空管自動化系統(tǒng)接收雷達信號異常情況分析

張漪嵐

摘要：空管自動化系統(tǒng)作為民航空管部門實施對空指揮的核心系統(tǒng)，通過處理雷達信號等監(jiān)視數(shù)據(jù)，為管制員提供空中飛行態(tài)勢的顯示和各種飛行沖突的實時情況。空管自動化系統(tǒng)對雷達信號的質(zhì)量有著要格的要求，當(dāng)空管自動化系統(tǒng)接收雷達信號異常時，將影響管制員的對空指揮，給日常工作帶來極大安全隱患。本文詳細闡述了空管自動化系統(tǒng)接收雷達信號的過程及雷達信號異常情況分析。

關(guān)鍵詞：空管自動化系統(tǒng);雷達信號處理

空管自動化系統(tǒng)通過處理接收到的雷達數(shù)據(jù)，為管制部門提供準(zhǔn)確的航空飛機的具體飛行狀態(tài)，其中包括：航向、高度、航速、航班號等信息，使管制人員對飛機在整個飛行過程中存在的各種沖突和異常加以明確，能夠及時有效地處理突發(fā)類事情。就目前我國在用的空管自動化系統(tǒng)種類很多，以北京區(qū)管中心為例，主用系統(tǒng)采用THALES系統(tǒng)，備用系統(tǒng)采用南京28所系統(tǒng)。當(dāng)空管自動化系統(tǒng)接收雷達信號異常時，會出現(xiàn)丟失飛機目標(biāo)、假飛機目標(biāo)，大面積丟失扇區(qū)的現(xiàn)象，給管制指揮及日常工作帶來了極大的隱患，本文詳細闡述了空管自動化系統(tǒng)接收雷達信號的過程及雷達信號異常情況分析。

我國現(xiàn)階段的雷達傳輸方式主要是通過租用運營商2M中繼鏈路，經(jīng)過路由器或PCM設(shè)備實現(xiàn)遠距離傳輸。如下圖所示：

根據(jù)日常的運行維護中遇到的各種故障進行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，影響自動化系統(tǒng)接收雷達信號異常的因素主要有一下幾個方面：1、雷達源信號質(zhì)量問題 2、中繼運營商鏈路問題3、傳輸設(shè)備的問題 4、自動化系統(tǒng)問題，下面將分別詳細闡述這4個方面。

一、雷達源信號質(zhì)量問題

隨著近年來民航業(yè)的飛速發(fā)展，航班量的迅猛增加，雷達設(shè)施設(shè)備已經(jīng)滿足不了現(xiàn)有行業(yè)發(fā)展，需要加裝新型雷達滿足對所轄空域的覆蓋，此外維護人員對雷達設(shè)備設(shè)施維護的不到位也會有問題的雷達信號源。如鄭州某部雷達信號，在50KM外雷達信號就會不準(zhǔn)確，固定反射假目標(biāo)，傳輸至自動化系統(tǒng)就會產(chǎn)生假信號或信號分裂，對管制指揮造成影響。如濟南某部雷達，產(chǎn)生磁偏角，雷達源數(shù)據(jù)也無法使用。因此，加裝新型雷達，滿足空域覆蓋要求十分有必要。

二、中繼運營商鏈路問題

（一）中繼運營商鏈路質(zhì)量問題

雷達信號傳輸主要依賴中繼運營商的服務(wù)，實現(xiàn)遠距離傳輸，運營商2M專線的穩(wěn)定性在雷達信號傳輸中就尤為重要。據(jù)不完全統(tǒng)計，自動化系統(tǒng)接收雷達信號異常故障中有50%以上為運營商鏈路問題引起的。下面以北京區(qū)域管制中心引接鄭州2雷達信號為例，通過HCT8810儀表進行GPS時鐘校后，進行雷達延時測試，測試結(jié)果如圖一所示：

分析： 鄭州INDRA vanguard路由整體延時穩(wěn)定在60-120ms，但存在一些突發(fā)延時增大至750ms后持續(xù)較短時間后立刻恢復(fù)的情況，延時增大原因疑似為運營商的中繼鏈路在某一時刻存在較大抖動。2M專線出現(xiàn)鏈路抖動，時延時，會對雷達數(shù)據(jù)造成數(shù)據(jù)包丟失，數(shù)據(jù)包錯誤，數(shù)據(jù)包延時等。空管自動化系統(tǒng)對雷達信號傳輸有著嚴(yán)格的要求，雷達信號延時不能超過1s，并且自動化系統(tǒng)是多雷達信號融合，單個雷達信號出現(xiàn)問題就會影響到多雷達信號融合，對管制造成影響。

（二）傳輸環(huán)節(jié)復(fù)雜問題

雷達信號傳輸路由復(fù)雜也會造成自動化系統(tǒng)接收雷達信號異常。以鄭州2雷達為例，鄭州2雷達送往北京區(qū)管中心的雷達信號有2個路由，一種是從雷達站先經(jīng)航管樓在通過本地區(qū)傳輸網(wǎng)傳輸?shù)綇V州落地，再通過聯(lián)通2M傳到北京區(qū)管，另外一種是從雷達站直傳到北京區(qū)管。如圖二所示：

我們使用測試儀表HCT8810，校時后對雷達信號做雷達延時測試，測試數(shù)據(jù)如表一所示：

分析：該路由在測試時段內(nèi)，鄭州INDRA雷達站至鄭州航管樓傳輸延時平均2295.9ms，鄭州航管樓至廣州區(qū)管傳輸平均延時為268.2ms（2564.1-2295.9），廣州區(qū)管至北京區(qū)管傳輸平均延時為143.5.ms（2707.6-2564.1），該路由本身鄭州INDRA雷達站至鄭州航管樓延時過大，造成累計傳輸至北京區(qū)管的時延增大。

分析：該路由為鄭州2雷達至北京區(qū)管中心得直傳路由，不存在鄭州航管樓和廣州區(qū)管中心兩個測試點，測試結(jié)果平均延時100.8ms，所以基本確定該路由傳輸各環(huán)節(jié)延時數(shù)據(jù)正常。

由表中數(shù)據(jù)我們可以看出，傳輸環(huán)節(jié)越多，傳輸延時就越大，故障發(fā)生的幾率就越大，自動化接收雷達信號異常的可能性也就越高。所以盡可能的縮短傳輸路徑至關(guān)重要。

三、傳輸設(shè)備的問題

雷達數(shù)據(jù)傳輸通常由路由器或PCM傳輸，以北京區(qū)域管制中心為例，在用傳輸設(shè)備為VANGUARD路由器，該路由器中繼端口全部使用Annex_G的協(xié)議 在Annex_G的協(xié)議中，其采用的是X.25機制，在數(shù)據(jù)鏈路層將握手、流控、重傳功能全部實現(xiàn)。在Annex_G協(xié)議下，有congestion control mode擁塞控制模式參數(shù)，當(dāng)擁塞控制參數(shù)較低時，在短時間內(nèi)飛機增加的情況下，會造成雷達數(shù)據(jù)包增加，導(dǎo)致數(shù)據(jù)包擁塞甚至數(shù)據(jù)包的丟包，自動化處理雷達數(shù)據(jù)異常，最終導(dǎo)致雷達信號不正常顯示情況，對管制造成影響。

以洛陽雷達為例，使用HCT8810儀表測試洛陽雷達信號24小時，結(jié)果如圖三所示：

分析：測試數(shù)據(jù)顯示，洛陽雷達在上午08：50-09：30，下午13：30-14：30存在時延高峰，高峰時最大延時2.6s-4.8s，懷疑因航班量大、數(shù)據(jù)包多造成傳輸數(shù)據(jù)量過大，一旦數(shù)據(jù)量超過傳輸鏈路設(shè)置的最大傳輸能力，數(shù)據(jù)會在路由器內(nèi)緩存造成輸出數(shù)據(jù)存在較大傳輸延時。

在測試期間，協(xié)調(diào)洛陽雷達站立即對其雷達信號分配器時鐘速率進行調(diào)整，由9600 bit/s調(diào)整為19.2K bit/s，延時隨即降低。受洛陽雷達站要求，測試后將時鐘速率改回9600bit/s。如圖四所示：

根據(jù)《空中交通管理二次監(jiān)視雷達設(shè)備技術(shù)規(guī)范》（MHT4010-2006）4.12.2數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)采用HDLC協(xié)議，輸速率可設(shè)置為9.6Kbs，19.2Kbs，38.4Kbs，64Kbs。

二次雷達在使用S模式運行且CAT34/48協(xié)議輸出時，經(jīng)測算：一個目標(biāo)50字節(jié)，加入每個目標(biāo)每次輸出3個BDS信息（共25字節(jié)），雷達周期4秒，一個CAT34服務(wù)信息報文15字節(jié)，一個旋轉(zhuǎn)周期32個扇區(qū)報和一個正北報文，如果檢測到100個目標(biāo)情況下需要[（50+25）*8/4=15990=15.9K（bit/s），因此19.2K的帶寬在航班量不大的時候僅僅能夠使用，當(dāng)目標(biāo)數(shù)超過100架次，傳輸速率仍為19.2Kbs時，雷達輸出后，傳輸設(shè)備傳輸速率小于或等于19.2Kbs時，數(shù)據(jù)包就會堆積，數(shù)據(jù)出現(xiàn)延時，甚至丟包，這樣會造成自動化系統(tǒng)信號航跡矢量線異常擺動和丟失目標(biāo)的現(xiàn)象。所以，在以后的雷達源參數(shù)設(shè)置及傳輸設(shè)備參數(shù)設(shè)置時，應(yīng)盡可能的增大傳輸速率，這將有效避免因為傳輸速率不足造成自動化系統(tǒng)接收雷達信號數(shù)據(jù)異常。

四、自動化系統(tǒng)問題

隨著民航業(yè)的發(fā)展，自動化系統(tǒng)版本也在不斷升級，其對雷達信號處理的過程也越來越細致。在這里，我們同樣需要設(shè)置一下參數(shù)對雷達數(shù)據(jù)進行修正。如多雷達處理算法中，每部雷達測量飛機的位置時，在方位角和距離上存在一定的偏差。因此采取對雷達數(shù)據(jù)需要進行一定的BIAS補償，使其更趨近于飛機的實際位置。方位角和距離的補償值有兩種模式，一種是手動模式，即設(shè)定一個固定值的BIAS數(shù)值，在融合計算時始終按此值進行補償;另一種是自動模式，即依靠系統(tǒng)中算法固定周期選取10個點跡報告，計算一次BIAS數(shù)值，作為動態(tài)調(diào)整的參數(shù)。BIAS數(shù)值的選取不合理會導(dǎo)致對此雷達信號修正的不準(zhǔn)確，進而當(dāng)系統(tǒng)航跡使用此雷達航跡更新會不準(zhǔn)確，繼而造成矢量線擺動或者假信號的問題。因此，在自動化系統(tǒng)中，我們要認真配置這些參數(shù)，避免因系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置問題影響自動化系統(tǒng)的運行。

五、結(jié)束語

空管自動化系統(tǒng)將隨著民航業(yè)的技術(shù)進步而不斷升級，其對雷達信號質(zhì)量要求也會越來越嚴(yán)格。我們會不斷尋求解決雷達信號問題的方式方法，為今后的民航空管設(shè)備運行提供強有力保障。

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