雷神空管二次雷達(dá)航跡數(shù)據(jù)解析與應(yīng)用

封志方，郭道通，魚佳欣，陳建行

（中國(guó)洛陽(yáng)電子裝備試驗(yàn)中心，濟(jì)源459000）

雷神空管二次雷達(dá)航跡數(shù)據(jù)解析與應(yīng)用

封志方，郭道通，魚佳欣，陳建行

（中國(guó)洛陽(yáng)電子裝備試驗(yàn)中心，濟(jì)源459000）

為了彌補(bǔ)當(dāng)前指揮所難以對(duì)長(zhǎng)航時(shí)、遠(yuǎn)距離飛行目標(biāo)進(jìn)行有效監(jiān)控的不足，提出一種將雷神空管二次雷達(dá)數(shù)據(jù)引入指揮所用于跟蹤監(jiān)視飛行目標(biāo)的方案。結(jié)合指揮所現(xiàn)有硬件條件利用HDLC協(xié)議網(wǎng)關(guān)將空管二次雷達(dá)信號(hào)轉(zhuǎn)換為UDP報(bào)文發(fā)送至指揮所數(shù)據(jù)處理席位，設(shè)計(jì)開發(fā)了數(shù)據(jù)處理程序，實(shí)現(xiàn)了對(duì)空管二次雷達(dá)信號(hào)中合作目標(biāo)航跡數(shù)據(jù)的提取與顯示，并進(jìn)行了測(cè)試驗(yàn)證。測(cè)試結(jié)果表明，該方案能有效地實(shí)現(xiàn)指揮所對(duì)長(zhǎng)航時(shí)、遠(yuǎn)距離飛行目標(biāo)的穩(wěn)定跟蹤監(jiān)視，有效拓展了指揮所對(duì)飛行目標(biāo)的監(jiān)控手段。

雷神；二次雷達(dá)；航跡數(shù)據(jù)；目標(biāo)監(jiān)視；歐標(biāo)格式；數(shù)據(jù)處理

1 引 言

在試驗(yàn)任務(wù)中地面指揮所對(duì)飛行目標(biāo)的監(jiān)視一般采取兩種方式：一是通過遙測(cè)方式從目標(biāo)下傳的遙測(cè)數(shù)據(jù)中解析出目標(biāo)的位置信息，二是通過地面雷達(dá)測(cè)量目標(biāo)的空間位置。遙測(cè)數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量大、測(cè)量位置信息準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，一旦遙測(cè)通信鏈路受到干擾后會(huì)導(dǎo)致指揮所對(duì)目標(biāo)跟蹤監(jiān)視的中斷。地面雷達(dá)由于持續(xù)工作時(shí)間有限難以長(zhǎng)時(shí)間地對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤。

空管二次雷達(dá)具備可全天候24小時(shí)開機(jī)工作、數(shù)據(jù)穩(wěn)定、抗干擾能力強(qiáng)、探測(cè)覆蓋面積廣和可以同時(shí)跟蹤多批次目標(biāo)的優(yōu)點(diǎn)［1］。在指揮所中引入雷神空管二次雷達(dá)數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行處理，提取出所關(guān)注目標(biāo)的航跡信息并顯示在指揮所航跡顯示系統(tǒng)中，可彌補(bǔ)指揮所當(dāng)前對(duì)飛行目標(biāo)監(jiān)視手段的不足、拓展指揮所監(jiān)視目標(biāo)的技術(shù)手段，從而提高指揮所對(duì)長(zhǎng)航時(shí)飛行目標(biāo)的監(jiān)視能力。

2 雷達(dá)數(shù)據(jù)指揮所引接方案

二次雷達(dá)（Secondary surveillance radar，簡(jiǎn)稱SSR）對(duì)飛行目標(biāo)的測(cè)量是由地面詢問雷達(dá)發(fā)射詢問信號(hào)，裝在目標(biāo)飛機(jī)上的應(yīng)答機(jī)收到詢問信號(hào)后，經(jīng)過信號(hào)處理、譯碼，然后由應(yīng)答機(jī)發(fā)回應(yīng)答信號(hào)。地面二次雷達(dá)收到這個(gè)回答信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)處理和數(shù)據(jù)處理，可以獲取飛機(jī)代號(hào)（應(yīng)答碼）、高度、方位和斜距離等目標(biāo)信息［2］。

雷神空管二次雷達(dá)輸出的原始數(shù)據(jù)信號(hào)是一個(gè)速率為9.6Kb／s、面向比特的同步數(shù)據(jù)流。數(shù)據(jù)鏈路層采用HDLC的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)，物理層采用V24（RS232）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)［3］。雷神空管二次雷達(dá)信號(hào)通過光纖傳輸至設(shè)備機(jī)房，經(jīng)同步串口分路器分為兩路，一路送給航管系統(tǒng)用于航管信息處理與顯示。另外一路送給HDLC協(xié)議轉(zhuǎn)換器，HDLC協(xié)議轉(zhuǎn)換器把雷神二次雷達(dá)同步串口HDLC數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)UDP報(bào)文，通過指揮所內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)發(fā)送給數(shù)據(jù)處理席位。通過數(shù)據(jù)處理程序來實(shí)現(xiàn)對(duì)合作目標(biāo)航跡數(shù)據(jù)的提取與處理，最終在航跡顯示軟件中顯示合作目標(biāo)的航跡。

圖1 雷神二次雷達(dá)數(shù)據(jù)傳輸示意圖

HDLC協(xié)議轉(zhuǎn)換器采用南京亞冊(cè)HDLC-iUSB-201多協(xié)議網(wǎng)關(guān)，可提供2路高速同步串口、1路10／100M以太網(wǎng)口，實(shí)現(xiàn)RS-232／422／485、以太網(wǎng)接口的雙向轉(zhuǎn)換及HDLC、TCP／IP協(xié)議轉(zhuǎn)換［4］。

3 雷神二次雷達(dá)數(shù)據(jù)幀分析

雷神空管二次雷達(dá)航跡數(shù)據(jù)采用歐洲標(biāo)準(zhǔn)雷達(dá)數(shù)據(jù)交換格式（All purpose Structured Euro control Radar Information exchange format，ASTERIX），在低層通信協(xié)議上采用高級(jí)數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議（High-Level Data Link Control簡(jiǎn)稱HDLC）。

3.1 HDLC協(xié)議

HDLC協(xié)議是一個(gè)在同步網(wǎng)上傳輸數(shù)據(jù)、面向比特的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。HDLC信息幀結(jié)構(gòu)如圖2所示。由位標(biāo)志字段（FLAG）、地址字段（ADRRESS）、控制字段（CONTROL）、信息字段（INFORMATION）和幀校驗(yàn)序列字段（FCS）組成［5］。

3.2 ASTERIX

ASTERIX是以HDLC為基礎(chǔ)，對(duì)HDLC的信息字段進(jìn)行了重新定義，其幀結(jié)構(gòu)如圖3所示［6］。

圖2 HDLC信息幀結(jié)構(gòu)

圖3 ASTERIX的幀結(jié)構(gòu)圖

雷神二次雷達(dá)數(shù)據(jù)幀中有許多不同的記錄類型，區(qū)別各種記錄類型是根據(jù)CAT這一字節(jié)，其中001類型的雷達(dá)目標(biāo)報(bào)告，包含雷達(dá)跟蹤到的飛行目標(biāo)的航跡數(shù)據(jù)信息。

3.3 雷神二次雷達(dá)數(shù)據(jù)幀解析

下面以一幀雷達(dá)目標(biāo)報(bào)告數(shù)據(jù)包為例對(duì)雷神二次雷達(dá)航跡數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，由HDLC協(xié)議網(wǎng)關(guān)去掉了數(shù)據(jù)幀前后的標(biāo)志字段、地址字段、控制字段和幀校驗(yàn)序列字段，只保留信息字段。表1是一幀雷神空管二次雷達(dá)航跡數(shù)據(jù)。

表1 雷神二次雷達(dá)航跡數(shù)據(jù)

第1字節(jié)：01H是CAT，表示該幀數(shù)據(jù)為雷達(dá)目標(biāo)報(bào)告。

第2，3字節(jié)：00 19H表明此包的長(zhǎng)度為19H（十進(jìn)制為25），表明該數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度為25個(gè)字節(jié)。

第4，5字節(jié)：F7 86H為此包數(shù)據(jù)的FSPEC（Field Specification）是對(duì)UAP的描述，F(xiàn)SPEC中各位的0或1，就是對(duì)UAP（User Application Profile）中的選項(xiàng)進(jìn)行選擇。UAP的詳細(xì)內(nèi)容可參考文獻(xiàn)［6］的相關(guān)內(nèi)容。

F7 86H轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制為1111 0111 1000 0110。就是說它選取了UAP中的第1～4、6～8、13，14共9項(xiàng)。因此以后的內(nèi)容依次為數(shù)據(jù)源標(biāo)識(shí)碼（I001／010）、目標(biāo)報(bào)告描述符（I001／020）、航跡／點(diǎn)跡數(shù)目（I001／161）、極坐標(biāo)測(cè)量位置（I001／040）、極坐標(biāo)下航速（I001／200）、八進(jìn)制Mode-3／A代碼（I001／070）、二進(jìn)制Mode-C代碼（I001／090）、航跡狀態(tài)（I001／170）和航跡質(zhì)量（I001／210）。

參考UAP中對(duì)各個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的定義，計(jì)算目標(biāo)的位置距離雷達(dá)斜距離72.1875海里，方位角49.28°，地速為0.10845947265625海里／秒，航向角184.426°，應(yīng)答碼為0006，目標(biāo)高度是27600英尺。

到此一個(gè)完整的雷神二次雷達(dá)01包分析完畢。這樣就從數(shù)據(jù)幀中獲取了目標(biāo)應(yīng)答碼、極坐標(biāo)位置、極坐標(biāo)速度和高度信息。利用極坐標(biāo)位置和高度數(shù)據(jù)經(jīng)過坐標(biāo)變換就可以應(yīng)用在指揮所的航跡顯示軟件中進(jìn)行航跡顯示。

4 二次雷達(dá)數(shù)據(jù)處理程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

4.1 數(shù)據(jù)處理程序功能組成

雷神二次雷達(dá)數(shù)據(jù)處理程序的功能組成如圖4所示。主要作用是接收雷神二次雷達(dá)數(shù)據(jù)包，并從數(shù)據(jù)幀中提取目標(biāo)參數(shù)：應(yīng)答碼、方位角、高度、航速、航向角［7-9］。將這些參數(shù)進(jìn)行處理成航跡數(shù)據(jù)發(fā)送至指揮所航跡顯示軟件。該軟件具備數(shù)據(jù)控制功能，可對(duì)航跡進(jìn)行管理控制，并具備數(shù)據(jù)記錄與回放功能。

圖4 數(shù)據(jù)處理軟件功能組成

4.2 數(shù)據(jù)處理流程

雷神二次雷達(dá)數(shù)據(jù)的處理流程如圖5所示。具體過程為：

（1）數(shù)據(jù)接收；

（2）判斷是否為雷達(dá)目標(biāo)報(bào)告類型，如果是進(jìn)入步驟（3），否則丟棄該幀數(shù)據(jù)進(jìn)入步驟（1）；

（3）獲取雷達(dá)數(shù)據(jù)幀到達(dá)時(shí)間，數(shù)據(jù)存盤，進(jìn)入步驟（4）；

（4）計(jì)算應(yīng)答碼，進(jìn)入步驟（5）；

（5）存入已發(fā)現(xiàn)目標(biāo)庫(kù)，進(jìn)入步驟（6）；

（6）判斷此幀數(shù)據(jù)是否轉(zhuǎn)發(fā)至航跡顯示軟件，如果是進(jìn)入步驟（7），否則進(jìn)入步驟（1）；

（7）解析出方位角、斜距離、高度、航速、航向角，進(jìn)入步驟（8）；

（8）野點(diǎn)剔除與航跡濾波，進(jìn)入步驟（9）；

（9）坐標(biāo)變換與數(shù)據(jù)封裝，將處理好的航跡數(shù)據(jù)幀發(fā)送至航跡顯示軟件，進(jìn)入步驟（1）。

圖5 數(shù)據(jù)處理軟件運(yùn)行流程

4.3 程序?qū)崿F(xiàn)

雷神空管二次雷達(dá)數(shù)據(jù)處理程序運(yùn)行界面如圖6所示。程序由已接收目標(biāo)顯示區(qū)、處理轉(zhuǎn)發(fā)至航跡顯示區(qū)、接收地址設(shè)置區(qū)、轉(zhuǎn)發(fā)控制范圍設(shè)置區(qū)組成。

圖6 雷神空管二次雷達(dá)數(shù)據(jù)處理程序

5 結(jié)束語(yǔ)

研究論證了雷神二次雷達(dá)指揮所數(shù)據(jù)引接方案，分析了雷神二次雷達(dá)的數(shù)據(jù)幀格式，設(shè)計(jì)制定了數(shù)據(jù)處理軟件的功能結(jié)構(gòu)，形成了數(shù)據(jù)處理流程。編寫了數(shù)據(jù)處理程序，實(shí)現(xiàn)了對(duì)雷神二次雷達(dá)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)提取、處理并顯示在指揮所航顯軟件中。最后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試驗(yàn)證。測(cè)試結(jié)果表明該系統(tǒng)能利用雷神二次雷達(dá)航跡數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)指揮所對(duì)長(zhǎng)航時(shí)、遠(yuǎn)距離飛行目標(biāo)的穩(wěn)定跟蹤監(jiān)視，有效拓展了指揮所對(duì)飛行目標(biāo)的監(jiān)控手段。

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Analysis and App lication About the Track Data of Raytheon Second Surveillance Radar

Feng Zhifang，Guo Daotong，Yu Jiaxin，Chen Jianxing
（Luoyang Electronic Equipment Test Center，Jiyuan 459000，China）

In order to effectively improve monitoring for the long-endurance and long-distance flight target，a plan，transferring the Raytheon Second Surveillance Radar data into command post for surveillance of the flight target tracking，is proposed.Combined with the existing hardware and conditions of the command post，the HDLC protocol gateway is used to convert the SSR signal to the UDPmessage to the command post.The data processing program is designed and developed to extract and display the target track data of the SSR signal.The test result shows that the scheme can effectively realize the stable tracking and monitoring of long-endurance，long-distance flight target，and expand the monitoring means of flying target.

Raytheon；SSR；Track data；Targeted surveillance；ASTERIX；Data deal

10.3969／j.issn.1002-2279.2016.06.008

TP391

B

1002-2279（2016）06-0030-04

封志方（1985-），男，河北省平山縣人，工程師，碩士研究生，主研方向：指揮控制。

2016-05-03