達的每個模塊、每一個錯誤/告警信息、BITE信息等都有固定的編號、定義，這些定義可通過查閱ICD得知。

2.4 通信機制

為了獲得設(shè)備的狀態(tài)、參數(shù)數(shù)據(jù)，采集系統(tǒng)與雷達設(shè)備的以太網(wǎng)接口通過TCP/IP協(xié)議進行網(wǎng)絡(luò)通信，采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計需首先具備TCP/IP的通信功能，同時要具備從TCP/IP數(shù)據(jù)流中解包和封包數(shù)據(jù)幀的功能，從而獲得狀態(tài)信息或控制雷達設(shè)備。采集系統(tǒng)還需具備通信保持功能，即能定時（每隔20秒）向設(shè)備發(fā)送“心跳包”，保持一直在線。

2.5 特定功能幀的構(gòu)建

前文分析了監(jiān)控數(shù)據(jù)的通信協(xié)議，在此基礎(chǔ)上可以進行特定功能幀的構(gòu)建。以向雷達發(fā)送08幀，控制雷達2號收發(fā)機主電源開啟的例子進行說明，如表3-2特定功能幀的構(gòu)建所示：其中，幀頭幀尾固定，分別為1002H和1003H；收發(fā)機地址為02H，表示2號機；幀號是08H；數(shù)據(jù)長度是指數(shù)據(jù)域的長度，為0004H；這里對Data Field的構(gòu)建是主要的，根據(jù)ICD對08幀的定義，其數(shù)據(jù)域由3部分構(gòu)成，分別為參數(shù)類型，參數(shù)號（占兩字節(jié)）和參數(shù)值，得到數(shù)據(jù)域為00000101H，其中的最后一個字節(jié)01H表示設(shè)置主電源為O N；校驗和通過如下計算求得：02H+00H+08H+00H+04H+00H+00H+01H+0 1H= 10H。

表3-2特定功能幀的構(gòu)建

以上例子僅是構(gòu)建一個實現(xiàn)特定功能的通信幀的例子，實際上，為了實現(xiàn)特定功能需要構(gòu)建大量的特定通信幀。除了參數(shù)設(shè)置，更重要的是獲取雷達的狀態(tài)、參數(shù)信息，因此需要接收雷達發(fā)送的各種通信幀，并從中解出各種狀態(tài)、參數(shù)信息。根據(jù)以上例子的構(gòu)建方法可以構(gòu)建出其他特定通信幀。這些幀的構(gòu)建是進行數(shù)據(jù)采集通信編程的基礎(chǔ)。

3 監(jiān)控與狀態(tài)采集系統(tǒng)的編程實現(xiàn)

3.1 監(jiān)控與狀態(tài)采集系統(tǒng)的觀察者模式設(shè)計

采集系統(tǒng)以windows 的MICROSOFT.NET為平臺，通過C#編程實現(xiàn)。C#編程語言提供了多種設(shè)計模式，本文在進行采集系統(tǒng)編程的過程中，采用了C#的觀察者設(shè)計模式，將采集系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)分為程序與場監(jiān)雷達的數(shù)據(jù)接口模塊、雷達模塊狀態(tài)顯示模塊、雷達歷史告警信息模塊、程序與集中通信服務(wù)器的接口模塊、監(jiān)控主界面錯誤及告警信息模塊和場監(jiān)雷達參數(shù)模塊。其中場監(jiān)雷達的數(shù)據(jù)接口模塊作為觀察者設(shè)計模式中的主題角色，也是編程的核心模塊。采集系統(tǒng)的一大功能便是與雷達進行通信，獲取各種狀態(tài)信息和參數(shù)等。在軟件中專門設(shè)計一個數(shù)據(jù)接口模塊來獲取這些信息，當(dāng)該模塊取到信息后，它能自動地將這些信息及時地通知到軟件中的其他功能模塊。

3.2 監(jiān)控與狀態(tài)采集系統(tǒng)的程序模塊及界面設(shè)計

鑒于篇幅，這里主要對系統(tǒng)軟件的主界面模塊進行說明，如圖4-1所示，它包含三個功能塊，即場監(jiān)雷達模塊的狀態(tài)顯示、場監(jiān)雷達收發(fā)機的錯誤與告警信息顯示及雷達工作狀態(tài)三個功能塊，同一個界面集中了雷達的主要信息顯示，有利于設(shè)備維護人員隨時把握雷達的整體工作狀態(tài)。

圖4-1采集系統(tǒng)軟件主界面

4 監(jiān)控與狀態(tài)采集系統(tǒng)的硬件構(gòu)建

本文研發(fā)的采集軟件運行在一臺裝有WINDOWS XP系統(tǒng)的戴爾臺式計算機上，該計算機現(xiàn)放置于白云國際機場航管塔臺的十四樓，通過光MODEM、光纜與塔臺十七樓的場監(jiān)雷達設(shè)備的以太網(wǎng)接口進行連接。采集計算機獲取的雷達狀態(tài)、參數(shù)通過串口、光MODEM傳輸?shù)胶焦軜撬臉堑募斜O(jiān)控電腦，之后這些信息將層層上傳，最終匯總到總局空管局的集中監(jiān)控系統(tǒng)。目前該系統(tǒng)已投入實際使用，運行可靠、穩(wěn)定，實現(xiàn)了預(yù)期的各項功能。

5 結(jié)語

本文分析了丹麥Terma場監(jiān)雷達監(jiān)控數(shù)據(jù)通信協(xié)議，在此基礎(chǔ)上闡述了該設(shè)備的監(jiān)控與狀態(tài)采集系統(tǒng)的構(gòu)建方案，并用C#編程語言的觀察者設(shè)計模式成功地實現(xiàn)了采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅解決了民航空管設(shè)備集中監(jiān)控系統(tǒng)對場監(jiān)雷達狀態(tài)采集的需求，同時它能作為現(xiàn)有場監(jiān)雷達監(jiān)控系統(tǒng)的有力補充和備份，可以滿足空管設(shè)備保障部門對設(shè)備監(jiān)視和現(xiàn)場運行方面的更高要求，具有一定實際意義。

[1]TERMA.RTCM Remote Transceiver Control & Monitoring，262105 HO REV.C

[2]TERMA.SCANTER 2001 Radar Transceiver External Interface Specification，262001-DI-C

[3]（美）李（Lee，W.M.）著，田國法，吳蘭陟譯.C# 與 VB.NET網(wǎng)絡(luò)通信開發(fā)實戰(zhàn).北京：人民郵電出版社，2008.8

[4]謝玉蘭.論首都機場場面監(jiān)視雷達及系統(tǒng)的建設(shè).民航經(jīng)濟與技術(shù)空中交通管理，1998年12期