崔軍

摘 要：網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)對各個行業(yè)的技術(shù)都產(chǎn)生了深遠影響，航管雷達作為空管保障體系中基本的監(jiān)視設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展使其系統(tǒng)架構(gòu)已經(jīng)過渡到星型拓撲的基本框架，信號數(shù)字化也給雷達信號聯(lián)網(wǎng)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。主要描述了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和特點，著重分析了IRS-20MP/L二次雷達系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)，并通過案例分析，簡述了航管雷達系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用設(shè)想，以供參考。

關(guān)鍵詞：航管雷達；空管；網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；雷達站點

中圖分類號：TN957.2 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.13.009

計算機網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用對社會的諸多方面都產(chǎn)生了重要影響，涵蓋從經(jīng)濟建設(shè)到空防安全等各個方面。民航空管保障體系中的航管雷達也從20世紀80年代末期的單脈沖二次雷達過渡到使用S模式的二次雷達，計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在航管雷達系統(tǒng)中得到了長足的發(fā)展和應(yīng)用，雷達系統(tǒng)架構(gòu)有了日新月異的變化，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在航管雷達系統(tǒng)中的普及為實現(xiàn)雷達信號聯(lián)網(wǎng)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。本文以RAYENEON ASR-10SS一次雷達為基底引入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，淺析了INDRA IRS-20MP/L二次雷達中網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用。

1 計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和特點

數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和信息化成為當今社會的重要特征，形成了一個以網(wǎng)絡(luò)為核心的信息時代。1969年，出現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)的雛形，伴隨著技術(shù)的革新和進步，直至1994年互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展成熟，因特網(wǎng)演變成基于ISP和NAP的多層次結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日益廣泛應(yīng)用。計算機網(wǎng)絡(luò)提供了兩個重要的功能，即連通性和共享性。連通性是指網(wǎng)絡(luò)上的用戶之間都可以交換信息，而共享性指的是資源共享，資源共享可分為信息軟件與硬件共享。網(wǎng)絡(luò)根據(jù)作用范圍分為廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)、局域網(wǎng)、個人區(qū)域網(wǎng)，每一種網(wǎng)絡(luò)都有不同的特點和使用范圍，而航管雷達系統(tǒng)使用的是局域網(wǎng)，因為現(xiàn)階段網(wǎng)絡(luò)技術(shù)僅僅在單一航管雷達系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)用，如果下一步實現(xiàn)全國雷達信號聯(lián)網(wǎng)，就會涉及到更大范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。

開放系統(tǒng)互聯(lián)OSI模型定義了連接異種計算機標準的體系結(jié)構(gòu)，OSI為連接分布式應(yīng)用處理的“開放”系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)。OSI的七層體系結(jié)構(gòu)為應(yīng)用層、表示層、會話層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。TCP/IP協(xié)議非國際標準，但是由于其更簡單、更容易理解和實現(xiàn)，已經(jīng)成為事實上的國際標準。

2 RAYTHEON一次雷達結(jié)構(gòu)

RAYTHEON ASR-10SS一次雷達是20世紀90年代具有先進技術(shù)的全固態(tài)航管監(jiān)視雷達，具有覆蓋范圍廣、數(shù)據(jù)可靠性高、系統(tǒng)實用性強和目標容量可擴展的特點，適用于中高飛行流量的機場環(huán)境。ASR-10SS一次雷達的基本配置包括天線和天線基座、發(fā)射機、雙通道接收機/錄取器、雙通道信號數(shù)據(jù)處理器、主/備現(xiàn)場控制和數(shù)據(jù)接口、遙控終端等。此航管雷達的特點是應(yīng)用了以太網(wǎng)技術(shù)。20世紀90年代，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用遠沒有現(xiàn)在廣泛，而其采用的以太網(wǎng)并沒有配備交換機或路由器等一類的網(wǎng)絡(luò)核心部件，僅僅采用特性阻抗為50 Ω的同軸電纜，將所有需要連網(wǎng)的設(shè)備利用“T”形頭來實現(xiàn)以太網(wǎng)，用同軸電纜的起點端和終點端加載假負載來實現(xiàn)阻抗匹配。IEEE802.3以太網(wǎng)具有10 Mb/sec的數(shù)據(jù)傳輸速率，雙通道采用的是總線型的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 INDRA二次雷達結(jié)構(gòu)和特點

INDRA IRS-20MP/L二次雷達基本配置包括雙通道接收機/錄取器、發(fā)射機、天線、馬達及馬達控制器、雙通道GPS時鐘、主備交換機、UTS測試單元、VR3K、監(jiān)控設(shè)備、ATC系統(tǒng)中用到的數(shù)臺SDD設(shè)備等，其網(wǎng)絡(luò)拓撲如圖2所示。

INDRA IRS-20MP/L二次雷達采用雙網(wǎng)冗余的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并且主要部件采取雙通道配置，A＼B網(wǎng)均配置交換機，并且相互獨立運行，使用的是ICP/IP協(xié)議的10、100BASE-T。通過雙網(wǎng)冗余，所有部件均接入A＼B網(wǎng)，包括主動通道切換、故障通道切換等，均能實現(xiàn)無縫隙銜接，確保設(shè)備工作的可靠性。馬達控制器采用CAN-BUS技術(shù)進行自動切換。

從圖2中可以看出，INDRA IRS-20MP/L二次雷達采用星型拓撲結(jié)構(gòu)，由中央節(jié)點和其他各個節(jié)點連接組成，每個節(jié)點之間的通信均需通過中央節(jié)點，在星型拓撲結(jié)構(gòu)中中央節(jié)點是至關(guān)重要的，而在INDRA IRS-20MP/L二次雷達系統(tǒng)中，中央節(jié)點是利用交換機形成的。星型網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的優(yōu)點就是結(jié)構(gòu)比較簡單、局域網(wǎng)建網(wǎng)更加容易、使用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議簡單、單設(shè)備故障對系統(tǒng)影響不大且容易排除和便于控制、線路的傳輸效率取決于中央節(jié)點設(shè)備的速率等，缺點是局域網(wǎng)中線束較多，對中央節(jié)點設(shè)備依賴性強；長時間工作中央節(jié)點負擔重，容易形成系統(tǒng)瓶頸?，F(xiàn)階段，星型網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)是局域網(wǎng)通常采用的主流形式。

需要注意的是，航管樓SLG作為遠端監(jiān)控設(shè)備，功能與本地SLG相同，然而在邏輯上卻作為本地SLG的備用機，我們將在后面介紹INDRA IRS-20MP/L二次雷達曾經(jīng)出現(xiàn)的故障來說明邏輯上的主備關(guān)系。在INDRA IRS-20MP/L二次雷達網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)中，使用雙絞線作為傳輸媒介，并采用EIA/TIA-568標準。由于設(shè)備屬于遠山臺站，設(shè)備監(jiān)控信號和雷達數(shù)據(jù)需要傳輸至航管樓使用，因此網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)中還使用到光纜和微波傳輸設(shè)備。

圖2所示的航管雷達系統(tǒng)比圖1所示系統(tǒng)晚了20年，比較它們的系統(tǒng)圖，主要區(qū)別在于網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)、形成網(wǎng)絡(luò)的器件以及接入網(wǎng)絡(luò)的功能部件不同。在圖2所示的IRS-20MP/L二次雷達拓撲結(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)中引入了交換機，最大限度地實現(xiàn)了互連和共享。從接入網(wǎng)絡(luò)的部件數(shù)量來看，也能看出圖2接入的部件較多，從而我們可以看到網(wǎng)絡(luò)技術(shù)隨著航管雷達的更迭也有了長足的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。

4 INDRA二次雷達故障案例分析

INDRA IRS-20MP/L二次雷達的監(jiān)控部分SLG，其基本作用就是監(jiān)控設(shè)備各部件的工作狀態(tài)，配置雷達各部分的功能進行配置，修改參數(shù)，并提供各部件的信息和故障報告。在SLG UCS監(jiān)控主界面中，我們能自動實時監(jiān)控錄取器控制器的CPU性能、內(nèi)存容量，以確保網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力始終處于最優(yōu)狀態(tài)。表1為本地SLG和遠端SLG的IP地址。

4.1 天線監(jiān)控失效

在設(shè)備運行正常并且雷達信號正常情況下，遠端（航管樓）監(jiān)控SLG顯示，天線系統(tǒng)失去監(jiān)控，顯示橙色或者白色，橙色表示出現(xiàn)非關(guān)鍵故障，白色表示未監(jiān)控到。從監(jiān)控中看到天線正常旋轉(zhuǎn)，SLG中PPI中顯示雷達信號正常，由此得出，設(shè)備工作正常，僅是監(jiān)控部分出現(xiàn)異常，重新啟動遠端（航管樓）SLG系統(tǒng)，故障現(xiàn)象依舊。重新啟動本地（罕山）SLG系統(tǒng)，故障現(xiàn)象消失。進一步分析可知，該故障系廠家軟件BUG，遠端SLG是由本地SLG鏡像而成，在廠家的原始配置中并沒有遠端SLG，因此遠端SLG在此網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中邏輯上是不存在的，因此故障處置需要在本地SLG上重啟處理。

4.2 參數(shù)修改失效

2014-09秋季維護中，為驗證假目標的成因，在本地SLG增加反射區(qū)域0°～360?，在反射區(qū)域中僅顯示目標原始視頻（原始視頻即沒有經(jīng)過處理的目標，沒有二次代碼、高度顯示和地速顯示），驗證后需要恢復(fù)初始狀態(tài)，即便將此反射區(qū)域刪除，系統(tǒng)錄取器也并沒有恢復(fù)初始狀態(tài)，依然只顯示原始視頻。維護人員先后將此故障定位于VR3K、本地SLG、錄取控制器、收發(fā)機，將上述部件的參數(shù)恢復(fù)初始狀態(tài)并重新啟動，故障現(xiàn)象仍然存在，經(jīng)反復(fù)與廠家工程師聯(lián)系，提出是否為本地SLG和遠端SLG同步出現(xiàn)問題，也就是說增加反射區(qū)域的操作同步，而刪除反射區(qū)域操作沒有同步，同時重啟本地SLG和遠端SLG后，故障現(xiàn)象消除。本地SLG與遠端SLG出現(xiàn)不同步，也是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中邏輯沖突。

5 計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用設(shè)想

5.1 改進航管雷達設(shè)備維護理念

20世紀80年代航管雷達系統(tǒng)中，功能的實現(xiàn)是靠電路板；進入20世紀90年代，模塊化是組成雷達系統(tǒng)的基礎(chǔ)，維護和維修多是更換功能模塊，更深層次的模塊維修則依靠廠家工程師；現(xiàn)階段，在模塊化的基礎(chǔ)上應(yīng)用和發(fā)展了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，設(shè)備的模塊均增加了網(wǎng)絡(luò)功能，雖然深層次的維修依然是依靠廠家，但是由于網(wǎng)絡(luò)的引入，每一部件在系統(tǒng)中的作用弱化，更多的靠網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的信息交換與共享。筆者認為，航管雷達維護人員應(yīng)該從以雷達專業(yè)為重過渡到以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為重，不局限于航管雷達系統(tǒng)，包括更多的專業(yè)化設(shè)備，都是建立在以交換機為核心的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，尤其是空管行業(yè)，工作必須確保萬無一失。

5.2 航管雷達全國聯(lián)網(wǎng)

隨著雷達站點覆蓋的增加和空域管理區(qū)域化，任何一地的管制部門需要引入多部雷達信號，各地雷達信號交織成全國雷達信號網(wǎng)，每一部雷達都將成為全國雷達信號網(wǎng)中的節(jié)點。隨著航管雷達設(shè)備中網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用更加全面，就為形成雷達信號網(wǎng)提供了更多的技術(shù)基礎(chǔ)，在未來，航管雷達設(shè)備將實現(xiàn)統(tǒng)一標準，更加有利于全國雷達聯(lián)網(wǎng)。在形成全國雷達信號網(wǎng)后，任何一部單一的雷達設(shè)備故障都不會影響雷達信號網(wǎng)，也就不會影響空中交通管制服務(wù)，從而確保飛行安全。

6 結(jié)束語

目前，計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)越來越多地應(yīng)用于航管設(shè)備，我們需要改變對設(shè)備的認識。筆者認為，通信導航監(jiān)視專業(yè)人員無論從事哪一個專業(yè)，計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)知識將成為我們必須要掌握的技術(shù)，這就需要老一代的技術(shù)人員要及時更新自己掌握的知識，無論是單一系統(tǒng)設(shè)備，還是數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)，都要以網(wǎng)絡(luò)為核心。隨著航管設(shè)備的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)將變得非常重要，我們今后的維護工作重點將會與網(wǎng)絡(luò)息息相關(guān)。

參考文獻

[1]謝希仁.計算機網(wǎng)絡(luò)[M].北京：電子工業(yè)出版社，1989.

〔編輯：王霞〕

Abstract： The advent of the Internet to all sectors of technology have had a profound impact on air traffic control radar air traffic control security system as basic monitoring equipment， application and development of network technology to make the system architecture has been the basic framework for the transition to a star topology， signal is digitized radar signal also to provide the technical basis for networking. Describes the development of network technology and features， it analyzes the IRS-20MP / L secondary radar system topology and， through case studies， outlines the application envisaged air traffic control radar systems network technology for reference.

Key words： air traffic control radar； air traffic control； network technology； radar site