民航二次雷達無時標數據時延監控研究

王文秀

（民航內蒙古空管分局，內蒙古呼和浩特，010070）

0 引言

目前，全國范圍內仍有一定數量不帶NTPS（網絡時鐘協議服務器）的老舊雷達正在服役，這些雷達輸出的目標報告中沒有GPS時標。自動化系統會根據接收到目標報告的時間和間隔判斷雷達數據的有效性并參與融合計算。如果雷達頭傳輸至終端自動化系統間的數據鏈路出現長時間累計延時，雖然每次接收到的數據延時都在可接受范圍內，但是延時在每次接收中均存在，長時間的積累就會將延時放大，超過可接受范圍。最終導致自動化系統多雷達融合出現錯誤，產生大面積目標分裂或者偏移，影響管制指揮。因此，需要設計一種監控方案，可對無時標雷達數據的時延情況進行監控，及時上報告警或丟棄不可用的雷達數據。

1 雷達數據時延監控方案

分析雷達數據出現劣化，如丟包、延時、抖動過大等產生的原因，可歸納為以下兩個方面：

（1）傳輸造成的時延，如在傳輸接口鏈路、轉發過程、切換環節引起的傳輸質量問題或運營商鏈路由于常規維護、頻繁割接和本身的故障造成的傳輸質量問題。

（2）雷達自身的原因，如雷達頭本身在錄取、編碼處理時，造成的正北幀丟失，扇區不連續，數據包緩存過大等。

因此，針對無時標雷達數據時延的監控方案，可以從兩個方面實現：一是為雷達數據打上時標，這又可分為對雷達原始數據加時標進行監控和新增一路帶時標的雷達基準數據用作比對；二是在雷達數據進入自動化系統前，對其進行質量分析進而觸發告警剔除異常數據。

2 監控方案的實現

■2.1 方案一：監控加時標的雷達原始數據

目前，絕大多數老舊雷達輸出ASTERIX和ALENIA MP2格式雷達數據。標準ASTERIX格式雷達數據具備時間數據項內容，僅需在雷達頭將GPS時間按照標準ASTERIX格式要求加入雷達數據中即可。ALENIA MP2格式雷達數據沒有定義時間數據項內容，如果需要增加時間數據項需要轉換為ASTERIX格式雷達數據送自動化系統處理；或者保持原數據內容不變在雷達頭輸出數據中額外增加時間數據項內容，傳輸至終端判斷有效性后，再去除時間信息送自動化系統，如圖1所示。

（1）雷達頭系統輸出的HDLC協議原始雷達數據通過協議轉換器轉為TCP/UDP協議被數據處理系統接收。

（2）數據處理系統從NTPS獲取GPS時間并將原始雷達數據解碼，打上時標，再重新編碼為雷達數據。

（3）帶時標的雷達數據最后通過協議轉換器轉換回HDLC協議，經過傳輸網接入自動化系統。

■2.2 方案二：監控雷達數據傳輸網

為實現對雷達數據傳輸網的監控，需新增一路雷達數據，為其打上時標作為基準雷達數據，并與原始雷達數據一同由傳輸網傳送至終端。通過比較基準雷達數據與原始雷達數據，判斷原始雷達數據質量是否可被接受。

（1）雷達站放置的數據采集單元，可通過GPS/BD天線或雷達站內部時間服務器獲取精準的時間信息。

（2）數據采集單元從雷達站的A/B路分配器上分別引接2路原始雷達信號A-3路和B-3路，為2路信號分別打上時間戳，作為基準監測數據，壓縮后進入傳輸設備。

（3）雷達站的A/B路分配器上的原始雷達信號A-1路、A-2路、B-1路和B-2路，作為主備通道數據接入傳輸設備，同基準監測數據一起經過傳輸網傳送至ACC的數據采集中心。

（4）數據采集中心可通過GPS/BD天線獲取精準的時間信息，并對原始雷達信號A-1路、A-2路、B-1路和B-2路打上時間戳。

（5）有時間戳的原始雷達信號和基準監測信號將被上傳到數據處理服務器進行數據的基準比對，A-3路與A-1路和A-2路比對，B-3路與B-1路和B-2路比對，得出每一路雷達數據的時延、丟包率和時延變化等信息。

圖1

數據采集單元除了給雷達原始數據打上時間戳之外，同時對正北幀和扇區幀進行監測、統計和匯總，以此能夠實時定位到底是雷達頭還是傳輸引起的雷達數據錯誤；同時，經過一段時間的運行之后，數據處理服務器可建立相應的數據模型，當監控信道的基準監測信號出現問題時，數據處理服務器可以將某一時刻接受的雷達數據同系統統計得出的雷達數據進行比對，得出某一時刻的雷達數據的時延、丟包率和時延變化等信息。

■2.3 方案三：監控雷達終端數據質量

在雷達數據進入自動化系統前，通過信號檢測系統對其進行質量分析與監控，判斷數據質量是否符合要求，并上報告警。檢測系統應至少包括數據引接部分、數據處理分析部分、數據顯示和監控部分；另信號檢測系統亦可通過移動終端接入分析。如圖2所示。

（1）數據引接部分能接收引接到系統的各種監視信息，包括 Thales、Raytheon、Indra、ADS-B、MLAT等符合ASTERIX規范格式的雷達信息，也包括符合Alenia、中國民航MH/T 4008-2000規范等常見格式的雷達信息，各雷達的信息可以為點跡或航跡，可為一次或二次，也可為一二次聯合信息。

圖2

（2）數據處理分析部分可實現監視數據的處理，并在監視數據處理結果的基礎上，對原始信息、處理結果、過去歷史、告警標準進行對比，分析各個監視源各個時段、各個區域、各個高度層、各個掃描區的軌跡，為用戶提供幫助。針對于無時標的雷達數據，進行分級處理：第一步，對兩個通道的數據進行實時比對處理，當有位置異值（VSP）時，告警提示這部雷達雙通道的數據有問題；第二步，將這兩個通道的數據與同一區域其他雷達的綜合航跡數據作比對，分析定位哪個通道的數據有問題，便于用戶排故。

（3）數據顯示和監控部分可實時統計和顯示雷達質量，統計的內容包括每周期接收的數據幀總數、每周期出現的錯幀數、每周期丟失的扇區數、每周期更新的目標信息數（包括一次航跡/點跡數、二次航跡/點跡數和一二次聯合航跡/點跡數）等，并為用戶提供查詢接口，方便用戶按不同維度對雷達數據進行查詢。

3 結束語

通過對雷達原始數據加時標進行監控、比對帶時標的雷達基準數據和雷達原始數據，以及監控和分析在進入自動化系統前的雷達數據都可實現對無時標雷達數據時延的監控，但三種方案各有優劣。

對雷達原始數據加時標進行監控最容易實現，但是該方案不能定位是由傳輸引起的雷達數據質量劣化還是雷達頭自身數據存在問題；比對帶時標的雷達基準數據和雷達原始數據，即監控雷達數據傳輸網，可實現對每一路雷達和雷達傳輸鏈路的監控，但是僅能實現對時延數據的判斷，無法判斷雷達數據的正確性和可靠性，無法過濾“臟數據”；通過信號檢測系統以監控和分析進入自動化系統前的雷達數據，可實現對雷達數據的正確性和可靠性的判斷，但檢測系統的功能在于“發現問題，及時告警”，對于問題數據如何處理還有待進一步完善，此外，該系統一旦接入傳輸網和自動化系統之間，系統的健壯性、穩定性和高性能也是不可忽視的重要因素。

三種監控方案各有側重，實際實施時，應根據自身的需求，即可單獨使用某一方案，也可將不同的方案組合實施，以實現對無時標雷達數據時延的監控。