一種空管雷達(dá)數(shù)據(jù)自動解析系統(tǒng)設(shè)計

陳洋+盧萍+王平良+李喆+曲丹陽

摘 要：針對S模式二次雷達(dá)的數(shù)據(jù)解析，文章研究了使用較為廣泛的Asterix Category 062協(xié)議，并根據(jù)CAT062協(xié)議的解析標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)了一種空管雷達(dá)數(shù)據(jù)自動解析系統(tǒng)，將符合CAT062協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的S模式原始報文翻譯為明碼報文。通過仿真實驗表明，該系統(tǒng)提高了S模式原始報文的解析效率與精確度，在空管大數(shù)據(jù)聯(lián)合分析領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。

關(guān)鍵詞：空管；雷達(dá)；數(shù)據(jù)自動解析系統(tǒng)；設(shè)計

中圖分類號：TN965 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）19-0097-02

引言

近年來，伴隨著國民經(jīng)濟的持續(xù)平穩(wěn)增長，我國民用航空也迎來了前所未有的發(fā)展機遇，無論是航空器數(shù)量還是密度都呈現(xiàn)出穩(wěn)步增長的態(tài)勢，空域流量迅猛增長一定程度上增加了空中交通管制的工作負(fù)荷，最終往往造成流量控制的局面。雷達(dá)數(shù)據(jù)作為保障空中交通流量的前端基礎(chǔ)，在空中交通管制的實際運行中的意義尤為重要[1]。

本文分析Asterix的CAT062標(biāo)準(zhǔn)，并運用此標(biāo)準(zhǔn)將S模式二次雷達(dá)的十六進(jìn)制碼解析為可讀的明碼，為用戶提供實時的空管運行數(shù)據(jù)，為飛行數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、科研及空管教學(xué)提供可靠支撐。

1 CAT062標(biāo)準(zhǔn)

在Asterix Category 062協(xié)議中，一個完整的S模式雷達(dá)報文包括不同的“數(shù)據(jù)類型（Data Category）”。每個數(shù)據(jù)類型下通常包含多個“數(shù)據(jù)塊（Data Block）”，每個數(shù)據(jù)塊含有一條或多條“記錄（Record）”，記錄是附加字段說明的相同類型的“數(shù)據(jù)項（Data Item）”的集合，數(shù)據(jù)項是每種數(shù)據(jù)類型中信息的最小基本單元，每個數(shù)據(jù)項有其特定含義并被規(guī)定了次序位置。“數(shù)據(jù)字段（Data Field）”是傳輸信息的最小單元，它組成了數(shù)據(jù)項[2]。

數(shù)據(jù)塊的基本布局如表1所示，數(shù)據(jù)類型CAT=062時表示該數(shù)據(jù)塊含有ADS-B報文，長度標(biāo)識（LEN-Length Indicator）表示整個數(shù)據(jù)塊的總長度字節(jié)數(shù)，其中也包括LEN占據(jù)的2個字節(jié)和CAT占據(jù)的1個字節(jié)。在每條記錄的數(shù)據(jù)項之前都有一個用于表示數(shù)據(jù)字段是否存在的字段說明（FSPEC-Field Specification）。

Asterix Category 062協(xié)議中針對S模式雷達(dá)報文傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)項設(shè)置有用戶應(yīng)用規(guī)范（UAP-User Application Profile），如表2所示。此規(guī)范限定了標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)項的排列順序，并為每個數(shù)據(jù)項設(shè)置了字段參考編號（FRN-Field Reference Number）。規(guī)范中最后一欄表示該數(shù)據(jù)項的格式長度（Length），以字節(jié)為單位，例如：單獨數(shù)字“2”表示該數(shù)據(jù)項為固定長度數(shù)據(jù)項，占2個字節(jié)；數(shù)字符號組合“1+”表示該數(shù)據(jù)項為可變長度數(shù)據(jù)項，在1個字節(jié)長度后可以擴展n個字節(jié)長度[3]。

2 整體設(shè)計

系統(tǒng)設(shè)計基于windows環(huán)境，采用面向?qū)ο蟮木幊陶Z言C#，基于Microsoft 公司強大的IDE平臺Visual Studio 2013搭建，可實現(xiàn)提取S模式原始報文并解析為明碼報文輸出至相關(guān)平臺關(guān)聯(lián)使用的功能。

系統(tǒng)整體設(shè)計如圖1所示，系統(tǒng)首先識別S模式原始報文中符合Asterix Category 062協(xié)議的部分，再進(jìn)行逐條分析。針對每條報文，先解析報文的FRN碼，提取 FRN碼中有效的字段，再根據(jù)Asterix Category 062協(xié)議相關(guān)的解析標(biāo)準(zhǔn)對有效的字段轉(zhuǎn)化為明碼報文輸出。

3 主要功能函數(shù)

在將S模式原始報文向明碼報文轉(zhuǎn)移的過程中，本系統(tǒng)主要依據(jù)CAT062標(biāo)準(zhǔn)將相關(guān)字段的十六進(jìn)制碼轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制或二進(jìn)制，再根據(jù)具體字段的解析規(guī)則進(jìn)一步解析為最終的明碼報文。為此，我們依據(jù)CAT062標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計了一系列主要功能函數(shù)，下文將選取幾個與空管運行密切相關(guān)的功能函數(shù)詳細(xì)介紹。

（1）I062/070，Time of Track Information

在此數(shù)據(jù)項關(guān)于Asterix報告?zhèn)鬏敃r間的解析中，初步得到的十進(jìn)制數(shù)據(jù)以“秒”為單位，為表示時間則需要將數(shù)據(jù)通過3次取余計算整理為“時分秒”格式的數(shù)據(jù)，具體函數(shù)如下：

T=line[i].Substring（m， 6）；

int TD = Convert.ToInt32（T， 16）；//轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制

int H；

H=TD/3600；//計算小時

int Min = （TD % 3600） / 60；//除去小時后計算min

int Sec = （H % 3600） % 60；//除去時分后計算s

Time = H + "h" + Min + "min" + Sec + "s"；//有效值帶單位

（2）I062/105，Calculated Position in WGS-84 Co-ordinates

在此數(shù)據(jù)項關(guān)于WGS-84坐標(biāo)位置的解析中，數(shù)據(jù)最低有效值（Least Significant Bit）LSB=180/225度，所以在將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制后需要通過計算將準(zhǔn)確的經(jīng)緯度計算出來，并標(biāo)注經(jīng)緯度符號，具體函數(shù)如下：

P=line[i].Substring（m， 16）；

String P1 = P.Substring（0， 8）；

int LA= Convert.ToInt32（P1， 16）； //轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制

Lat =LA * 180 /（ 2 ^ 25）；//轉(zhuǎn)為緯度有效值

String P2 = P.Substring（8， 8）；

int LO = Convert.ToInt32（P2， 16）；//轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制

Lon = LO * 180 /（ 2 ^ 25）；//轉(zhuǎn)為經(jīng)度有效值

Pos = Lat + "N" + Lon + "E"；//位置有效值帶標(biāo)識

（3）I062/136，Measured Flight Level

在此數(shù)據(jù)項關(guān)于飛行高度的解析中，數(shù)據(jù)最低有效值（Least Significant Bit）LSB=0.25ft，所以在將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制后需要通過計算求出準(zhǔn)確的飛行高度層，并將數(shù)據(jù)單位標(biāo)準(zhǔn)化為英尺，具體函數(shù)如下：

c6 = line[i].Substring（m， 4）；

int c61 = Convert.ToInt32（c6， 16）；//轉(zhuǎn)化為十進(jìn)制

Height= （c61 * 0.25） + "ft"；//轉(zhuǎn)為高度有效值，帶單位

4 仿真實驗

根據(jù)第3章提供的解析思路與相關(guān)代碼，向本系統(tǒng)的實體應(yīng)用軟件導(dǎo)入某天海口上空的S模式二次雷達(dá)原始報文，進(jìn)行數(shù)據(jù)解碼分析，測試軟件的運行效果。

S模式原始報文：

3E 00 34 BB 7D 25 04 02 03 00 0E 58 4F 00 38 06 E5 01 46 06 41 FD 26 01 B7 0D 4A 00 0D 33 B3 C3 7E 20 80 78 0C CB 00 06 01 00 05 50 00 00 28 00 2A 00 3E 04

由實體應(yīng)用軟件解析出的明碼報文：

8388；18.4831130504608；107.789037823677；215.970037930

94；464.150115769046；3116；CSN3053；7850f7；1281；30000；

通過對上述報文的解析，我們可以得出，此報文發(fā)出的時間為2時19分48秒，航空器呼號CSN3053，ICAO地址7850f7，位于北緯18.4831130504608°，東經(jīng)107.78903782367

7°，當(dāng)前磁航向215.97003793094°，地速464.150115769046節(jié)，應(yīng)答機編碼3116，航跡號1281，當(dāng)前高度30000英尺。

通過接收?？谏峡盏腟模式二次雷達(dá)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了對?？谏峡誗模式二次雷達(dá)數(shù)據(jù)的解析和關(guān)聯(lián)。由實驗結(jié)果可知，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，兼容性強，且完全達(dá)到了預(yù)期的功能要求。

5 結(jié)束語

本文論述了加強空管二次雷達(dá)建設(shè)對民航發(fā)展的重大意義，具體研究了CAT062數(shù)據(jù)解析標(biāo)準(zhǔn)。在對S模式原始報文標(biāo)準(zhǔn)化處理的前提下，設(shè)計并開發(fā)了一種空管雷達(dá)數(shù)據(jù)自動解析系統(tǒng)[4]。系統(tǒng)引接S模式空管二次雷達(dá)原始數(shù)據(jù)，根據(jù)CA

T062標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)了對S模式二次雷達(dá)原始報文的翻譯，為空管運行部門的大數(shù)據(jù)挖掘與分析提供了技術(shù)支撐，提高空管部門的運行保障能力，使相關(guān)部門可以獲得準(zhǔn)確及時的雷達(dá)綜合航跡數(shù)據(jù)，同時為空管科研人員提供數(shù)據(jù)支撐。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉偉，胡明華.空管多雷達(dá)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)研究[J].江蘇航空，2005，03：17-19.

[2]Eurocontrol Asterix Category 062.Surveillance Data Exchange. Part 12.

[3]韓振年.S模式雷達(dá)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D].電子科技大學(xué)，2010.

[4]T. Larsen， “Cross-platform aviation analytics using big-data methods”2013 Integrated Communications， Navigation and Surveillance Conference（ICNS）， Herndon， VA，2013，pp.1-9.doi：10.1109/ICNSurv.2013.6548579.