場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)數(shù)據(jù)主動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)

徐建鋒

摘 要：隨著雷達(dá)技術(shù)的逐步完善，雷達(dá)制造廠(chǎng)商除了對(duì)雷達(dá)技術(shù)指標(biāo)的提升，現(xiàn)代雷達(dá)也開(kāi)始逐步重視雷達(dá)的故障的自檢功能，以便在故障發(fā)生時(shí)發(fā)出告警。雷達(dá)設(shè)備的告警，對(duì)于雷達(dá)維護(hù)人員來(lái)說(shuō)，是一種被動(dòng)的監(jiān)控方式。一直以來(lái)，設(shè)備監(jiān)控方面缺少在日常維護(hù)中對(duì)雷達(dá)的主動(dòng)監(jiān)控。目前為止，航管雷達(dá)的關(guān)鍵參數(shù)都是以代碼的形式在雷達(dá)數(shù)據(jù)處理服務(wù)器中進(jìn)行處理，尚沒(méi)有一個(gè)遠(yuǎn)程人機(jī)界面能讓維護(hù)人員、排故人員主動(dòng)、快速、準(zhǔn)確地了解運(yùn)行參數(shù)。在故障發(fā)生時(shí)往往由于缺乏對(duì)故障發(fā)生時(shí)雷達(dá)內(nèi)部情況的了解而在決策層面延長(zhǎng)了排故維修時(shí)間，對(duì)民航安全穩(wěn)定的運(yùn)行帶來(lái)負(fù)面的影響。“怎樣才能在原廠(chǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，快捷、主動(dòng)地監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行情況？”“怎樣才能在故障發(fā)生時(shí)用用設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，迅速找到故障根源？”“如何在保障設(shè)備安全運(yùn)行的同時(shí)，降低設(shè)備的運(yùn)行成本？”成了雷達(dá)運(yùn)行一線(xiàn)單位的研究方向，也是文章所要討論的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：雷達(dá)技術(shù)；監(jiān)控系統(tǒng)；開(kāi)發(fā)

引言

華東空管局技術(shù)保障這中心虹橋雷達(dá)室下轄3部雷達(dá)：一部Thales二次雷達(dá)、兩部Terma場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)，隨著設(shè)備運(yùn)行進(jìn)入平穩(wěn)期，技術(shù)人員已經(jīng)不僅僅滿(mǎn)足于原廠(chǎng)技術(shù)資料的基礎(chǔ)學(xué)習(xí)，而是更加關(guān)注如何主動(dòng)地對(duì)設(shè)備進(jìn)行進(jìn)一步的了解。文章課題小組以研究、構(gòu)建雷達(dá)數(shù)據(jù)主動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)為目的，對(duì)場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)自檢產(chǎn)生的重要參數(shù)進(jìn)行提取，建立可視化的人機(jī)界面，提供給維護(hù)維修人員一個(gè)主動(dòng)監(jiān)控設(shè)備的平臺(tái)。

1 系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)介紹

文章課題小組首先以場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)為例，構(gòu)建了一套場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)數(shù)據(jù)主動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過(guò)讀取場(chǎng)監(jiān)監(jiān)控RTCMS中記錄的場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)自檢信息，篩選對(duì)維護(hù)維修有著重要意義的參數(shù)。通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控服務(wù)器、場(chǎng)監(jiān)維護(hù)顯示器、以及登陸華東空管內(nèi)網(wǎng)，就能對(duì)場(chǎng)監(jiān)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。同時(shí)，編寫(xiě)了一款基于RTCM的數(shù)據(jù)分析軟件，可以對(duì)設(shè)備運(yùn)行的歷史信息進(jìn)行查看、作圖。

1.2 重要參數(shù)

場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)運(yùn)行的重要參數(shù)有：前向功率（Forward Power）、噪聲系數(shù)（Noise Figure）、調(diào)制高壓（Modulator High Voltage）

正向功率（Forward Power）：信號(hào)通過(guò)磁控管功率放大后的發(fā)射功率，直接作用于波導(dǎo)管和天線(xiàn)，正向功率的數(shù)據(jù)在場(chǎng)監(jiān)系統(tǒng)中直接與磁控管的狀態(tài)有關(guān)。磁控管正常運(yùn)行的狀態(tài)下，自檢系統(tǒng)所測(cè)得正向功率為22千瓦左右。在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)自檢系統(tǒng)測(cè)得的正向功率有明顯下降，很有可能是磁控管的老化或損壞造成的。

噪聲系數(shù)（Noise Figure）：由于接收機(jī)是有源設(shè)備，其內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生噪聲，輸出端的信噪比和輸入端的信噪比不同，所以才用噪聲系數(shù)來(lái)衡量放大器本身的噪聲水平。公式表示為：

噪聲系數(shù)NF=■（dB）

該系數(shù)表征接收機(jī)的噪聲性能惡化程度的一個(gè)參量。噪聲系數(shù)在Terma場(chǎng)監(jiān)系統(tǒng)中一般維持在3dB左右，當(dāng)噪聲系數(shù)出現(xiàn)異常時(shí)，很有可能是接收機(jī)內(nèi)部發(fā)生了故障調(diào)制高壓（Modulator High Voltage）：主板供電單元為調(diào)制模塊供電（12V），調(diào)制模塊經(jīng)過(guò)變壓整流將電壓調(diào)制成高壓，即調(diào)制高壓，供給磁控管。在Terma場(chǎng)監(jiān)系統(tǒng)調(diào)制模塊的調(diào)制高壓值在8800V左右，當(dāng)調(diào)制高壓值出現(xiàn)異常時(shí)，很有可能是調(diào)制模塊的調(diào)制部分出現(xiàn)了故障。

1.3 實(shí)現(xiàn)過(guò)程

1.3.1 獲取系統(tǒng)自檢日志

在獲取系統(tǒng)日志文件后，發(fā)現(xiàn)日志文件的出現(xiàn)有一定的重復(fù)性和規(guī)律性，文章研究小組在對(duì)場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)RTCMS中的文件進(jìn)行研究性篩選時(shí)發(fā)現(xiàn)了名為RTCMS-APP-20130108.log的日志文件。該文件被系統(tǒng)自動(dòng)保存在“”文件夾中以RTCMS-APP+“保存日期”的命名方式保存。以下字段作為例子：

01082013-05：51：13： Updated unit 1 BITEMEAS # 57 with val： （f[8640.000000]）

01082013-05：51：13： Updated unit 0 BITEMEAS # 91 with val： （f[47.129002]）

01082013-05：51：13： Updated unit 0 BITEMEAS # 91 with val： （f[47.129002]）

01082013-05：51：13： Updated unit 0 BITEMEAS # 70 with val： （f[-14.916000]）

01082013-05：51：13： Updated unit 1 BITEMEAS # 23 with val： （f[-0.003000]）

01082013-05：51：13： Updated unit 0 BITEMEAS # 71 with val： （f[-4.987500]）

01082013-05：51：13： Updated unit 0 BITEMEAS # 70 with val： （f[-14.916000]）

01082013-05：51：13： Updated unit 0 BITEMEAS # 74 with val： （f[5.264000]）

01082013-05：51：13： Updated unit 1 BITEMEAS # 70 with val： （f[-15.114000]）

分析字段內(nèi)容：第一段01082013-05：51：13 為該數(shù)據(jù)被更新的時(shí)間信息，表示此次數(shù)據(jù)更新的時(shí)間點(diǎn)為2013年1月8日5點(diǎn)51分13秒（UTC時(shí)間）。第二段中unit0和unit1在之后的字段內(nèi)重復(fù)出現(xiàn)，推斷為所屬設(shè)備信息。經(jīng)過(guò)與RTCMS中設(shè)備信息的反復(fù)驗(yàn)證，可以確認(rèn)unit0為rxtx1在自檢信息中，unit1位rxtx2。而第三段bitemeas#57等代表相關(guān)參數(shù)名稱(chēng)，第四段的f[]內(nèi)數(shù)據(jù)為設(shè)備參數(shù)的相對(duì)值。

通過(guò)查閱RTCMS自帶的ID字段參照表：

圖1 RTCMS ID字段參照表

通過(guò)與對(duì)照表的對(duì)照，BITEMEAS 0057代表的參數(shù)意義是調(diào)制器的高壓值，其單位為V（伏特），而從獲取的參數(shù)來(lái)看，F(xiàn)[]中的參數(shù)值為8640，將代碼轉(zhuǎn)譯成人類(lèi)語(yǔ)言，就是2013年1月8日5點(diǎn)51分13秒（UTC時(shí)間），RxTx2自檢得出的調(diào)制高壓為8640伏。同樣的，前向功率（Forward Power）、噪聲系數(shù)（Noise Figure）也能通過(guò)這一方法獲取自檢系統(tǒng)更新的參數(shù)。

1.3.2 建立網(wǎng)絡(luò)通信

在獲取到場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)重要參數(shù)的數(shù)據(jù)后，還要將此數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸。本課題研究小組通過(guò)場(chǎng)面監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)給出的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓敿?xì)信息，發(fā)現(xiàn)該日志文件系統(tǒng)在10.94.1.X網(wǎng)段，在這一網(wǎng)段中10.94.1.201可以作為系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務(wù)中心計(jì)算機(jī)IP使用。經(jīng)過(guò)連通性測(cè)試，連接正常。

圖2 10.94.1.201的連接測(cè)試

在系統(tǒng)傳輸時(shí)，可以選擇兩種傳輸協(xié)議，分別是UDP和TCP。為了盡量少地占用系統(tǒng)資源，首要保障設(shè)備運(yùn)行正常。UDP是面向無(wú)連接的傳輸協(xié)議，其消耗的系統(tǒng)資源消耗小，處理速度快。由于不提供數(shù)據(jù)包分組、組裝和不能對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行排序的缺點(diǎn)，UDP傳輸容易掉包。經(jīng)過(guò)分析：本系統(tǒng)作為主動(dòng)監(jiān)控設(shè)備的數(shù)據(jù)中心，使用量并不頻繁的，數(shù)據(jù)的刷新頻率對(duì)主動(dòng)監(jiān)控的影響不大，可以容忍數(shù)據(jù)的掉包，本課題研究小組采用了UDP協(xié)議進(jìn)行傳輸。

1.3.3 制作人機(jī)界面

在對(duì)發(fā)送端、接收端加以編程后，實(shí)現(xiàn)了場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)重要參數(shù)的主動(dòng)監(jiān)控和遠(yuǎn)程查看。自主動(dòng)監(jiān)視系統(tǒng)試運(yùn)行至今，虹橋雷達(dá)的值班人員、技術(shù)保障人員已能通過(guò)遠(yuǎn)程查看，主動(dòng)監(jiān)控東、西場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)的運(yùn)行參數(shù)。

圖3 東西場(chǎng)監(jiān)重要參數(shù)監(jiān)控界面

在研究日志文件的基礎(chǔ)上，特編譯了一款可以查看日志歷史信息的分析軟件“RTCMDataAnalysis”，該款軟件通過(guò)載入設(shè)備運(yùn)行日志RTCMS-APP-xxxxxxxx.log文件，對(duì)選定的參數(shù)進(jìn)行作圖，從而在故障發(fā)生時(shí)，提供給排故人員形象的參數(shù)曲線(xiàn)，使判定故障的依據(jù)更加有力。

圖4 RTCMS日志分析軟件界面 圖5 RTCMS日志文件作圖

1.3.5 構(gòu)建系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

為了能與現(xiàn)有的監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行整合，項(xiàng)目小組在主動(dòng)監(jiān)控軟件、日志分析軟件的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了一次網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。將Thales二次雷達(dá)監(jiān)控RCMS的聲音監(jiān)控加入到了整個(gè)主動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，匯總了虹橋雷達(dá)室下轄的三部雷達(dá)頭的基本運(yùn)行信息。構(gòu)建后的主動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)下圖中Monitor Center服務(wù)器的信息采集，整合傳送到值班人員所在的監(jiān)控機(jī)房。并通過(guò)監(jiān)控機(jī)房將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸至科室領(lǐng)導(dǎo)、技術(shù)保障中心總值班等相關(guān)單位。

圖6 虹橋雷達(dá)主動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

2 上海虹橋場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)數(shù)據(jù)主動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)排故實(shí)例

2.1 故障現(xiàn)象

2013年9月，虹橋雷達(dá)室值班人員發(fā)現(xiàn)：虹橋機(jī)場(chǎng)東場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)視頻質(zhì)量有比較明顯的下降。

2.2 分析決策

雷達(dá)視頻質(zhì)量下降有多種原因造成：天線(xiàn)或波導(dǎo)管遭遇雨雪天氣災(zāi)害，影響到信號(hào)的正常收發(fā)；磁控管老化，或調(diào)制板調(diào)制高壓不足等發(fā)射端設(shè)備引起的故障；視頻處理VP3處理門(mén)限過(guò)高，或接收機(jī)損壞引起的故障。根據(jù)Terma公司提供的技術(shù)資料（3.SCANTER 2001 Transceiver-Maintenance and Troubleshooting Manual（USM-262001-HC-1-E1）），對(duì)可能發(fā)生的原因進(jìn)行逐個(gè)排查。根據(jù)Terma廠(chǎng)方提供的排故手冊(cè)，按照技術(shù)資料提供的流程進(jìn)行逐步確認(rèn)，逐步排查，整個(gè)流程有很大的時(shí)間冗余，將耗費(fèi)技術(shù)人員較多排故時(shí)間。（如圖7）

虹橋雷達(dá)室在引接Terma場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)后，能在值班崗位、場(chǎng)監(jiān)維護(hù)顯示（Service Display）、甚至是內(nèi)網(wǎng)電腦上，就能簡(jiǎn)單明了地看到設(shè)備運(yùn)行的一些關(guān)鍵參數(shù)，通過(guò)對(duì)前向功率、噪聲系數(shù)、調(diào)制高壓的查看，可以在短時(shí)間內(nèi)做出初步判斷。這一操作能與天線(xiàn)、波導(dǎo)等外部元件的檢查同步進(jìn)行，從而簡(jiǎn)化排故流程，減少排故時(shí)間，具體簡(jiǎn)化排故流程如圖8所示。

2.3 排故流程

對(duì)照上圖中的簡(jiǎn)化排故流程，檢查的內(nèi)容同時(shí)包括外部設(shè)備和內(nèi)部設(shè)備參數(shù)，一方面前往天線(xiàn)塔觀(guān)測(cè)場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)天線(xiàn)、軟波導(dǎo)、旋轉(zhuǎn)鉸鏈?zhǔn)欠裼蟹e水現(xiàn)象，另一方面則在場(chǎng)監(jiān)維護(hù)顯示席位（Service Display）上調(diào)閱“Terma場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)”，通過(guò)安裝在維護(hù)顯示席位上的軟件查看了故障通道的前向功率、噪聲系數(shù)、調(diào)制高壓。同時(shí)，與正常運(yùn)行通道參數(shù)的橫向比較，以及該故障通道重要參數(shù)的歷史信息。技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)：RxTx1的調(diào)制高壓要比正常運(yùn)行通道的調(diào)制高壓小得多。且在故障發(fā)生時(shí)，其調(diào)制高壓參數(shù)相比于其歷史正常參數(shù)有個(gè)非常明顯的下降。另一方面，外部設(shè)備檢修人員確定天線(xiàn)、鉸鏈、波導(dǎo)沒(méi)有積水積雪；場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)波導(dǎo)管空壓機(jī)工作正常，波導(dǎo)管無(wú)漏氣現(xiàn)象。照簡(jiǎn)化后的排故流程，技術(shù)人員判斷：場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)視頻質(zhì)量的下降，是由RxTx1調(diào)制模塊故障造成的。通過(guò)更換調(diào)制模塊，重啟設(shè)備后設(shè)備恢復(fù)正常。由于采用了簡(jiǎn)化排故流程，此次排故時(shí)間相比于之前有了明顯的縮短。

圖8

2.4 總結(jié)和展望

2.4.1 磁控管、調(diào)制模塊是場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)的易損模塊，設(shè)備故障發(fā)生的根源多與易損模塊的失效有關(guān)。經(jīng)過(guò)故障排除小組總結(jié)，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)：引入Terma場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)數(shù)據(jù)監(jiān)控能夠快速、準(zhǔn)確的觀(guān)測(cè)到磁控管、調(diào)制模塊的異常。并在設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，簡(jiǎn)化排故步驟，快速排除故障。場(chǎng)監(jiān)的主動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)如何作用于二次雷達(dá)，甚至一、二次合裝雷達(dá)的主動(dòng)監(jiān)控，將成為課題小組進(jìn)一步研究的方向。

2.4.2 由于磁控管等易損模塊容易老化的特點(diǎn)，設(shè)備制造廠(chǎng)商出于保險(xiǎn)起見(jiàn)，在維護(hù)上要求磁控管在使用半年后進(jìn)行更換。以虹橋東西兩部場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)雙頻雙冗余的配置來(lái)看，每過(guò)半年就需要更換4個(gè)磁控管。這類(lèi)沒(méi)有達(dá)到實(shí)際使用壽命的更換，在無(wú)形中增加了設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)成本，隨著更多機(jī)場(chǎng)的新建和場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)的廣泛使用，不必要的運(yùn)行維護(hù)成本將增長(zhǎng)成一個(gè)驚人的數(shù)字。對(duì)此，本課題研究小組將進(jìn)一步監(jiān)控磁控管生命周期的歷史數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，界定“磁控管能否繼續(xù)使用”的參數(shù)門(mén)限值，從而延長(zhǎng)磁控管的使用壽命，減少場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)的運(yùn)行維護(hù)成本。

2.4.3 通過(guò)與現(xiàn)有的Thales聲音監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，本研究小組將搭建一個(gè)雷達(dá)設(shè)備主動(dòng)監(jiān)控的集總服務(wù)器，通過(guò)服務(wù)器將Thales雷達(dá)、東西場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)一體化，并將這些數(shù)據(jù)通過(guò)華東空管局的內(nèi)網(wǎng)發(fā)送給虹橋雷達(dá)室科室領(lǐng)導(dǎo)、技術(shù)保障中心總值班。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著上海自貿(mào)區(qū)的逐步建成，航班量的持續(xù)增長(zhǎng)、機(jī)場(chǎng)容量的充分利用以及更小的起飛降落間隔，上海虹橋、浦東兩場(chǎng)將面臨更大的挑戰(zhàn)。場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)、一二次雷達(dá)的數(shù)量將進(jìn)一步增加。作為設(shè)備保障部門(mén)，更大的挑戰(zhàn)在于實(shí)時(shí)監(jiān)控多部設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量，當(dāng)有故障發(fā)生時(shí)能做到快速、高效的處置。此課題的研究和開(kāi)發(fā)，將以場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)作為開(kāi)端，逐步延伸到二次雷達(dá)、一二次合裝雷達(dá)，并進(jìn)行集總監(jiān)控。在保障設(shè)備安全運(yùn)行的前提下，節(jié)約運(yùn)行維護(hù)成本，提高排故效率。

通過(guò)查閱RTCMS自帶的ID字段參照表：

圖1 RTCMS ID字段參照表

通過(guò)與對(duì)照表的對(duì)照，BITEMEAS 0057代表的參數(shù)意義是調(diào)制器的高壓值，其單位為V（伏特），而從獲取的參數(shù)來(lái)看，F(xiàn)[]中的參數(shù)值為8640，將代碼轉(zhuǎn)譯成人類(lèi)語(yǔ)言，就是2013年1月8日5點(diǎn)51分13秒（UTC時(shí)間），RxTx2自檢得出的調(diào)制高壓為8640伏。同樣的，前向功率（Forward Power）、噪聲系數(shù)（Noise Figure）也能通過(guò)這一方法獲取自檢系統(tǒng)更新的參數(shù)。

1.3.2 建立網(wǎng)絡(luò)通信

在獲取到場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)重要參數(shù)的數(shù)據(jù)后，還要將此數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸。本課題研究小組通過(guò)場(chǎng)面監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)給出的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓敿?xì)信息，發(fā)現(xiàn)該日志文件系統(tǒng)在10.94.1.X網(wǎng)段，在這一網(wǎng)段中10.94.1.201可以作為系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務(wù)中心計(jì)算機(jī)IP使用。經(jīng)過(guò)連通性測(cè)試，連接正常。

圖2 10.94.1.201的連接測(cè)試

在系統(tǒng)傳輸時(shí)，可以選擇兩種傳輸協(xié)議，分別是UDP和TCP。為了盡量少地占用系統(tǒng)資源，首要保障設(shè)備運(yùn)行正常。UDP是面向無(wú)連接的傳輸協(xié)議，其消耗的系統(tǒng)資源消耗小，處理速度快。由于不提供數(shù)據(jù)包分組、組裝和不能對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行排序的缺點(diǎn)，UDP傳輸容易掉包。經(jīng)過(guò)分析：本系統(tǒng)作為主動(dòng)監(jiān)控設(shè)備的數(shù)據(jù)中心，使用量并不頻繁的，數(shù)據(jù)的刷新頻率對(duì)主動(dòng)監(jiān)控的影響不大，可以容忍數(shù)據(jù)的掉包，本課題研究小組采用了UDP協(xié)議進(jìn)行傳輸。

1.3.3 制作人機(jī)界面

在對(duì)發(fā)送端、接收端加以編程后，實(shí)現(xiàn)了場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)重要參數(shù)的主動(dòng)監(jiān)控和遠(yuǎn)程查看。自主動(dòng)監(jiān)視系統(tǒng)試運(yùn)行至今，虹橋雷達(dá)的值班人員、技術(shù)保障人員已能通過(guò)遠(yuǎn)程查看，主動(dòng)監(jiān)控東、西場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)的運(yùn)行參數(shù)。

圖3 東西場(chǎng)監(jiān)重要參數(shù)監(jiān)控界面

在研究日志文件的基礎(chǔ)上，特編譯了一款可以查看日志歷史信息的分析軟件“RTCMDataAnalysis”，該款軟件通過(guò)載入設(shè)備運(yùn)行日志RTCMS-APP-xxxxxxxx.log文件，對(duì)選定的參數(shù)進(jìn)行作圖，從而在故障發(fā)生時(shí)，提供給排故人員形象的參數(shù)曲線(xiàn)，使判定故障的依據(jù)更加有力。

圖4 RTCMS日志分析軟件界面 圖5 RTCMS日志文件作圖

1.3.5 構(gòu)建系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

為了能與現(xiàn)有的監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行整合，項(xiàng)目小組在主動(dòng)監(jiān)控軟件、日志分析軟件的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了一次網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹hales二次雷達(dá)監(jiān)控RCMS的聲音監(jiān)控加入到了整個(gè)主動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，匯總了虹橋雷達(dá)室下轄的三部雷達(dá)頭的基本運(yùn)行信息。構(gòu)建后的主動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)下圖中Monitor Center服務(wù)器的信息采集，整合傳送到值班人員所在的監(jiān)控機(jī)房。并通過(guò)監(jiān)控機(jī)房將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸至科室領(lǐng)導(dǎo)、技術(shù)保障中心總值班等相關(guān)單位。

圖6 虹橋雷達(dá)主動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

2 上海虹橋場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)數(shù)據(jù)主動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)排故實(shí)例

2.1 故障現(xiàn)象

2013年9月，虹橋雷達(dá)室值班人員發(fā)現(xiàn)：虹橋機(jī)場(chǎng)東場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)視頻質(zhì)量有比較明顯的下降。

2.2 分析決策

雷達(dá)視頻質(zhì)量下降有多種原因造成：天線(xiàn)或波導(dǎo)管遭遇雨雪天氣災(zāi)害，影響到信號(hào)的正常收發(fā)；磁控管老化，或調(diào)制板調(diào)制高壓不足等發(fā)射端設(shè)備引起的故障；視頻處理VP3處理門(mén)限過(guò)高，或接收機(jī)損壞引起的故障。根據(jù)Terma公司提供的技術(shù)資料（3.SCANTER 2001 Transceiver-Maintenance and Troubleshooting Manual（USM-262001-HC-1-E1）），對(duì)可能發(fā)生的原因進(jìn)行逐個(gè)排查。根據(jù)Terma廠(chǎng)方提供的排故手冊(cè)，按照技術(shù)資料提供的流程進(jìn)行逐步確認(rèn)，逐步排查，整個(gè)流程有很大的時(shí)間冗余，將耗費(fèi)技術(shù)人員較多排故時(shí)間。（如圖7）

虹橋雷達(dá)室在引接Terma場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)后，能在值班崗位、場(chǎng)監(jiān)維護(hù)顯示（Service Display）、甚至是內(nèi)網(wǎng)電腦上，就能簡(jiǎn)單明了地看到設(shè)備運(yùn)行的一些關(guān)鍵參數(shù)，通過(guò)對(duì)前向功率、噪聲系數(shù)、調(diào)制高壓的查看，可以在短時(shí)間內(nèi)做出初步判斷。這一操作能與天線(xiàn)、波導(dǎo)等外部元件的檢查同步進(jìn)行，從而簡(jiǎn)化排故流程，減少排故時(shí)間，具體簡(jiǎn)化排故流程如圖8所示。

2.3 排故流程

對(duì)照上圖中的簡(jiǎn)化排故流程，檢查的內(nèi)容同時(shí)包括外部設(shè)備和內(nèi)部設(shè)備參數(shù)，一方面前往天線(xiàn)塔觀(guān)測(cè)場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)天線(xiàn)、軟波導(dǎo)、旋轉(zhuǎn)鉸鏈?zhǔn)欠裼蟹e水現(xiàn)象，另一方面則在場(chǎng)監(jiān)維護(hù)顯示席位（Service Display）上調(diào)閱“Terma場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)”，通過(guò)安裝在維護(hù)顯示席位上的軟件查看了故障通道的前向功率、噪聲系數(shù)、調(diào)制高壓。同時(shí)，與正常運(yùn)行通道參數(shù)的橫向比較，以及該故障通道重要參數(shù)的歷史信息。技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)：RxTx1的調(diào)制高壓要比正常運(yùn)行通道的調(diào)制高壓小得多。且在故障發(fā)生時(shí)，其調(diào)制高壓參數(shù)相比于其歷史正常參數(shù)有個(gè)非常明顯的下降。另一方面，外部設(shè)備檢修人員確定天線(xiàn)、鉸鏈、波導(dǎo)沒(méi)有積水積雪；場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)波導(dǎo)管空壓機(jī)工作正常，波導(dǎo)管無(wú)漏氣現(xiàn)象。照簡(jiǎn)化后的排故流程，技術(shù)人員判斷：場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)視頻質(zhì)量的下降，是由RxTx1調(diào)制模塊故障造成的。通過(guò)更換調(diào)制模塊，重啟設(shè)備后設(shè)備恢復(fù)正常。由于采用了簡(jiǎn)化排故流程，此次排故時(shí)間相比于之前有了明顯的縮短。

圖8

2.4 總結(jié)和展望

2.4.1 磁控管、調(diào)制模塊是場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)的易損模塊，設(shè)備故障發(fā)生的根源多與易損模塊的失效有關(guān)。經(jīng)過(guò)故障排除小組總結(jié)，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)：引入Terma場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)數(shù)據(jù)監(jiān)控能夠快速、準(zhǔn)確的觀(guān)測(cè)到磁控管、調(diào)制模塊的異常。并在設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，簡(jiǎn)化排故步驟，快速排除故障。場(chǎng)監(jiān)的主動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)如何作用于二次雷達(dá)，甚至一、二次合裝雷達(dá)的主動(dòng)監(jiān)控，將成為課題小組進(jìn)一步研究的方向。

2.4.2 由于磁控管等易損模塊容易老化的特點(diǎn)，設(shè)備制造廠(chǎng)商出于保險(xiǎn)起見(jiàn)，在維護(hù)上要求磁控管在使用半年后進(jìn)行更換。以虹橋東西兩部場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)雙頻雙冗余的配置來(lái)看，每過(guò)半年就需要更換4個(gè)磁控管。這類(lèi)沒(méi)有達(dá)到實(shí)際使用壽命的更換，在無(wú)形中增加了設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)成本，隨著更多機(jī)場(chǎng)的新建和場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)的廣泛使用，不必要的運(yùn)行維護(hù)成本將增長(zhǎng)成一個(gè)驚人的數(shù)字。對(duì)此，本課題研究小組將進(jìn)一步監(jiān)控磁控管生命周期的歷史數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，界定“磁控管能否繼續(xù)使用”的參數(shù)門(mén)限值，從而延長(zhǎng)磁控管的使用壽命，減少場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)的運(yùn)行維護(hù)成本。

2.4.3 通過(guò)與現(xiàn)有的Thales聲音監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，本研究小組將搭建一個(gè)雷達(dá)設(shè)備主動(dòng)監(jiān)控的集總服務(wù)器，通過(guò)服務(wù)器將Thales雷達(dá)、東西場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)一體化，并將這些數(shù)據(jù)通過(guò)華東空管局的內(nèi)網(wǎng)發(fā)送給虹橋雷達(dá)室科室領(lǐng)導(dǎo)、技術(shù)保障中心總值班。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著上海自貿(mào)區(qū)的逐步建成，航班量的持續(xù)增長(zhǎng)、機(jī)場(chǎng)容量的充分利用以及更小的起飛降落間隔，上海虹橋、浦東兩場(chǎng)將面臨更大的挑戰(zhàn)。場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)、一二次雷達(dá)的數(shù)量將進(jìn)一步增加。作為設(shè)備保障部門(mén)，更大的挑戰(zhàn)在于實(shí)時(shí)監(jiān)控多部設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量，當(dāng)有故障發(fā)生時(shí)能做到快速、高效的處置。此課題的研究和開(kāi)發(fā)，將以場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)作為開(kāi)端，逐步延伸到二次雷達(dá)、一二次合裝雷達(dá)，并進(jìn)行集總監(jiān)控。在保障設(shè)備安全運(yùn)行的前提下，節(jié)約運(yùn)行維護(hù)成本，提高排故效率。

通過(guò)查閱RTCMS自帶的ID字段參照表：

圖1 RTCMS ID字段參照表

通過(guò)與對(duì)照表的對(duì)照，BITEMEAS 0057代表的參數(shù)意義是調(diào)制器的高壓值，其單位為V（伏特），而從獲取的參數(shù)來(lái)看，F(xiàn)[]中的參數(shù)值為8640，將代碼轉(zhuǎn)譯成人類(lèi)語(yǔ)言，就是2013年1月8日5點(diǎn)51分13秒（UTC時(shí)間），RxTx2自檢得出的調(diào)制高壓為8640伏。同樣的，前向功率（Forward Power）、噪聲系數(shù)（Noise Figure）也能通過(guò)這一方法獲取自檢系統(tǒng)更新的參數(shù)。

1.3.2 建立網(wǎng)絡(luò)通信

在獲取到場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)重要參數(shù)的數(shù)據(jù)后，還要將此數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸。本課題研究小組通過(guò)場(chǎng)面監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)給出的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓敿?xì)信息，發(fā)現(xiàn)該日志文件系統(tǒng)在10.94.1.X網(wǎng)段，在這一網(wǎng)段中10.94.1.201可以作為系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務(wù)中心計(jì)算機(jī)IP使用。經(jīng)過(guò)連通性測(cè)試，連接正常。

圖2 10.94.1.201的連接測(cè)試

在系統(tǒng)傳輸時(shí)，可以選擇兩種傳輸協(xié)議，分別是UDP和TCP。為了盡量少地占用系統(tǒng)資源，首要保障設(shè)備運(yùn)行正常。UDP是面向無(wú)連接的傳輸協(xié)議，其消耗的系統(tǒng)資源消耗小，處理速度快。由于不提供數(shù)據(jù)包分組、組裝和不能對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行排序的缺點(diǎn)，UDP傳輸容易掉包。經(jīng)過(guò)分析：本系統(tǒng)作為主動(dòng)監(jiān)控設(shè)備的數(shù)據(jù)中心，使用量并不頻繁的，數(shù)據(jù)的刷新頻率對(duì)主動(dòng)監(jiān)控的影響不大，可以容忍數(shù)據(jù)的掉包，本課題研究小組采用了UDP協(xié)議進(jìn)行傳輸。

1.3.3 制作人機(jī)界面

在對(duì)發(fā)送端、接收端加以編程后，實(shí)現(xiàn)了場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)重要參數(shù)的主動(dòng)監(jiān)控和遠(yuǎn)程查看。自主動(dòng)監(jiān)視系統(tǒng)試運(yùn)行至今，虹橋雷達(dá)的值班人員、技術(shù)保障人員已能通過(guò)遠(yuǎn)程查看，主動(dòng)監(jiān)控東、西場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)的運(yùn)行參數(shù)。

圖3 東西場(chǎng)監(jiān)重要參數(shù)監(jiān)控界面

在研究日志文件的基礎(chǔ)上，特編譯了一款可以查看日志歷史信息的分析軟件“RTCMDataAnalysis”，該款軟件通過(guò)載入設(shè)備運(yùn)行日志RTCMS-APP-xxxxxxxx.log文件，對(duì)選定的參數(shù)進(jìn)行作圖，從而在故障發(fā)生時(shí)，提供給排故人員形象的參數(shù)曲線(xiàn)，使判定故障的依據(jù)更加有力。

圖4 RTCMS日志分析軟件界面 圖5 RTCMS日志文件作圖

1.3.5 構(gòu)建系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

為了能與現(xiàn)有的監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行整合，項(xiàng)目小組在主動(dòng)監(jiān)控軟件、日志分析軟件的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了一次網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹hales二次雷達(dá)監(jiān)控RCMS的聲音監(jiān)控加入到了整個(gè)主動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，匯總了虹橋雷達(dá)室下轄的三部雷達(dá)頭的基本運(yùn)行信息。構(gòu)建后的主動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)下圖中Monitor Center服務(wù)器的信息采集，整合傳送到值班人員所在的監(jiān)控機(jī)房。并通過(guò)監(jiān)控機(jī)房將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸至科室領(lǐng)導(dǎo)、技術(shù)保障中心總值班等相關(guān)單位。

圖6 虹橋雷達(dá)主動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

2 上海虹橋場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)數(shù)據(jù)主動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)排故實(shí)例

2.1 故障現(xiàn)象

2013年9月，虹橋雷達(dá)室值班人員發(fā)現(xiàn)：虹橋機(jī)場(chǎng)東場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)視頻質(zhì)量有比較明顯的下降。

2.2 分析決策

雷達(dá)視頻質(zhì)量下降有多種原因造成：天線(xiàn)或波導(dǎo)管遭遇雨雪天氣災(zāi)害，影響到信號(hào)的正常收發(fā)；磁控管老化，或調(diào)制板調(diào)制高壓不足等發(fā)射端設(shè)備引起的故障；視頻處理VP3處理門(mén)限過(guò)高，或接收機(jī)損壞引起的故障。根據(jù)Terma公司提供的技術(shù)資料（3.SCANTER 2001 Transceiver-Maintenance and Troubleshooting Manual（USM-262001-HC-1-E1）），對(duì)可能發(fā)生的原因進(jìn)行逐個(gè)排查。根據(jù)Terma廠(chǎng)方提供的排故手冊(cè)，按照技術(shù)資料提供的流程進(jìn)行逐步確認(rèn)，逐步排查，整個(gè)流程有很大的時(shí)間冗余，將耗費(fèi)技術(shù)人員較多排故時(shí)間。（如圖7）

虹橋雷達(dá)室在引接Terma場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)后，能在值班崗位、場(chǎng)監(jiān)維護(hù)顯示（Service Display）、甚至是內(nèi)網(wǎng)電腦上，就能簡(jiǎn)單明了地看到設(shè)備運(yùn)行的一些關(guān)鍵參數(shù)，通過(guò)對(duì)前向功率、噪聲系數(shù)、調(diào)制高壓的查看，可以在短時(shí)間內(nèi)做出初步判斷。這一操作能與天線(xiàn)、波導(dǎo)等外部元件的檢查同步進(jìn)行，從而簡(jiǎn)化排故流程，減少排故時(shí)間，具體簡(jiǎn)化排故流程如圖8所示。

2.3 排故流程

對(duì)照上圖中的簡(jiǎn)化排故流程，檢查的內(nèi)容同時(shí)包括外部設(shè)備和內(nèi)部設(shè)備參數(shù)，一方面前往天線(xiàn)塔觀(guān)測(cè)場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)天線(xiàn)、軟波導(dǎo)、旋轉(zhuǎn)鉸鏈?zhǔn)欠裼蟹e水現(xiàn)象，另一方面則在場(chǎng)監(jiān)維護(hù)顯示席位（Service Display）上調(diào)閱“Terma場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)”，通過(guò)安裝在維護(hù)顯示席位上的軟件查看了故障通道的前向功率、噪聲系數(shù)、調(diào)制高壓。同時(shí)，與正常運(yùn)行通道參數(shù)的橫向比較，以及該故障通道重要參數(shù)的歷史信息。技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)：RxTx1的調(diào)制高壓要比正常運(yùn)行通道的調(diào)制高壓小得多。且在故障發(fā)生時(shí)，其調(diào)制高壓參數(shù)相比于其歷史正常參數(shù)有個(gè)非常明顯的下降。另一方面，外部設(shè)備檢修人員確定天線(xiàn)、鉸鏈、波導(dǎo)沒(méi)有積水積雪；場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)波導(dǎo)管空壓機(jī)工作正常，波導(dǎo)管無(wú)漏氣現(xiàn)象。照簡(jiǎn)化后的排故流程，技術(shù)人員判斷：場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)視頻質(zhì)量的下降，是由RxTx1調(diào)制模塊故障造成的。通過(guò)更換調(diào)制模塊，重啟設(shè)備后設(shè)備恢復(fù)正常。由于采用了簡(jiǎn)化排故流程，此次排故時(shí)間相比于之前有了明顯的縮短。

圖8

2.4 總結(jié)和展望

2.4.1 磁控管、調(diào)制模塊是場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)的易損模塊，設(shè)備故障發(fā)生的根源多與易損模塊的失效有關(guān)。經(jīng)過(guò)故障排除小組總結(jié)，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)：引入Terma場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)數(shù)據(jù)監(jiān)控能夠快速、準(zhǔn)確的觀(guān)測(cè)到磁控管、調(diào)制模塊的異常。并在設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，簡(jiǎn)化排故步驟，快速排除故障。場(chǎng)監(jiān)的主動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)如何作用于二次雷達(dá)，甚至一、二次合裝雷達(dá)的主動(dòng)監(jiān)控，將成為課題小組進(jìn)一步研究的方向。

2.4.2 由于磁控管等易損模塊容易老化的特點(diǎn)，設(shè)備制造廠(chǎng)商出于保險(xiǎn)起見(jiàn)，在維護(hù)上要求磁控管在使用半年后進(jìn)行更換。以虹橋東西兩部場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)雙頻雙冗余的配置來(lái)看，每過(guò)半年就需要更換4個(gè)磁控管。這類(lèi)沒(méi)有達(dá)到實(shí)際使用壽命的更換，在無(wú)形中增加了設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)成本，隨著更多機(jī)場(chǎng)的新建和場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)的廣泛使用，不必要的運(yùn)行維護(hù)成本將增長(zhǎng)成一個(gè)驚人的數(shù)字。對(duì)此，本課題研究小組將進(jìn)一步監(jiān)控磁控管生命周期的歷史數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，界定“磁控管能否繼續(xù)使用”的參數(shù)門(mén)限值，從而延長(zhǎng)磁控管的使用壽命，減少場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)的運(yùn)行維護(hù)成本。

2.4.3 通過(guò)與現(xiàn)有的Thales聲音監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，本研究小組將搭建一個(gè)雷達(dá)設(shè)備主動(dòng)監(jiān)控的集總服務(wù)器，通過(guò)服務(wù)器將Thales雷達(dá)、東西場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)一體化，并將這些數(shù)據(jù)通過(guò)華東空管局的內(nèi)網(wǎng)發(fā)送給虹橋雷達(dá)室科室領(lǐng)導(dǎo)、技術(shù)保障中心總值班。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著上海自貿(mào)區(qū)的逐步建成，航班量的持續(xù)增長(zhǎng)、機(jī)場(chǎng)容量的充分利用以及更小的起飛降落間隔，上海虹橋、浦東兩場(chǎng)將面臨更大的挑戰(zhàn)。場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)、一二次雷達(dá)的數(shù)量將進(jìn)一步增加。作為設(shè)備保障部門(mén)，更大的挑戰(zhàn)在于實(shí)時(shí)監(jiān)控多部設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量，當(dāng)有故障發(fā)生時(shí)能做到快速、高效的處置。此課題的研究和開(kāi)發(fā)，將以場(chǎng)監(jiān)雷達(dá)作為開(kāi)端，逐步延伸到二次雷達(dá)、一二次合裝雷達(dá)，并進(jìn)行集總監(jiān)控。在保障設(shè)備安全運(yùn)行的前提下，節(jié)約運(yùn)行維護(hù)成本，提高排故效率。