空管雷達(dá)監(jiān)視數(shù)據(jù)格式淺析

民航內(nèi)蒙古空管分局 周日紅

空管雷達(dá)監(jiān)視數(shù)據(jù)格式淺析

民航內(nèi)蒙古空管分局 周日紅

本文對(duì)空管監(jiān)視雷達(dá)輸出數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)格式ASTERIX進(jìn)行分析，從數(shù)據(jù)項(xiàng)格式、定義和關(guān)鍵指標(biāo)計(jì)算等方面醉了詳細(xì)的解釋。通過(guò)了解各數(shù)據(jù)項(xiàng)含義，為雷達(dá)信號(hào)質(zhì)量檢測(cè)提供了有效的方法。

ASTERIX；雷達(dá)數(shù)據(jù)；分析

引言

伴隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，中國(guó)民航業(yè)的發(fā)展也進(jìn)入了一個(gè)新的快速增長(zhǎng)期。民航空管系統(tǒng)年保障架次從2012年的621萬(wàn)架次增加到2016年的840萬(wàn)架次。呼和浩特管制區(qū)是華北通向西北地區(qū)以及歐洲地區(qū)的主干航路，每日飛機(jī)流量很大。為了能夠與管制區(qū)內(nèi)航空業(yè)務(wù)量的迅速發(fā)展相平衡，呼和浩特管制區(qū)加大了基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的力度，空管雷達(dá)設(shè)備的數(shù)量迅速增加，“十三五”期間內(nèi)蒙古地區(qū)將建成阿巴嘎旗、杭錦旗、多倫、巴彥淖爾和蓯蓉山五座雷達(dá)站，同時(shí)呼和浩特新機(jī)場(chǎng)建設(shè)也將配套新雷達(dá)系統(tǒng)，加上內(nèi)蒙古空管分局現(xiàn)在維護(hù)的四部雷達(dá)，僅內(nèi)蒙古地區(qū)就至少有多達(dá)九部雷達(dá)為華北空域提供監(jiān)視服務(wù)。維護(hù)如此數(shù)量龐大的雷達(dá)系統(tǒng)，關(guān)鍵在于及時(shí)監(jiān)控雷達(dá)系統(tǒng)信號(hào)質(zhì)量的好壞，因此深入了解雷達(dá)系統(tǒng)輸出數(shù)據(jù)格式至關(guān)重要。本文就目前空管雷達(dá)監(jiān)視數(shù)據(jù)格式進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

1.雷達(dá)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

雷達(dá)分為一次雷達(dá)和二次雷達(dá)兩類(lèi)。一次雷達(dá)(PSR,Primary Surveillance Radar)，利用無(wú)線電反射回波信息來(lái)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，例如氣象雷達(dá)、多普勒雷達(dá)、著陸雷達(dá)及軍用監(jiān)視雷達(dá)。二次雷達(dá)(SSR,Secondary Surveillance Radar)，通過(guò)地面詢問(wèn)機(jī)和接收機(jī)載應(yīng)答機(jī)反饋的信息來(lái)發(fā)現(xiàn)和識(shí)別目標(biāo)[1]。

二次雷達(dá)是目前空管系統(tǒng)中最為主要的空中飛行監(jiān)視手段，是確保飛行安全的基礎(chǔ)。是目前應(yīng)用最為廣泛、技術(shù)最為成熟的空中監(jiān)視方法。

? 工作頻率: 上行1030MHz, 下行1090MHz

? 分為地面雷達(dá)設(shè)備和飛機(jī)應(yīng)答機(jī)兩部分

? 一問(wèn)一答方式獲取信息

2.ASTERIX數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)

ASTERIX是EUROCONTORL組織為監(jiān)視數(shù)據(jù)的傳輸和交換而定義的標(biāo)準(zhǔn)。首字母縮略語(yǔ)代表All Purpose STructured Euro-control SuRveillance Information EXchange。

ASTERIX為不同監(jiān)視信息的交換提供標(biāo)準(zhǔn)的信息傳輸格式，它保證通信數(shù)據(jù)的可靠描述，并受到由多國(guó)組成的SuRveillance Data Exchange Task Force (RDE-TF) 機(jī)構(gòu)的關(guān)注和支持，因此在國(guó)際上得到廣泛應(yīng)用。 ASTERIX定義了監(jiān)視數(shù)據(jù)編碼的框架和具體結(jié)構(gòu)，主要由數(shù)據(jù)種類(lèi)和數(shù)據(jù)項(xiàng)組成。數(shù)據(jù)種類(lèi)表示該報(bào)文的特定用途，數(shù)據(jù)項(xiàng)是每種數(shù)據(jù)種類(lèi)中傳輸?shù)淖钚?shù)據(jù)單元[2]。

ASTERIX共定義了256種數(shù)據(jù)類(lèi)型，前127種為民用數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，后127種為軍用數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。

其中常用數(shù)據(jù)類(lèi)型見(jiàn)下表：

表1 ASTERIX數(shù)據(jù)類(lèi)型

ASTERIX數(shù)據(jù)帖格式如下圖：

圖1 ASTERIX數(shù)據(jù)帖格式

一條數(shù)據(jù)可以包含有多個(gè)目標(biāo)，每一個(gè)目標(biāo)都會(huì)有一個(gè)FSPEC字段和一個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)。數(shù)據(jù)區(qū)中包含的是目標(biāo)的位置、速度、高度信息了。

（1）CAT——數(shù)據(jù)種類(lèi)

u占用1個(gè)字節(jié)，表示ASTERIX數(shù)據(jù)的類(lèi)型，當(dāng)CAT=1時(shí)，表示ASTERIX數(shù)據(jù)為雷達(dá)航跡數(shù)據(jù)；CAT=3E時(shí)，表示ASTERIX數(shù)據(jù)為CAT062系統(tǒng)航跡數(shù)據(jù)；

（2）LEN——長(zhǎng)度

u占用2個(gè)字節(jié)，表示ASTERIX數(shù)據(jù)幀的總長(zhǎng)度。計(jì)算方法：數(shù)據(jù)長(zhǎng)度（LEN）= CAT字段（1Byte）+ LEN 字段（2Byte）+ FSPEC字段 + 目標(biāo)數(shù)據(jù)區(qū)長(zhǎng)度。如接收到的第2和第3個(gè)字節(jié)為0017，則第2及第3個(gè)字節(jié)的表示的十進(jìn)制數(shù)為0*256+23=23。表明整條數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度為23個(gè)字節(jié)。

（3）FSPEC——數(shù)據(jù)索引

數(shù)據(jù)索引長(zhǎng)度可變，長(zhǎng)度是整數(shù)個(gè)字節(jié)，每一個(gè)字節(jié)的最后一位是FX（拓展指示位)，當(dāng)FX=0時(shí)，表示FSPEC字段結(jié)束；當(dāng)FX=1時(shí)，表示其后仍有擴(kuò)展字節(jié)，即后續(xù)一個(gè)字節(jié)仍為FSPEC字段。如接收到的第4個(gè)字節(jié)和第5個(gè)字節(jié)為F784，“F7”為FSPEC的第一個(gè)字節(jié)，其最后一個(gè)比特位為1，表明第5個(gè)字節(jié)“86”為FSPEC的第二個(gè)字節(jié)，其最后一個(gè)比特位為0，表明FSPEC 字段結(jié)束。

用戶相關(guān)表UAP(User Application Profile)，每一種ASTERIX都有一張UAP表，UAP中包含了該類(lèi)型的ASTERIX數(shù)據(jù)所能傳輸?shù)牡挠械臄?shù)據(jù)項(xiàng)。包含序號(hào)(FRN)、字段代碼、字段描述及長(zhǎng)度四項(xiàng)。

FSPEC中每一個(gè)比特位與UAP表中的數(shù)據(jù)項(xiàng)按順序一一對(duì)應(yīng)。FSPEC的第n位取值為1時(shí)，表明在UAP中對(duì)對(duì)應(yīng)序號(hào)（FRN）的數(shù)據(jù)項(xiàng)是存在的。同理當(dāng)FSPEC的第n位取值為0時(shí)，說(shuō)明在UAP中對(duì)應(yīng)序號(hào)的數(shù)據(jù)項(xiàng)不存在。

表2 航跡信息用戶相關(guān)表

ASTERIX CAT001數(shù)據(jù)字段：

（1）Item I001/010，數(shù)據(jù)源標(biāo)識(shí)

長(zhǎng)度兩個(gè)字節(jié)。SAC：區(qū)域代碼，可以理解為國(guó)家代碼，每個(gè)國(guó)家的SAC代碼均不相同。SAC代碼用于區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)源來(lái)自于那個(gè)國(guó)家。中國(guó)的SAC代碼是16，十進(jìn)制為22。

SIC：目標(biāo)代碼，可以理解為雷達(dá)的編號(hào)。由管制部門(mén)分配，每一部雷達(dá)或ADS-B監(jiān)視設(shè)備均具有唯一的SIC編碼。SIC代碼用于區(qū)域數(shù)據(jù)來(lái)自那一部監(jiān)視設(shè)備。

（2）Item I001/020，目標(biāo)報(bào)告描述

長(zhǎng)度為1+字節(jié)，具體長(zhǎng)度根據(jù)FX確定，可以包含多個(gè)字節(jié)。主要內(nèi)容為飛行器的一些特性，如點(diǎn)跡航跡、實(shí)際目標(biāo)或仿真目標(biāo)、單SSR或單PSR或一二次合作，特殊位置識(shí)別碼SPI，緊急狀態(tài)碼。

（3）Item I001/030，告警錯(cuò)誤信息

長(zhǎng)度一個(gè)字節(jié)，是否有應(yīng)答誤碼、多徑干擾、旁瓣干擾、目標(biāo)分裂、二次應(yīng)答、虛假目標(biāo)或地面機(jī)動(dòng)目標(biāo)等信息。

（4）Item I001/040，極坐標(biāo)位置

長(zhǎng)度四個(gè)字節(jié)，包含距離和角度。方位從正北方開(kāi)始，順時(shí)針?lè)较?；距離單位為海里。該信息為最低有效位，例如：二進(jìn)制數(shù)0100 0001的最低有效位為L(zhǎng)SB = 0.1米，則其表示的距離為該值的十進(jìn)制值65 * LSB = 6.5米

（5）Item I001/042 直角坐標(biāo)位置

長(zhǎng)度為四個(gè)字節(jié)，通過(guò)極坐標(biāo)位置計(jì)算獲得，計(jì)算公式如下：

X = R * cos(90-theta)，Y = R * sin(90-theta)

（6）Item I001/050 模式2代碼，長(zhǎng)度兩個(gè)字節(jié)，軍用識(shí)別碼

（7）Item I001/060 模式2代碼可信度指標(biāo)，長(zhǎng)度兩個(gè)字節(jié)，

（8）Item I001/070 模式3代碼，長(zhǎng)度兩個(gè)字節(jié)，該代碼為二次雷達(dá)目標(biāo)代碼，自動(dòng)化系統(tǒng)顯示該代碼

（9）Item I001/080 模式3代碼可信度指標(biāo)，長(zhǎng)度兩個(gè)字節(jié)

（10）Item I001/090 模式C代碼，高度碼，長(zhǎng)度兩個(gè)字節(jié)。

（11）Item I001/100 模式C及可信度指標(biāo)，長(zhǎng)度四個(gè)字節(jié)，使用格雷碼表示。

（12）Data Item I001/120, 多普勒測(cè)量速度 ，長(zhǎng)度為一個(gè)字節(jié)，只有速度大小，沒(méi)有速度方向

（13）Data Item I001/130,點(diǎn)跡特征，長(zhǎng)度為一個(gè)字節(jié)。

（14）Data Item I001/131,接收信號(hào)強(qiáng)度，長(zhǎng)度為1個(gè)字節(jié)。

（15）Data Item I001/141,截?cái)鄷r(shí)間，長(zhǎng)度為2字節(jié)。

（16）Data Item I001/161,航跡號(hào)，長(zhǎng)度為2字節(jié)。

（17）Data Item I001/170,航跡狀態(tài)，長(zhǎng)度為1字節(jié)。

以泰雷茲雷達(dá)輸出航跡數(shù)據(jù)為例，數(shù)據(jù)內(nèi)容為01 00 17 F7 84 10 F9 A0 02 B4 49 B3 8E 98 06 B4 8B DC 00 2C 05 54 40。

第1個(gè)字節(jié)“01”，轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)是1，可知這是一幀ASTERIX CAT001系統(tǒng)航跡數(shù)據(jù)；第2、3個(gè)字節(jié)“00 17”為數(shù)據(jù)幀的長(zhǎng)度，占兩個(gè)字節(jié)，表明整條數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度為23個(gè)字節(jié)；第4個(gè)字節(jié)“F7”，為FSPEC的第1個(gè)字節(jié)，其二進(jìn)制數(shù)為表示為“1111 0111”，第八位為1則，說(shuō)明，F(xiàn)SPEC沒(méi)有結(jié)束，第5個(gè)字節(jié)“84”是FSPEC的第2個(gè)字節(jié)，其二進(jìn)制表示為“1000 0100”，第八位為0，說(shuō)明FSPEC結(jié)束，故在這一幀ASTERIX數(shù)據(jù)中，F(xiàn)SPEC字段有兩個(gè)字節(jié),為“F7 84”。第6到第23個(gè)字節(jié)是數(shù)據(jù)記錄區(qū)。

第6和7字節(jié)表示SAC=16,SIC=249,第8字節(jié)表示該數(shù)據(jù)為航跡數(shù)據(jù)，且為單二次雷達(dá)目標(biāo)，第9和10字節(jié)表示航跡號(hào)為：2*256+180=692；第11,12,13,14字節(jié)表示RHO = 18867 /128 =147.398NM = 272.982千米，THETA = 36504*360 / 2^16 = 200.52度；第15,16,17,18字節(jié)表示速度為：1716 / 16384 = 0.1047 NM/s =193.97 m/s，航向 = 35804 * 360 / 2^16 =196.6度；第19,20字節(jié)表示二次代碼為0054；第21,22字節(jié)表示高度為：1364 * 25 = 34100ft =10393.68m；第23字節(jié)表示二次雷達(dá)航跡

3.結(jié)束語(yǔ)

以上為CAT 001包分析的詳細(xì)方法和實(shí)例。CAT002和S模式的CAT034和CAT048的分析思路一致，再次不再贅述。分析數(shù)據(jù)的關(guān)鍵在于讀懂ASTERIX官方提供的說(shuō)明文檔，這樣就能夠很好的理解數(shù)據(jù)的含義，從而為雷達(dá)數(shù)據(jù)分析打好堅(jiān)定基礎(chǔ)。

[1]Steven Michael C．Secondary surveillance radar[M]．Artech House Boston and London．1988．

[2]王屹峰,牛磊．雷神雷達(dá)數(shù)據(jù)格式淺析[J]．空中交通管理,2008年第3期：1-4．