Eurocat自動化系統(tǒng)ADS-B鏈路無法建鏈問題的分析及處理方法

周君

摘要：廣州區(qū)域管制中心在2019年11月19日將ADS-B信號接入Eurocat自動化系統(tǒng)后，ADS-B信號無法正常處理。對此，本文通過日志分析及實驗測試的方法，對故障進行調(diào)查，并最終解決了ADS-B信號無法在自動化系統(tǒng)正常建鏈的問題。

關(guān)鍵詞：ADS-B數(shù)據(jù);Eurocat自動化系統(tǒng);事件調(diào)查

中圖分類號：TP311.52 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2020）03-0029-04

1 設(shè)備故障現(xiàn)象

2019年11月19日，廣州區(qū)域管制中心Eurocat自動化系統(tǒng)進行ADS-B信號接入測試，在接入ADS-B信號30秒后，自動化系統(tǒng)監(jiān)控顯示ADS-B鏈路異常，鏈路狀態(tài)變?yōu)閒ailed，之后技術(shù)人員對鏈路進行斷開-重連操作，但故障現(xiàn)象仍未消除。ADS-B鏈路日志如圖1所示。

2 故障原因分析及驗證

2.1 故障原因推斷

根據(jù)圖1所示的日志截圖內(nèi)容，我們可得出以下信息：系統(tǒng)于18：24：11的時候出現(xiàn)告警信息SGWA_ADSB_SITE_MONITOR_ FAILED，該告警提示系統(tǒng)當前未收到ADS-B數(shù)據(jù)源的SITE MONITOR信號;之后，19：24：16系統(tǒng)判斷ADS-B數(shù)據(jù)鏈路故障，出現(xiàn)鏈路故障告警提示LINE_FAILED。

SITE MONITOR是設(shè)置在ADS-B地面站附近的固定地面目標，該目標會定時向ADS-B地面站發(fā)送位置報告，ADS-B地面站接收到SITE MONITOR的位置報告后，會根據(jù)該報告對系統(tǒng)進行位置校準。之后，地面站會將該SITE MONITOR目標的位置報告與航空器位置報告一起向外輸出[1]。

在Eurocat自動化系統(tǒng)中，下線配置文件中對每個ADS-B數(shù)據(jù)源的SITE MONITOR目標都進行了設(shè)定，包括SITE MONITOR位置信息、高度信息、應(yīng)答碼信息，自動化系統(tǒng)在收到該ADS-B數(shù)據(jù)源的SITE MONITOR信號后，會將該SITE MONITOR數(shù)據(jù)與下線定義的參數(shù)值進行比對，當若比對一致，則該ADS-B數(shù)據(jù)源的SITE MONITOR信號有效，當若比對一致或未收到SITE MONITOR數(shù)據(jù)，則該ADS-B數(shù)據(jù)源的SITE MONITOR信號不正常，數(shù)據(jù)源的SITE MONITOR狀態(tài)為failed。同時，通過Eurocat自動化系統(tǒng)技術(shù)文檔可知（如圖2所示），若系統(tǒng)連續(xù)30秒未收到當前ADS-B數(shù)據(jù)源的site monitor信號時，則系統(tǒng)判定該ADS-B數(shù)據(jù)源故障，數(shù)據(jù)鏈路變?yōu)閒ailed狀態(tài)。因此本次故障的原因為系統(tǒng)未收到ADS-B二級數(shù)據(jù)中心site monitor信號導(dǎo)致。

為了進一步驗證以上觀點，我們對廣州區(qū)域管制中心Eurocat自動化系統(tǒng)引接的ADS-B數(shù)據(jù)源進行分析。該數(shù)據(jù)源來自廣州ADS-B二級數(shù)據(jù)中心（以下簡稱二級中心），該數(shù)據(jù)中心引接了廣州本場7個地面站及中南地區(qū)9個數(shù)據(jù)站的ADS-B信號，通過對各個地面站及數(shù)據(jù)站送來的ADS-B數(shù)據(jù)進行解析、驗證處理后生成融合ADS-B航跡，并由數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)器通過輸出子網(wǎng)向Eurocat自動化系統(tǒng)輸出。其硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。

根據(jù)二級中心的設(shè)計理念，各個地面站的site monitor將被過濾調(diào)，因此再輸出ADS-B融合信號中并未包含site monitor信號，從而導(dǎo)致自動化系統(tǒng)出現(xiàn)異常告警提示。

2.2 實驗驗證推斷

為了驗證以上觀點，我們可以通過將基站ADS-B信號直接引入自動化系統(tǒng)測試平臺進行測試，由于基站信號中配置了site monitor信號，因此自動化系統(tǒng)也會收到該site monitor信號。

我們選定將西嶺地面站作為輸入站點，引解至Eurocat自動化系統(tǒng)測試平臺;其次，將自動化系統(tǒng)site monitor下線定義參數(shù)配置為西嶺地面站site monitor參數(shù)。接入后鏈路顯示正常，未出現(xiàn)任何告警提示。這充分證明了上文觀點，即本次故障原因在于二級中心未提供有效的site monitor信號輸出導(dǎo)致[2]。

3 解決方案設(shè)計

根據(jù)上文的分析，Eurocat自動化系統(tǒng)鏈路failed的主要原因在于二級中心未發(fā)送SITE MONITOR信號，若使二級中心能輸出符合要求的SITE MONITOR信號，則此故障可消除。要達到此目的，我們有以下兩種方案可供探討：

方案一，通過修改ADS-B二級數(shù)據(jù)中心代碼，使二級中心在輸出航跡報告的同時，也能夠輸出虛擬的SITE MONITOR報告;

方案二，設(shè)計獨立的信號發(fā)送軟件，該軟件與二級中心相獨立，其功能為：軟件部署在二級中心數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)器上，軟件開啟后，可通過組播方式，向Eurocat自動化系統(tǒng)發(fā)送虛擬SITE MONITOR報告。

對于方案一，因二級中心的核心功能是進行ADS-B航跡的驗證、融合處理功能，若通過修改代碼使其發(fā)送SITE MONITOR報告，則與二級數(shù)據(jù)中心的設(shè)計理念不符，可能會造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定等問題;對于方案二，它通過獨立的軟件實現(xiàn)，可在不影響二級中心數(shù)據(jù)處理功能的同時，滿足SITE MONITOR數(shù)據(jù)發(fā)送的需求，因此本文選擇方案二作為故障解決的方案。

為了解決自動化系統(tǒng)ADS-B鏈路故障問題，可通過從二級數(shù)據(jù)中心向自動化系統(tǒng)發(fā)送虛擬的site monitor信號，并使該信號數(shù)據(jù)與自動化系統(tǒng)下線參數(shù)一致。為此，我們需完成以下工作：

（1）site monitor信號格式解析;

（2）site monitor信號發(fā)送軟件的設(shè)計與開發(fā)。

3.1 ADS-B site monitor信號格式解析

ADS-B信號使用Asterix021數(shù)據(jù)協(xié)議對數(shù)據(jù)進行封裝，Eurocat自動化系統(tǒng)支持的版本為0.26，因此我們以Asterix021 v0.26格式進行分析。Asterix021數(shù)據(jù)包格式如圖4所示。其中CAT為標志位，ADS-B報告需將CAT設(shè)置為021，LEN為包長度，F(xiàn)SPEC為數(shù)據(jù)項標識，用來標記“items”項的位置，“record of item”則記錄了ADS-B報告的具體內(nèi)容[3]。

對于ADS-B的site monitor報告而言，需要在Item 040（Target Report Descriptor）項中，將bit-12（RAB）標志位設(shè)為0，該數(shù)據(jù)位為0表示該報告為SITE MONITOR報告，Item 040數(shù)據(jù)項描述如圖5所示。

3.2 SITE MONITOR信號模擬軟件開發(fā)

SITE MONITOR信號模擬軟件的作用是通過在數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)器上，按ADS-B信號輸出周期，向自動化系統(tǒng)發(fā)送ADS-B site monitor信號，從而模擬二級中心ADS-B site monitor信號輸出，使自動化系統(tǒng)接收到site monitor信號內(nèi)容。按照這一設(shè)計思路，我們需要完成的任務(wù)包括以下方面：

（1）將滿足一定要求的數(shù)據(jù)封裝在Asterix021 V0.26數(shù)據(jù)包中;

（2）通過組播協(xié)議，將該封裝好的Asterix數(shù)據(jù)包進行發(fā)送。

我們通過C語言完成軟件開發(fā)工作，軟件主要有以下模塊組成：參數(shù)配置及日志記錄模塊、Asterix 021數(shù)據(jù)幀封裝模塊、UDP包組裝及發(fā)送模塊，其中參數(shù)配置及日志記錄模塊負責配置參數(shù)的讀取及日志記錄;Asterix 021數(shù)據(jù)幀封裝模塊負責將配置參數(shù)封裝成Asterix 021數(shù)據(jù)幀;UDP包組裝及發(fā)送模塊負責將封裝好的SITE MONITOR報告通過UDP方式發(fā)送至Eurocat自動化系統(tǒng)。軟件架構(gòu)設(shè)計如圖6所示。

軟件部署在二級中心的數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)器上，并設(shè)置開機自啟動，軟件啟動后讀取參數(shù)配置文件并開啟發(fā)送定時器，配置文件中記錄了SITE MONITOR信號發(fā)送的周期、位置經(jīng)緯度、高度等信息，之后軟件將以上信息封裝至Asterix021數(shù)據(jù)幀中，待發(fā)送時刻到達，則將該SITE MONITOR信號發(fā)送至Eurocat自動化系統(tǒng)。軟件工作流程如圖7所示。

3.3 運行效果及安全評估

通過在二級中心的數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)器上運行SITE MONITOR發(fā)送軟件，Eurocat自動化系統(tǒng)可接收到SITE MONITOR數(shù)據(jù)報告，圖8為通過抓包軟件對輸出信號進行軟件抓包的截圖。

之后，我們將二級中心ADS-B信號進行接入自動化系統(tǒng)進行測試，測試過程中Eurocat自動化系統(tǒng)ADS-B鏈路正常，未再出現(xiàn)ADS-B鏈路failed告警，自動化系統(tǒng)航跡界面可正常顯示SITE MONITOR信號，如圖9所示。

最后，我們對該軟件進行長時間的運行測試，測試結(jié)果表明：軟件運行穩(wěn)定，未對現(xiàn)有系統(tǒng)運作造成影響同時解決了二級中心ADS-B信號無法正常建鏈的問題，達到了預(yù)期要求。

4 結(jié)語

本文對廣州區(qū)域管制中心ADS-B信號無法正常建鏈的問題展開深入調(diào)查，通過對二級中心工作方式及Eurocat自動化系統(tǒng)對SITE MONITOR信號處理機制的分析，最終確定了故障的原因;之后，根據(jù)實際情況提出了解決方案，并通過開發(fā)SITE MONITOR發(fā)送軟件，最終解決了ADS-B信號無法正常建鏈的問題，為廣州區(qū)域管制中心ADS-B的應(yīng)用打下堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻

[1] 呂小平.ADS-B技術(shù)介紹[J].空中交通管理，2005（6）：25.

[2] Thales ATM Pty Ltd NESACC EUROCAT-X System/Segment Specification[Z].EUROCAT-X Operating Manual.2019：20.

[3] Eurocontrol standard document for surveillance exchange，Part 12：Category 021 ADS-B Message，Edition 0.26[S].European air traffic management program，2011.

Abstract：After Guangzhou air control center connected ADS-B signal to EuroCat automation system on November 19， 2019， ADS-B signal could not be processed normally. In this paper， by means of log analysis and experimental test， we investigate the fault and finally solve the problem that ADS-B signal can not build a normal chain in the automation system.

Key words：ADS-B signal;EuroCat automation system;investigation