基于Python語言雷達信號覆蓋軟件的設計與實現

韓一帆

摘 要：提出一種基于Python語言的空管雷達覆蓋軟件，在面對單個雷達信號質量差需要調整雷達上下線以及參數問題上，該軟件通過數據模擬，推薦出最穩定的雷達上線數量、調整方案，從而避免出現掃描盲區，并且方便應急措施方案的制定與調整。

關鍵詞：雷達；空中交通管制；Python；雷達數據

中圖分類號：TN957 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）13-0026-02

當前，雷達在空中交通管制工作中有著不可替代的關鍵作用，其提供的雷達數據將直接傳到空管自動化系統中，起到發現目標、測量目標和跟蹤目標等重要作用。雷達通過發射無線電波掃描到目標，經過接收機接收返回信號，確定目標的位置。目前大部分空管自動化系統中采用的都是多雷達融合處理，但是單雷達信號質量仍舊會影響整個自動化系統的輸出信號質量，因此如何對雷達進行合理的參數調整以及上下線調整一直是保障部門的研究熱點。本文提出一個雷達信號覆蓋軟件，該軟件通過Python進行設計與實現。

1 雷達情況

目前，在空中交通管制中使用的雷達按工作方式可分為一次監視雷達、二次監視雷達。

一次監視雷達是一種依靠發射機產生電磁信號，由天線發射出去，然后通過接收機檢測電磁波的反射回波來獲得目標位置的電子系統，屬于獨立非協調監視雷達。根據電磁波在空間中以光速沿直線傳播這一物理理論，一次監視雷達通過計算發射信號與接收回波的時間差來獲取目標角度，通過天線波束的方向性來獲取目標角度。

二次監視雷達是一種需要機載應答機配合工作的協同監視雷達，發射機通過二次雷達天線發射頻率為1030MHZ的詢問編碼，機載應答機接收到這組訊問后會根據收到的編碼內容回復一組1090MHZ的應答編碼。

2 軟件的設計

本文將以北京區域管制中心為例展開軟件的設計與實現。

北京區域管制中心目前接入31部雷達。所有引接的雷達信號能夠有效地覆蓋管制人員進行空中交通管制的華北地區所有空域，大部分區域能夠做到3重覆蓋甚至更多重覆蓋。在引接雷達信號丟失或質量差時，可能會出現假信號、丟信號等問，會影響管制員正常交通管制。引發這些問題原因可能是多方面的，可能是雷達源的問題，也可能是傳輸設備的問題，也可能是系統融合處理與外界干擾的問題。

目前，由于有較多的保障和備份手段，在只有一路或少量的外地雷達信號丟失或無法提供正常數據時，可以由附近其它可重復覆蓋的雷達提供信號給管制員使用，基本能夠通過各種備份手段保證正常管制。當前，華北地區空域內大部分區域能夠做到3重覆蓋甚至更多重，但是仍舊有一些邊界區域是單雷達覆蓋或者是雙重覆蓋。比如在蘇尼特雷達的北部國境點附近，雖然呼和雷達可以掃描到P110這個點，但是在實際管制指揮中，這個位置主要還是依靠蘇尼特雷達。在遇到蘇尼特雷達停機時，這個位置只有呼和雷達可以覆蓋，在遇到航班流量大地時候，就有風險出現丟信號等雷達信號問題。因此在遇到一些雷達停機的問題上，本軟件可以直接清楚地告訴技術人員雷達信號覆蓋強弱，在雷達上下線時間問題上提供幫助。

此外，雖然大部分地區是3重覆蓋，且單部雷達信號質量差時，由于系統采用多雷達融合處理，可以由附近其他可重復覆蓋的雷達提供使用。但是仍然有些雷達會影響整個系統的信號輸出，例如武漢（WHU）雷達。由于該部雷達參數設置問題，導致系統進行多雷達處理融合時，會產生矢量線擺動，影響管制正常使用。由于華北地區空域武漢雷達覆蓋范圍內有襄樊和周口雷達覆蓋，因此將武漢雷達處于長期下線狀態。面對襄樊雷達或者周口停機時，此片區域又變成了單雷達覆蓋。

除此之外，面對雷達老化導致信號質量差時，往往會調整雷達覆蓋半徑縮小影響范圍，因而如何調整才雷達覆蓋半徑不會產生雷達盲區也是一個關鍵問題。以及新建機場建設雷達引接覆蓋以及新接雷達位置覆蓋問題都可以通過本軟件得到直觀的建議和方案。

將北京31部雷達的經度緯度覆蓋半徑、各個扇區的坐標劃分以及華北空域邊界點輸入，得到圖1。

圖1中，紅色框內代表華北地區空域，黃色切割線代表各個扇區。在圖1中可以看到很多藍色橢圓重疊在一起，即為雷達覆蓋區域。顏色深的區域至少三雷達覆以上，顏色淺的區域最多雙重覆蓋。通過圖1，可以清晰地看出華北地區空域各個地方雷達信號覆蓋強弱情況，在面對上述的問題中，可以通過調整輸入值從而得到新的雷達信號覆蓋圖。

3 軟件原理

雷達信號覆蓋軟件分為3部分。第一部分將雷達坐標、扇區劃分、以及華北空域的空域范圍定義輸入。通過以下代碼實現THALES系統內顯示的經度緯度值與為平面坐標的轉換：

lat（self，latlng）：

lat=float（latlng[0：2]）+float（latlng[2：4]）/60+float（latlng[4：6]）/（60*60）+float（latlng[6：8]）/（60*60*60）

return lat

lng（self，latlng）：

lng=float（latlng[9：12]）+float（latlng[12：14]）/60+float（latlng[14：16]）/（60*60）+float（latlng[16：18]）/（60*60*60）

return lng

第二部分將雷達具體經度、緯度以及掃描范圍參數輸入，實現雷達信號覆蓋范圍圖像。通過以下代碼將雷達掃描半徑即雷達掃描范圍轉換為平面坐標里面的橢圓形長半徑和短半徑：

#self.range=range/110.94/match.cos（math.radians（self.lat））

self.range=range

self.rangew=range/111.32/math.cos（math.radians（self.lat））*2

self.rangeh=range/110.574*2

第三部分為將第一部分第二部分內容畫圖出來。從而形成圖1最終效果圖。

4 軟件的實現與案例分析

在管制區域內盡可能保證三重覆蓋和雷達信號的更新。包括對一部雷達頂空盲區或設置的抑制區的三重覆蓋。對雷達作用半徑進行的調整要符合三重覆蓋的要求。

如圖2所示，這是對LUY洛陽雷達和XZH徐州雷達半徑進行調整之前的覆蓋示意圖。顏色深淺可以看出幾重覆蓋情況。如果現在因為減少XZH對東北部扇區的影響而減少XZH雷達的半徑。類似的，減少LUY雷達對西部扇區可能的影響縮減LUY雷達的半徑。

如圖3所示，在兩部雷達各自因為東部和西部扇區的原因而縮減作用半徑后，對中部扇區就會造成覆蓋不足的情況。所以區管范圍內的雷達覆蓋調整需要整體思考和調整。

5 結語

本軟件提供一種基于Python語言的雷達信號覆蓋軟件，本軟件界面簡潔，操作簡易，以及鮮明的顏色對比突出。雷達信號覆蓋軟件的設計與實現，能方便技術人員對于雷達信號出現的問題做出合理調整，避免出現雷達盲區等問題。目前該軟件僅在北京區域管制中心試運行，根據雷達信號覆蓋軟件的可靠性和適用性和通用性，也能進行推廣使用。

參考文獻

[1]陳明.華東地區THALES自動化系統雷達信號傳輸及其效果[J].空中交通管理，2007，（3）：14-15.

[2]榮思遠.管制員的“眼睛”-空管雷達[J].空中交通，2012，（5）：31-32.