基于區(qū)域管制模式下的雷達(dá)信號通信可靠性分析

沈仲針

摘 要：為了對區(qū)域管制模式下雷達(dá)信號傳輸系統(tǒng)的保障性進(jìn)行定量評估，采用建立雷達(dá)信號傳輸可靠性數(shù)學(xué)模型的方法，并利用當(dāng)前雷達(dá)信號傳輸保障數(shù)據(jù)對建立的模型進(jìn)行了測算，從而得到了提高雷達(dá)信號傳輸可靠性的實現(xiàn)方法。

關(guān)鍵詞：雷達(dá)信號；區(qū)域管制；傳輸保障；可靠性

中圖分類號：TN914 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2014）02-0056-02

0 引 言

為適應(yīng)國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和民用航空運(yùn)輸發(fā)展的需要，民航局空管局在全國各地建設(shè)陸續(xù)建設(shè)7個區(qū)域管制中心，是我國民航歷史上最大的空管基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目，其中北京、上海、廣州、成都等四個區(qū)域管制中心已經(jīng)投入運(yùn)行。當(dāng)全國7個區(qū)域管制中心全部投入運(yùn)行后，能夠為全國32個?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）和洋區(qū)高空飛行的飛機(jī)提供空中交通管制，具備了實現(xiàn)遠(yuǎn)距離大區(qū)域運(yùn)行的能力。

在這種遠(yuǎn)距離大區(qū)域運(yùn)行模式下，雷達(dá)信號傳輸是核心通信之一，對雷達(dá)信號傳輸可靠性要求很高。為了適應(yīng)這種運(yùn)行架構(gòu)，航管自動化系統(tǒng)配備了主、備系統(tǒng)，傳輸系統(tǒng)采用了多路由的立體傳輸方式，互為備份。本文主要是探討通過何種途徑，系統(tǒng)地提升雷達(dá)信號傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

1 雷達(dá)信號通信可靠性評估數(shù)學(xué)模型的建立

1.1 單路雷達(dá)信號的可靠性分析

遠(yuǎn)距離大區(qū)域運(yùn)行模式下，一部雷達(dá)信號的傳輸簡圖如圖1所示。

圖1 一部雷達(dá)信號的傳輸簡圖

由圖1可見，單個的雷達(dá)信號傳輸是一個串聯(lián)系統(tǒng)。串聯(lián)系統(tǒng)是不含冗余的系統(tǒng)的一種模式，在這種系統(tǒng)中，任何一個子系統(tǒng)的失敗都將導(dǎo)致整個系統(tǒng)失敗。

假設(shè)R（t） 是指雷達(dá)信號通信系統(tǒng)在（0，t）時間段內(nèi)免于失敗的概率，各個子系統(tǒng)的可靠度分別為Ri（t） ，失效率分別為λi（i=1，2，…，N），且各子系統(tǒng)的所有故障都是獨(dú)立的，則由概率論知識可知，整個串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度R（t） 為：

（1）

設(shè)λ為整個系統(tǒng)的失效率，即：

（2）

則：

（3）

假設(shè)一年時間里，假設(shè)航管自動化系統(tǒng)可靠性為99.8%，通信鏈路的可靠性為99.0%，傳輸設(shè)備的可靠性為99.2%，雷達(dá)信號的可靠性為99.3%，代入式（1），則可得到年可靠性為：

（4）

由此可以得出結(jié)論：對于雷達(dá)信號通信系統(tǒng)，可靠性取決于這個串聯(lián)系統(tǒng)中可靠性最低的一個環(huán)節(jié)；串聯(lián)的通信線路和傳輸設(shè)備越多，可靠性越低。由式（3）可見，串聯(lián)系統(tǒng)的子系統(tǒng)越多，失效率就越高，可靠性就越低，平均無故障運(yùn)行時間越短。

1.2 多路雷達(dá)信號可靠性分析

遠(yuǎn)距離大區(qū)域運(yùn)行模式下，某扇區(qū)雷達(dá)信號的通信簡圖如圖2所示。由圖2可知，某個扇區(qū)的雷達(dá)信號通信是由航管自動化系統(tǒng)并聯(lián)、通信干線并聯(lián)、傳輸設(shè)備和雷達(dá)信號輸出系統(tǒng)等幾個子系統(tǒng)構(gòu)成的。其中，航管自動化系統(tǒng)是并聯(lián)關(guān)系，通信干線、傳輸設(shè)備、雷達(dá)信號可看作是串聯(lián)后的并聯(lián)關(guān)系，這種系統(tǒng)為混聯(lián)系統(tǒng)，則整個串并聯(lián)系統(tǒng)的可靠度R（t） 為：

R（t）=A（t）E（t） （5）

其中：A（t）為航管自動化系統(tǒng)的總體可靠性，E（t）為傳輸系統(tǒng)和雷達(dá)信號的整體可靠性。

（6）

（7）

其中：Blj（t）為某傳輸通道的干線總體可靠性，C（t）為傳輸設(shè)備的可靠性，D（t）為雷達(dá)信號輸出的可靠性。且有：

（8）

圖2 某扇區(qū)的雷達(dá)信號搖控臺通信簡圖

依據(jù)中南空管局的雷達(dá)信號保障實例，按式（5）計算中南某扇區(qū)的雷達(dá)信號保障的可靠性。假設(shè)有兩套航管自動化系統(tǒng)，一套航管自動化系統(tǒng)可靠性為99.8%，另一套航管自動化系統(tǒng)可靠性為99.3%；每個雷達(dá)站的雷達(dá)信號有3個傳輸途徑；其中兩個傳輸途徑為使用電信、聯(lián)通做干線，假設(shè)電信干線可靠性為99.0%，聯(lián)通干線可靠性為98.0%；另一傳輸途徑為使用衛(wèi)星做干線，假設(shè)衛(wèi)星干線可靠性為95.0%；假設(shè)傳輸設(shè)備的可靠性均為99.2%，雷達(dá)信號輸出的可靠性均為99.3%；將上述數(shù)據(jù)代入式（5），則可得到年可靠性為：

E（1）=1-[1-B1（1）e-0.008e-0.007][1-B2（1）e-0.008e-0.007]

[1-B3（1）e-0.008e-0.007]=9.9996%

A（1）=1-（1-e-0.002）（1-e-0.007）=9.9986% （9）

R（1）=E1（1）A1（1）=99.98%

由式（4）和式（9）的結(jié)果分析，雷達(dá)信號通過多傳輸途徑傳輸后，可靠性由97.37%提高至99.98%，提高了2.65%，保障性有了明顯的提高。這種模式有利于提高傳輸可靠性。

2 提高雷達(dá)信號通信可靠性

實際上，建設(shè)異地同覆蓋范圍的雷達(dá)站有利于提高同地區(qū)雷達(dá)信號的保障可靠性。異地同覆蓋指的是建立不同地點(diǎn)的雷達(dá)站，實現(xiàn)同一扇區(qū)的有不同地點(diǎn)雷達(dá)信號共同覆蓋。依據(jù)式（7）的估算，建設(shè)雷達(dá)站時，做到同一扇區(qū)有3臺或以上的雷達(dá)站的雷達(dá)信號覆蓋時，雷達(dá)信號傳輸保障有較大提高。

廣州區(qū)域管制中心對高空區(qū)扇區(qū)的雷達(dá)信號實現(xiàn)了二重覆蓋，即每個扇區(qū)都有兩部雷達(dá)站的信號能夠?qū)崿F(xiàn)扇區(qū)覆蓋，實現(xiàn)雷達(dá)信號的異地同覆蓋。如果實現(xiàn)每個扇區(qū)有3部雷達(dá)信號的覆蓋，將有利于達(dá)到99.99%的設(shè)備保障目標(biāo)。

一般情況下，多個相互獨(dú)立運(yùn)營商提供的通信干線可提高雷達(dá)信號通信的可靠性。依據(jù)平時的故障統(tǒng)計，通信線路運(yùn)營商提供的干線故障較多，依據(jù)式（8），多個相互獨(dú)立運(yùn)營商提供通信干線對提高可靠性有直接的貢獻(xiàn)。

廣州區(qū)域管制中心對主用雷達(dá)信號FA16傳輸設(shè)備的干線采用“雙干線”模式，其中一條地面干線采用中國電信提供的2 MB線作為傳輸干線，另一條地面干線采用聯(lián)通提供的2 MB干線作為備用的傳輸干線。雷達(dá)信號采用C波段衛(wèi)星或KU衛(wèi)星的廣播傳輸模式，使引接的雷達(dá)信號實現(xiàn)天地備份。

雷達(dá)信號在業(yè)務(wù)接入時分散至不同的設(shè)備，有利于提高可靠性。依據(jù)式（5），并聯(lián)結(jié)構(gòu)能夠有效地提高可靠性，因此在雷達(dá)信號引接時，需要注意同扇區(qū)、不同地點(diǎn)的FA16傳輸設(shè)備、接入設(shè)備的不同模塊，以實現(xiàn)模塊間的相互備份。另外對于電源、電纜等附屬設(shè)備都應(yīng)考慮使用不同的接入，盡量實現(xiàn)并聯(lián)方式的接入。

因此，應(yīng)盡可能減少雷達(dá)信號傳輸環(huán)節(jié)，這樣有利于提高可靠性。雷達(dá)信號傳輸增加一個環(huán)節(jié)即串聯(lián)多一個環(huán)節(jié)，依據(jù)式（1），可靠性將降低，因此應(yīng)該盡量減少信號的傳輸環(huán)節(jié)，特別是減少信號的多跳傳輸。

目前，廣州區(qū)域管制中心的部分地方雷達(dá)信號臺的傳輸串接比較多，如果有條件的話，建議各高空區(qū)盡量簡化傳輸路由，提高地側(cè)保障性。有些空側(cè)雷達(dá)信號傳輸也比較復(fù)雜，全程經(jīng)過了馬拉松、FA16等傳輸設(shè)備的轉(zhuǎn)接，傳輸路由串接多且復(fù)雜，建議簡化傳輸路由，減少信號的多跳傳輸，有利于提高空側(cè)雷達(dá)信號的可靠性。

由此可見，我們十分有必要進(jìn)一步提高航管自動化系統(tǒng)的可靠性。按照目前廣州區(qū)域管制中心系統(tǒng)設(shè)備的使用模式，根據(jù)式（9）的計算結(jié)果，總體的可靠性為99.98%，未達(dá)到設(shè)備保障99.99%的要求，建議按照并聯(lián)模式增加一套航管自動化系統(tǒng)，進(jìn)一步提高航管自動化系統(tǒng)的可靠性，達(dá)致保障要求。

3 結(jié) 語

雷達(dá)信號通信可靠性是大區(qū)域管制模式下的空中交通管理的核心問題，只有依托可靠的雷達(dá)信號通信才能建立可靠的大區(qū)域管制方式。本文對雷達(dá)信號通信可靠性的評估，只是針對影響系統(tǒng)整體可靠性的主要因素，簡化了的模型，但仍然可以依據(jù)建立起來的模型從中找出實際保障中存在的問題，并依據(jù)模型對問題提出解決的方法。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]曾瑛. 電力通信網(wǎng)可靠性分析評估方法研究[J]. 電力系統(tǒng)通信，2011（8）：13-16.

[2]熊小萍. 基于動態(tài)故障樹的變電站通信系統(tǒng)可靠性分析[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報，2012（34）：135-141.

[3]熊小伏. 滿足廣域保護(hù)通信可靠性和延時要求的路由選擇方法[J]. 電力系統(tǒng)自動化，2011（3）：44-48.

[4]趙娟. 子網(wǎng)絡(luò)的連接模式對關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)可靠性影響研究[J]. 計算機(jī)應(yīng)用與軟件，2012（2）：240-242.

[5]王金萍. 概率論與數(shù)理統(tǒng)計[M]. 北京： 清華大學(xué)出版社，2010.

Reliability analysis of radar signal communication based on area control mode

SHEN Zhong-zhen

（Communications Network Center， South China Civil Aviation Air Traffic Management Bureau， Guangzhou 510405， China）

Abstract： In order to evaluate the supportability of radar signal transmission system in area control mode， the method of establishing reliability mathematical model of radar signal transmission is used， and the radar signal transmission operation data is adopted to calculate the established model. Thus the method to improve the reliability of radar signal communication is obtained.

Keywords： radar signal； area control； transmission guarantee； reliability

雷達(dá)信號在業(yè)務(wù)接入時分散至不同的設(shè)備，有利于提高可靠性。依據(jù)式（5），并聯(lián)結(jié)構(gòu)能夠有效地提高可靠性，因此在雷達(dá)信號引接時，需要注意同扇區(qū)、不同地點(diǎn)的FA16傳輸設(shè)備、接入設(shè)備的不同模塊，以實現(xiàn)模塊間的相互備份。另外對于電源、電纜等附屬設(shè)備都應(yīng)考慮使用不同的接入，盡量實現(xiàn)并聯(lián)方式的接入。

因此，應(yīng)盡可能減少雷達(dá)信號傳輸環(huán)節(jié)，這樣有利于提高可靠性。雷達(dá)信號傳輸增加一個環(huán)節(jié)即串聯(lián)多一個環(huán)節(jié)，依據(jù)式（1），可靠性將降低，因此應(yīng)該盡量減少信號的傳輸環(huán)節(jié)，特別是減少信號的多跳傳輸。

目前，廣州區(qū)域管制中心的部分地方雷達(dá)信號臺的傳輸串接比較多，如果有條件的話，建議各高空區(qū)盡量簡化傳輸路由，提高地側(cè)保障性。有些空側(cè)雷達(dá)信號傳輸也比較復(fù)雜，全程經(jīng)過了馬拉松、FA16等傳輸設(shè)備的轉(zhuǎn)接，傳輸路由串接多且復(fù)雜，建議簡化傳輸路由，減少信號的多跳傳輸，有利于提高空側(cè)雷達(dá)信號的可靠性。

由此可見，我們十分有必要進(jìn)一步提高航管自動化系統(tǒng)的可靠性。按照目前廣州區(qū)域管制中心系統(tǒng)設(shè)備的使用模式，根據(jù)式（9）的計算結(jié)果，總體的可靠性為99.98%，未達(dá)到設(shè)備保障99.99%的要求，建議按照并聯(lián)模式增加一套航管自動化系統(tǒng)，進(jìn)一步提高航管自動化系統(tǒng)的可靠性，達(dá)致保障要求。

3 結(jié) 語

雷達(dá)信號通信可靠性是大區(qū)域管制模式下的空中交通管理的核心問題，只有依托可靠的雷達(dá)信號通信才能建立可靠的大區(qū)域管制方式。本文對雷達(dá)信號通信可靠性的評估，只是針對影響系統(tǒng)整體可靠性的主要因素，簡化了的模型，但仍然可以依據(jù)建立起來的模型從中找出實際保障中存在的問題，并依據(jù)模型對問題提出解決的方法。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]曾瑛. 電力通信網(wǎng)可靠性分析評估方法研究[J]. 電力系統(tǒng)通信，2011（8）：13-16.

[2]熊小萍. 基于動態(tài)故障樹的變電站通信系統(tǒng)可靠性分析[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報，2012（34）：135-141.

[3]熊小伏. 滿足廣域保護(hù)通信可靠性和延時要求的路由選擇方法[J]. 電力系統(tǒng)自動化，2011（3）：44-48.

[4]趙娟. 子網(wǎng)絡(luò)的連接模式對關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)可靠性影響研究[J]. 計算機(jī)應(yīng)用與軟件，2012（2）：240-242.

[5]王金萍. 概率論與數(shù)理統(tǒng)計[M]. 北京： 清華大學(xué)出版社，2010.

Reliability analysis of radar signal communication based on area control mode

SHEN Zhong-zhen

（Communications Network Center， South China Civil Aviation Air Traffic Management Bureau， Guangzhou 510405， China）

Abstract： In order to evaluate the supportability of radar signal transmission system in area control mode， the method of establishing reliability mathematical model of radar signal transmission is used， and the radar signal transmission operation data is adopted to calculate the established model. Thus the method to improve the reliability of radar signal communication is obtained.

Keywords： radar signal； area control； transmission guarantee； reliability

雷達(dá)信號在業(yè)務(wù)接入時分散至不同的設(shè)備，有利于提高可靠性。依據(jù)式（5），并聯(lián)結(jié)構(gòu)能夠有效地提高可靠性，因此在雷達(dá)信號引接時，需要注意同扇區(qū)、不同地點(diǎn)的FA16傳輸設(shè)備、接入設(shè)備的不同模塊，以實現(xiàn)模塊間的相互備份。另外對于電源、電纜等附屬設(shè)備都應(yīng)考慮使用不同的接入，盡量實現(xiàn)并聯(lián)方式的接入。

因此，應(yīng)盡可能減少雷達(dá)信號傳輸環(huán)節(jié)，這樣有利于提高可靠性。雷達(dá)信號傳輸增加一個環(huán)節(jié)即串聯(lián)多一個環(huán)節(jié)，依據(jù)式（1），可靠性將降低，因此應(yīng)該盡量減少信號的傳輸環(huán)節(jié)，特別是減少信號的多跳傳輸。

目前，廣州區(qū)域管制中心的部分地方雷達(dá)信號臺的傳輸串接比較多，如果有條件的話，建議各高空區(qū)盡量簡化傳輸路由，提高地側(cè)保障性。有些空側(cè)雷達(dá)信號傳輸也比較復(fù)雜，全程經(jīng)過了馬拉松、FA16等傳輸設(shè)備的轉(zhuǎn)接，傳輸路由串接多且復(fù)雜，建議簡化傳輸路由，減少信號的多跳傳輸，有利于提高空側(cè)雷達(dá)信號的可靠性。

由此可見，我們十分有必要進(jìn)一步提高航管自動化系統(tǒng)的可靠性。按照目前廣州區(qū)域管制中心系統(tǒng)設(shè)備的使用模式，根據(jù)式（9）的計算結(jié)果，總體的可靠性為99.98%，未達(dá)到設(shè)備保障99.99%的要求，建議按照并聯(lián)模式增加一套航管自動化系統(tǒng)，進(jìn)一步提高航管自動化系統(tǒng)的可靠性，達(dá)致保障要求。

3 結(jié) 語

雷達(dá)信號通信可靠性是大區(qū)域管制模式下的空中交通管理的核心問題，只有依托可靠的雷達(dá)信號通信才能建立可靠的大區(qū)域管制方式。本文對雷達(dá)信號通信可靠性的評估，只是針對影響系統(tǒng)整體可靠性的主要因素，簡化了的模型，但仍然可以依據(jù)建立起來的模型從中找出實際保障中存在的問題，并依據(jù)模型對問題提出解決的方法。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]曾瑛. 電力通信網(wǎng)可靠性分析評估方法研究[J]. 電力系統(tǒng)通信，2011（8）：13-16.

[2]熊小萍. 基于動態(tài)故障樹的變電站通信系統(tǒng)可靠性分析[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報，2012（34）：135-141.

[3]熊小伏. 滿足廣域保護(hù)通信可靠性和延時要求的路由選擇方法[J]. 電力系統(tǒng)自動化，2011（3）：44-48.

[4]趙娟. 子網(wǎng)絡(luò)的連接模式對關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)可靠性影響研究[J]. 計算機(jī)應(yīng)用與軟件，2012（2）：240-242.

[5]王金萍. 概率論與數(shù)理統(tǒng)計[M]. 北京： 清華大學(xué)出版社，2010.

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SHEN Zhong-zhen

（Communications Network Center， South China Civil Aviation Air Traffic Management Bureau， Guangzhou 510405， China）

Abstract： In order to evaluate the supportability of radar signal transmission system in area control mode， the method of establishing reliability mathematical model of radar signal transmission is used， and the radar signal transmission operation data is adopted to calculate the established model. Thus the method to improve the reliability of radar signal communication is obtained.

Keywords： radar signal； area control； transmission guarantee； reliability