汪勇

（上海民航華東通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展有限公司，上海，200335）

0 引言

無(wú)時(shí)標(biāo)雷達(dá)信號(hào)延時(shí)測(cè)定系統(tǒng)是上海民航華東通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展有限公司和北京恒光科技公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的一套跨區(qū)域分布式軟硬件集成化系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于雷達(dá)信號(hào)編解碼壓縮技術(shù)和GPS 技術(shù)，來(lái)對(duì)雷達(dá)信號(hào)傳輸前后兩端進(jìn)行精確時(shí)間測(cè)定，最終得出信號(hào)延遲并加以監(jiān)控和管理。

雷達(dá)信號(hào)對(duì)延時(shí)、延時(shí)抖動(dòng)等參數(shù)較為敏感，特別是目前大部分地區(qū)自動(dòng)化系統(tǒng)采用了多雷達(dá)信號(hào)融合技術(shù)以后，單路信號(hào)過(guò)大的延時(shí)可能造成空管自動(dòng)化系統(tǒng)[1]大面積告警從而影響管制正常工作。如果在雷達(dá)信號(hào)進(jìn)入自動(dòng)化前端就能監(jiān)測(cè)到信號(hào)的異常延遲，提前對(duì)該路信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和管控，就能有效避免其對(duì)管制運(yùn)行的影響。

1 雷達(dá)信號(hào)延遲或跳變對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的影響

空管自動(dòng)化系統(tǒng)是目前國(guó)內(nèi)管制運(yùn)行指揮高效運(yùn)行的核心系統(tǒng)，在機(jī)場(chǎng)日常航班起降指揮、流量管理等方面發(fā)揮著巨大的作用。而雷達(dá)信號(hào)作為空管自動(dòng)化系統(tǒng)的信號(hào)源，其穩(wěn)定性和可靠性直接影響著空管系統(tǒng)的正常安全運(yùn)行。為了保證雷達(dá)信號(hào)的精度和可靠性，目前空管自動(dòng)化系統(tǒng)多采用多雷達(dá)融合處理機(jī)制來(lái)對(duì)同一目標(biāo)的多個(gè)雷達(dá)源信號(hào)進(jìn)行處理。但對(duì)于同一飛行器，不同地區(qū)的雷達(dá)信號(hào)經(jīng)過(guò)不同路由傳輸?shù)絽^(qū)管自動(dòng)化系統(tǒng)，可能存在延時(shí)差，這些延時(shí)差在一定范圍內(nèi)可以被自動(dòng)化系統(tǒng)所接受，但大于一定閾值或者跳變過(guò)于劇烈時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)丟棄故障路雷達(dá)送來(lái)的信息并重建目標(biāo)信號(hào)[2]，從而引發(fā)目標(biāo)丟失的問(wèn)題，該問(wèn)題嚴(yán)重時(shí)可能引起自動(dòng)化系統(tǒng)大面積告警，影響管制運(yùn)行。因此，針對(duì)此類(lèi)狀況，雷達(dá)信號(hào)延測(cè)系統(tǒng)被設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出來(lái)，目的即是在雷達(dá)信號(hào)在進(jìn)入自動(dòng)化系統(tǒng)之前知曉其延時(shí)值，以利于進(jìn)行先期管理和控制，如果信號(hào)延時(shí)過(guò)大可能會(huì)被干預(yù)或下線。

2 雷達(dá)信號(hào)延時(shí)測(cè)定原理

雷達(dá)信號(hào)延時(shí)測(cè)定系統(tǒng)在測(cè)定雷達(dá)信號(hào)延時(shí)的原理如圖1 所示。首先，該系統(tǒng)面向的對(duì)象是相對(duì)使用時(shí)間較長(zhǎng)的老一代空管雷達(dá)系統(tǒng)（例如全國(guó)各地使用較為廣泛的ALENIA雷達(dá)），這些雷達(dá)系統(tǒng)輸出信號(hào)不含有時(shí)間信息；對(duì)于新一代雷達(dá)系統(tǒng)，如indra 雷達(dá)系統(tǒng)，其雷達(dá)信號(hào)輸出含有內(nèi)賦GPS 時(shí)間戳信息，該信息在輸出至自動(dòng)化系統(tǒng)時(shí)，通過(guò)和自動(dòng)化系統(tǒng)的GPS 時(shí)間信息作比對(duì)，可以較為容易的得出該路雷達(dá)信號(hào)的傳輸延遲，因此對(duì)有時(shí)間戳的雷達(dá)信號(hào)不在本文討論之列。難點(diǎn)在于那些輸出信號(hào)不含有GPS 時(shí)間信息的老雷達(dá)系統(tǒng)，如果要測(cè)定該路信號(hào)的延遲，必須考慮在前端信號(hào)通過(guò)某種方式加入時(shí)間信息，在輸出端對(duì)時(shí)間信息進(jìn)行處理。因此該延時(shí)測(cè)定系統(tǒng)主要由雷達(dá)源端的探針采集設(shè)備，和雷達(dá)最終用戶(hù)端輸出的系統(tǒng)集中器組成，通常系統(tǒng)首尾兩端是跨區(qū)域的、由廣域網(wǎng)絡(luò)連接的。在雷達(dá)源端，雷達(dá)分配器向探針設(shè)備輸出若干路源端雷達(dá)信號(hào)，探針接收后，利用本端GPS 提供的精準(zhǔn)時(shí)鐘信息給信號(hào)插入時(shí)間戳，并通過(guò)編碼打包壓縮將信號(hào)輸出至帶外網(wǎng)絡(luò)；同一分配器輸出的生產(chǎn)用雷達(dá)信號(hào)經(jīng)過(guò)廣域網(wǎng)傳輸不變，在用戶(hù)端旁路輸出至系統(tǒng)集中器，集中器將實(shí)際雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行幀定位校準(zhǔn)，與帶外網(wǎng)絡(luò)輸出的基準(zhǔn)信號(hào)比對(duì)，解出時(shí)間差，即得到各路雷達(dá)的時(shí)延值。

圖1 無(wú)時(shí)標(biāo)雷達(dá)信號(hào)延時(shí)測(cè)定系統(tǒng)原理

該系統(tǒng)通過(guò)對(duì)雷達(dá)數(shù)據(jù)幀的解析，還包含偵測(cè)扇區(qū)錯(cuò)誤、正北幀錯(cuò)誤和偏差等功能，對(duì)雷達(dá)信號(hào)的質(zhì)量進(jìn)行較為全面的監(jiān)控。

3 系統(tǒng)在華東DDN 網(wǎng)濟(jì)南節(jié)點(diǎn)測(cè)試方案

圖2 延時(shí)測(cè)試系統(tǒng)濟(jì)南DDN 節(jié)點(diǎn)測(cè)試方案

民航華東DDN 網(wǎng)是一個(gè)主要覆蓋華東十大空管分局（空管站）和部分地方小機(jī)場(chǎng)的、主要為空中交通管制提供雷達(dá)、轉(zhuǎn)報(bào)、甚高頻等基礎(chǔ)信息服務(wù)的廣域網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)從1997 年開(kāi)始建設(shè)，運(yùn)營(yíng)服務(wù)至今已超過(guò)二十年；當(dāng)前隨著各地空管基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，其網(wǎng)絡(luò)規(guī)模目前還在增加，且其服務(wù)范圍已經(jīng)延伸擴(kuò)展到了中南（廣州）和華北（北京）區(qū)域。該網(wǎng)絡(luò)主要采用VANGUARD 公司系列路由器，支持vanguard7330、6840、6455、6435、3860 等多個(gè)系列，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)劃分為核心層、匯接層和接入層三個(gè)圈層，其中核心層在上海虹橋，匯接層節(jié)點(diǎn)在各空管分局站，接入層在各空管分局站和地方小機(jī)場(chǎng)。

民航華東DDN 網(wǎng)主要承擔(dān)著華東地區(qū)各類(lèi)空中交通管制業(yè)務(wù)（雷達(dá)、轉(zhuǎn)報(bào)和甚高頻信號(hào)）的傳輸，其網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)星型結(jié)構(gòu)形式，設(shè)備采用美國(guó)Vanguard 路由器，中心節(jié)點(diǎn)至各個(gè)分節(jié)點(diǎn)之間的中繼線路以O(shè)SI 參考模型中的幀中繼協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的有效交換。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)7×24 小時(shí)不間斷運(yùn)行，目前是華東地區(qū)雷達(dá)、轉(zhuǎn)報(bào)等信號(hào)的主要承載網(wǎng)絡(luò)。本文所述及的雷達(dá)信號(hào)延測(cè)系統(tǒng)的在線測(cè)試，就選擇在華東DDN 網(wǎng)的核心層（上海虹橋）與匯接層和接入層（山東濟(jì)南）節(jié)點(diǎn)之間展開(kāi)。具體部署方案如圖2 所示。

為了提高測(cè)試效率，方便設(shè)備調(diào)試和全面掌握測(cè)試結(jié)果，該系統(tǒng)上線測(cè)試的設(shè)備集中放置于濟(jì)南端進(jìn)行，即原始信號(hào)采集的探針設(shè)備和最終信號(hào)集中器均放置在濟(jì)南空管雷達(dá)終端機(jī)房；但在測(cè)試信號(hào)走向上，通過(guò)技術(shù)手段采用濟(jì)南上海虹橋濟(jì)南的迂回路由，以檢驗(yàn)測(cè)試效果。

為了配合測(cè)試，我們需要將同一雷達(dá)分配器引接出來(lái)的兩路雷達(dá)信號(hào)，一路接入生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)，一路作為基準(zhǔn)信號(hào)輸出至該系統(tǒng)的前端信號(hào)采集設(shè)備，信號(hào)采集設(shè)備將雷達(dá)信號(hào)加入GPS 時(shí)間戳信息，并將信號(hào)編碼壓縮后作為基準(zhǔn)信號(hào)經(jīng)帶外網(wǎng)絡(luò)傳輸至后端。為了較為充分地測(cè)試系統(tǒng)功能，我方測(cè)試方案設(shè)計(jì)將雷達(dá)實(shí)際信號(hào)從濟(jì)南傳輸至上海后，通過(guò)技術(shù)手段再折返回濟(jì)南；同時(shí)將采集器輸出的基準(zhǔn)雷達(dá)信號(hào)也經(jīng)過(guò)華東DDN 網(wǎng)傳輸至上海虹橋，再折返回濟(jì)南雷達(dá)終端機(jī)房，最終輸出至恒光集中器。在網(wǎng)絡(luò)的配置上，我們?cè)谌A東DDN 網(wǎng)虹橋10005 測(cè)試節(jié)點(diǎn)上，建立INTERNAL DSD 廣播，該廣播呼叫濟(jì)南ALENIA B 路雷達(dá)輸入端口，濟(jì)南測(cè)試設(shè)備輸出端口呼叫該路廣播，從而實(shí)現(xiàn)雷達(dá)信號(hào)的迂回。在探針設(shè)備輸出的濟(jì)南ALENIA B 路雷達(dá)基準(zhǔn)信號(hào)也采用類(lèi)似的配置從DDN 網(wǎng)內(nèi)經(jīng)上海虹橋迂回至濟(jì)南。在濟(jì)南的集中器，同時(shí)接收到實(shí)際ALENIA B 路雷達(dá)信號(hào)和基準(zhǔn)ALENIA B 路雷達(dá)信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理、幀定位校準(zhǔn)以及時(shí)間戳解析，輸出了兩路雷達(dá)信號(hào)時(shí)延,其實(shí)際值大概在270ms 左右。雷神B 路信號(hào)也做了類(lèi)似的測(cè)試。

4 華東DDN 網(wǎng)濟(jì)南節(jié)點(diǎn)測(cè)試效果

經(jīng)過(guò)該系統(tǒng)在華東DDN 網(wǎng)濟(jì)南節(jié)點(diǎn)為期兩周的測(cè)試，成功測(cè)定了濟(jì)南ALENIA B 路雷達(dá)信號(hào)和雷神B 路信號(hào)的延時(shí)，也發(fā)現(xiàn)了該路雷達(dá)在傳輸過(guò)程中有陣發(fā)性的幀錯(cuò)誤和正北丟失的狀況。本次系統(tǒng)上線測(cè)試驗(yàn)證了該系統(tǒng)的技術(shù)可行性，也在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中發(fā)現(xiàn)了該系統(tǒng)在諸如不同雷達(dá)分配器輸出信號(hào)不完全一致下的可用性、以及系統(tǒng)在雷達(dá)幀校準(zhǔn)和定位等方面的問(wèn)題并加以改進(jìn)，為該系統(tǒng)在2019 年華東地區(qū)的正式部署奠定了基礎(chǔ)，也為進(jìn)一步提高華東地區(qū)空管運(yùn)行質(zhì)量作出了積極和有效的的探索。