淺談當前民航空管傳輸網絡發展必要性

陳 祎

（中國民用航空華北地區空中交通管理局，北京 100621）

1 S模式雷達信號的應用必要性

首先，讓我們共同了解二次雷達的工作原理。在T0時刻，地面二次雷達向空中發射兩種電磁脈沖，飛機應答機在收到這兩種電磁脈沖后，根據兩個脈沖間的時間間隔，判斷出地面二次雷達想知道飛機的什么信息。當兩個脈沖間的時間間隔為8微秒時，表明地面二次雷達想知道飛機的身份信息，飛機上的應答機就會把自己的身份信息發送出來，這就是A模式。當兩個脈沖間的時間間隔為21微秒時，表明地面二次雷達想知道飛機的高度信息，飛機上的應答機就會把自己的高度信息發送出來，這就是C模式。AC模式雷達信號便是向空管部門提供了飛機的身份識別信息和高度信息。然而，AC模式的弊端在于，當飛機比較多的時候，尤其是如果兩架飛機離得比較近，這兩架飛機幾乎同時收到地面二次雷達發射的電磁脈沖，也就會幾乎同時做出應答，地面二次雷達就幾乎同時收到兩架飛機的應答信號，地面二次雷達就無法分辨這些應答。造成管制無法準確掌握轄區航班的飛行狀態。

為了解決這個問題，新推出了S模式雷達，它的基本思想，就是為每架飛機配置一個全球唯一的代碼，這個代碼是24個bit，配置在機載應答機里面。這就類似于計算機的MAC地址。地面二次雷達在發射電磁脈沖的時候，發射的電磁脈沖里面攜帶有某架飛機的24bit地址碼，飛機收到地面二次雷達的電磁脈沖后，將其中的24bit地址碼跟自己的24bit地址碼比對，如果發現一致，就做出應答，如果不一致就忽略。此外，利用S模式監視飛機的空域，其安全間隔會大大減小。ICAO對于雷達管制的規定是每個小時同高度允許48架飛機通過（間隔約5海里）。同時，雷達數據的實時性，管制員可以隨時在雷達顯示屏上監控飛機的當前位置，即使存在風與其他因素的影響，飛機位置發生突然變化，管制員也能從雷達顯示屏上隨時知道，從而大大增強了飛行安全性。

2 兩種模式雷達信號傳輸需求

筆者在雷達信號傳輸質量監測工作中統計了大量基礎數據，并以此得出，在同一部雷達覆蓋范圍內相同航班量時，采用S模式工作所產生的雷達信號數據包大小約是AC模式工作下數據包大小的3倍。當前民航用于傳輸雷達信號的網絡帶寬均值為19.2Kbps/s，以一個航班量較多的時刻舉例，每秒鐘收到的數據包大小約為14Kbps/s，其對當前傳輸帶寬的利用率高達72%（如圖1、圖2所示）。

圖1 某一航班量較大時段的雷達信號數據量輸出

圖2 帶寬利用率峰值

當前的網絡傳輸機制，是當帶寬利用率達到100%后，超過傳輸負載的數據仍得以繼續傳輸，但需要在網絡通道中進行排隊。目前，民航華北地區采用的雷達監視自動化處理系統是由澳大利亞生產的THALES系統，其官方給出的信號傳輸時延需求為平均時延不超過1S或時延峰值不超過1.5S，因該系統是將多部雷達對同一空域范圍內相同航班目標的位置進行參數融合計算，某一部雷達信號傳輸時延過大，則將導致雷達監視屏幕中使得相同目標出現在不同位置，即出現雷達信號分裂，這將極大干擾管制工作的開展。當該現象頻繁發生時，管制將采取流量控制手段，保障當前空域的安全。

因此，雖然S模式雷達雖有助于提高空中交通管制安全保障性，首當其沖需要解決的便是網絡傳輸帶寬的擴容。

3 網絡傳輸發展面臨的問題

近年來，隨著民用航空業發展的需求，新機場建設并與2019年正式竣工通航，航班量勢必增加，為加大空管保障力度，S模式雷達信號的推廣應用勢在必行。

然而網絡傳輸帶寬的調整并非如水龍頭開關一般隨意調整，它受限于軟、硬件配置。當前用于雷達信號傳輸網絡的設備紛繁復雜，其網絡構架由光端機、路由器、信號復用器、協議轉換器等設備組成，需要整體提升網絡傳輸帶寬，需要綜合考慮各個傳輸節點設備的帶寬上限值以及核心設備的總體流量負載。目前，部分信號復用器的傳輸帶寬限制在19.2Kbps/s，以此便限制了網絡傳輸帶寬的擴容。

目前，為解決這一問題，民航通信網的建設正緊鑼密鼓的開展當中，全網統籌考慮并滿足S模式雷達信號傳輸帶寬需求，在全國將建設—級節點2個，分別設置在北京和上海網控中心；二級節點14個，設置在7個地區空管局、7個區域管制中心；三級節點37個，設置在37個空管分局（站）；四級節點237個，設置在民航局、民航局空管局、北京應急通信容災中心（十里河）、廣州老白云空管通信樓、廣州終端管制中心、上海終端管制中心、珠海進近、三亞區管及上海浦東機場航管樓、上海虹橋機場航管樓、首都機場航管樓、成都老航管樓、烏魯木齊航管樓、7個地區管理局、41個監管局、9個地區空管局同城機場（含拉薩）、167個民航地方機場。在各級節點分別配置了對應等級的傳輸設備。為S模式雷達乃至更高的空管數據傳輸需求做好基礎保障。