ADWR-D型雷達雙套自動切換實現(xiàn)機制

華東電子工程研究所 安徽四創(chuàng)電子股份有限公司 陳 剛

安徽四創(chuàng)電子股份有限公司 范 靈 金毅仁

引言

ADWR-D型雷達為雙套冗余備份設(shè)計，當(dāng)某一套系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，可切換至另一套系統(tǒng)進行工作。但目前雷達的雙套切換功能需手動控制，未能實現(xiàn)自動切換。為更好地滿足用戶需求，使該雷達獲得更高的穩(wěn)定運行性能，需要實現(xiàn)雙套自動切換功能。

本文探討從軟件算法角度出發(fā)設(shè)計獨立于雷達控制終端的自動切換系統(tǒng)，可以簡便高效實現(xiàn)自動切換功能要求，相對于增加硬件設(shè)備的自動切換實現(xiàn)方式，本方法可以使雷達整個操作流程更清晰，運行可靠性更高，成本預(yù)算也更低。

1.ADWR-D型雷達簡介

ADWR型雷達是安徽四創(chuàng)電子股份有限公司針對民航氣象部門業(yè)務(wù)使用特點，潛心研制的高性能、高可靠、自動化程度高的新一代C波段全相參脈沖多普勒天氣雷達[1]，已經(jīng)在深圳機場、烏魯木齊機場、哈爾濱機場、武漢機場、昆明機場和合肥機場等國內(nèi)主要機場投入業(yè)務(wù)運行，該雷達以其系統(tǒng)高穩(wěn)定性和可靠性得到了用戶的一致好評。

ADWR-D型雷達除天線罩、天線、轉(zhuǎn)臺、伺服系統(tǒng)外，發(fā)射、接收、信號處理分系統(tǒng)均進行雙套冗余設(shè)計，兩套系統(tǒng)互為冗余備份，可通過冗余控制實現(xiàn)系統(tǒng)切換，從而提高雷達使用的可靠性和連續(xù)性。

2.切換機制現(xiàn)狀分析

ADWR-D型雷達初始設(shè)計雙套切換方式為手動切換，存在方案設(shè)計上的不足之處。根據(jù)進一步分析，ADWR-D型雷達硬件設(shè)計為雙套冗余模式，在硬件上滿足自動切換所需的條件。軟件方面通過兩套主監(jiān)控可獲得所有分機的工作和故障狀態(tài)，再通過軟件來控制切換流程。綜合該型雷達目前的軟硬件設(shè)計，通過進一步的改進，使該型雷達具備自動切換功能是可行的。

針對“切換方案設(shè)計不足”這個癥結(jié)，從硬件部分及軟件部分兩個方面，運用樹形圖展開分析，最后找出可能的五個主要因素：監(jiān)控不能同時上傳兩套雷達狀態(tài)信息；冗余控制分機不能響應(yīng)軟件自動發(fā)的指令；雷達各分機傳輸受限制；雷達雙套數(shù)據(jù)不易同時處理；雷達切換后不能自動恢復(fù)至正常工作狀態(tài)。

逐一分析五個癥結(jié)因素，確認(rèn)前三個因素并不存在實際功能上的缺失和缺陷，被定義為非要因因素。經(jīng)使用確認(rèn)，ADWR-D型雷達雙套數(shù)據(jù)及冗余控制共需16個端口數(shù)據(jù)進行處理，如圖1所示。當(dāng)各路數(shù)據(jù)同時到達控制終端時，不僅要區(qū)分出兩套數(shù)據(jù)各自對應(yīng)的硬件，還需區(qū)分出當(dāng)前在用和未用的數(shù)據(jù)，為避免數(shù)據(jù)處理錯亂，當(dāng)前終端軟件只接收和處理當(dāng)前所用雷達組合的數(shù)據(jù)，不處理雷達備用組合的數(shù)據(jù)，存在數(shù)據(jù)丟失。同時經(jīng)查看，雷達發(fā)生故障時，軟件系統(tǒng)、硬件冗余切換開關(guān)及主監(jiān)控分機都無自動恢復(fù)雷達正常工作狀態(tài)功能。

圖1 網(wǎng)絡(luò)端口號表

根據(jù)以上要因分析，雷達雙套數(shù)據(jù)不易同時處理和雷達切換后不能自動恢復(fù)至正常工作狀態(tài)兩個因素是影響自動切換實現(xiàn)的要因因素。

3.自動切換實現(xiàn)對策

考慮設(shè)計獨立于控制終端的自動切換軟件，好處是在不影響現(xiàn)有控制終端的功能及穩(wěn)定性的前提下，可以同時獲取所有網(wǎng)絡(luò)端口的數(shù)據(jù)并能監(jiān)控硬件的工作狀態(tài)和故障狀態(tài)，并對與自動切換無關(guān)的數(shù)據(jù)不作處理。

圖2 組合傳輸通道

3.1 解析處理雷達雙套數(shù)據(jù)

算法步驟如下：

(1)對雷達各分機實時狀態(tài)進行監(jiān)控和保存

控制終端軟件與主監(jiān)控主要通過UDP協(xié)議進行網(wǎng)絡(luò)通訊[2]，A、B兩套主監(jiān)控是用兩套端口來與軟件通訊，軟件分別用兩個響應(yīng)函數(shù)進行數(shù)據(jù)處理。當(dāng)前硬件設(shè)計是接收機與主監(jiān)控分機綁定，但發(fā)射機可以自由組合，如圖2所示。因此區(qū)分出當(dāng)前數(shù)據(jù)是哪套接收機和主監(jiān)控很容易，但是無法區(qū)分發(fā)射機。經(jīng)測試，根據(jù)以下判斷可以區(qū)分出發(fā)射機數(shù)據(jù)。

以B 接收響應(yīng)函數(shù)為例，添加以下判斷：

if (pTerminal->Config.bMDSPAndMtB)//若當(dāng)前在用A套接收信號處理分機（則此處數(shù)據(jù)為未用）

{if(pTerminal->Config.bTranMS) pTerminal->Config.bTranMS2=FALSE;//當(dāng)前用A套發(fā)射機，則此處為B套數(shù)據(jù)

else pTerminal->Config.bTranMS2=TRUE;//當(dāng)前用B套發(fā)射機，則此處為A套數(shù)據(jù)}

else//若當(dāng)前在用B套接收信號處理分機（則此處數(shù)據(jù)為在用）

{if(pTerminal->Config.bTranMS) pTerminal->Config.bTranMS2=TRUE; //當(dāng)前用A套發(fā)射機，則此處為A套數(shù)據(jù)

else pTerminal->Config.bTranMS2=FALSE;//當(dāng)前用B套發(fā)射機，則此處為B套數(shù)據(jù)}

(2)優(yōu)化主監(jiān)控故障發(fā)送頻率，消除虛故障對軟件影響。

由于自動切換軟件是通過定時時鐘，每間隔20S檢查一次當(dāng)前組合故障狀態(tài)，所以需要將硬件最新狀態(tài)盡快發(fā)送到軟件，讓軟件每次處理時所保存的硬件狀態(tài)為最新，如此軟件才能做出迅速正確的判斷。但實際測試過程中發(fā)現(xiàn)運行一段時間硬件會有虛故障（實際硬件沒有故障，真實故障會不停發(fā)）報出來。因此優(yōu)化主監(jiān)控故障發(fā)送頻率后，經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象消除。

(3)簡化各網(wǎng)絡(luò)端口數(shù)據(jù)的處理，只對切換相關(guān)的數(shù)據(jù)進行處理。

對于自動切換來說，最主要的是各分機的故障狀態(tài)參數(shù)，當(dāng)前工作參數(shù)并不需要，且切換后的狀態(tài)恢復(fù)通過終端軟件來實現(xiàn)，故對各分機的網(wǎng)絡(luò)回饋數(shù)據(jù)只對故障狀態(tài)參數(shù)進行更新，簡化了數(shù)據(jù)處理邏輯。

圖3 切換規(guī)則表

(4)標(biāo)識與刷新各分機狀態(tài)

主要包括雷達雙套分機狀態(tài)，冗余組合狀態(tài)，控制電源開關(guān)狀態(tài)等。兩套發(fā)射機，兩套接收信號處理，每一個都有兩種狀態(tài)，則一共會有16種故障/非故障狀態(tài)出現(xiàn)，當(dāng)確有故障發(fā)生時，選擇可用（未用）的狀態(tài)組合R值進行切換，0表示系統(tǒng)正常，1表示系統(tǒng)故障，切換規(guī)則表如圖3所示。

(5)設(shè)計穩(wěn)定的切換流程

穩(wěn)定的切換流程為實現(xiàn)自動切換的重中之重，若控制流程不對，會造成各種原因的切換不成功，導(dǎo)致雷達無法正常工作。當(dāng)前雷達組合狀態(tài)分：故障，在用，可用（未用）三種狀態(tài)，并分別用紅色，綠色，黑色圖標(biāo)進行指示。

3.2 自動切換恢復(fù)雷達正常工作狀態(tài)

算法步驟如下：

(1)自動切換軟件在切換前保存天線掃描模式與高壓開關(guān)狀態(tài)

切換之前，如果天線在掃描，將掃描方式先進行保存；如果高壓開啟，通過參數(shù)將發(fā)射機狀態(tài)保存，切換之后以備恢復(fù)。

(2)控制終端保存雷達當(dāng)前工作參數(shù)

當(dāng)雷達正常工作時，各分機的當(dāng)前工作狀態(tài)會實時發(fā)送給終端，終端為各分機分配內(nèi)存空間，對當(dāng)前工作狀態(tài)實時更新和保存，以備切換之后恢復(fù)所用。

(3)自動切換軟件在切換完成后向終端軟件發(fā)送恢復(fù)指令，再由終端通過指令的參數(shù)向雷達發(fā)相應(yīng)恢復(fù)指令。

自動切換軟件的功能是實時監(jiān)控各分機的故障狀態(tài)，并在需要的時候進行正確的切換，切換之后的掃描，高壓，工作狀態(tài)恢復(fù)功能由終端軟件實現(xiàn)。

4.試用情況

實現(xiàn)雙套自動切換功能的ADWR-D型雷達交付廣東民航某空管站架設(shè)試運行使用，用戶方針對自動切換等功能進行了專項檢查驗證，認(rèn)為改進后的雷達滿足設(shè)計文件提出的技術(shù)指標(biāo)要求，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，順利通過用戶單位現(xiàn)場竣工驗收。

5.總結(jié)

ADWR-D型雷達作為目前民航機場天氣保障的主要雷達，通過此次改進，該雷達利用軟件穩(wěn)定的算法與靈活的流程控制，以最小的成本進一步提升了ADWR-D型天氣雷達的性能，滿足用戶需求的同時進一步提升了雷達的綜合性能，對我方與用戶方的合作提供了有力的技術(shù)支持，提高了產(chǎn)品的市場競爭力。

[1]《ADWR-D型雷達工程實施方案》,四創(chuàng)公司歸檔資料,2014.

[2]陳堅,陳偉等.Visual C++網(wǎng)絡(luò)高級編程[M].人民郵電出版社,2002.