場面監視雷達設備監控與狀態采集系統的研發

甘成愿

（中南空管局技術保障中心，廣東廣州，510405）

0 引言

近年來，隨著中國民航業的高速發展，航班密度不斷增加，通信導航監視等空管設備的正常穩定運行，對保障飛行安全日益重要。相關的設備保障或管理部門都需要及時掌握設備的第一手運行狀況。目前民航總局空管局已要求各地空管部門把設備運行狀態傳回總局，實施民航空管設備集中監控系統工程。設備監控的關鍵是在于解決設備運行狀態采集的問題。不同類型、不同廠家的設備有著不一樣的通信協議，對其二次開發采集狀態有著很大的難度。Terma場監雷達國內引進較晚，尚缺乏對該設備狀態采集的研究。本文的研究正是基于這一實際需要。

1 Terma場監雷達系統組成

Terma場監雷達單套收發機的硬件組成包括天線單元、編碼器、馬達、X波段磁控管、調制器、X波段接收機、收發機控制器(TC3)、視頻處理單元(VP3)、雷達信號分配單元(RSD)、母板及電源模塊、主電源及安全保護電路單元等部件和模塊。其中TC3模塊是雷達系統的主控模塊，它是一個嵌入式系統，含有一個功能強大的PC微處理器及存儲器件、輸入輸出接口等，存儲器件中保存了系統的啟動、控制、監視等程序及總體參數。本文的研究重點正是遠端監控終端通過以太網接口與TC3模塊進行數據交換的通信協議。

2 場面監視雷達監控數據通信協議分析

為了實現狀態采集與通信功能，需定義兩個軟件接口，一個是監控采集軟件與場監雷達通過以太網口進行通信的數據接口，該接口用于獲取雷達的狀態參數等。另一個是監控采集軟件與集中通信服務器的通信接口，該接口用于將采集到的雷達狀態參數傳輸到集中通信服務器。本文研究分析的重點是采集軟件與場監雷達的通信協議，該協議由雷達廠家的ICD（Interface Control Document）定義。

2.1 場面監視雷達監控數據通信通用幀結構

進行通信時，監控、狀態數據封裝于通用幀的數據域（Data Field），通用幀結構如表3-1所示，包含幀頭DLE STX和幀尾DLE ETX，中間分別為收發機地址(Transceiver address)、幀號 (Frame number)、數據長度 (Data length)、數據域(Data field)及校驗和(Check sum)。DLE固定為10H, STX為02H，ETX為03H。

表3-1通用幀結構

2.2 場面監視雷達監控數據通信特定功能幀

特定功能幀由雷達廠家ICD定義，即具有不同幀號的特定幀完成不同的功能。以07幀和08幀為例，07幀用于雷達向外部發送參數值，08幀用于向雷達設置參數。在需要改變某個參數或對雷達的進行控制時，可以向雷達發送08幀。雷達收到該幀后，按照請求進行參數設置，同時回應07幀。

2.3 場面監視雷達監控、狀態數據的定義

場面監視雷達系統的所有參數、狀態、均保存在雷達TC3模塊的非易失性存儲器中，在與外部的監控終端進行通信時，這些狀態、參數數據封裝于通信幀中的數據域。根據ICD的定義，雷達的每個模塊、每一個錯誤/告警信息、BITE信息等都有固定的編號、定義，這些定義可通過查閱ICD得知。

2.4 通信機制

為了獲得設備的狀態、參數數據，采集系統與雷達設備的以太網接口通過TCP/IP協議進行網絡通信，采集系統的軟件設計需首先具備TCP/IP的通信功能，同時要具備從TCP/IP數據流中解包和封包數據幀的功能，從而獲得狀態信息或控制雷達設備。采集系統還需具備通信保持功能，即能定時（每隔20秒）向設備發送“心跳包”，保持一直在線。

2.5 特定功能幀的構建

前文分析了監控數據的通信協議，在此基礎上可以進行特定功能幀的構建。以向雷達發送08幀，控制雷達2號收發機主電源開啟的例子進行說明，如表3-2特定功能幀的構建所示：其中，幀頭幀尾固定，分別為1002H和1003H；收發機地址為02H，表示2號機；幀號是08H；數據長度是指數據域的長度，為0004H；這里對Data Field的構建是主要的，根據ICD對08幀的定義，其數據域由3部分構成，分別為參數類型，參數號（占兩字節）和參數值，得到數據域為00000101H，其中的最后一個字節01H表示設置主電源為O N；校驗和通過如下計算求得：02H+00H+08H+00H+04H+00H+00H+01H+0 1H= 10H。

表3-2特定功能幀的構建

以上例子僅是構建一個實現特定功能的通信幀的例子，實際上，為了實現特定功能需要構建大量的特定通信幀。除了參數設置，更重要的是獲取雷達的狀態、參數信息，因此需要接收雷達發送的各種通信幀，并從中解出各種狀態、參數信息。根據以上例子的構建方法可以構建出其他特定通信幀。這些幀的構建是進行數據采集通信編程的基礎。

3 監控與狀態采集系統的編程實現

3.1 監控與狀態采集系統的觀察者模式設計

采集系統以windows 的MICROSOFT.NET為平臺，通過C#編程實現。C#編程語言提供了多種設計模式，本文在進行采集系統編程的過程中，采用了C#的觀察者設計模式，將采集系統的軟件結構分為程序與場監雷達的數據接口模塊、雷達模塊狀態顯示模塊、雷達歷史告警信息模塊、程序與集中通信服務器的接口模塊、監控主界面錯誤及告警信息模塊和場監雷達參數模塊。其中場監雷達的數據接口模塊作為觀察者設計模式中的主題角色，也是編程的核心模塊。采集系統的一大功能便是與雷達進行通信，獲取各種狀態信息和參數等。在軟件中專門設計一個數據接口模塊來獲取這些信息，當該模塊取到信息后，它能自動地將這些信息及時地通知到軟件中的其他功能模塊。

3.2 監控與狀態采集系統的程序模塊及界面設計

鑒于篇幅，這里主要對系統軟件的主界面模塊進行說明，如圖4-1所示，它包含三個功能塊，即場監雷達模塊的狀態顯示、場監雷達收發機的錯誤與告警信息顯示及雷達工作狀態三個功能塊，同一個界面集中了雷達的主要信息顯示，有利于設備維護人員隨時把握雷達的整體工作狀態。

圖4-1采集系統軟件主界面

4 監控與狀態采集系統的硬件構建

本文研發的采集軟件運行在一臺裝有WINDOWS XP系統的戴爾臺式計算機上，該計算機現放置于白云國際機場航管塔臺的十四樓，通過光MODEM、光纜與塔臺十七樓的場監雷達設備的以太網接口進行連接。采集計算機獲取的雷達狀態、參數通過串口、光MODEM傳輸到航管樓四樓的集中監控電腦，之后這些信息將層層上傳，最終匯總到總局空管局的集中監控系統。目前該系統已投入實際使用，運行可靠、穩定，實現了預期的各項功能。

5 結語

本文分析了丹麥Terma場監雷達監控數據通信協議，在此基礎上闡述了該設備的監控與狀態采集系統的構建方案，并用C#編程語言的觀察者設計模式成功地實現了采集系統。該系統不僅解決了民航空管設備集中監控系統對場監雷達狀態采集的需求，同時它能作為現有場監雷達監控系統的有力補充和備份，可以滿足空管設備保障部門對設備監視和現場運行方面的更高要求，具有一定實際意義。

[1]TERMA.RTCM Remote Transceiver Control & Monitoring，262105 HO REV.C

[2]TERMA.SCANTER 2001 Radar Transceiver External Interface Specification，262001-DI-C

[3]（美）李（Lee，W.M.）著，田國法，吳蘭陟譯.C# 與 VB.NET網絡通信開發實戰.北京：人民郵電出版社，2008.8

[4]謝玉蘭.論首都機場場面監視雷達及系統的建設.民航經濟與技術空中交通管理，1998年12期