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        民航二次雷達(dá)無時(shí)標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)延監(jiān)控研究

        2021-06-16 03:14:28王文秀
        電子制作 2021年3期
        關(guān)鍵詞:時(shí)標(biāo)傳輸網(wǎng)原始數(shù)據(jù)

        王文秀

        (民航內(nèi)蒙古空管分局,內(nèi)蒙古呼和浩特,010070)

        0 引言

        目前,全國范圍內(nèi)仍有一定數(shù)量不帶NTPS(網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘協(xié)議服務(wù)器)的老舊雷達(dá)正在服役,這些雷達(dá)輸出的目標(biāo)報(bào)告中沒有GPS時(shí)標(biāo)。自動(dòng)化系統(tǒng)會(huì)根據(jù)接收到目標(biāo)報(bào)告的時(shí)間和間隔判斷雷達(dá)數(shù)據(jù)的有效性并參與融合計(jì)算。如果雷達(dá)頭傳輸至終端自動(dòng)化系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)鏈路出現(xiàn)長時(shí)間累計(jì)延時(shí),雖然每次接收到的數(shù)據(jù)延時(shí)都在可接受范圍內(nèi),但是延時(shí)在每次接收中均存在,長時(shí)間的積累就會(huì)將延時(shí)放大,超過可接受范圍。最終導(dǎo)致自動(dòng)化系統(tǒng)多雷達(dá)融合出現(xiàn)錯(cuò)誤,產(chǎn)生大面積目標(biāo)分裂或者偏移,影響管制指揮。因此,需要設(shè)計(jì)一種監(jiān)控方案,可對(duì)無時(shí)標(biāo)雷達(dá)數(shù)據(jù)的時(shí)延情況進(jìn)行監(jiān)控,及時(shí)上報(bào)告警或丟棄不可用的雷達(dá)數(shù)據(jù)。

        1 雷達(dá)數(shù)據(jù)時(shí)延監(jiān)控方案

        分析雷達(dá)數(shù)據(jù)出現(xiàn)劣化,如丟包、延時(shí)、抖動(dòng)過大等產(chǎn)生的原因,可歸納為以下兩個(gè)方面:

        (1)傳輸造成的時(shí)延,如在傳輸接口鏈路、轉(zhuǎn)發(fā)過程、切換環(huán)節(jié)引起的傳輸質(zhì)量問題或運(yùn)營商鏈路由于常規(guī)維護(hù)、頻繁割接和本身的故障造成的傳輸質(zhì)量問題。

        (2)雷達(dá)自身的原因,如雷達(dá)頭本身在錄取、編碼處理時(shí),造成的正北幀丟失,扇區(qū)不連續(xù),數(shù)據(jù)包緩存過大等。

        因此,針對(duì)無時(shí)標(biāo)雷達(dá)數(shù)據(jù)時(shí)延的監(jiān)控方案,可以從兩個(gè)方面實(shí)現(xiàn):一是為雷達(dá)數(shù)據(jù)打上時(shí)標(biāo),這又可分為對(duì)雷達(dá)原始數(shù)據(jù)加時(shí)標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控和新增一路帶時(shí)標(biāo)的雷達(dá)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)用作比對(duì);二是在雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)入自動(dòng)化系統(tǒng)前,對(duì)其進(jìn)行質(zhì)量分析進(jìn)而觸發(fā)告警剔除異常數(shù)據(jù)。

        2 監(jiān)控方案的實(shí)現(xiàn)

        ■2.1 方案一:監(jiān)控加時(shí)標(biāo)的雷達(dá)原始數(shù)據(jù)

        目前,絕大多數(shù)老舊雷達(dá)輸出ASTERIX和ALENIA MP2格式雷達(dá)數(shù)據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)ASTERIX格式雷達(dá)數(shù)據(jù)具備時(shí)間數(shù)據(jù)項(xiàng)內(nèi)容,僅需在雷達(dá)頭將GPS時(shí)間按照標(biāo)準(zhǔn)ASTERIX格式要求加入雷達(dá)數(shù)據(jù)中即可。ALENIA MP2格式雷達(dá)數(shù)據(jù)沒有定義時(shí)間數(shù)據(jù)項(xiàng)內(nèi)容,如果需要增加時(shí)間數(shù)據(jù)項(xiàng)需要轉(zhuǎn)換為ASTERIX格式雷達(dá)數(shù)據(jù)送自動(dòng)化系統(tǒng)處理;或者保持原數(shù)據(jù)內(nèi)容不變?cè)诶走_(dá)頭輸出數(shù)據(jù)中額外增加時(shí)間數(shù)據(jù)項(xiàng)內(nèi)容,傳輸至終端判斷有效性后,再去除時(shí)間信息送自動(dòng)化系統(tǒng),如圖1所示。

        (1)雷達(dá)頭系統(tǒng)輸出的HDLC協(xié)議原始雷達(dá)數(shù)據(jù)通過協(xié)議轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)為TCP/UDP協(xié)議被數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)接收。

        (2)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)從NTPS獲取GPS時(shí)間并將原始雷達(dá)數(shù)據(jù)解碼,打上時(shí)標(biāo),再重新編碼為雷達(dá)數(shù)據(jù)。

        (3)帶時(shí)標(biāo)的雷達(dá)數(shù)據(jù)最后通過協(xié)議轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換回HDLC協(xié)議,經(jīng)過傳輸網(wǎng)接入自動(dòng)化系統(tǒng)。

        ■2.2 方案二:監(jiān)控雷達(dá)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)

        為實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)的監(jiān)控,需新增一路雷達(dá)數(shù)據(jù),為其打上時(shí)標(biāo)作為基準(zhǔn)雷達(dá)數(shù)據(jù),并與原始雷達(dá)數(shù)據(jù)一同由傳輸網(wǎng)傳送至終端。通過比較基準(zhǔn)雷達(dá)數(shù)據(jù)與原始雷達(dá)數(shù)據(jù),判斷原始雷達(dá)數(shù)據(jù)質(zhì)量是否可被接受。

        (1)雷達(dá)站放置的數(shù)據(jù)采集單元,可通過GPS/BD天線或雷達(dá)站內(nèi)部時(shí)間服務(wù)器獲取精準(zhǔn)的時(shí)間信息。

        (2)數(shù)據(jù)采集單元從雷達(dá)站的A/B路分配器上分別引接2路原始雷達(dá)信號(hào)A-3路和B-3路,為2路信號(hào)分別打上時(shí)間戳,作為基準(zhǔn)監(jiān)測數(shù)據(jù),壓縮后進(jìn)入傳輸設(shè)備。

        (3)雷達(dá)站的A/B路分配器上的原始雷達(dá)信號(hào)A-1路、A-2路、B-1路和B-2路,作為主備通道數(shù)據(jù)接入傳輸設(shè)備,同基準(zhǔn)監(jiān)測數(shù)據(jù)一起經(jīng)過傳輸網(wǎng)傳送至ACC的數(shù)據(jù)采集中心。

        (4)數(shù)據(jù)采集中心可通過GPS/BD天線獲取精準(zhǔn)的時(shí)間信息,并對(duì)原始雷達(dá)信號(hào)A-1路、A-2路、B-1路和B-2路打上時(shí)間戳。

        (5)有時(shí)間戳的原始雷達(dá)信號(hào)和基準(zhǔn)監(jiān)測信號(hào)將被上傳到數(shù)據(jù)處理服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的基準(zhǔn)比對(duì),A-3路與A-1路和A-2路比對(duì),B-3路與B-1路和B-2路比對(duì),得出每一路雷達(dá)數(shù)據(jù)的時(shí)延、丟包率和時(shí)延變化等信息。

        圖1

        數(shù)據(jù)采集單元除了給雷達(dá)原始數(shù)據(jù)打上時(shí)間戳之外,同時(shí)對(duì)正北幀和扇區(qū)幀進(jìn)行監(jiān)測、統(tǒng)計(jì)和匯總,以此能夠?qū)崟r(shí)定位到底是雷達(dá)頭還是傳輸引起的雷達(dá)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤;同時(shí),經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行之后,數(shù)據(jù)處理服務(wù)器可建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型,當(dāng)監(jiān)控信道的基準(zhǔn)監(jiān)測信號(hào)出現(xiàn)問題時(shí),數(shù)據(jù)處理服務(wù)器可以將某一時(shí)刻接受的雷達(dá)數(shù)據(jù)同系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)得出的雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì),得出某一時(shí)刻的雷達(dá)數(shù)據(jù)的時(shí)延、丟包率和時(shí)延變化等信息。

        ■2.3 方案三:監(jiān)控雷達(dá)終端數(shù)據(jù)質(zhì)量

        在雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)入自動(dòng)化系統(tǒng)前,通過信號(hào)檢測系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行質(zhì)量分析與監(jiān)控,判斷數(shù)據(jù)質(zhì)量是否符合要求,并上報(bào)告警。檢測系統(tǒng)應(yīng)至少包括數(shù)據(jù)引接部分、數(shù)據(jù)處理分析部分、數(shù)據(jù)顯示和監(jiān)控部分;另信號(hào)檢測系統(tǒng)亦可通過移動(dòng)終端接入分析。如圖2所示。

        (1)數(shù)據(jù)引接部分能接收引接到系統(tǒng)的各種監(jiān)視信息,包括 Thales、Raytheon、Indra、ADS-B、MLAT等符合ASTERIX規(guī)范格式的雷達(dá)信息,也包括符合Alenia、中國民航MH/T 4008-2000規(guī)范等常見格式的雷達(dá)信息,各雷達(dá)的信息可以為點(diǎn)跡或航跡,可為一次或二次,也可為一二次聯(lián)合信息。

        圖2

        (2)數(shù)據(jù)處理分析部分可實(shí)現(xiàn)監(jiān)視數(shù)據(jù)的處理,并在監(jiān)視數(shù)據(jù)處理結(jié)果的基礎(chǔ)上,對(duì)原始信息、處理結(jié)果、過去歷史、告警標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比,分析各個(gè)監(jiān)視源各個(gè)時(shí)段、各個(gè)區(qū)域、各個(gè)高度層、各個(gè)掃描區(qū)的軌跡,為用戶提供幫助。針對(duì)于無時(shí)標(biāo)的雷達(dá)數(shù)據(jù),進(jìn)行分級(jí)處理:第一步,對(duì)兩個(gè)通道的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)比對(duì)處理,當(dāng)有位置異值(VSP)時(shí),告警提示這部雷達(dá)雙通道的數(shù)據(jù)有問題;第二步,將這兩個(gè)通道的數(shù)據(jù)與同一區(qū)域其他雷達(dá)的綜合航跡數(shù)據(jù)作比對(duì),分析定位哪個(gè)通道的數(shù)據(jù)有問題,便于用戶排故。

        (3)數(shù)據(jù)顯示和監(jiān)控部分可實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)和顯示雷達(dá)質(zhì)量,統(tǒng)計(jì)的內(nèi)容包括每周期接收的數(shù)據(jù)幀總數(shù)、每周期出現(xiàn)的錯(cuò)幀數(shù)、每周期丟失的扇區(qū)數(shù)、每周期更新的目標(biāo)信息數(shù)(包括一次航跡/點(diǎn)跡數(shù)、二次航跡/點(diǎn)跡數(shù)和一二次聯(lián)合航跡/點(diǎn)跡數(shù))等,并為用戶提供查詢接口,方便用戶按不同維度對(duì)雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢。

        3 結(jié)束語

        通過對(duì)雷達(dá)原始數(shù)據(jù)加時(shí)標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控、比對(duì)帶時(shí)標(biāo)的雷達(dá)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)和雷達(dá)原始數(shù)據(jù),以及監(jiān)控和分析在進(jìn)入自動(dòng)化系統(tǒng)前的雷達(dá)數(shù)據(jù)都可實(shí)現(xiàn)對(duì)無時(shí)標(biāo)雷達(dá)數(shù)據(jù)時(shí)延的監(jiān)控,但三種方案各有優(yōu)劣。

        對(duì)雷達(dá)原始數(shù)據(jù)加時(shí)標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控最容易實(shí)現(xiàn),但是該方案不能定位是由傳輸引起的雷達(dá)數(shù)據(jù)質(zhì)量劣化還是雷達(dá)頭自身數(shù)據(jù)存在問題;比對(duì)帶時(shí)標(biāo)的雷達(dá)基準(zhǔn)數(shù)據(jù)和雷達(dá)原始數(shù)據(jù),即監(jiān)控雷達(dá)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng),可實(shí)現(xiàn)對(duì)每一路雷達(dá)和雷達(dá)傳輸鏈路的監(jiān)控,但是僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)延數(shù)據(jù)的判斷,無法判斷雷達(dá)數(shù)據(jù)的正確性和可靠性,無法過濾“臟數(shù)據(jù)”;通過信號(hào)檢測系統(tǒng)以監(jiān)控和分析進(jìn)入自動(dòng)化系統(tǒng)前的雷達(dá)數(shù)據(jù),可實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)數(shù)據(jù)的正確性和可靠性的判斷,但檢測系統(tǒng)的功能在于“發(fā)現(xiàn)問題,及時(shí)告警”,對(duì)于問題數(shù)據(jù)如何處理還有待進(jìn)一步完善,此外,該系統(tǒng)一旦接入傳輸網(wǎng)和自動(dòng)化系統(tǒng)之間,系統(tǒng)的健壯性、穩(wěn)定性和高性能也是不可忽視的重要因素。

        三種監(jiān)控方案各有側(cè)重,實(shí)際實(shí)施時(shí),應(yīng)根據(jù)自身的需求,即可單獨(dú)使用某一方案,也可將不同的方案組合實(shí)施,以實(shí)現(xiàn)對(duì)無時(shí)標(biāo)雷達(dá)數(shù)據(jù)時(shí)延的監(jiān)控。

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