航管雷達系統(tǒng)網絡技術發(fā)展和應用淺析

崔軍

摘 要：網絡的出現對各個行業(yè)的技術都產生了深遠影響，航管雷達作為空管保障體系中基本的監(jiān)視設備，網絡技術的應用與發(fā)展使其系統(tǒng)架構已經過渡到星型拓撲的基本框架，信號數字化也給雷達信號聯網提供了技術基礎。主要描述了網絡技術的發(fā)展和特點，著重分析了IRS-20MP/L二次雷達系統(tǒng)拓撲結構，并通過案例分析，簡述了航管雷達系統(tǒng)中網絡技術的應用設想，以供參考。

關鍵詞：航管雷達；空管；網絡技術；雷達站點

中圖分類號：TN957.2 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.13.009

計算機網絡的應用對社會的諸多方面都產生了重要影響，涵蓋從經濟建設到空防安全等各個方面。民航空管保障體系中的航管雷達也從20世紀80年代末期的單脈沖二次雷達過渡到使用S模式的二次雷達，計算機網絡技術在航管雷達系統(tǒng)中得到了長足的發(fā)展和應用，雷達系統(tǒng)架構有了日新月異的變化，網絡技術在航管雷達系統(tǒng)中的普及為實現雷達信號聯網提供了技術基礎。本文以RAYENEON ASR-10SS一次雷達為基底引入網絡技術，淺析了INDRA IRS-20MP/L二次雷達中網絡技術的應用。

1 計算機網絡技術的發(fā)展和特點

數字化、網絡化和信息化成為當今社會的重要特征，形成了一個以網絡為核心的信息時代。1969年，出現了互聯網的雛形，伴隨著技術的革新和進步，直至1994年互聯網發(fā)展成熟，因特網演變成基于ISP和NAP的多層次結構網絡，計算機網絡技術日益廣泛應用。計算機網絡提供了兩個重要的功能，即連通性和共享性。連通性是指網絡上的用戶之間都可以交換信息，而共享性指的是資源共享，資源共享可分為信息軟件與硬件共享。網絡根據作用范圍分為廣域網、城域網、局域網、個人區(qū)域網，每一種網絡都有不同的特點和使用范圍，而航管雷達系統(tǒng)使用的是局域網，因為現階段網絡技術僅僅在單一航管雷達系統(tǒng)內應用，如果下一步實現全國雷達信號聯網，就會涉及到更大范圍內的網絡應用。

開放系統(tǒng)互聯OSI模型定義了連接異種計算機標準的體系結構，OSI為連接分布式應用處理的“開放”系統(tǒng)提供了基礎。OSI的七層體系結構為應用層、表示層、會話層、傳輸層、網絡層、數據鏈路層和物理層。TCP/IP協(xié)議非國際標準，但是由于其更簡單、更容易理解和實現，已經成為事實上的國際標準。

2 RAYTHEON一次雷達結構

RAYTHEON ASR-10SS一次雷達是20世紀90年代具有先進技術的全固態(tài)航管監(jiān)視雷達，具有覆蓋范圍廣、數據可靠性高、系統(tǒng)實用性強和目標容量可擴展的特點，適用于中高飛行流量的機場環(huán)境。ASR-10SS一次雷達的基本配置包括天線和天線基座、發(fā)射機、雙通道接收機/錄取器、雙通道信號數據處理器、主/備現場控制和數據接口、遙控終端等。此航管雷達的特點是應用了以太網技術。20世紀90年代，網絡技術的應用遠沒有現在廣泛，而其采用的以太網并沒有配備交換機或路由器等一類的網絡核心部件，僅僅采用特性阻抗為50 Ω的同軸電纜，將所有需要連網的設備利用“T”形頭來實現以太網，用同軸電纜的起點端和終點端加載假負載來實現阻抗匹配。IEEE802.3以太網具有10 Mb/sec的數據傳輸速率，雙通道采用的是總線型的網絡拓撲結構。該系統(tǒng)的網絡結構如圖1所示。

3 INDRA二次雷達結構和特點

INDRA IRS-20MP/L二次雷達基本配置包括雙通道接收機/錄取器、發(fā)射機、天線、馬達及馬達控制器、雙通道GPS時鐘、主備交換機、UTS測試單元、VR3K、監(jiān)控設備、ATC系統(tǒng)中用到的數臺SDD設備等，其網絡拓撲如圖2所示。

INDRA IRS-20MP/L二次雷達采用雙網冗余的網絡結構，并且主要部件采取雙通道配置，A＼B網均配置交換機，并且相互獨立運行，使用的是ICP/IP協(xié)議的10、100BASE-T。通過雙網冗余，所有部件均接入A＼B網，包括主動通道切換、故障通道切換等，均能實現無縫隙銜接，確保設備工作的可靠性。馬達控制器采用CAN-BUS技術進行自動切換。

從圖2中可以看出，INDRA IRS-20MP/L二次雷達采用星型拓撲結構，由中央節(jié)點和其他各個節(jié)點連接組成，每個節(jié)點之間的通信均需通過中央節(jié)點，在星型拓撲結構中中央節(jié)點是至關重要的，而在INDRA IRS-20MP/L二次雷達系統(tǒng)中，中央節(jié)點是利用交換機形成的。星型網絡拓撲結構的優(yōu)點就是結構比較簡單、局域網建網更加容易、使用網絡協(xié)議簡單、單設備故障對系統(tǒng)影響不大且容易排除和便于控制、線路的傳輸效率取決于中央節(jié)點設備的速率等，缺點是局域網中線束較多，對中央節(jié)點設備依賴性強；長時間工作中央節(jié)點負擔重，容易形成系統(tǒng)瓶頸?，F階段，星型網絡拓撲結構是局域網通常采用的主流形式。

需要注意的是，航管樓SLG作為遠端監(jiān)控設備，功能與本地SLG相同，然而在邏輯上卻作為本地SLG的備用機，我們將在后面介紹INDRA IRS-20MP/L二次雷達曾經出現的故障來說明邏輯上的主備關系。在INDRA IRS-20MP/L二次雷達網絡拓撲結構中，使用雙絞線作為傳輸媒介，并采用EIA/TIA-568標準。由于設備屬于遠山臺站，設備監(jiān)控信號和雷達數據需要傳輸至航管樓使用，因此網絡拓撲結構中還使用到光纜和微波傳輸設備。

圖2所示的航管雷達系統(tǒng)比圖1所示系統(tǒng)晚了20年，比較它們的系統(tǒng)圖，主要區(qū)別在于網絡拓撲結構、形成網絡的器件以及接入網絡的功能部件不同。在圖2所示的IRS-20MP/L二次雷達拓撲結構中，網絡中引入了交換機，最大限度地實現了互連和共享。從接入網絡的部件數量來看，也能看出圖2接入的部件較多，從而我們可以看到網絡技術隨著航管雷達的更迭也有了長足的發(fā)展和廣泛的應用。

4 INDRA二次雷達故障案例分析

INDRA IRS-20MP/L二次雷達的監(jiān)控部分SLG，其基本作用就是監(jiān)控設備各部件的工作狀態(tài)，配置雷達各部分的功能進行配置，修改參數，并提供各部件的信息和故障報告。在SLG UCS監(jiān)控主界面中，我們能自動實時監(jiān)控錄取器控制器的CPU性能、內存容量，以確保網絡系統(tǒng)的數據處理能力始終處于最優(yōu)狀態(tài)。表1為本地SLG和遠端SLG的IP地址。

4.1 天線監(jiān)控失效

在設備運行正常并且雷達信號正常情況下，遠端（航管樓）監(jiān)控SLG顯示，天線系統(tǒng)失去監(jiān)控，顯示橙色或者白色，橙色表示出現非關鍵故障，白色表示未監(jiān)控到。從監(jiān)控中看到天線正常旋轉，SLG中PPI中顯示雷達信號正常，由此得出，設備工作正常，僅是監(jiān)控部分出現異常，重新啟動遠端（航管樓）SLG系統(tǒng)，故障現象依舊。重新啟動本地（罕山）SLG系統(tǒng)，故障現象消失。進一步分析可知，該故障系廠家軟件BUG，遠端SLG是由本地SLG鏡像而成，在廠家的原始配置中并沒有遠端SLG，因此遠端SLG在此網絡系統(tǒng)中邏輯上是不存在的，因此故障處置需要在本地SLG上重啟處理。

4.2 參數修改失效

2014-09秋季維護中，為驗證假目標的成因，在本地SLG增加反射區(qū)域0°～360?，在反射區(qū)域中僅顯示目標原始視頻（原始視頻即沒有經過處理的目標，沒有二次代碼、高度顯示和地速顯示），驗證后需要恢復初始狀態(tài)，即便將此反射區(qū)域刪除，系統(tǒng)錄取器也并沒有恢復初始狀態(tài)，依然只顯示原始視頻。維護人員先后將此故障定位于VR3K、本地SLG、錄取控制器、收發(fā)機，將上述部件的參數恢復初始狀態(tài)并重新啟動，故障現象仍然存在，經反復與廠家工程師聯系，提出是否為本地SLG和遠端SLG同步出現問題，也就是說增加反射區(qū)域的操作同步，而刪除反射區(qū)域操作沒有同步，同時重啟本地SLG和遠端SLG后，故障現象消除。本地SLG與遠端SLG出現不同步，也是網絡系統(tǒng)中邏輯沖突。

5 計算機網絡技術應用設想

5.1 改進航管雷達設備維護理念

20世紀80年代航管雷達系統(tǒng)中，功能的實現是靠電路板；進入20世紀90年代，模塊化是組成雷達系統(tǒng)的基礎，維護和維修多是更換功能模塊，更深層次的模塊維修則依靠廠家工程師；現階段，在模塊化的基礎上應用和發(fā)展了網絡技術，設備的模塊均增加了網絡功能，雖然深層次的維修依然是依靠廠家，但是由于網絡的引入，每一部件在系統(tǒng)中的作用弱化，更多的靠網絡技術的信息交換與共享。筆者認為，航管雷達維護人員應該從以雷達專業(yè)為重過渡到以網絡技術為重，不局限于航管雷達系統(tǒng)，包括更多的專業(yè)化設備，都是建立在以交換機為核心的網絡架構中，尤其是空管行業(yè)，工作必須確保萬無一失。

5.2 航管雷達全國聯網

隨著雷達站點覆蓋的增加和空域管理區(qū)域化，任何一地的管制部門需要引入多部雷達信號，各地雷達信號交織成全國雷達信號網，每一部雷達都將成為全國雷達信號網中的節(jié)點。隨著航管雷達設備中網絡應用更加全面，就為形成雷達信號網提供了更多的技術基礎，在未來，航管雷達設備將實現統(tǒng)一標準，更加有利于全國雷達聯網。在形成全國雷達信號網后，任何一部單一的雷達設備故障都不會影響雷達信號網，也就不會影響空中交通管制服務，從而確保飛行安全。

6 結束語

目前，計算機網絡技術越來越多地應用于航管設備，我們需要改變對設備的認識。筆者認為，通信導航監(jiān)視專業(yè)人員無論從事哪一個專業(yè)，計算機網絡技術知識將成為我們必須要掌握的技術，這就需要老一代的技術人員要及時更新自己掌握的知識，無論是單一系統(tǒng)設備，還是數據聯網，都要以網絡為核心。隨著航管設備的發(fā)展，網絡將變得非常重要，我們今后的維護工作重點將會與網絡息息相關。

參考文獻

[1]謝希仁.計算機網絡[M].北京：電子工業(yè)出版社，1989.

〔編輯：王霞〕

Abstract： The advent of the Internet to all sectors of technology have had a profound impact on air traffic control radar air traffic control security system as basic monitoring equipment， application and development of network technology to make the system architecture has been the basic framework for the transition to a star topology， signal is digitized radar signal also to provide the technical basis for networking. Describes the development of network technology and features， it analyzes the IRS-20MP / L secondary radar system topology and， through case studies， outlines the application envisaged air traffic control radar systems network technology for reference.

Key words： air traffic control radar； air traffic control； network technology； radar site