INDRA雷達S模式數據引接與解決方案

宋迪

摘要：為滿是INDCA雷達S模式數據引接要求，提高雷達數據轉發設備的處理能力，降低雷達傳輸設備及數據傳輸方式對雷達系統和空管自動化系統的潛在影響，確保自動化系統的安全、可靠、穩定運行和雷達數據的分析連續、實時傳輸通過對在用雷達數據轉發設備（BLACKBOX）的數據吞吐量的分析，闡述了該設備在傳輸S模式數據時丟包的原因。提出了數據轉換設備升級的指標要求，通過理論分析及現場測試，將國產化雷達通訊設備進行程序修改和硬件升級，使之成為數據轉換設備，以滿是S模式雷達數據的傳輸的時鐘同步和傳輸流量要求，具有較好的實際應用價值和借鑒意義。

關鍵詞：S模式;雷達數據轉發;時鐘同步;傳輸流量

一、引言

自動化系統作為空管指揮重要依據，對航管雷達數據傳輸的實時性要求很高，通常采用V.24、V.35、E1時隙等專線傳輸方式。而航管雷達系統內部設備則采用局域網協議互聯，因此在航管雷達內部局域網與雷達數據傳輸專線之間都配有數據協議轉換設備，實現以太網到通信專線網絡協議轉換功能和各種專線傳輸線路的接口適配功能。該數據協議轉換設備實現數據協議轉換和接口適配功能的同時還可以起到航管雷達內部局域網與外部系統隔離作用，相當于航管雷達系統局域網與外網的網關。本文通過詳細分析INDRA雷達的數據轉換設備，全面闡述INDRA雷達S模式數據引接中面臨的問題，探討解決方案。通過理論分析及現場測試，將國產化雷達通訊設備進行程序修改和硬件升級，使之成為數據轉換設備，以滿是S模式雷達數據的傳輸的時鐘同步和傳輸流量要求，具有較好的實際應用價值和借鑒意義。

二、數據轉換設備的功能和原理

（一）數據轉換設備的基本功能

1.數據轉換設備簡介

航管雷達數據轉換設備是雷達系統與航管自動化系統的連接設備，可實現雷達系統內網外網的網關功能;同時也實現航管自動化系統的數據接入功能。拓撲如圖1。設備邏輯組成架構如圖2.

從圖中可見，數據轉換設備在雷達系統中不是核心設備，但地位很重要，該設備一旦㈩問題，雷達數據將無法送出，雷達系統作用消失，所以共為雷達系統的可靠性瓶頸，同時也是雷達數據輸出流量瓶頸。例如，目前INDRA雷達系統在用的數據轉換設備（BLACKBOX）端口的最高波特率為19.2kbps，已無法滿址S模式數據的輸出流量。

2.數據轉換設備的功能

數據轉換設備用于INDRA雷達系統到自動化系統的數據引接，主要具有以下功能：

（1）實現各種傳輸層以下的數據通信協議轉換，比如，將lP協議數據轉換成HDLC同步數據、異步數據;將lP協議數據轉換成E1數據;將串口的同步、異步數據、E1數據轉換成IP數據;

（2）實現各種物理通信接口適配功能;

（3）實現各種雷達數據格式轉換，將專屬的雷達數據轉換成歐標數據等;

（4）實現雷達數據分發，將一路數據分路成多路數據輸出。

（二）數據轉換設備的基本工作原理

1.設備組成

數據轉換設備配置以下接口：

網絡接口：通常情況為2個，用于實現雙網熱備功能。

串口：一般為4個或8個，可以獨立設置為232或422電氣接口，可以獨立設置每個串口的時鐘模式。如：內時鐘或外時鐘;接口模式：如DTE或DCE模式;接口速率：如9600或64000等;可以獨立設置每個串口的鏈路層協議，如：HDLC協議或異步協議等。

2.數據轉換設計

（1）lP數據轉換成HDLC同步數據

IP數據幀結構圖如圖4所示。轉換設備與雷達處理系統采用UDP協議通信。

從IP數據中獲取的路由信息，包括目的地址、源地址、目的端口號、源端口號等。根據這些信息查鏈路配置表，選擇輸出端口，將數據封裝成HDLC幀，輸出。HDLC數據幀封裝。ISO/IEC 3309標準規定的HDLC的基本幀結構。

（2）HDLC數據轉換成IP數據

通過串口接收HDLC格式的雷達數據，計算x16+x12+x5+1的CRC多項式，校驗結果“F0B8”判為萜確幀。根據鏈路表，獲取該端口對應的IP源端口和目的端口號，源IP地址和目的IP地址，將數據組成UDP幀，通過RJ45網絡端口發送。

（3）IP數據轉換成異步串口數據

從接收到的IP數據中獲取路由信息和有效數據信息，查找鏈路表，獲取數據輸㈩的串口號。將數據封裝成異步數據。

（4）將異步串口數據轉換成IP數據

將接收到的異步數據字節祛除起始位、校驗位和停止位，取出數據。根據鏈路表，將異步數據組成IP數據幀，送網絡接口。

三、網絡通信與專線通信

（一）專線通信

目前航管雷達專線傳輸方式為KS232/422串口傳輸和E1時隙傳輸。

1.RS232串口定義及特點

RS-232C采用25腳D型連接器（含插頭/插座）作為DTE與DCE之間通信電纜的連接口如表1，但在實際進行異步通信時，只需9個信號即夠用，因此也可以采用9腳D型連接器。

串口數據傳輸在當前航管雷達傳輸領域應用最為廣泛，該傳輸方式優點是簡單、穩定可靠、通用性強，成熟，便于維修。缺點是：理論上RS232瑞口的傳輸速率不能高于128K，連接頭的尺寸較大，占用空間大，串口的傳輸距離有限，不超過15米，如果遠傳需要增加串口轉E1等設備，如VANGARD等。另外，采用同步串行通信方式，要求對時鐘引腳定義非常清楚，否則容易導致傳輸誤包。

根據不同的電氣標準、封裝模式，串口線纜的連接都是不一樣的，需要根據具體工作場景來連接，并且保證物理連接和界面配置的參數能夠吻合，否則將無法正常工作。

2.以太網口定義

以太網是當前應用最廣泛的網絡傳輸技術。常見的接口有：

10M：10base-T（銅線UTP模式）。

100M：100base-TX（銅線UTP模式）;100base-FX（光纖線）。

1000M：1000base-T（銅線UTP模式）;1000base-LX（單模光纖線）。

目前雷達系統內部通信采用以太網方式。

（二）專線傳輸與網絡傳輸方式比較

網絡傳輸協議的最大特點是底層無保障傳輸。如果將數據傳輸與交通類比，就較容易理解網絡通信與專線通信的特點。專線通信是指數據獨享通信線路，相當于城市的軌道交通（地鐵、輕軌等）。網絡通信是指多路數據共享通信線路，相當于城r盯的普通道路交通。因此，對于實時性要求很高的航管雷達數據傳輸，通常建議采用專線傳輸方式，每路數據獨享通信線路，而網絡通信不適用。網絡信道由于使用非常廣泛，因此建設成本低，在雷達系統內部各個設備之間采用網絡通信方式，是因為系統內部設備數量少，風險完全在可控范圍。

四、INDRA雷達S模式數據引接中的問題

INDRA雷達數據引接是指將INDRA雷達輸中的串口數據通過專用通信網絡送至各雷達用戶系統，如：自動化系統。使用過程中常見問題集中在以下兩方面：

（一）當前在用的數據轉換設備由于購置安裝時間較早，支持的輸出數據速率較低僅能滿址A/C模式雷達數據傳輸，無法滿是S模式雷達數據輸中要求，因此，當將雷達設置為S模式輸出時，存在大量錯包及丟包現象，雷達數據自動化系統無法使用。

（二）航管雷達數據具有很高的實時性，多采用同步數據傳輸方式，同步數據傳輸對時鐘要求很高。雷達需要采用自身的時鐘產生數據，進而輸出數據。由于遠傳的通信骨干網一般使用自身的時鐘接收數據，所以，盡管接口環節采用交叉或者直連線纜將時鐘物理隔離，但實際上轉換設備的輸入與輸出還是采用自己的時鐘，這種情況將導致周期性錯包。

五、解決方案及實際應用

經上文分析，我們對恩瑞特二次雷達配套的通信服務器（以下簡稱通信服務器）進行深入研究用以替代BLACKBOX，以解決INDRA雷達S模式數據引接問題。

通信服務器的8個串口為獨立功能口，利用通信服務器的分路功能，將其8個串口分成兩組，如圖9所示，上、下4個口各為一組。每組最左邊的第一個口作為輸入，其余3個口作為輸中。相通信服務器的每個串口最高可以支持128Kbps的數據傳輸，所以完全滿是S模式38 kbps的數據流量要求，而且還有很大余量。

我們通過修改和升級該通信服務器中DSP嵌入式軟件，將共通信協議修改成與INDRA雷達通信協議相匹配的協議。另外，由于通信服務器的每個串口都可以獨立配置成DTE或者DCE，獨立配置成內時鐘或者外時鐘，所以，無論與雷達瑞還是通信網端相連，都采用標準的V.24直連線纜即可，因此一致性很好，減少數據引接現場的工作量，避免由于人為焊線帶來的數據傳輸的可靠性風險。

通過修改DSP嵌入式軟件中的通信協議，為驗證效果，我們在貴陽磊莊雷達站、銅仁雷達站對通信服務器進行S模式雷達數據引接使用，目前使用效果良好，設備運行穩定。該力法對民航空管S模式雷達數據引接具有較好的實際應用價值和借鑒意義。