廣州區(qū)域管制中心雷達信號監(jiān)視系統(tǒng)擴容升級的實現(xiàn)

周君

摘要：隨著民航事業(yè)的飛速發(fā)展，航班越來越多，管制空域不斷擴大，為了提高安全性，實現(xiàn)空域的多重雷達覆蓋，自動化系統(tǒng)需引接的雷達數(shù)量也在不斷增加，因此雷達信號質(zhì)量的好壞對空管運行保障尤為重要。為此，民航中南空管局技術(shù)保障中心專門研制了雷達信號分析工具，即雷達信號監(jiān)視分析系統(tǒng)（以下簡稱雷達監(jiān)視系統(tǒng)），它能完成32路雷達信號的并行處理，并提供雷達信號監(jiān)控、航跡分析、記錄回放等功能。雷達監(jiān)視系統(tǒng)自2008年在廣州區(qū)域管制中心部署以來，為自動化監(jiān)視信號的穩(wěn)定運行發(fā)揮了重要作用。但是，近年來隨著廣州區(qū)域管制中心自動化系統(tǒng)引接的監(jiān)視信號數(shù)量不斷增加、S模式雷達信號陸續(xù)接入自動化系統(tǒng)，同時雷達監(jiān)視系統(tǒng)也面臨著設(shè)備老舊，性能下降等問題。基于上述原因，急需對雷達監(jiān)視系統(tǒng)進行升級改造。該文對雷達監(jiān)視系統(tǒng)的升級改造方案進行詳細的探討并給出了具體的實施步驟，經(jīng)驗證，升級之后的雷達監(jiān)視系統(tǒng)性能滿足運行要求。

關(guān)鍵詞：雷達監(jiān)視系統(tǒng);S模式雷達;系統(tǒng)升級改造

中圖分類號：TN95 文獻標識碼：A

1雷達監(jiān)視系統(tǒng)介紹

雷達監(jiān)視系統(tǒng)包括硬件模塊及軟件模塊兩部分，硬件模塊主要實現(xiàn)雷達信號的采集、傳輸協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)分發(fā)等功能;軟件模塊實現(xiàn)雷達數(shù)據(jù)的存儲、雷達格式解碼、雷達信號質(zhì)量分析、航跡顯示等功能。下面將對系統(tǒng)的這兩部分結(jié)構(gòu)進行詳細說明。

1.1雷達監(jiān)視系統(tǒng)硬件模塊介紹

雷達監(jiān)視系統(tǒng)硬件模塊的功能為：首先，提供雷達信號接口，用以完成雷達數(shù)據(jù)的采集數(shù);其次，將采集到的雷達數(shù)據(jù)進行協(xié)議轉(zhuǎn)換，將HDLC數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為UDP數(shù)據(jù)格式;最后，將UDP數(shù)據(jù)包分發(fā)至監(jiān)控終端。硬件模塊由數(shù)據(jù)采集服務(wù)器、數(shù)據(jù)采集卡和交換機構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。每張數(shù)據(jù)采集卡能引解4路雷達數(shù)據(jù)，每個數(shù)據(jù)采集服務(wù)器能安裝4張采集卡（即每個服務(wù)器能同時處理16路雷達數(shù)據(jù)），系統(tǒng)能最多能配置兩臺數(shù)據(jù)采集服務(wù)器（即同時處理32雷達信號）。數(shù)據(jù)采集服務(wù)器將采集到的雷達信號進行格式轉(zhuǎn)換并通過交換機分發(fā)至監(jiān)視終端。

1.2雷達監(jiān)視系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)簡介

雷達監(jiān)視系統(tǒng)軟件模塊部署在監(jiān)視終端上。它通過Visual C#開發(fā)工具進行開發(fā)，采用SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲功能。軟件模塊的主要功能為：通過對雷達信號進行解碼，獲得航跡及雷達扇區(qū)信息;其次，對獲得的航跡/扇區(qū)信息進行實時運算，進而獲得雷達信號優(yōu)劣的參數(shù)指標，并指標數(shù)據(jù)顯示給用戶;同時，軟件還提供單路航跡的實時顯示及回放顯示功能。軟件模塊的架構(gòu)圖如圖2所示。

1.3現(xiàn)有雷達監(jiān)視系統(tǒng)面臨的問題

目前，雷達監(jiān)視系統(tǒng)面臨的主要問題包括：

1）目前，雷達監(jiān)視系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集服務(wù)器使用的信號采集卡為航管科技生產(chǎn)的MPB104多協(xié)議高速串行通信卡，該設(shè)備目前已停止生產(chǎn)，無法完成后續(xù)的升級保障任務(wù)，急需尋找合適替代方案;

2）目前，廣州區(qū)管已引接了多路S模式雷達信號，但雷達監(jiān)視系統(tǒng)并不支持S模式信號的解碼，因此急需對雷達監(jiān)視系統(tǒng)解碼功能進行升級;

3）雷達接入能力不足，雷達監(jiān)視系統(tǒng)最多可支持32路雷達信號的接入，但目前廣州區(qū)管引解了中南地區(qū)32路雷達的A/B兩路雷達信號，共計64路雷達通道，雷達監(jiān)視系統(tǒng)遠遠滿足不了廣州區(qū)管的運行需求。

為此，急需對現(xiàn)有系統(tǒng)進行升級改造，升級的內(nèi)容包括：采用更有效的雷達信號采集設(shè)備，保證雷達監(jiān)視系統(tǒng)易于維護及后續(xù)更新;增加雷達監(jiān)視系統(tǒng)S模式雷達信號的解碼能力，使之能對S模式雷達進行處理分析;增加系統(tǒng)容量，將原先的32路通道增加至64路。下文將對具體的升級方案進行闡述并給出具體的實現(xiàn)方法。

2雷達監(jiān)視系統(tǒng)升級方案

由上文分析可知，雷達監(jiān)視系統(tǒng)需要進行硬件模塊及軟件功能兩方面的升級，下面我們將分別對這兩方面的升級策略進行詳細分析。

2.1系統(tǒng)硬件升級方案

數(shù)據(jù)采集服務(wù)器的功能是將雷達數(shù)據(jù)將雷達的HDLC數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)并以組播方式發(fā)送到監(jiān)控終端。通過綜合考慮，我們選定博達路由器作為設(shè)備升級的替換方案。博達路由器（BDCOM 4800）是一款模塊化路由器，該路由器具有“HDLC透傳”功能，可實現(xiàn)串口HDLC數(shù)據(jù)幀與網(wǎng)絡(luò)UDP數(shù)據(jù)包間的映射轉(zhuǎn)換。每個博達路由器可提供16個雷達通道接口，4個博達路由器即可滿足64路雷達通道的引接需求。升級后的硬件架構(gòu)如圖3所示。

2.2軟件升級方案

由圖2可知，雷達監(jiān)視系統(tǒng)軟件架構(gòu)可分為4層，分別為：通信層、協(xié)議層、航跡處理層、界面層，本次升級改造需對協(xié)議層及界面層的代碼進行修改。

由于雷達信號采集設(shè)備由原先的MPB104通信卡變?yōu)椴┻_路由器，這兩種設(shè)備對數(shù)據(jù)封裝的格式有所不同，因此需要對雷達包提取算法進行調(diào)整，該功能由在協(xié)議層中的雷達信號提取模塊完成。其次，由于需要增加S模式雷達包解碼能力，因此軟件需要增加對Asterix034/048協(xié)議的解析算法，該功能則由協(xié)議層中的雷達報文解析模塊完成。協(xié)議層修改內(nèi)容如圖4所示。

對于用戶界面，需將原先的32雷達監(jiān)視通道擴展為64路通道，同時需增加S模式類型配置及航跡顯示中S模式雷達航跡的24位地址碼及Callsign標志。因此，界面層的軟件也須做相應(yīng)的調(diào)整，具體需要調(diào)整的軟件界面如圖5所示，修改內(nèi)容包括：參數(shù)配置界面、實時航跡界面、雷達監(jiān)視界面、回放通道選擇界面及回放航跡顯示界面。

3升級方案的實現(xiàn)

在上文中，我們詳細討論了雷達監(jiān)視系統(tǒng)的升級方案。本節(jié)將結(jié)合現(xiàn)場運行的實際情況，給出上述方案的具體實現(xiàn)步驟。

3.1硬件升級方案的實現(xiàn)

對于雷達信號采集模塊，我們采用博達路由器替換了原有的MPB104協(xié)議轉(zhuǎn)換卡，完成協(xié)議轉(zhuǎn)換功能。為使博達路由器實現(xiàn)雷達數(shù)據(jù)由HDLC幀轉(zhuǎn)換為UDP數(shù)據(jù)，我們采用以下的配置策略：將路由器配置為HDLC透傳模式，將HDLC數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)換為IP包并通過廣播的方式進行分發(fā)，廣播地址166.1.2.255，端口號為13001-13064，可通過如下方式完成博達路由器配置具體配置。