并行處理技術在場監雷達錄取器中的應用

摘" 要：場監雷達系統對錄取器的實時性要求高，而場監雷達系統中數據量大、數據類型多、數據處理復雜。并行處理技術可在有限時間內高效地完成處理任務，是錄取器的核心技術之一。該文針對場監雷達系統錄取器的業務內容，將數據接收、數據分析、航跡生成、視頻數據及航跡數據分發等業務劃分至不同的線程。其中，雷達數據處理算法較為復雜，使用多個線程同時處理雷達數據可大幅提升算法效率。將并行處理技術應用于場監雷達錄取器中，保障系統的實時性。

關鍵詞：并行處理；多線程；錄取器；場面監視；軟件工程

中圖分類號：TP311.5" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2025）07-0192-05

機場地面運行中不可避免地存在飛機與飛機、飛機與車輛之間的沖突，可能出現的地面交通擁擠混亂將導致機場運行效率和安全保障水平下降。機場的飛機起降架次急劇增長，導致在復雜的機場環境管理飛機和地面服務車輛的困難度日益增加，成為機場地面指揮管理中急需解決的問題。此外，由于氣候、目視條件等因素，在低能見度和視線被遮擋的情況下，塔臺和停機坪的管制指揮工作僅依靠目視指揮和管理地面交通將有較大的難度。場監雷達[1]可以實現機場區域監視，進而合理規劃地面交通，為機場在低能見度下運行提供可靠保障。

錄取器與監控軟件是場監雷達系統的核心[2]。錄取器負責雷達信號處理、設備狀態數據處理、視頻及航跡數據上報、設備控制、日志記錄和備份切換等功能。監控軟件用于顯示視頻及航跡、設備狀態、設置參數和顯示日志等。

錄取器功能多、數據量大、計算量大，實時性、穩定性要求高，特別是雷達數據處理算法復雜度高，錄取器的實時性和穩定性是必須要解決的一大難點。

隨著硬件的升級，計算機核心數迅速增加，系統設計中并行處理技術應用越來越廣泛[3-4]。多線程技術是并行處理技術中的典型，相比單線程，開啟多個線程可更高效地利用計算機多核資源，大幅提升處理能力。

本文介紹了并行處理技術在場監雷達錄取器中的應用。使用并行處理技術將錄取器的業務劃分至不同的線程執行，特別是使用多個線程執行雷達數據處理算法，將雷達數據進行分塊處理，有效提高了錄取器及場監雷達的運行效率。

1" 場監雷達系統介紹

場監雷達是機場區域合理規劃地面交通管制的一個有效工具，實現機場區域監視和合理規劃地面交通的功能，是實現機場低能見度運行的基本條件，在國內外大型機場的運行中得到了廣泛的應用。在“先進的場面引導和控制系統（Advanced-Surface Movement Guidance and Control System-A-SMGCS）”[5]中，場監雷達的監視功能是其最為核心的功能，也是實現其他功能的前提。

1.1" 場監雷達系統架構

場監雷達系統架構如圖1所示。

場監雷達由天線、轉臺、雷達、錄取器及監控系統組成。其中雷達與錄取器雙通道互為備份，監控系統包含本地監控與遠程監控。

雷達A/B產生波形，經過信道從天線發射出去。目標反射信號從天線經由波導，再由信道上報到雷達A/B。錄取器接收到雷達A/B的數據后進行數據處理，生成視頻數據及航跡數據后上報到監控系統（本地監控、遠程監控）及自動化系統。

1.2" 錄取器簡介

錄取器是場監雷達系統的核心，其功能如下。

1.2.1" 雷達原始數據接收功能

錄取器可接收雷達上報的雷達原始數據，其數據量每秒可達幾十兆字節。

1.2.2" 雷達原始數據處理功能

錄取器通過執行雷達數據處理算法[6]將雷達原始數據處理成為可供航跡生成模塊使用的數據。雷達數據處理算法較為復雜，時間復雜度高，其運行效率是錄取器的一大難點。

1.2.3" 視頻及航跡數據上報功能

錄取器能夠向指定的IP和端口通過標準以太網接口或光纖接口上報視頻及航跡數據。

1.2.4" 設備狀態接收及解析功能

錄取器可接收雷達上報的設備狀態信息，檢測雷達系統中各功能模塊運行是否正常，并將狀態信息上報到監控軟件。

1.2.5" 設備參數控制功能

錄取器可接收本地監控、遠程監控軟件下達的控制命令，并將控制命令下發到雷達進而控制系統中各設備工作。

1.2.6" 日志記錄功能

錄取器可記錄系統日志信息，日志類型包括設備狀態日志和用戶操作日志等。

1.2.7" 備份切換功能

錄取器具備響應手動切換和自動切換的能力。正常情況下，系統中僅有一個錄取器在進行雷達數據處理。當前正在進行數據處理的錄取器發生異常時，另一個錄取器可立刻進行補位，無縫接入系統。

1.2.8" 遠程維護等其他能力

錄取器數據流向如圖2所示。

錄取器具有數據類型復雜、雷達處理算法實時性要求高、功能多樣的特點。

1）數據類型復雜。錄取器與雷達之間需傳輸3路數據（狀態、控制、雷達原始數據），與本地監控、遠程監控之間需傳輸5類共10路數據，與自動化系統之間需傳輸2類至少10路數據（視頻數據不少于5路，航跡數據不少于5路）。

2）雷達處理算法實時性要求高。雷達原始數據量大、傳輸速度快，每秒可達幾十兆字節。而要生成高質量航跡，雷達處理算法復雜度較高。

3）功能多樣。錄取器具備10余種功能，其中大部分功能實時性要求高，如雷達原始數據接收、雷達原始數據處理、設備狀態處理等功能。

基于以上錄取器的特點，在錄取器中應用并行處理技術，以保障錄取器實時性。

2" 并行處理技術的應用

2.1 雷達原始數據接收與處理分離

雷達每秒向錄取器傳輸360°雷達原始數據，其數據量每秒可達幾十兆字節。若將雷達原始數據的接收和處理串行，可能由于雷達原始數據處理較為復雜導致數據接收不及時，雷達原始數據被迫丟棄，進而影響航跡質量。同時，也可能導致數據得不到及時處理，不能滿足系統時延要求。

因此，將雷達原始數據接收和處理相分離，啟用2個線程分別接收和處理雷達原始數據。雷達原始數據經算法處理后形成的檢測數據將被發送至航跡生成線程進行航跡生成。雷達原始數據接收與處理線程并行運行，有效利用CPU多核心同時提升了雷達原始數據接收和處理的效率。

2.2 多線程同步處理雷達原始數據

雷達原始數據處理算法復雜，是錄取器的瓶頸。使用多線程將數據進行分塊處理，將大大縮短算法執行時間。

例如，當接收到256包雷達原始數據時，使用8個線程進行處理，每個線程處理32包數據，相較于單線程處理256包數據，處理效率明顯提高。以256包數據為例展示多線程實現步驟。

2.2.1" 初始化相關變量及線程

ProcessThreadCount為雷達原始數據處理線程數量，其值為8。IsDataReady數組用于標記為雷達原始數據是否已接收，當接收到對應線程索引號的數據時，對應數組元素被置為true，否則為1。IsThreadDataDone數組用于標記雷達原始數據是否處理完成，當對應線程索引號的數據處理完成時被置為true，否則為1。TheadIndex為線程索引號數組，其范圍為0～（ProcessThreadCount-1）。ProcessThreadFunc為線程處理函數，當處理的總數據包數為256，ProcessThreadCount為8時，每個線程處理32包數據。初始化相關變量及線程代碼如下：

2.2.2" 多線程同步處理雷達原始數據

當接收到256包雷達原始數據，執行ProcessData線程處理函數，并在其中設置IsDataReady數組各元素為true， 控制各ProcessThreadFunc分線程處理函數處理雷達原始數據，并進入while循環等待ProcessThreadFunc分線程處理函數完成數據處理。ProcessThreadFunc分線程處理函數完成對應線程的數據處理后將IsThreadDataDone數組對應元素置為true，使ProcessData線程處理函數退出while循環。至此，256包數據通過8個線程處理完畢，形成檢測數據，發送至航跡生成線程進行處理。ProcessData和ProcessThreadFunc線程處理函數代碼如下：

2.3 并行處理技術的其他應用

除雷達原始數據接收與處理等線程外，錄取器的其他業務同樣使用并行處理技術實現，以保障系統實時性。

航跡生成線程。執行航跡算法，形成高質量航跡。

設備狀態接收與解析線程。從雷達接收設備狀態數據包，并解析為可讀的狀態信息，同時將異常狀態記錄到日志文件中。

設備狀態發送線程。發送解析后的設備狀態至本地監控、遠程監控以供實時顯示設備狀態。

控制命令處理線程。從本地監控、遠程監控接收控制命令，進而將控制命令發送至雷達以控制系統工作。

自定義視頻發送線程。雷達原始視頻處理后，經自定義視頻協議發送至本地監控、遠程監控。

自定義航跡發送線程。將航跡通過自定義航跡協議發送至本地監控、遠程監控。

標準視頻發送線程。將多路視頻數據通過標準歐控協議[7]數據發送至自動化系統。

標準航跡發送。將航跡通過標準歐控協議數據發送至自動化系統。

數據庫操作。執行本地監控、遠程監控對用戶信息等數據庫的操作。

2.4" 并行處理技術應用匯總

并行處理技術在場監雷達錄取器中的應用匯總見表1，共使用20個線程完成錄取器功能。

場監雷達錄取器已在國內多個機場使用，經測試滿足MH/T 4043—2015《民用航空X波段場面監視雷達設備技術要求》視頻處理時延250 ms、航跡生成時延500 ms的要求。錄取器運行實時性高，設備狀態上報時延不大于100 ms，參數控制等各項功能響應及時。

3" 結束語

場監雷達錄取器采用并行處理技術多線程技術進行設計。通過雷達原始數據與處理分離、多線程同步處理雷達原始數據等方式提高了雷達數據處理效率。分別使用獨立線程完成航跡生成、狀態接收與解析、控制命令處理等業務，保障業務實時性。場監雷達錄取器滿足場監雷達對于視頻處理、航跡生成、狀態上報和參數控制等功能時延指標要求。并行處理技術應用在場監雷達錄取器中達到了較好的效果。

參考文獻：

[1] 胡江坤.江北機場場面監視系統應用[J].電子技術與軟件工程，2017（21）：73-74.

[2] 嵇亮亮，郝延剛，葉玲，等.雜波圖在場監雷達錄取終端中的應用[J].江蘇科技信息，2015（19）：57-58.

[3] 李成文，俞大磊，豐生磊，等.機載綜合核心處理機標準化研究[J].航空計算技術，2022，52（3）：74-77，81.

[4] 張俊帥.多線程技術在數據通信中的應用[J].科技創新與應用，2016（11）：87.

[5] 陳煒.高級場面活動引導與控制系統（A-SMGCS）地圖繪制及模擬測試平臺搭建的研究與實現[J].數字通信世界，2018（3）：36-37.

[6] 李文娟.基于多特征融合的機場場面運動目標實時并行跟蹤[J].信息與電腦（理論版），2021，33（14）：76-78.

[7] 雷張華，李方軍，邱天，等.基于ASTERIX標準的終端數據交換[J].火控雷達技術，2020，49（2）：41-45，65.

Abstract： The field surveillance radar system has high requirements for real-time performance of the recorder， but the field surveillance radar system has a large amount of data， many data types， and complex data processing. Parallel processing technology can efficiently complete processing tasks in a limited time and is one of the core technologies of the recorder. Aiming at the business content of the recorder of the field surveillance radar system， this paper divides the services such as data reception， data analysis， track generation， video data and track data distribution into different threads. Among them， the radar data processing algorithm is relatively complex， and using multiple threads to process radar data simultaneously can greatly improve the efficiency of the algorithm. Parallel processing technology is applied to the field surveillance radar recorder to ensure the real-time performance of the system.

第一作者簡介：張菊（1989-），女，碩士，工程師。研究方向為軟件開發。