一種在DSP中實現航管S模式閉鎖協議的方法

卜凡湘++魏祥利++李輝

摘 要

航管S模式是為解決傳統A/C模式監視能力不足而設計的最新監視方法，閉鎖協議是S模式協議中重要的組成部分。本文介紹了S模式閉鎖協議，并采用TMS320F28335 DSP完成了S模式應答機中閉鎖協議的實現。

【關鍵詞】S模式 閉鎖 DSP

1 引言

航管S模式（Mode Select）是歐美國家開發的先進航管協議，用于解決傳統A/C模式監視容量不足的問題。傳統A/C模式下，隨著空域內的飛機數量增多，應答信號之間會產生嚴重的混擾和串擾，對日交通流量在1000架次以上的機場，其監視能力已接近極限。S模式下為每架飛機分配一個唯一的24位地址，只需根據飛機地址對飛機單獨詢問，同時只有一架飛機在應答，避免了應答信號的混擾，提高了其監視容量。

地面二次雷達為獲取空域內飛機的地址，會周期性的發出全呼叫詢問，而全呼叫詢問是針對所有飛機的，為避免出現類似于A/C模式下的混擾問題，在S模式中設計有閉鎖協議（Lockout），以減少同時出現的應答信號數量。本文介紹了閉鎖協議和一種利用DSP實現閉鎖協議的方法。

2 閉鎖協議（Lockout）

閉鎖協議用于控制S模式應答機對全呼叫詢問的應答。通過特定的S模式詢問啟動閉鎖狀態，在閉鎖狀態下，對指定的全呼叫詢問不產生應答。

2.1 S模式詢問類型

S模式詢問中包含56位或112位數據，定義如表1，其中前5位為UF字段，表示詢問類型。UF4、5、20和21為監視詢問，UF11為全呼叫詢問。為和傳統A/C模式兼容，S模式應答機還可以接收純脈沖格式的ATCRBS/S模式全呼叫詢問。

UF4、5、20和21的詢問中的SD字段內容受DI字段控制，如表2所示。

2.2 閉鎖協議

S模式應答機閉鎖協議包括非選擇性閉鎖協議和多站閉鎖協議。通過UF4、5、20和21詢問來啟動閉鎖協議。

2.2.1 非選擇性閉鎖協議

以下條件任意一條滿足時啟動非選擇性閉鎖協議：a） PC=1；b） DI=1或7，LOS=1，IIS=0。啟動后進入非選擇性閉鎖狀態，持續18s±1s，在閉鎖狀態下，對CL=0，IC=0的UF11全呼叫詢問和ATCRBS/S模式全呼叫詢問不產生應答。在閉鎖狀態下，如果重新接收到啟動條件，則重新計時18s±1s。

2.2.2 多站閉鎖協議

多站閉鎖協議分為II多站閉鎖協議和SI多站閉鎖協議。II多站閉鎖協議允許對15個地面站的全呼叫詢問進行閉鎖，SI多站閉鎖協議允許對63個地面站的全呼叫詢問進行閉鎖。對各地面站分別控制，互不影響。IIS=1～15時，表示II站點1～15，SIS=1～63時，表示SI站點1～63。在全呼叫詢問中，當CL=0，IC=1～15時，表示II站點1～15，CL=1，IC=1～15時，表示SI站點1～15，CL=2～4，IC=0～15時，表示SI站點16～63。

當DI=1或7，LOS=1，IIS為某一個站點號，啟動對該地面站的II多站閉鎖協議；當DI=3，LSS=1，SIS為某一個站點號，啟動對該地面站的SI多站閉鎖協議。針對某一個地面站的閉鎖協議啟動后進入閉鎖狀態，持續18s±1s，在閉鎖狀態下，對帶有該地面站站點號的UF11全呼叫詢問不產生應答。可同時對多個地面站進行閉鎖。在閉鎖狀態下，如果重新接收到啟動條件，則重新計時18s±1s。

3 在DSP中的實現閉鎖協議

本項目采用DSP TMS320F28335，工作頻率設置為100MHz。

該DSP中有3個32位的CPU計數器，為實現S模式閉鎖協議，難點在于如何實現79個獨立工作的計時器。本項目復用1個CPU計數器構建79個計時器。

3.1 實現原理

CPU計數器在加載計數值后，按系統時鐘減1計數，計到0后觸發CPU中斷。當只有1個計時器需要工作時，向CPU計數器加載計數值1，800，000，000（即18s），計數到0即完成了該計時器的18s計時。當1個計時器計時完成之前需要啟動第二個計時器，設當前的計數值為N，在CPU計數器計數到0后，只需重新啟動計數器，并設定計數值為1，800，000，000-N，當CPU計數器再次計數到0后，即完成了第二個計時器的18s計時。因此，只要合理設置每個計時器的真實計數周期，可以復用1個計數器完成79個獨立工作的計時器。

3.2 實現方法

定義變量Run_Flag、Run_Tx和PRD_VEC，Run_Flag表示非選擇性閉鎖和多站閉鎖的狀態，Run_Tx用于存儲處于計時狀態的計時器序列，PRD_VEC用于存儲Run_Tx序列中各計時器的計數修正值。這三個變量的對應關系如圖1所示。

當需要啟動計時器時，對應的Run_Flag位置1，在Run_Tx隊列的末尾添加該計時器位號，計算該計時器的計數修正值，寫入PRD_VEC隊列的末尾。

當需要重啟動計時器時，在Run_Tx隊列中，將該計時器移到隊列尾部，重新計算該計時器的計數修正值，寫入PRD_VEC隊列的末尾。計時器重啟動流程如圖2所示。

當計數器計到0后，即Run_Tx隊列中的第一個計時器對應的閉鎖狀態結束，將其對應的Run_Flag標志位清0；將Run_Tx隊列向前移1位；將PRD_VEC隊列的第一個寫入CPU計數器，然后將PRD_VEC隊列向前移1位，后續的其他計時器繼續計時。

在接收到全呼叫詢問后，通過判斷對應的Run_Flag標志位，確定是否被閉鎖，進而確定是否需要應答，完成S模式應答機閉鎖協議。

4 分析

CPU計數器計數到0后，需在中斷服務程序中重新加載計數值才能重新開始計數，中斷服務程序的執行時間及中斷等待時間會影響計時準確度。經實際測試，中斷服務程序執行時間<5μs，中斷等待時間<70μs，在所有79個計時器同時計時的情況下，最大累積誤差不大于5.85ms，遠小于±1s的要求。

5 結論

該方法可以在DSP中實現S模式應答機閉鎖協議，且對DSP的資源消耗少，時間誤差小，可以滿足實際應用需求。

參考文獻

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作者單位

陜西長嶺電子科技有限責任公司 陜西省寶雞市 721006