胡繼榮

（民航華東空管局氣象中心 上海 200335）

基于SDH的氣象雷達(dá)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)

胡繼榮

（民航華東空管局氣象中心 上海 200335）

針對(duì)氣象雷達(dá)伴隨通信技術(shù)發(fā)展后新的數(shù)據(jù)傳輸需求，本文采用同步數(shù)字體系（SDH）研究并實(shí)現(xiàn)了一套雷達(dá)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了基于公用電信數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的雷達(dá)數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)經(jīng)測(cè)試運(yùn)行，可滿足氣象雷達(dá)數(shù)據(jù)傳輸中大數(shù)據(jù)量、高實(shí)時(shí)性等要求。

氣象雷達(dá)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；數(shù)據(jù)傳輸；SDH

隨著"十一五計(jì)劃"的完成，我國已建成由158部多普勒天氣雷達(dá)構(gòu)成的新一代天氣雷達(dá)網(wǎng)。新一代天氣雷達(dá)是采用多普勒技術(shù)通過測(cè)量云雨目標(biāo)等物體對(duì)于雷達(dá)的相對(duì)速度，反演大氣水云體流動(dòng)速度、氣風(fēng)場(chǎng)、垂直氣流速度的分布及湍流情況的雷達(dá)系統(tǒng)。

相較于傳統(tǒng)的常規(guī)天氣雷達(dá)，新一代多普勒天氣雷達(dá)除了完成常規(guī)天氣雷達(dá)的作用外，還可有效監(jiān)控各種災(zāi)害性天氣，定量估測(cè)大范圍降水。新一代多普勒天氣雷達(dá)的工作頻率有S、C兩種波段，在沿海地區(qū)及主要降雨流域使用工作頻率為S波段的新一代氣象雷達(dá)，而在內(nèi)陸地區(qū)使用C波段的雷達(dá)[1-7]。

SDH是由美國貝爾通信技術(shù)研究所在上個(gè)世紀(jì)八十年代末提出的同步光網(wǎng)絡(luò)（SONET），該技術(shù)是一種將復(fù)接、線路傳輸及交換功能融為一體，并由統(tǒng)一網(wǎng)管系統(tǒng)操作的綜合信息傳送網(wǎng)絡(luò)。在現(xiàn)如今各種光纖寬帶接入網(wǎng)絡(luò)中，SDH技術(shù)的應(yīng)用最為普遍[8-10]。

同時(shí)，SDH技術(shù)可滿足氣象雷達(dá)數(shù)據(jù)傳輸中對(duì)帶寬的要求，且即使在未來雷達(dá)數(shù)據(jù)量增加，也只需租用更高帶寬的端口，即可滿足數(shù)據(jù)傳輸要求，價(jià)格相對(duì)于DDN等線路要低廉的多。因此，本文在充分了解通信技術(shù)的發(fā)展與氣象雷達(dá)數(shù)據(jù)傳輸要求的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了基于SDH技術(shù)的氣象雷達(dá)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)分析與模塊構(gòu)建

本數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集機(jī)、交換機(jī)、協(xié)議轉(zhuǎn)換器、控制臺(tái)和SDH線路組成。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示[11-15]。

圖1 系統(tǒng)功能模塊

氣象雷達(dá)到數(shù)據(jù)中心的直線距離為25 km，雷達(dá)將原始數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)中心。氣象雷達(dá)的掃描的速度為36度/s，數(shù)據(jù)傳輸速度0.5度傳輸3 k字節(jié)，強(qiáng)度、速度、帶寬均為1 k，則要求的網(wǎng)絡(luò)最小的傳輸速率為

所以，SDH線路采用帶寬為2 M即可，協(xié)議轉(zhuǎn)換器采用帶寬為2 M的西安大唐公司生產(chǎn)的轉(zhuǎn)換器。

系統(tǒng)的工作流程為：雷達(dá)數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集機(jī)進(jìn)行采集，采集的信號(hào)送至交換機(jī)后通過100 Mbps的雙絞線到達(dá)協(xié)議轉(zhuǎn)換器。在協(xié)議轉(zhuǎn)換器中，電信號(hào)被轉(zhuǎn)化為光信號(hào)，轉(zhuǎn)化后的信號(hào)經(jīng)帶寬為2 M的SDH數(shù)據(jù)傳輸線傳送到數(shù)據(jù)中心，再由協(xié)議轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，交于控制臺(tái)。在控制臺(tái)中進(jìn)行雷達(dá)信號(hào)處理，獲得信號(hào)中的信息，并通過刻錄機(jī)、激光打印機(jī)等設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)備份和保存。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 SDH技術(shù)

SDH中以同步傳送模塊STM－N（Synchronous Transport Mode，N=1，4，16，64）采用的信息結(jié)構(gòu)，其中最基本的模塊為STM－1，4個(gè)STM－1同步復(fù)用構(gòu)成STM－4。采用SDH傳輸各種信號(hào)，當(dāng)各信號(hào)進(jìn)入SDH幀均必須有3個(gè)步驟：映射、定位和復(fù)用。其過程如圖2所示。

映射：映射指將不同速率的信號(hào)編碼后裝入相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)容器（C）內(nèi)，然后加入通道開銷（POH），最后形成虛擬容器。

定位：定位中將幀發(fā)生的相位偏差（幀偏移）信息通過指針定位后，放入支路單元（TU）或管理單元（AU）。

復(fù)用：復(fù)用指使用多個(gè)低階通道層的信號(hào)適配高階通道，或是將高階信道的信號(hào)適配到復(fù)用層。復(fù)用中采用字節(jié)交叉方式將支路單元放入虛擬容器或?qū)⒐芾韱卧湃隨TM-N。

2.2 系統(tǒng)測(cè)試

測(cè)試環(huán)境為：氣象雷達(dá)到數(shù)據(jù)中心的直線距離為25 km，雷達(dá)將原始數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)中心。氣象雷達(dá)的掃描速度為36度/s，數(shù)據(jù)傳輸速度0.5度傳輸3 k字節(jié)，強(qiáng)度、速度、帶寬均為1 k。采用2 M帶寬的SDH線路，協(xié)議轉(zhuǎn)換器采用帶寬為2 M的西安大唐公司生產(chǎn)的轉(zhuǎn)換器。雷達(dá)發(fā)送端的波形圖，如圖3所示。

接收端的波形如圖4所示。

圖2 SDH服用映射結(jié)構(gòu)

圖3 發(fā)送端波形

圖4 接收端波形

對(duì)比分析圖3、圖4的波形圖可看出，通道0正確的完成了數(shù)據(jù)包的發(fā)送與接收，并在校驗(yàn)無誤后給發(fā)送端發(fā)送了確認(rèn)信號(hào)。通道1在接收校驗(yàn)后發(fā)生了數(shù)據(jù)包的錯(cuò)誤，進(jìn)行了重新發(fā)送，并最終在接收無誤后發(fā)送了確認(rèn)信號(hào)，完成了數(shù)據(jù)的傳輸。

3 結(jié)束語

隨著現(xiàn)代通信與雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，氣象雷達(dá)數(shù)據(jù)的傳輸面臨著諸如大數(shù)據(jù)量、高實(shí)時(shí)性等更多的新挑戰(zhàn)。文中基于SDH技術(shù)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一套氣象雷達(dá)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，可準(zhǔn)確的完成雷達(dá)數(shù)據(jù)包的發(fā)送與接收。由于以成熟的SDH技術(shù)為基礎(chǔ)，本系統(tǒng)成本低，運(yùn)行穩(wěn)定，且即使在未來雷達(dá)數(shù)據(jù)量不斷的增加，也只需租用更高帶寬的端口，即可滿足數(shù)據(jù)傳輸要求。

[1]蔣磊，馮徑，王錦洲，等.面向氣象雷達(dá)數(shù)據(jù)傳輸?shù)牧髅襟w流量控制研究 [J].南京師大學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2014（1）: 81-86.

[2]隆克平.PDH，SDH／SONET技術(shù)及其應(yīng)用 （二）[J].數(shù)字通信，1996（4）:59-61.

[3]鄔賀銓.SDH技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展 （下）[J].電信技術(shù)，1996（9）:5-7.

[4]Cisco Systems Inc.Efficient and flexible transport of nextgeneration data services over SONET/SDH using GFP，.VCAT and LCAS.2005

[5]Steve Saxon.New■-look SDH to the rescue[C]//Telecommunications International，2002.

[6]HaraldGraber，Humberto J La Roche.Multi-service switches and the service Intelligent optical Architecture for SONET/ SDH Metro Networks[C]//Bell Labs Technical Journal，2003.

[7]MANNIE E.GeneralizedMuti-Protocal Label Switching（GMPLS）Extensions for Synchronous Optical Network（SONET）and SynchronousDigitalHierarchy （SDH）Control[C]// RFC3946，2004.

[8]胡萌琦.普及型生態(tài)—農(nóng)業(yè)氣象自動(dòng)觀測(cè)方法研究與應(yīng)用[D].南京:南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2011.

[9]胡明寶.風(fēng)廓線雷達(dá)數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用研究[D].南京:南京信息工程大學(xué)，2012.

[10]楊正益.制造物聯(lián)海量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理方法研究[D].重慶:重慶大學(xué)，2012.

[11]凡守濤.單脈沖氣象雷達(dá)系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)[D].西安:西安電子科技大學(xué)，2013.

[12]許海英，諶貴輝，趙萬明，等.基于VC++雷達(dá)信號(hào)系統(tǒng)軟件測(cè)試平臺(tái)的設(shè)計(jì)[J].電子科技，2009，22（10）:70-73.

[13]高玉春.機(jī)載氣象雷達(dá)探測(cè)系統(tǒng)總體關(guān)鍵技術(shù)研究[D].北京:北京郵電大學(xué)，2009.

[14]丁玉美，高西全.數(shù)字信號(hào)處理[M].西安:西安電子科技大學(xué)，2012.

[15]丁鷺飛，陳建春.雷達(dá)原理[M].北京:電子工業(yè)出版社，2009.

Research and implementation of meteorological radar data transmission technology based on SDH

HU Ji-rong
（CAAC East China Air Traffic Control Meteorological Center，Shanghai 200335，China）

The new demand for data transmission after weather radar along with development of communication technology，paper，synchronous digital hierarchy （SDH）study and implement a set of radar data transmission system，a radar-based data transmission public telecommunications data transmission network.System has been test run，to meet the meteorological radar data transfer large amounts of data，high real-time requirements.

meteorological radar；system design；RADATS；SDH

TP311

A

1674－6236（2016）15-0039-03

2016-01-29 稿件編號(hào)：201601278

胡繼榮（1978—），男，江蘇蘇州人，工程師。研究方向：氣象探測(cè)。