空管移動(dòng)雷達(dá)信號(hào)傳輸方案研究

楊豪

【摘 ?要】空管業(yè)務(wù)中的傳輸方案已經(jīng)十分成熟，并且由華為等大公司提供支持。論文所述方案的研究是基于工程實(shí)際，并且受到諸多現(xiàn)實(shí)條件的限制。移動(dòng)雷達(dá)是一種可以隨時(shí)采用移動(dòng)車(chē)輛來(lái)轉(zhuǎn)移的空管二次雷達(dá)，桂林空管站移動(dòng)雷達(dá)是在某雷達(dá)站改建階段臨時(shí)調(diào)配的，傳輸資源比較單一，在復(fù)雜項(xiàng)目當(dāng)中需要自主解決具體問(wèn)題。論文主要深入研究了雷達(dá)同步串口信號(hào)的時(shí)鐘選擇和組播技術(shù)的應(yīng)用。

【Abstract】The transmission scheme of air traffic control business has been very mature and supported by HUAWEI and other large companies. The research of the scheme described in this paper is based on the engineering practice， and is limited by many practical conditions. Mobile radar is a kind of air traffic control secondary radar that can be transferred by mobile vehicles at any time. Mobile radar of Guilin Air Traffic Management Station is temporarily deployed in the reconstruction stage of a certain radar station. The transmission resources are relatively single， and the specific problems need to be solved independently in complex projects. This paper mainly conducts in-depth research on the clock selection of the radar synchronous serial signal and the application of multicast technology.

【關(guān)鍵詞】移動(dòng)雷達(dá);同步時(shí)鐘;組播

【Keywords】mobile radar; synchronous clock; multicast

【中圖分類(lèi)號(hào)】TN957.53 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號(hào)】1673-1069（2021）07-0179-04

1 研究背景

桂林空管移動(dòng)雷達(dá)承擔(dān)著民航客機(jī)在航路飛行中的重要監(jiān)視任務(wù)，是空中交通管制員維持空中交通秩序的重要設(shè)備保障之一。2020年，在桂林機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建空管工程中桂林空管站新建2號(hào)航管樓，以滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的航班需求。從1號(hào)航管樓過(guò)渡搬遷至2號(hào)航管樓，桂林空管站技術(shù)保障部面臨的最大挑戰(zhàn)是不停航。因此，移動(dòng)雷達(dá)信號(hào)需要在保證現(xiàn)狀不變的情況下，新建傳輸方案至2號(hào)航管樓。本文在研究方案的過(guò)程中，以保證安全、可靠、平穩(wěn)為前提，充分驗(yàn)證方案可行性。

2 移動(dòng)雷達(dá)信號(hào)傳輸方案現(xiàn)狀

Indra移動(dòng)雷達(dá)位于桂林空管站原發(fā)報(bào)臺(tái)臺(tái)址，距航管樓直線(xiàn)距離2.5km。設(shè)備安裝在一個(gè)方艙內(nèi)，雷達(dá)錄取器（EXT）其中兩個(gè)串口提供的是DDE格式的雷達(dá)數(shù)據(jù)，DDE是INDRA自己的數(shù)據(jù)格式，不適用于國(guó)內(nèi)目前使用的自動(dòng)化系統(tǒng)，另外兩個(gè)串口提供的是ASTERIX格式的雷達(dá)數(shù)據(jù)，ASTERIX是當(dāng)前用于描述信息結(jié)構(gòu)的歐控標(biāo)準(zhǔn)（EUROCONTROL STANDARD），它由All Purpose Structured Eurocontrol Radar Information Exchange的首字母組合而成，ASTERIX數(shù)據(jù)格式是世界上雷達(dá)監(jiān)視相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕袷絒1]，適用于桂林空管站1號(hào)航管樓使用的Telephonics自動(dòng)化系統(tǒng)以及2號(hào)航管樓新裝的國(guó)產(chǎn)萊斯和華泰自動(dòng)化系統(tǒng)。傳輸方案現(xiàn)狀如圖1所示。

3 移動(dòng)雷達(dá)信號(hào)傳輸過(guò)渡方案研究

方案一：從1號(hào)航管樓引接至2號(hào)航管樓。

方案一實(shí)施起來(lái)很簡(jiǎn)單，按照已有經(jīng)驗(yàn)，類(lèi)似將信號(hào)引接至其他分局站的模式。但是考慮到轉(zhuǎn)場(chǎng)之后需要將原機(jī)房拆除搬遷，勢(shì)必?zé)o法做到平穩(wěn)過(guò)渡。因而需要從源頭完全新建兩條新的路由。

方案二：雷達(dá)源一分二。

方案二考慮在雷達(dá)源使用Blackbox信號(hào)分配單元，實(shí)現(xiàn)一分二。其中，綜合接入設(shè)備是銀訊的ZMUX-3036ES設(shè)備，它可以通過(guò)接口板，將雷達(dá)數(shù)據(jù)、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)等信號(hào)匯集后，通過(guò)光纖鏈路進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸。方案二的優(yōu)點(diǎn)是使用性能穩(wěn)定可靠的ZMUX-3036ES設(shè)備，缺點(diǎn)是在雷達(dá)源添加了Blackbox，空管并沒(méi)有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)支持;由于改變了原路由，需要在管制實(shí)際運(yùn)行中制定相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案;需要新購(gòu)置4臺(tái)ZMUX-3036ES設(shè)備，增加了一定的成本。方案如圖2所示。

方案三：利用錄取器組播方式進(jìn)行IP網(wǎng)傳輸。

方案三不考慮錄取器的兩個(gè)AST串口取數(shù)據(jù)，完全摒棄ZMUX-3036ES，轉(zhuǎn)而探索錄取器的UDP組播方式，使用YACER的HDLC-ATC空管數(shù)據(jù)通信服務(wù)器，它提供兩路10/100M以太網(wǎng)接口，四路同步HDLC串口，實(shí)現(xiàn)串口、以太網(wǎng)口之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換。用以接收、發(fā)送空管二次雷達(dá)、ADS-B等設(shè)備的同步數(shù)據(jù)，支持HDLC、TCP/IP協(xié)議轉(zhuǎn)換。缺點(diǎn)是桂林空管站并未嘗試過(guò)使用UDP組播方式傳輸雷達(dá)信號(hào)，沒(méi)有相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)，信號(hào)穩(wěn)定性需要大量時(shí)間在測(cè)試和運(yùn)行中驗(yàn)證。但是新增兩路信號(hào)是完全獨(dú)立于原傳輸路由的，并且直接傳至2號(hào)航管樓，管制員在正式使用前會(huì)進(jìn)行新系統(tǒng)的培訓(xùn)學(xué)習(xí)，這便是測(cè)試這兩路信號(hào)的契機(jī)。方案如圖3所示。

4 移動(dòng)雷達(dá)信號(hào)傳輸方案相關(guān)技術(shù)研究

4.1 時(shí)鐘的研究

RS232C是連接串行設(shè)備的接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。1987年，EIA發(fā)布新版標(biāo)準(zhǔn)，將名稱(chēng)改為EIA-232-D。1991年，EIA與電信行業(yè)協(xié)會(huì)（TIA）合作發(fā)布新版標(biāo)準(zhǔn)，稱(chēng)為EIA/TIA-232-E。但是，如今仍然將該標(biāo)準(zhǔn)稱(chēng)為RS-232C，或者僅稱(chēng)為RS-232。RS-232C標(biāo)準(zhǔn)支持兩種類(lèi)型的連接器：D型25針連接器（DB-25）和D型9針連接器（DB-9）。其中，DB-25 PIN如圖4所示。

值得注意的是，圖4中的陣腳都是基于DTE（Data Terminal Equipment）來(lái)定義的，并不是DCE（Data Communication Equipment）。DTE和DCE的名詞概念很簡(jiǎn)單，一個(gè)是數(shù)據(jù)終端設(shè)備，一個(gè)是數(shù)據(jù)通信設(shè)備，但真正理解它們需要在實(shí)際應(yīng)用中探究。

在雷達(dá)信號(hào)傳輸中，采用的是RS232C同步接口，V.24物理層標(biāo)準(zhǔn)，HDLC鏈路層協(xié)議[2]。傳輸速率在9600bps、19200bps、38400bps中選擇。這里涉及了一個(gè)“同步”的概念，要達(dá)到同步就需要一個(gè)時(shí)鐘源，并且只是一個(gè)時(shí)鐘源。圖5是空管實(shí)際使用實(shí)例，實(shí)例中SRX作為HONET為提供子速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)而專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的五路數(shù)據(jù)接口板，它以DCE方式提供5個(gè)V.24的同步子速率端口。SRX單板作為DCE設(shè)備，單板上各V.24接口的工作時(shí)鐘均由單板提供，在DB-25插頭中，具體的時(shí)鐘引腳為PIN15（發(fā)送數(shù)據(jù)定時(shí)TCLK，電路編號(hào)114）、PIN17（接收數(shù)據(jù)定時(shí)RCLK，電路編號(hào)115），SRX單板不能接收外部時(shí)鐘進(jìn)行工作。

在圖5實(shí)例中，BLACKBOX需要選擇主通道提供時(shí)鐘，即由FA16的SRX提供，并且MAIN通道設(shè)置為DTE模式，SUB1、SUB2、SUB3等通道選擇DCE模式。

在上文提出的方案二中，BLACKBOX將雷達(dá)源信號(hào)一分二，在這里需要注意時(shí)鐘的選擇。如圖6所示。

方案二中，選擇由ZMUX-3036ES 1提供時(shí)鐘源，BLACKBOX（雷達(dá)端）需要選擇SUB1提供時(shí)鐘，其中MAIN通道設(shè)置為DCE模式，SUB1和SUB2通道設(shè)置為DTE模式，特別要注意的是針腳的選擇。BLACKBOX（航管樓）部分與圖5實(shí)例中設(shè)置一致。對(duì)于DB-25針腳的選擇，總結(jié)如表1所示。

4.2 組播的研究

OSI（開(kāi)放式系統(tǒng)互聯(lián)通信參考）模型描述了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)用于網(wǎng)絡(luò)通信的七層結(jié)構(gòu)。這是所有主要計(jì)算機(jī)和電信公司于20世紀(jì)80年代初采用的第一個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)模型。但是現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)不是基于OSI，而是基于更簡(jiǎn)單的TCP/IP模型[3]。如圖7所示。

TCP/IP模型的具體協(xié)議中，UDP是一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)交換的傳輸層協(xié)議，它允許發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)到網(wǎng)絡(luò)，而無(wú)需通信優(yōu)先級(jí)。通過(guò)UDP協(xié)議方式，不同的數(shù)據(jù)流可得到識(shí)別，并且每個(gè)數(shù)據(jù)流獲得一個(gè)UDP端口號(hào)（對(duì)應(yīng)不同的信息交換類(lèi)型）。

IP與IGMP是網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。通過(guò)IP協(xié)議方式，連接到網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)可獲得識(shí)別的唯一IP地址。IGMP是互聯(lián)網(wǎng)組管理協(xié)議，用于管理因特網(wǎng)協(xié)議多點(diǎn)傳輸工作組的全體成員。IP主機(jī)和鄰近的多點(diǎn)傳輸路由器使用IGMP建立多點(diǎn)傳輸工作組全體成員。IGMP提供了在轉(zhuǎn)發(fā)組播數(shù)據(jù)包到目的地的最后階段所需的信息，實(shí)現(xiàn)如下雙向的功能：

①主機(jī)通過(guò)IGMP通知路由器希望接收或離開(kāi)某個(gè)特定組播組的信息。

②路由器通過(guò)IGMP周期性地查詢(xún)局域網(wǎng)內(nèi)的組播組成員是否處于活動(dòng)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)所連網(wǎng)段組成員關(guān)系的收集與維護(hù)。

Ethernet是物理媒介登錄和連接協(xié)議。該協(xié)議用于避免多個(gè)主機(jī)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)生沖突。

組播是一種允許一個(gè)或多個(gè)組播源發(fā)送同一報(bào)文到多個(gè)接收者的技術(shù)。組播源將一份報(bào)文發(fā)送到特定的組播地址。在一傳多的場(chǎng)景下，相比單播來(lái)說(shuō)，使用組播方式傳遞信息，用戶(hù)的增加不會(huì)顯著增加網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載，并且不需要此報(bào)文的用戶(hù)不能收此報(bào)文，相比廣播來(lái)說(shuō)，使用組播方式可以遠(yuǎn)距離傳輸信息，且只將信息傳輸?shù)接薪邮照叩牡胤剑Ｕ狭诵畔⒌陌踩?。組播技術(shù)有效地解決了單點(diǎn)發(fā)送多點(diǎn)接收的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了IP網(wǎng)絡(luò)中點(diǎn)到多點(diǎn)的高效數(shù)據(jù)傳送。

IPv4地址空間分為5類(lèi)，即A類(lèi)、B類(lèi)、C類(lèi)、D類(lèi)和E類(lèi)。D類(lèi)地址為IPv4組播地址，范圍是從224.0.0.0到239.255.255.255，用于標(biāo)識(shí)組播組，且僅能作為組播報(bào)文的目的地址使用，不能作為源地址使用。IPv4組播報(bào)文的源地址字段為IPv4單播地址，可使用A類(lèi)、B類(lèi)或C類(lèi)地址，不能是D類(lèi)、E類(lèi)地址。

在網(wǎng)絡(luò)層上，加入同一組播組的所有用戶(hù)主機(jī)能夠識(shí)別同一個(gè)IPv4組播組地址。一旦網(wǎng)絡(luò)中某用戶(hù)加入該組播組，則此用戶(hù)就能接收以該組地址為目的地址的IP組播報(bào)文。

在上文提出的方案三中，INDRA移動(dòng)二次雷達(dá)錄取器可以通過(guò)使用UDP協(xié)議，將不同的信息流通過(guò)使用不同的UDP端口從而得以區(qū)分，具體可以將雷達(dá)數(shù)據(jù)流定義如表2所示。管理和維護(hù)數(shù)據(jù)流可以定義如下：MANAGEMENT1、MANAGEMENT2、MAINTENANCE1、MAINTENANCE2等。另外，可以通過(guò)配置組播IP地址來(lái)發(fā)揮組播技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，配置如表3所示。

方案三中，用到了YACER-HDLC-ATC協(xié)轉(zhuǎn)，它可以設(shè)置組播地址接收特定UDP端口的雷達(dá)數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)為HDLC協(xié)議的RS-232同步雷達(dá)信號(hào)。配置如圖8所示。

由此可知，時(shí)鐘由HDLC-ATC協(xié)議轉(zhuǎn)換器來(lái)提供，整體方案如圖9所示。

5 結(jié)語(yǔ)

在實(shí)際工作中，方案三得到了很好的驗(yàn)證和實(shí)施，最后以安全、可靠、平穩(wěn)的狀態(tài)保障了桂林空管站轉(zhuǎn)場(chǎng)搬遷工程的順利完工。而方案二由于很多現(xiàn)實(shí)存在的因素只在實(shí)驗(yàn)中得到初步的驗(yàn)證。在本次實(shí)際方案的研究中，充分考慮到了技術(shù)和現(xiàn)實(shí)的因素，從而在實(shí)施過(guò)程中達(dá)到了很好的效果。

【參考文獻(xiàn)】

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