華東電子工程研究所 安徽四創(chuàng)電子股份有限公司 陳 剛

安徽四創(chuàng)電子股份有限公司 范 靈 金毅仁

引言

ADWR-D型雷達(dá)為雙套冗余備份設(shè)計(jì)，當(dāng)某一套系統(tǒng)出現(xiàn)故障后，可切換至另一套系統(tǒng)進(jìn)行工作。但目前雷達(dá)的雙套切換功能需手動(dòng)控制，未能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換。為更好地滿(mǎn)足用戶(hù)需求，使該雷達(dá)獲得更高的穩(wěn)定運(yùn)行性能，需要實(shí)現(xiàn)雙套自動(dòng)切換功能。

本文探討從軟件算法角度出發(fā)設(shè)計(jì)獨(dú)立于雷達(dá)控制終端的自動(dòng)切換系統(tǒng)，可以簡(jiǎn)便高效實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換功能要求，相對(duì)于增加硬件設(shè)備的自動(dòng)切換實(shí)現(xiàn)方式，本方法可以使雷達(dá)整個(gè)操作流程更清晰，運(yùn)行可靠性更高，成本預(yù)算也更低。

1.ADWR-D型雷達(dá)簡(jiǎn)介

ADWR型雷達(dá)是安徽四創(chuàng)電子股份有限公司針對(duì)民航氣象部門(mén)業(yè)務(wù)使用特點(diǎn)，潛心研制的高性能、高可靠、自動(dòng)化程度高的新一代C波段全相參脈沖多普勒天氣雷達(dá)[1]，已經(jīng)在深圳機(jī)場(chǎng)、烏魯木齊機(jī)場(chǎng)、哈爾濱機(jī)場(chǎng)、武漢機(jī)場(chǎng)、昆明機(jī)場(chǎng)和合肥機(jī)場(chǎng)等國(guó)內(nèi)主要機(jī)場(chǎng)投入業(yè)務(wù)運(yùn)行，該雷達(dá)以其系統(tǒng)高穩(wěn)定性和可靠性得到了用戶(hù)的一致好評(píng)。

ADWR-D型雷達(dá)除天線(xiàn)罩、天線(xiàn)、轉(zhuǎn)臺(tái)、伺服系統(tǒng)外，發(fā)射、接收、信號(hào)處理分系統(tǒng)均進(jìn)行雙套冗余設(shè)計(jì)，兩套系統(tǒng)互為冗余備份，可通過(guò)冗余控制實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)切換，從而提高雷達(dá)使用的可靠性和連續(xù)性。

2.切換機(jī)制現(xiàn)狀分析

ADWR-D型雷達(dá)初始設(shè)計(jì)雙套切換方式為手動(dòng)切換，存在方案設(shè)計(jì)上的不足之處。根據(jù)進(jìn)一步分析，ADWR-D型雷達(dá)硬件設(shè)計(jì)為雙套冗余模式，在硬件上滿(mǎn)足自動(dòng)切換所需的條件。軟件方面通過(guò)兩套主監(jiān)控可獲得所有分機(jī)的工作和故障狀態(tài)，再通過(guò)軟件來(lái)控制切換流程。綜合該型雷達(dá)目前的軟硬件設(shè)計(jì)，通過(guò)進(jìn)一步的改進(jìn)，使該型雷達(dá)具備自動(dòng)切換功能是可行的。

針對(duì)“切換方案設(shè)計(jì)不足”這個(gè)癥結(jié)，從硬件部分及軟件部分兩個(gè)方面，運(yùn)用樹(shù)形圖展開(kāi)分析，最后找出可能的五個(gè)主要因素：監(jiān)控不能同時(shí)上傳兩套雷達(dá)狀態(tài)信息；冗余控制分機(jī)不能響應(yīng)軟件自動(dòng)發(fā)的指令；雷達(dá)各分機(jī)傳輸受限制；雷達(dá)雙套數(shù)據(jù)不易同時(shí)處理；雷達(dá)切換后不能自動(dòng)恢復(fù)至正常工作狀態(tài)。

逐一分析五個(gè)癥結(jié)因素，確認(rèn)前三個(gè)因素并不存在實(shí)際功能上的缺失和缺陷，被定義為非要因因素。經(jīng)使用確認(rèn)，ADWR-D型雷達(dá)雙套數(shù)據(jù)及冗余控制共需16個(gè)端口數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，如圖1所示。當(dāng)各路數(shù)據(jù)同時(shí)到達(dá)控制終端時(shí)，不僅要區(qū)分出兩套數(shù)據(jù)各自對(duì)應(yīng)的硬件，還需區(qū)分出當(dāng)前在用和未用的數(shù)據(jù)，為避免數(shù)據(jù)處理錯(cuò)亂，當(dāng)前終端軟件只接收和處理當(dāng)前所用雷達(dá)組合的數(shù)據(jù)，不處理雷達(dá)備用組合的數(shù)據(jù)，存在數(shù)據(jù)丟失。同時(shí)經(jīng)查看，雷達(dá)發(fā)生故障時(shí)，軟件系統(tǒng)、硬件冗余切換開(kāi)關(guān)及主監(jiān)控分機(jī)都無(wú)自動(dòng)恢復(fù)雷達(dá)正常工作狀態(tài)功能。

圖1 網(wǎng)絡(luò)端口號(hào)表

根據(jù)以上要因分析，雷達(dá)雙套數(shù)據(jù)不易同時(shí)處理和雷達(dá)切換后不能自動(dòng)恢復(fù)至正常工作狀態(tài)兩個(gè)因素是影響自動(dòng)切換實(shí)現(xiàn)的要因因素。

3.自動(dòng)切換實(shí)現(xiàn)對(duì)策

考慮設(shè)計(jì)獨(dú)立于控制終端的自動(dòng)切換軟件，好處是在不影響現(xiàn)有控制終端的功能及穩(wěn)定性的前提下，可以同時(shí)獲取所有網(wǎng)絡(luò)端口的數(shù)據(jù)并能監(jiān)控硬件的工作狀態(tài)和故障狀態(tài)，并對(duì)與自動(dòng)切換無(wú)關(guān)的數(shù)據(jù)不作處理。

圖2 組合傳輸通道

3.1 解析處理雷達(dá)雙套數(shù)據(jù)

算法步驟如下：

(1)對(duì)雷達(dá)各分機(jī)實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和保存

控制終端軟件與主監(jiān)控主要通過(guò)UDP協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊[2]，A、B兩套主監(jiān)控是用兩套端口來(lái)與軟件通訊，軟件分別用兩個(gè)響應(yīng)函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。當(dāng)前硬件設(shè)計(jì)是接收機(jī)與主監(jiān)控分機(jī)綁定，但發(fā)射機(jī)可以自由組合，如圖2所示。因此區(qū)分出當(dāng)前數(shù)據(jù)是哪套接收機(jī)和主監(jiān)控很容易，但是無(wú)法區(qū)分發(fā)射機(jī)。經(jīng)測(cè)試，根據(jù)以下判斷可以區(qū)分出發(fā)射機(jī)數(shù)據(jù)。

以B 接收響應(yīng)函數(shù)為例，添加以下判斷：

if (pTerminal->Config.bMDSPAndMtB)//若當(dāng)前在用A套接收信號(hào)處理分機(jī)（則此處數(shù)據(jù)為未用）

{if(pTerminal->Config.bTranMS) pTerminal->Config.bTranMS2=FALSE;//當(dāng)前用A套發(fā)射機(jī)，則此處為B套數(shù)據(jù)

else pTerminal->Config.bTranMS2=TRUE;//當(dāng)前用B套發(fā)射機(jī)，則此處為A套數(shù)據(jù)}

else//若當(dāng)前在用B套接收信號(hào)處理分機(jī)（則此處數(shù)據(jù)為在用）

{if(pTerminal->Config.bTranMS) pTerminal->Config.bTranMS2=TRUE; //當(dāng)前用A套發(fā)射機(jī)，則此處為A套數(shù)據(jù)

else pTerminal->Config.bTranMS2=FALSE;//當(dāng)前用B套發(fā)射機(jī)，則此處為B套數(shù)據(jù)}

(2)優(yōu)化主監(jiān)控故障發(fā)送頻率，消除虛故障對(duì)軟件影響。

由于自動(dòng)切換軟件是通過(guò)定時(shí)時(shí)鐘，每間隔20S檢查一次當(dāng)前組合故障狀態(tài)，所以需要將硬件最新?tīng)顟B(tài)盡快發(fā)送到軟件，讓軟件每次處理時(shí)所保存的硬件狀態(tài)為最新，如此軟件才能做出迅速正確的判斷。但實(shí)際測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)運(yùn)行一段時(shí)間硬件會(huì)有虛故障（實(shí)際硬件沒(méi)有故障，真實(shí)故障會(huì)不停發(fā)）報(bào)出來(lái)。因此優(yōu)化主監(jiān)控故障發(fā)送頻率后，經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象消除。

(3)簡(jiǎn)化各網(wǎng)絡(luò)端口數(shù)據(jù)的處理，只對(duì)切換相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

對(duì)于自動(dòng)切換來(lái)說(shuō)，最主要的是各分機(jī)的故障狀態(tài)參數(shù)，當(dāng)前工作參數(shù)并不需要，且切換后的狀態(tài)恢復(fù)通過(guò)終端軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，故對(duì)各分機(jī)的網(wǎng)絡(luò)回饋數(shù)據(jù)只對(duì)故障狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行更新，簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)處理邏輯。

圖3 切換規(guī)則表

(4)標(biāo)識(shí)與刷新各分機(jī)狀態(tài)

主要包括雷達(dá)雙套分機(jī)狀態(tài)，冗余組合狀態(tài)，控制電源開(kāi)關(guān)狀態(tài)等。兩套發(fā)射機(jī)，兩套接收信號(hào)處理，每一個(gè)都有兩種狀態(tài)，則一共會(huì)有16種故障/非故障狀態(tài)出現(xiàn)，當(dāng)確有故障發(fā)生時(shí)，選擇可用（未用）的狀態(tài)組合R值進(jìn)行切換，0表示系統(tǒng)正常，1表示系統(tǒng)故障，切換規(guī)則表如圖3所示。

(5)設(shè)計(jì)穩(wěn)定的切換流程

穩(wěn)定的切換流程為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換的重中之重，若控制流程不對(duì)，會(huì)造成各種原因的切換不成功，導(dǎo)致雷達(dá)無(wú)法正常工作。當(dāng)前雷達(dá)組合狀態(tài)分：故障，在用，可用（未用）三種狀態(tài)，并分別用紅色，綠色，黑色圖標(biāo)進(jìn)行指示。

3.2 自動(dòng)切換恢復(fù)雷達(dá)正常工作狀態(tài)

算法步驟如下：

(1)自動(dòng)切換軟件在切換前保存天線(xiàn)掃描模式與高壓開(kāi)關(guān)狀態(tài)

切換之前，如果天線(xiàn)在掃描，將掃描方式先進(jìn)行保存；如果高壓開(kāi)啟，通過(guò)參數(shù)將發(fā)射機(jī)狀態(tài)保存，切換之后以備恢復(fù)。

(2)控制終端保存雷達(dá)當(dāng)前工作參數(shù)

當(dāng)雷達(dá)正常工作時(shí)，各分機(jī)的當(dāng)前工作狀態(tài)會(huì)實(shí)時(shí)發(fā)送給終端，終端為各分機(jī)分配內(nèi)存空間，對(duì)當(dāng)前工作狀態(tài)實(shí)時(shí)更新和保存，以備切換之后恢復(fù)所用。

(3)自動(dòng)切換軟件在切換完成后向終端軟件發(fā)送恢復(fù)指令，再由終端通過(guò)指令的參數(shù)向雷達(dá)發(fā)相應(yīng)恢復(fù)指令。

自動(dòng)切換軟件的功能是實(shí)時(shí)監(jiān)控各分機(jī)的故障狀態(tài)，并在需要的時(shí)候進(jìn)行正確的切換，切換之后的掃描，高壓，工作狀態(tài)恢復(fù)功能由終端軟件實(shí)現(xiàn)。

4.試用情況

實(shí)現(xiàn)雙套自動(dòng)切換功能的ADWR-D型雷達(dá)交付廣東民航某空管站架設(shè)試運(yùn)行使用，用戶(hù)方針對(duì)自動(dòng)切換等功能進(jìn)行了專(zhuān)項(xiàng)檢查驗(yàn)證，認(rèn)為改進(jìn)后的雷達(dá)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)文件提出的技術(shù)指標(biāo)要求，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，順利通過(guò)用戶(hù)單位現(xiàn)場(chǎng)竣工驗(yàn)收。

5.總結(jié)

ADWR-D型雷達(dá)作為目前民航機(jī)場(chǎng)天氣保障的主要雷達(dá)，通過(guò)此次改進(jìn)，該雷達(dá)利用軟件穩(wěn)定的算法與靈活的流程控制，以最小的成本進(jìn)一步提升了ADWR-D型天氣雷達(dá)的性能，滿(mǎn)足用戶(hù)需求的同時(shí)進(jìn)一步提升了雷達(dá)的綜合性能，對(duì)我方與用戶(hù)方的合作提供了有力的技術(shù)支持，提高了產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

[1]《ADWR-D型雷達(dá)工程實(shí)施方案》,四創(chuàng)公司歸檔資料,2014.

[2]陳堅(jiān),陳偉等.Visual C++網(wǎng)絡(luò)高級(jí)編程[M].人民郵電出版社,2002.