民航內(nèi)蒙古空管分局 周日紅

空管雷達監(jiān)視數(shù)據(jù)格式淺析

民航內(nèi)蒙古空管分局 周日紅

本文對空管監(jiān)視雷達輸出數(shù)據(jù)標準格式ASTERIX進行分析，從數(shù)據(jù)項格式、定義和關鍵指標計算等方面醉了詳細的解釋。通過了解各數(shù)據(jù)項含義，為雷達信號質(zhì)量檢測提供了有效的方法。

ASTERIX；雷達數(shù)據(jù)；分析

引言

伴隨著中國經(jīng)濟的高速發(fā)展，中國民航業(yè)的發(fā)展也進入了一個新的快速增長期。民航空管系統(tǒng)年保障架次從2012年的621萬架次增加到2016年的840萬架次。呼和浩特管制區(qū)是華北通向西北地區(qū)以及歐洲地區(qū)的主干航路，每日飛機流量很大。為了能夠與管制區(qū)內(nèi)航空業(yè)務量的迅速發(fā)展相平衡，呼和浩特管制區(qū)加大了基礎設施建設的力度，空管雷達設備的數(shù)量迅速增加，“十三五”期間內(nèi)蒙古地區(qū)將建成阿巴嘎旗、杭錦旗、多倫、巴彥淖爾和蓯蓉山五座雷達站，同時呼和浩特新機場建設也將配套新雷達系統(tǒng)，加上內(nèi)蒙古空管分局現(xiàn)在維護的四部雷達，僅內(nèi)蒙古地區(qū)就至少有多達九部雷達為華北空域提供監(jiān)視服務。維護如此數(shù)量龐大的雷達系統(tǒng)，關鍵在于及時監(jiān)控雷達系統(tǒng)信號質(zhì)量的好壞，因此深入了解雷達系統(tǒng)輸出數(shù)據(jù)格式至關重要。本文就目前空管雷達監(jiān)視數(shù)據(jù)格式進行簡要分析。

1.雷達系統(tǒng)簡介

雷達分為一次雷達和二次雷達兩類。一次雷達(PSR,Primary Surveillance Radar)，利用無線電反射回波信息來發(fā)現(xiàn)目標，例如氣象雷達、多普勒雷達、著陸雷達及軍用監(jiān)視雷達。二次雷達(SSR,Secondary Surveillance Radar)，通過地面詢問機和接收機載應答機反饋的信息來發(fā)現(xiàn)和識別目標[1]。

二次雷達是目前空管系統(tǒng)中最為主要的空中飛行監(jiān)視手段，是確保飛行安全的基礎。是目前應用最為廣泛、技術(shù)最為成熟的空中監(jiān)視方法。

? 工作頻率: 上行1030MHz, 下行1090MHz

? 分為地面雷達設備和飛機應答機兩部分

? 一問一答方式獲取信息

2.ASTERIX數(shù)據(jù)傳輸標準

ASTERIX是EUROCONTORL組織為監(jiān)視數(shù)據(jù)的傳輸和交換而定義的標準。首字母縮略語代表All Purpose STructured Euro-control SuRveillance Information EXchange。

ASTERIX為不同監(jiān)視信息的交換提供標準的信息傳輸格式，它保證通信數(shù)據(jù)的可靠描述，并受到由多國組成的SuRveillance Data Exchange Task Force (RDE-TF) 機構(gòu)的關注和支持，因此在國際上得到廣泛應用。 ASTERIX定義了監(jiān)視數(shù)據(jù)編碼的框架和具體結(jié)構(gòu)，主要由數(shù)據(jù)種類和數(shù)據(jù)項組成。數(shù)據(jù)種類表示該報文的特定用途，數(shù)據(jù)項是每種數(shù)據(jù)種類中傳輸?shù)淖钚?shù)據(jù)單元[2]。

ASTERIX共定義了256種數(shù)據(jù)類型，前127種為民用數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，后127種為軍用數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。

其中常用數(shù)據(jù)類型見下表：

表1 ASTERIX數(shù)據(jù)類型

ASTERIX數(shù)據(jù)帖格式如下圖：

圖1 ASTERIX數(shù)據(jù)帖格式

一條數(shù)據(jù)可以包含有多個目標，每一個目標都會有一個FSPEC字段和一個數(shù)據(jù)區(qū)。數(shù)據(jù)區(qū)中包含的是目標的位置、速度、高度信息了。

（1）CAT——數(shù)據(jù)種類

u占用1個字節(jié)，表示ASTERIX數(shù)據(jù)的類型，當CAT=1時，表示ASTERIX數(shù)據(jù)為雷達航跡數(shù)據(jù)；CAT=3E時，表示ASTERIX數(shù)據(jù)為CAT062系統(tǒng)航跡數(shù)據(jù)；

（2）LEN——長度

u占用2個字節(jié)，表示ASTERIX數(shù)據(jù)幀的總長度。計算方法：數(shù)據(jù)長度（LEN）= CAT字段（1Byte）+ LEN 字段（2Byte）+ FSPEC字段 + 目標數(shù)據(jù)區(qū)長度。如接收到的第2和第3個字節(jié)為0017，則第2及第3個字節(jié)的表示的十進制數(shù)為0*256+23=23。表明整條數(shù)據(jù)的長度為23個字節(jié)。

（3）FSPEC——數(shù)據(jù)索引

數(shù)據(jù)索引長度可變，長度是整數(shù)個字節(jié)，每一個字節(jié)的最后一位是FX（拓展指示位)，當FX=0時，表示FSPEC字段結(jié)束；當FX=1時，表示其后仍有擴展字節(jié)，即后續(xù)一個字節(jié)仍為FSPEC字段。如接收到的第4個字節(jié)和第5個字節(jié)為F784，“F7”為FSPEC的第一個字節(jié)，其最后一個比特位為1，表明第5個字節(jié)“86”為FSPEC的第二個字節(jié)，其最后一個比特位為0，表明FSPEC 字段結(jié)束。

用戶相關表UAP(User Application Profile)，每一種ASTERIX都有一張UAP表，UAP中包含了該類型的ASTERIX數(shù)據(jù)所能傳輸?shù)牡挠械臄?shù)據(jù)項。包含序號(FRN)、字段代碼、字段描述及長度四項。

FSPEC中每一個比特位與UAP表中的數(shù)據(jù)項按順序一一對應。FSPEC的第n位取值為1時，表明在UAP中對對應序號（FRN）的數(shù)據(jù)項是存在的。同理當FSPEC的第n位取值為0時，說明在UAP中對應序號的數(shù)據(jù)項不存在。

表2 航跡信息用戶相關表

ASTERIX CAT001數(shù)據(jù)字段：

（1）Item I001/010，數(shù)據(jù)源標識

長度兩個字節(jié)。SAC：區(qū)域代碼，可以理解為國家代碼，每個國家的SAC代碼均不相同。SAC代碼用于區(qū)分數(shù)據(jù)源來自于那個國家。中國的SAC代碼是16，十進制為22。

SIC：目標代碼，可以理解為雷達的編號。由管制部門分配，每一部雷達或ADS-B監(jiān)視設備均具有唯一的SIC編碼。SIC代碼用于區(qū)域數(shù)據(jù)來自那一部監(jiān)視設備。

（2）Item I001/020，目標報告描述

長度為1+字節(jié)，具體長度根據(jù)FX確定，可以包含多個字節(jié)。主要內(nèi)容為飛行器的一些特性，如點跡航跡、實際目標或仿真目標、單SSR或單PSR或一二次合作，特殊位置識別碼SPI，緊急狀態(tài)碼。

（3）Item I001/030，告警錯誤信息

長度一個字節(jié)，是否有應答誤碼、多徑干擾、旁瓣干擾、目標分裂、二次應答、虛假目標或地面機動目標等信息。

（4）Item I001/040，極坐標位置

長度四個字節(jié)，包含距離和角度。方位從正北方開始，順時針方向；距離單位為海里。該信息為最低有效位，例如：二進制數(shù)0100 0001的最低有效位為LSB = 0.1米，則其表示的距離為該值的十進制值65 * LSB = 6.5米

（5）Item I001/042 直角坐標位置

長度為四個字節(jié)，通過極坐標位置計算獲得，計算公式如下：

X = R * cos(90-theta)，Y = R * sin(90-theta)

（6）Item I001/050 模式2代碼，長度兩個字節(jié)，軍用識別碼

（7）Item I001/060 模式2代碼可信度指標，長度兩個字節(jié)，

（8）Item I001/070 模式3代碼，長度兩個字節(jié)，該代碼為二次雷達目標代碼，自動化系統(tǒng)顯示該代碼

（9）Item I001/080 模式3代碼可信度指標，長度兩個字節(jié)

（10）Item I001/090 模式C代碼，高度碼，長度兩個字節(jié)。

（11）Item I001/100 模式C及可信度指標，長度四個字節(jié)，使用格雷碼表示。

（12）Data Item I001/120, 多普勒測量速度 ，長度為一個字節(jié)，只有速度大小，沒有速度方向

（13）Data Item I001/130,點跡特征，長度為一個字節(jié)。

（14）Data Item I001/131,接收信號強度，長度為1個字節(jié)。

（15）Data Item I001/141,截斷時間，長度為2字節(jié)。

（16）Data Item I001/161,航跡號，長度為2字節(jié)。

（17）Data Item I001/170,航跡狀態(tài)，長度為1字節(jié)。

以泰雷茲雷達輸出航跡數(shù)據(jù)為例，數(shù)據(jù)內(nèi)容為01 00 17 F7 84 10 F9 A0 02 B4 49 B3 8E 98 06 B4 8B DC 00 2C 05 54 40。

第1個字節(jié)“01”，轉(zhuǎn)換成十進制數(shù)是1，可知這是一幀ASTERIX CAT001系統(tǒng)航跡數(shù)據(jù)；第2、3個字節(jié)“00 17”為數(shù)據(jù)幀的長度，占兩個字節(jié)，表明整條數(shù)據(jù)的長度為23個字節(jié)；第4個字節(jié)“F7”，為FSPEC的第1個字節(jié)，其二進制數(shù)為表示為“1111 0111”，第八位為1則，說明，F(xiàn)SPEC沒有結(jié)束，第5個字節(jié)“84”是FSPEC的第2個字節(jié)，其二進制表示為“1000 0100”，第八位為0，說明FSPEC結(jié)束，故在這一幀ASTERIX數(shù)據(jù)中，F(xiàn)SPEC字段有兩個字節(jié),為“F7 84”。第6到第23個字節(jié)是數(shù)據(jù)記錄區(qū)。

第6和7字節(jié)表示SAC=16,SIC=249,第8字節(jié)表示該數(shù)據(jù)為航跡數(shù)據(jù)，且為單二次雷達目標，第9和10字節(jié)表示航跡號為：2*256+180=692；第11,12,13,14字節(jié)表示RHO = 18867 /128 =147.398NM = 272.982千米，THETA = 36504*360 / 2^16 = 200.52度；第15,16,17,18字節(jié)表示速度為：1716 / 16384 = 0.1047 NM/s =193.97 m/s，航向 = 35804 * 360 / 2^16 =196.6度；第19,20字節(jié)表示二次代碼為0054；第21,22字節(jié)表示高度為：1364 * 25 = 34100ft =10393.68m；第23字節(jié)表示二次雷達航跡

3.結(jié)束語

以上為CAT 001包分析的詳細方法和實例。CAT002和S模式的CAT034和CAT048的分析思路一致，再次不再贅述。分析數(shù)據(jù)的關鍵在于讀懂ASTERIX官方提供的說明文檔，這樣就能夠很好的理解數(shù)據(jù)的含義，從而為雷達數(shù)據(jù)分析打好堅定基礎。

[1]Steven Michael C．Secondary surveillance radar[M]．Artech House Boston and London．1988．

[2]王屹峰,牛磊．雷神雷達數(shù)據(jù)格式淺析[J]．空中交通管理,2008年第3期：1-4．