空管雷達(dá)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王勻 王蓓蓓

摘 要：各地單雷達(dá)數(shù)據(jù)經(jīng)傳輸網(wǎng)絡(luò)匯集至空管自動化系統(tǒng)，再經(jīng)融合處理后形成綜合航跡。偶發(fā)性的網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延，可能造成綜合航跡的失真，從而對管制工作造成影響。空管雷達(dá)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延監(jiān)測系統(tǒng)可對雷達(dá)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)延情況進(jìn)行實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)，輔助運(yùn)維人員對異常單路雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行干預(yù)。文章闡述了空管雷達(dá)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延監(jiān)測系統(tǒng)的原理和實(shí)際部署情況。

關(guān)鍵詞：空管雷達(dá);空管自動化系統(tǒng);網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延

目前，民航空管自動化系統(tǒng)大多采用多路單雷達(dá)信息融合，以形成綜合航跡信息，而單路信息的時(shí)延可能造成綜合航跡信息的失真，甚至引起航跡分裂，從而對管制工作造成影響。

空管雷達(dá)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延監(jiān)測系統(tǒng)是南京萊斯信息技術(shù)股份有限公司為民航華北空管局區(qū)域管制中心開發(fā)的一套軟、硬件集成系統(tǒng)，可通過“時(shí)標(biāo)信息加注設(shè)備”在雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)、出傳輸網(wǎng)絡(luò)的位置，進(jìn)行兩次UTC時(shí)標(biāo)信息的加注，再由末端的監(jiān)測終端對時(shí)標(biāo)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，從而得到網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延的實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)信息。該系統(tǒng)能夠幫助運(yùn)維人員實(shí)時(shí)掌握網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延情況，及時(shí)對時(shí)延較大的單雷達(dá)信息進(jìn)行管控，避免其對空管自動化系統(tǒng)的影響。

1? ? 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

系統(tǒng)主要用于分析特定雷達(dá)數(shù)據(jù)傳輸鏈路的網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延，具體功能如下：（1）能夠接收雷達(dá)數(shù)據(jù)幀，并解析多種雷達(dá)數(shù)據(jù)格式，提取時(shí)間戳信息;（2）雷達(dá)信號接口為RS-232/V.24同步數(shù)據(jù)端口，HDLC協(xié)議封裝;（3）系統(tǒng)本身具備接收GPS時(shí)鐘信息的能力;（4）能夠比對雷達(dá)數(shù)據(jù)幀的時(shí)間信息和本地GPS時(shí)間信息的差值，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析處理;（5）能夠圖形化展示統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，并輸出報(bào)表;（6）提供移動設(shè)備，能夠發(fā)送帶時(shí)標(biāo)信息的HDLC數(shù)據(jù)幀。

2? ? 時(shí)延監(jiān)測系統(tǒng)原理及部署方式

（1）雷達(dá)源通過RS-232同步串行接口輸出HDLC協(xié)議封裝的雷達(dá)數(shù)據(jù)幀，再通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸至空管自動化系統(tǒng)前端。（2）網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延的計(jì)算依賴于數(shù)據(jù)幀攜帶的時(shí)間戳信息。通過比較數(shù)據(jù)幀時(shí)間戳與監(jiān)測終端本地時(shí)間，即可計(jì)算獲得數(shù)據(jù)幀經(jīng)過傳輸網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延數(shù)值。（3）對于較新的雷達(dá)系統(tǒng)，例如Thales雷達(dá)的數(shù)據(jù)本身包含時(shí)間信息。只要該時(shí)間信息準(zhǔn)確，監(jiān)測終端接收到數(shù)據(jù)后與本地時(shí)間做比較，即可獲得雷達(dá)數(shù)據(jù)幀的傳輸時(shí)延。

對于不含時(shí)間信息的老式雷達(dá)系統(tǒng)，必須通過外部設(shè)備注入時(shí)間戳信息。因此，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了專用的便攜式時(shí)標(biāo)加注設(shè)備，可臨時(shí)部署在傳輸網(wǎng)絡(luò)的入口和出口。監(jiān)測終端通過解碼加注的時(shí)標(biāo)信息，即可獲得數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延。同時(shí)，出口處的時(shí)標(biāo)加注設(shè)備能夠?qū)r(shí)標(biāo)信息去除，輸出原始雷達(dá)數(shù)據(jù)給最終的空管系統(tǒng)。此種模式也適用于時(shí)間戳不準(zhǔn)確的雷達(dá)源監(jiān)測。

實(shí)線表示雷達(dá)源1的數(shù)據(jù)傳輸路徑。數(shù)據(jù)在進(jìn)、出傳輸網(wǎng)絡(luò)時(shí)，分別經(jīng)過時(shí)標(biāo)加注設(shè)備，共被添加兩次UTC時(shí)標(biāo)信息，最后，再由監(jiān)測終端接收。此場景下，監(jiān)測終端通過比較兩次加注的時(shí)標(biāo)信息，進(jìn)行時(shí)延統(tǒng)計(jì)處理。

虛線表示雷達(dá)源2的數(shù)據(jù)傳輸路徑。雷達(dá)數(shù)據(jù)本身含有雷達(dá)錄取設(shè)備生成的時(shí)標(biāo)信息，不經(jīng)過任何時(shí)標(biāo)加注設(shè)備，直接由監(jiān)測終端接收處理。此場景下，監(jiān)測終端通過比較數(shù)據(jù)自身時(shí)標(biāo)信息和監(jiān)測終端本地時(shí)間信息，進(jìn)行時(shí)延統(tǒng)計(jì)處理。

3? ? 時(shí)標(biāo)信息加注設(shè)備

時(shí)標(biāo)信息加注設(shè)備內(nèi)置GPS信號接收模塊以獲得精確的UTC時(shí)間，可提供精確到毫秒級別的時(shí)間戳信息。設(shè)備通過GPS信號進(jìn)行時(shí)間校正后，可通過內(nèi)部時(shí)鐘模塊維持本地時(shí)間。完成時(shí)間校正后，設(shè)備實(shí)時(shí)接收HDLC數(shù)據(jù)幀，并在數(shù)據(jù)幀末尾添加時(shí)間戳字段，以提供給監(jiān)測終端。

設(shè)備提供3個(gè)RS-232同步串口，進(jìn)行HDLC數(shù)據(jù)幀的收發(fā)。輸入端口P1接收HDLC數(shù)據(jù)幀，主用輸出端口P2輸出帶時(shí)標(biāo)信息的HDLC數(shù)據(jù)幀（提供給時(shí)延監(jiān)測終端），輔助輸出端口P3輸出原始HDLC數(shù)據(jù)幀（提供給空管自動化系統(tǒng)）。

4? ? 監(jiān)測終端軟件功能設(shè)計(jì)

4.1? 雷達(dá)數(shù)據(jù)接收處理

監(jiān)測終端由HDLC數(shù)據(jù)接收設(shè)備和數(shù)據(jù)處理終端構(gòu)成，能夠接收HDLC數(shù)據(jù)幀，并對加注的時(shí)標(biāo)信息進(jìn)行解析和處理。同時(shí)，對于自身包含時(shí)標(biāo)信息的雷達(dá)數(shù)據(jù)，監(jiān)測終端可以解析并提取時(shí)間戳信息。

程序可解析的數(shù)據(jù)格式包括：Alenia MP2格式、ASTERIX CAT001/CAT002格式、ASTERIX CAT034/CAT048格式、ASTERIX CAT062格式。

4.2? 時(shí)延統(tǒng)計(jì)處理

時(shí)標(biāo)信息處理包括3種方式：第一種，對經(jīng)過兩次時(shí)標(biāo)信息加注的雷達(dá)數(shù)據(jù)，通過比較時(shí)間戳獲得時(shí)間差值。第二種，對經(jīng)過一次時(shí)標(biāo)信息加注的雷達(dá)數(shù)據(jù)，通過比較時(shí)間戳和監(jiān)測終端本地時(shí)間獲得時(shí)間差值。第三種，對本身帶有時(shí)標(biāo)信息的雷達(dá)數(shù)據(jù)，監(jiān)測終端按照雷達(dá)數(shù)據(jù)格式進(jìn)行解析，獲得數(shù)據(jù)幀的內(nèi)部時(shí)標(biāo)信息，再對比監(jiān)測終端本地時(shí)間獲得時(shí)間差值。

4.3? 雷達(dá)數(shù)據(jù)扇號幀統(tǒng)計(jì)

標(biāo)準(zhǔn)的雷達(dá)數(shù)據(jù)除了包含目標(biāo)信息幀，也會輸出扇信息幀，每周期為16或32扇。通過統(tǒng)計(jì)每周期的扇號幀是否完整，可以在一定程度上反映傳輸過程中數(shù)據(jù)幀丟失的情況。需要注意扇號幀丟失很大概率伴隨數(shù)據(jù)幀的丟失情況，但是扇號幀無丟失并不表示數(shù)據(jù)幀一定沒有丟失的情況。時(shí)延監(jiān)測終端通過統(tǒng)計(jì)扇號幀丟失情況，可評估傳輸網(wǎng)絡(luò)的丟包率。

4.4? 雷達(dá)數(shù)據(jù)正北幀時(shí)差統(tǒng)計(jì)

包含扇信息幀的雷達(dá)數(shù)據(jù)，通常也包含正北幀。理論上，正北幀之間的時(shí)間間隔與雷達(dá)天線的自轉(zhuǎn)周期一致，通常為4 s。經(jīng)過不穩(wěn)定的傳輸網(wǎng)絡(luò)后，正北幀時(shí)差會發(fā)生較大幅度的波動。時(shí)延監(jiān)測終端通過統(tǒng)計(jì)正北幀時(shí)差，可評估傳輸網(wǎng)絡(luò)的延遲抖動情況。

4.5? 可視化結(jié)果輸出

統(tǒng)計(jì)處理程序?qū)崟r(shí)進(jìn)行多種觀測指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)處理，并通過圖形界面進(jìn)行可視化輸出。圖2為延遲統(tǒng)計(jì)散點(diǎn)圖，顯示了每個(gè)統(tǒng)計(jì)周期的3種時(shí)延數(shù)據(jù)：延遲最小值、延遲最大值、延遲平均值。

可見，延遲平均值基本可擬合為直線，但是呈緩慢增加的態(tài)勢。經(jīng)分析，這是由于時(shí)標(biāo)加注設(shè)備脫離GPS信號后，內(nèi)置時(shí)鐘模塊發(fā)生時(shí)鐘漂移所致。

4.6? 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)存儲

監(jiān)測程序?qū)?shí)時(shí)處理獲得的時(shí)延統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)存儲于本機(jī)數(shù)據(jù)庫中，運(yùn)維人員事后可通過軟件進(jìn)行查詢和報(bào)表輸出。

5? ? 結(jié)語

該系統(tǒng)部署上線后，主要針對自帶時(shí)標(biāo)信息的雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)延監(jiān)測，對偶發(fā)性的傳輸延時(shí)異常情況，可提供詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)報(bào)表，幫助運(yùn)維人員排查故障。時(shí)延監(jiān)測系統(tǒng)為華北區(qū)管中心空管系統(tǒng)的運(yùn)行保障提供了積極有效的支持手段。

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