民航二次雷達無時標數(shù)據(jù)時延監(jiān)控研究

王文秀

（民航內(nèi)蒙古空管分局，內(nèi)蒙古呼和浩特，010070）

0 引言

目前，全國范圍內(nèi)仍有一定數(shù)量不帶NTPS（網(wǎng)絡時鐘協(xié)議服務器）的老舊雷達正在服役，這些雷達輸出的目標報告中沒有GPS時標。自動化系統(tǒng)會根據(jù)接收到目標報告的時間和間隔判斷雷達數(shù)據(jù)的有效性并參與融合計算。如果雷達頭傳輸至終端自動化系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)鏈路出現(xiàn)長時間累計延時，雖然每次接收到的數(shù)據(jù)延時都在可接受范圍內(nèi)，但是延時在每次接收中均存在，長時間的積累就會將延時放大，超過可接受范圍。最終導致自動化系統(tǒng)多雷達融合出現(xiàn)錯誤，產(chǎn)生大面積目標分裂或者偏移，影響管制指揮。因此，需要設計一種監(jiān)控方案，可對無時標雷達數(shù)據(jù)的時延情況進行監(jiān)控，及時上報告警或丟棄不可用的雷達數(shù)據(jù)。

1 雷達數(shù)據(jù)時延監(jiān)控方案

分析雷達數(shù)據(jù)出現(xiàn)劣化，如丟包、延時、抖動過大等產(chǎn)生的原因，可歸納為以下兩個方面：

（1）傳輸造成的時延，如在傳輸接口鏈路、轉(zhuǎn)發(fā)過程、切換環(huán)節(jié)引起的傳輸質(zhì)量問題或運營商鏈路由于常規(guī)維護、頻繁割接和本身的故障造成的傳輸質(zhì)量問題。

（2）雷達自身的原因，如雷達頭本身在錄取、編碼處理時，造成的正北幀丟失，扇區(qū)不連續(xù)，數(shù)據(jù)包緩存過大等。

因此，針對無時標雷達數(shù)據(jù)時延的監(jiān)控方案，可以從兩個方面實現(xiàn)：一是為雷達數(shù)據(jù)打上時標，這又可分為對雷達原始數(shù)據(jù)加時標進行監(jiān)控和新增一路帶時標的雷達基準數(shù)據(jù)用作比對；二是在雷達數(shù)據(jù)進入自動化系統(tǒng)前，對其進行質(zhì)量分析進而觸發(fā)告警剔除異常數(shù)據(jù)。

2 監(jiān)控方案的實現(xiàn)

■2.1 方案一：監(jiān)控加時標的雷達原始數(shù)據(jù)

目前，絕大多數(shù)老舊雷達輸出ASTERIX和ALENIA MP2格式雷達數(shù)據(jù)。標準ASTERIX格式雷達數(shù)據(jù)具備時間數(shù)據(jù)項內(nèi)容，僅需在雷達頭將GPS時間按照標準ASTERIX格式要求加入雷達數(shù)據(jù)中即可。ALENIA MP2格式雷達數(shù)據(jù)沒有定義時間數(shù)據(jù)項內(nèi)容，如果需要增加時間數(shù)據(jù)項需要轉(zhuǎn)換為ASTERIX格式雷達數(shù)據(jù)送自動化系統(tǒng)處理；或者保持原數(shù)據(jù)內(nèi)容不變在雷達頭輸出數(shù)據(jù)中額外增加時間數(shù)據(jù)項內(nèi)容，傳輸至終端判斷有效性后，再去除時間信息送自動化系統(tǒng)，如圖1所示。

（1）雷達頭系統(tǒng)輸出的HDLC協(xié)議原始雷達數(shù)據(jù)通過協(xié)議轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)為TCP/UDP協(xié)議被數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)接收。

（2）數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)從NTPS獲取GPS時間并將原始雷達數(shù)據(jù)解碼，打上時標，再重新編碼為雷達數(shù)據(jù)。

（3）帶時標的雷達數(shù)據(jù)最后通過協(xié)議轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換回HDLC協(xié)議，經(jīng)過傳輸網(wǎng)接入自動化系統(tǒng)。

■2.2 方案二：監(jiān)控雷達數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)

為實現(xiàn)對雷達數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)的監(jiān)控，需新增一路雷達數(shù)據(jù)，為其打上時標作為基準雷達數(shù)據(jù)，并與原始雷達數(shù)據(jù)一同由傳輸網(wǎng)傳送至終端。通過比較基準雷達數(shù)據(jù)與原始雷達數(shù)據(jù)，判斷原始雷達數(shù)據(jù)質(zhì)量是否可被接受。

（1）雷達站放置的數(shù)據(jù)采集單元，可通過GPS/BD天線或雷達站內(nèi)部時間服務器獲取精準的時間信息。

（2）數(shù)據(jù)采集單元從雷達站的A/B路分配器上分別引接2路原始雷達信號A-3路和B-3路，為2路信號分別打上時間戳，作為基準監(jiān)測數(shù)據(jù)，壓縮后進入傳輸設備。

（3）雷達站的A/B路分配器上的原始雷達信號A-1路、A-2路、B-1路和B-2路，作為主備通道數(shù)據(jù)接入傳輸設備，同基準監(jiān)測數(shù)據(jù)一起經(jīng)過傳輸網(wǎng)傳送至ACC的數(shù)據(jù)采集中心。

（4）數(shù)據(jù)采集中心可通過GPS/BD天線獲取精準的時間信息，并對原始雷達信號A-1路、A-2路、B-1路和B-2路打上時間戳。

（5）有時間戳的原始雷達信號和基準監(jiān)測信號將被上傳到數(shù)據(jù)處理服務器進行數(shù)據(jù)的基準比對，A-3路與A-1路和A-2路比對，B-3路與B-1路和B-2路比對，得出每一路雷達數(shù)據(jù)的時延、丟包率和時延變化等信息。

圖1

數(shù)據(jù)采集單元除了給雷達原始數(shù)據(jù)打上時間戳之外，同時對正北幀和扇區(qū)幀進行監(jiān)測、統(tǒng)計和匯總，以此能夠?qū)崟r定位到底是雷達頭還是傳輸引起的雷達數(shù)據(jù)錯誤；同時，經(jīng)過一段時間的運行之后，數(shù)據(jù)處理服務器可建立相應的數(shù)據(jù)模型，當監(jiān)控信道的基準監(jiān)測信號出現(xiàn)問題時，數(shù)據(jù)處理服務器可以將某一時刻接受的雷達數(shù)據(jù)同系統(tǒng)統(tǒng)計得出的雷達數(shù)據(jù)進行比對，得出某一時刻的雷達數(shù)據(jù)的時延、丟包率和時延變化等信息。

■2.3 方案三：監(jiān)控雷達終端數(shù)據(jù)質(zhì)量

在雷達數(shù)據(jù)進入自動化系統(tǒng)前，通過信號檢測系統(tǒng)對其進行質(zhì)量分析與監(jiān)控，判斷數(shù)據(jù)質(zhì)量是否符合要求，并上報告警。檢測系統(tǒng)應至少包括數(shù)據(jù)引接部分、數(shù)據(jù)處理分析部分、數(shù)據(jù)顯示和監(jiān)控部分；另信號檢測系統(tǒng)亦可通過移動終端接入分析。如圖2所示。

（1）數(shù)據(jù)引接部分能接收引接到系統(tǒng)的各種監(jiān)視信息，包括 Thales、Raytheon、Indra、ADS-B、MLAT等符合ASTERIX規(guī)范格式的雷達信息，也包括符合Alenia、中國民航MH/T 4008-2000規(guī)范等常見格式的雷達信息，各雷達的信息可以為點跡或航跡，可為一次或二次，也可為一二次聯(lián)合信息。

圖2

（2）數(shù)據(jù)處理分析部分可實現(xiàn)監(jiān)視數(shù)據(jù)的處理，并在監(jiān)視數(shù)據(jù)處理結(jié)果的基礎上，對原始信息、處理結(jié)果、過去歷史、告警標準進行對比，分析各個監(jiān)視源各個時段、各個區(qū)域、各個高度層、各個掃描區(qū)的軌跡，為用戶提供幫助。針對于無時標的雷達數(shù)據(jù)，進行分級處理：第一步，對兩個通道的數(shù)據(jù)進行實時比對處理，當有位置異值（VSP）時，告警提示這部雷達雙通道的數(shù)據(jù)有問題；第二步，將這兩個通道的數(shù)據(jù)與同一區(qū)域其他雷達的綜合航跡數(shù)據(jù)作比對，分析定位哪個通道的數(shù)據(jù)有問題，便于用戶排故。

（3）數(shù)據(jù)顯示和監(jiān)控部分可實時統(tǒng)計和顯示雷達質(zhì)量，統(tǒng)計的內(nèi)容包括每周期接收的數(shù)據(jù)幀總數(shù)、每周期出現(xiàn)的錯幀數(shù)、每周期丟失的扇區(qū)數(shù)、每周期更新的目標信息數(shù)（包括一次航跡/點跡數(shù)、二次航跡/點跡數(shù)和一二次聯(lián)合航跡/點跡數(shù)）等，并為用戶提供查詢接口，方便用戶按不同維度對雷達數(shù)據(jù)進行查詢。

3 結(jié)束語

通過對雷達原始數(shù)據(jù)加時標進行監(jiān)控、比對帶時標的雷達基準數(shù)據(jù)和雷達原始數(shù)據(jù)，以及監(jiān)控和分析在進入自動化系統(tǒng)前的雷達數(shù)據(jù)都可實現(xiàn)對無時標雷達數(shù)據(jù)時延的監(jiān)控，但三種方案各有優(yōu)劣。

對雷達原始數(shù)據(jù)加時標進行監(jiān)控最容易實現(xiàn)，但是該方案不能定位是由傳輸引起的雷達數(shù)據(jù)質(zhì)量劣化還是雷達頭自身數(shù)據(jù)存在問題；比對帶時標的雷達基準數(shù)據(jù)和雷達原始數(shù)據(jù)，即監(jiān)控雷達數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)，可實現(xiàn)對每一路雷達和雷達傳輸鏈路的監(jiān)控，但是僅能實現(xiàn)對時延數(shù)據(jù)的判斷，無法判斷雷達數(shù)據(jù)的正確性和可靠性，無法過濾“臟數(shù)據(jù)”；通過信號檢測系統(tǒng)以監(jiān)控和分析進入自動化系統(tǒng)前的雷達數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)對雷達數(shù)據(jù)的正確性和可靠性的判斷，但檢測系統(tǒng)的功能在于“發(fā)現(xiàn)問題，及時告警”，對于問題數(shù)據(jù)如何處理還有待進一步完善，此外，該系統(tǒng)一旦接入傳輸網(wǎng)和自動化系統(tǒng)之間，系統(tǒng)的健壯性、穩(wěn)定性和高性能也是不可忽視的重要因素。

三種監(jiān)控方案各有側(cè)重，實際實施時，應根據(jù)自身的需求，即可單獨使用某一方案，也可將不同的方案組合實施，以實現(xiàn)對無時標雷達數(shù)據(jù)時延的監(jiān)控。