基于THALES RSM970S型雷達DPC—PC組件功能及其信號流程的分析

高永剛

【摘 要】DPC是數(shù)據(jù)處理計算機（Data Processing Computer）的英文縮寫。顧名思義，它是整套THALES雷達系統(tǒng)信號處理的核心單元，位于TRC機柜中，包括S模式雷達處理單元（MRP）及S模式雷達通信單元（MRC）兩個部分。A、B通道各一個。主要功能為完成接收機傳來的回答信號處理、點跡、航跡生成及相關、相關模塊的自檢及生成故障代碼等。

【關鍵詞】DPC-PC;信號處理;BITE

DPC是現(xiàn)代雷達設備重要的組成部分。如果將整套THALES RSM970S二次航管雷達系統(tǒng)比喻成一個健康的人體，那么DPC無疑就是至關重要的“大腦”器官。它承擔著系統(tǒng)最重要的信號分析處理功能，在整個信號鏈中扮演著至關重要的角色。信號經(jīng)過DPC的處理生成航跡發(fā)送給ATC，實現(xiàn)了航跡輸出并提供給管制部門使用。與此同時，DPC還負責對整個雷達系統(tǒng)的自檢信息進行匯集。在本文中，將首先對安徽空管分局所轄THALES雷達站配備的THALES RSM970S二次航管雷達中DPC設備構(gòu)成及原理進行介紹，完成其相應的功能描述，之后將闡述雷達信號處理流程。由于S模式在合肥本地尚未使用，因此涉及到S模式信號接收和處理的部分本文將略去，僅介紹常規(guī)SSR應答信號的處理流程。

1 DPC物理描述

DPC（Data Processing Computer），即數(shù)據(jù)處理計算機，其本質(zhì)可視作專門針對雷達信號數(shù)據(jù)進行分析處理、計算等操作的一臺微型計算機，因此也稱作DPC-PC。DPC在邏輯功能上可分為兩個部分，S模式雷達處理單元（MRP）及S模式雷達通信單元（MRC）。兩者在信號傳輸上是承接的關系，由MRP對TRC機柜中MMXC過來的回答報告進行處理，將其生成航跡，然后發(fā)送給MRC。MRC是對外的通信部分，它將生成好的航點跡發(fā)送到ATC或者其他雷達站（多雷達站網(wǎng)絡），同時也接收其他雷達信號（多雷達站網(wǎng)絡）。

DPC位于THALES RSM 970S雷達系統(tǒng)中的TOM機柜中，是TOM機柜的主設備，完成TOM機柜最主要的航跡輸出功能。A、B通道各有一個。DPC前面板上有一左一右兩個可打開的金屬制小門，左邊是散熱器，右邊是光驅(qū)以及復位、開關機開關，以及顯示DPC運行狀態(tài)的LED指示燈。

DPC尾部面板上是多個不同的接口，以實現(xiàn)與外部設備的各種能量供應及信息傳遞。其中較為重要的是三個網(wǎng)線插口J1、J2和J3，分別連接MDRP、SWITCH SUP和SWITCH 1/2，從而實現(xiàn)信息的內(nèi)部處理、監(jiān)控及對外的輸出。圖1為DPC前面板的外觀。

圖1 DPC前面板

在機箱內(nèi)部物理構(gòu)造方面，DPC-PC主板上裝有奔騰四處理器、相應顯卡及網(wǎng)卡，處于網(wǎng)絡信息安全的考慮及實際業(yè)務的需要，原始配置能夠勝任DPC進行數(shù)據(jù)處理的任務，因此目前合肥THALES雷達站仍保留著廠家2007年安裝時的原始配置。

2 DPC與外部設備的聯(lián)系及數(shù)據(jù)交互

上文已經(jīng)提及，DPC是整套雷達系統(tǒng)信息處理的核心。以DPC為核心，建立了三個功能不同的局域網(wǎng)，以實現(xiàn)信號處理、信號輸出及對系統(tǒng)進行監(jiān)控。它們分別是以太數(shù)據(jù)網(wǎng)、信號輸出網(wǎng)及監(jiān)控網(wǎng)。正是通過這三個局域網(wǎng)，DPC才能夠與外界，包括TOM機柜和TRC機柜的其余設備進行信息交換，傳輸指令，輸送信號，完成其信息處理的職責。圖2為DPC-PC的外部設備系統(tǒng)圖：

圖2 DPC-PC的外部設備

以太數(shù)據(jù)網(wǎng)（Gigabit Ethernet LAN）即連接DPC和MMXC的網(wǎng)絡，由網(wǎng)線直接連接在彼此的接口上構(gòu)成。既實現(xiàn)了DPC與MMXC、TOM機柜與TRC機柜的物理連接，也使MRP與MMXC之間能夠進行雙向數(shù)據(jù)交換。首先，由MMXC接受處理的應答信號、SSR點跡信息等經(jīng)過該局域網(wǎng)提供給MRP，進一步將這些信息分配給MRP的子功能模塊處理，以完成點跡到航跡的相關工作;其次，MRP作為系統(tǒng)自檢的中心，在完成自身以及DPC-PC硬件部分的自檢的同時，還通過該局域網(wǎng)接收來自MMXC的自檢報告。最后，由于DPC是整套系統(tǒng)的“指令中心”，MMXC所需的、對接收機和發(fā)射機的一切控制指令均由MRP編寫完成，并由以太數(shù)據(jù)局域網(wǎng)傳送。此外，由MRP實現(xiàn)的點跡位置外推信息也經(jīng)過該局域網(wǎng)反饋給MMXC。

信號輸出網(wǎng)（I/O LAN）實現(xiàn)了整套雷達頭系統(tǒng)處理完畢數(shù)據(jù)向終端部門的輸出，由TOM機柜上下兩個通道各自配置的兩個交換機完成。DPC經(jīng)過相關后的航跡等信息，通過其對外數(shù)據(jù)交換的功能模塊MPC（Mode S Radar Communication）發(fā)送到I/O LAN，傳至PLINEs，實現(xiàn)雷達信號的對外輸出。兩個交換機中的數(shù)據(jù)可以通過I/O LAN實現(xiàn)交換，從而實現(xiàn)兩個通道的數(shù)據(jù)相互備份。雷達系統(tǒng)是雙機熱備份工作，一旦通道突然切換，如從A通道切至B通道，可保證A通道的航跡處理信息完整的保留到當前工作的B通道中，實現(xiàn)工作狀態(tài)的無縫交接。除此之外，I/O LAN還有一個及其重要的功能，實現(xiàn)了對標準UTC時間的引入，即時間節(jié)點功能TSF（Time Stamping Function）。兩個NTP（Network Time Processor）服務器分別位于兩個通道，通過GPS天線接收到的衛(wèi)星時鐘信息，將同步信息引接入I/O LAN，進一步可以上行送至DPC、MDRP及發(fā)射機，下行送至PLINEs。NTP服務器內(nèi)部仍有內(nèi)部時鐘，一旦GPS天線受外部干擾等影響，無法引入精準的外部時鐘，NTP服務器可將內(nèi)部時鐘傳到I/O LAN中，仍可保證一個比較高的時間精度。

監(jiān)控網(wǎng)（Supervision LAN）用于對雷達系統(tǒng)運行狀態(tài)，包括各類實時參數(shù)、數(shù)據(jù)格式的檢查測試。該局域網(wǎng)由TOM機柜中的SWITCH SUP交換機構(gòu)建，實現(xiàn)對本地數(shù)據(jù)處理的監(jiān)控，包括兩組DPC中的控制及報告信息以及天線編碼器的信息等。這些實時數(shù)據(jù)傳至LTM、IRIS設備，通過CBP軟件可隨時查看，達到對系統(tǒng)正常運行實現(xiàn)監(jiān)控的目的。

3 DPC功能模塊介紹

DPC主要功能按模塊劃分，可分為波束管理、進程管理、航跡管理、數(shù)據(jù)鏈管理、通道自檢管理、長環(huán)測試管理以及與S模式有關的改進的監(jiān)視管理和各個外設接口功能的實現(xiàn)等等。如圖3所示：

圖3 DPC-PC詳細功能表

下文將按照應答信號的處理流程，依次對主要的波束管理、進程管理以及航跡管理逐一作介紹。

3.1 波束管理（beam management）

波束管理是DPC處理應答信號的開始。包括了MRP-MMXC接口、下一扇區(qū)管理、信號處理等子功能。應答信號經(jīng)處理后移交至下一功能模塊進程管理進行進一步處理。通過對波束中飛機應答信息內(nèi)容及數(shù)量的統(tǒng)計。

3.2 進程管理（scheduling management）

進程管理的作用是整理好已預測的航空器信息，傳送給波束管理功能，以便下一扇區(qū)進行處理。并接收上一扇區(qū)波束掃描到的點跡，分配到MRP的其他功能模塊進行進一步處理。其子功能包括等待航空器數(shù)據(jù)選擇功能、時間節(jié)點功能等。其主要目的是防止航空器穿越扇區(qū)時造成雷達系統(tǒng)出現(xiàn)銜接不暢的情況。當航空器即將穿越扇區(qū)，進程管理功能提前準備好波束管理需要的信息，確定下一扇區(qū)，預測SSR點跡的信息將被送到波束管理功能模塊進行處理。進程管理功能通過NTPS得到衛(wèi)星傳來的外部時鐘，將航空器點跡穿越扇區(qū)的時間準確送至航跡管理功能和MRC，進行同步處理和延時計算。通過兩個NTPS時間的比較，如果時間差超過預設門限值，一個錯誤代碼將送至MRC以表示外部時鐘不穩(wěn)定。時間節(jié)點功能的自檢報告同樣送至通道自檢管理功能進行處理。

3.3 航跡管理（track management）

航跡管理的主要目的即實現(xiàn)點航跡的關聯(lián)，是整個MRP乃至TOM機柜的核心功能模塊。同時，也完成航跡參數(shù)的更新以及下一次波束掃描預測航空器位置的計算工作。子功能包括點跡輸入、航跡形成、數(shù)據(jù)輸出、反射區(qū)認定，航跡外推等。通過進程管理功能接收到的SSR點跡信息（包括點跡本身和扇區(qū)邊緣信息）在航跡管理功能中得到處理。如果扇區(qū)邊緣信息在最大延遲時間內(nèi)沒有接收到，就會生成一個錯誤代碼。點跡關聯(lián)將掃描到的多個點跡與某一個特定航空器聯(lián)系在一起，通過偏差修正形成航跡。如果某個點跡重復、異步、多路徑軌跡，或是出現(xiàn)在不存在預定航跡的空白區(qū)域，則不會進行相關。點航跡關聯(lián)處理是指將已經(jīng)相關的點跡與預設的航跡相關聯(lián)，并解決沖突，形成點航跡一一對應的結(jié)果。處理過程包括三個階段：預相關、相關和正確關聯(lián)。

預相關階段的作用是通過對數(shù)據(jù)功能分區(qū)以及基礎的地理學標準，對可能相關的點航跡對進行初步篩選。

相關階段包括兩方面：航跡預測和可能性計算。每一條航跡根據(jù)每一個預相關后的點跡的時間進行外推，通過一個速度方向不變的運動模型完成。對于每一個點航跡對，會計算其概率值，包括點跡實際位置與航跡預測外置的偏差、點航跡SSR二次代碼的異同以及點跡高度和航跡高度的配對。通過每一點航跡對概率值的計算，即可完成點跡到航跡的相關過程。值得一提的是，當虛假點跡被相關成航跡時，其SSR二次代碼將被視為無效以使真目標得到相關處理。

正確關聯(lián)的目的是解決關聯(lián)過程中的沖突問題，以使正確的航跡和點跡相關聯(lián)。正確關聯(lián)的準則是：需保證通過計算處理后得到的點航跡關聯(lián)對中，該點跡是最適合該航跡的，且該航跡是最適合該點跡的。其選擇根據(jù)源于相關階段的概率值。在正確關聯(lián)的最后階段，需保證航跡最多只有一個與其相關聯(lián)的點跡存在。

DPC功能還包括數(shù)據(jù)鏈功能、通道自檢功能等等，這些功能模塊分工明確，卻又密不可分，按照流程順序?qū)RC機柜送來的應答信號整理相關成航跡，通過ATCC接口模塊傳送至PLINEs，進而實現(xiàn)雷達信號的輸出。

DPC組件是THALES RSM970S二次雷達系統(tǒng)中最為關鍵的信號處理模塊及指令編輯單元，它完成了接收機經(jīng)初步處理的飛機應答信號的接收，引入外部時鐘，對其進行進一步處理工作，實現(xiàn)了點跡到航跡的相關過程，輸出航跡等數(shù)據(jù)傳送至終端自動化系統(tǒng)，提供給管制部門使用。同時DPC還是整套系統(tǒng)的自檢中心，完成全部模塊自檢報告的分析處理，對設備的運行狀態(tài)起到全面監(jiān)督管理作用。充分認識DPC信息交流處理中心的重要意義，并精確掌握DPC模塊組成及工作原理，是確保我們?nèi)粘ＴO備維護工作正常進行的前提條件。扎實的理論基礎及不斷的實踐操作，才能承擔起保障雷達設備安全的重要責任。

[責任編輯：薛俊歌]