西沙INDRA S模式雷達(dá)數(shù)據(jù)信號(hào)異常的分析和處理

林智

摘要

本文以西班牙INDRA二次S模式雷達(dá)為背景。首先介紹了雷達(dá)的工作特點(diǎn)和信號(hào)數(shù)據(jù)格式參數(shù)，而后提供對(duì)雷達(dá)數(shù)據(jù)信號(hào)質(zhì)量的分析思路。結(jié)合實(shí)際例子，對(duì)雷達(dá)數(shù)據(jù)信號(hào)異常情況進(jìn)行闡述分析并提出解決方案。

【關(guān)鍵詞】INDRA S模式雷達(dá) 雷達(dá)數(shù)據(jù)格式信號(hào)分析

西沙新裝INDRA IRS20-MP/L是我國引進(jìn)的第一套新型號(hào)S模式二次雷達(dá)，是三亞區(qū)管和香港國際航路監(jiān)視的最主要信號(hào)來源，在三亞情報(bào)區(qū)實(shí)施雷達(dá)管制中提供重要作用。本文對(duì)該雷達(dá)設(shè)備在投產(chǎn)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的目標(biāo)信號(hào)異常情況進(jìn)行分析，并提出合理的解決方案。

1 S模式雷達(dá)應(yīng)用基礎(chǔ)

傳統(tǒng)單脈沖二次詢問雷達(dá)的工作方式為雷達(dá)發(fā)射機(jī)發(fā)射1030MHz的脈沖信號(hào)，向機(jī)載設(shè)備發(fā)出詢問，機(jī)載應(yīng)答機(jī)接收到有效詢問信號(hào)后產(chǎn)生相應(yīng)的頻率為1090MHz的應(yīng)答信號(hào)并向地面發(fā)射。地面接收機(jī)接收到應(yīng)答機(jī)信號(hào)，經(jīng)過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理后獲得所需信息。相對(duì)于一次雷達(dá)，二次雷達(dá)發(fā)射功率小，不存在目標(biāo)閃爍現(xiàn)象，干擾雜波較少，最主要是提供的信息豐富包含距離、方位角、二次代碼、氣壓高度等。但是，二次雷達(dá)A/C，模式的缺點(diǎn)在于信息量不能滿足要求，容易產(chǎn)生異步干擾和同步串?dāng)_。最新的解決辦法為引進(jìn)S模式雷達(dá)，它使用離散尋址詢問技術(shù)，給每架航空器一個(gè)唯一的識(shí)別碼，就是ICA024位地址碼。并且有選擇性的按照24位地址碼對(duì)飛行器進(jìn)行逐一詢問，減少同步串?dāng)_的產(chǎn)生。同時(shí)，S模式能向下兼容A/C模式的使用，這樣可保證所有裝有新老應(yīng)答機(jī)的航空器都可識(shí)別。

2雷達(dá)信號(hào)的來源

真實(shí)目標(biāo)是指飛行器被雷達(dá)正確識(shí)別產(chǎn)生的目標(biāo)，假目標(biāo)是指由于雜波、虛警、環(huán)境干擾等因素導(dǎo)致雷達(dá)錯(cuò)誤識(shí)別的虛假目標(biāo)。在雷達(dá)單次探測到的，表示目標(biāo)大小、形狀、位置、高度、二次代碼的數(shù)據(jù)或者符號(hào)稱為點(diǎn)跡。與點(diǎn)跡不同，航跡是由雷達(dá)連續(xù)探測到，并進(jìn)行跟蹤的飛行器信息，其中包含飛行器航跡號(hào)、位置、高度、二次代碼、速度、航向、航跡質(zhì)量等。雷達(dá)數(shù)據(jù)的處理流程為雷達(dá)接收機(jī)接收到目標(biāo)信息后將點(diǎn)跡和航跡信息轉(zhuǎn)化成相應(yīng)雷達(dá)格式信號(hào)輸出，形成單雷達(dá)航跡。接下來將此單雷達(dá)航跡信息融合后形成多雷達(dá)航跡信息，傳輸路徑為雷達(dá)站至傳輸網(wǎng)絡(luò)至自動(dòng)化系統(tǒng)，傳輸接口為RS232，傳輸協(xié)議為HDLC。

3雷達(dá)數(shù)據(jù)格式和類別

雷達(dá)的工作狀態(tài)、掃描目標(biāo)等信息需要按照規(guī)定的格式組織和表示，并傳輸給數(shù)據(jù)使用者（例如自動(dòng)化系統(tǒng)）才能實(shí)現(xiàn)對(duì)空中目標(biāo)的遠(yuǎn)程監(jiān)視，這就是雷達(dá)數(shù)據(jù)格式。中南地區(qū)目前最常用的雷達(dá)數(shù)據(jù)格式為ASTERIX和ALENIA MP2，其中多種雷達(dá)均一致使用ASTERIX格式，比如Raytheon、Thales、Indra、Selex等。常見的一些ASTERIX類別：

（1） CATO01，它用于雷達(dá)站輸出單雷達(dá)目標(biāo)報(bào)告，包含點(diǎn)跡plot目標(biāo)報(bào)告和航跡track目標(biāo)報(bào)告。按照天線掃描的角度發(fā)送對(duì)應(yīng)的目標(biāo)，一個(gè)CATO01包中封裝一個(gè)或者多個(gè)目標(biāo)，它有兩個(gè)UAP，一個(gè)記錄使用的是哪一個(gè)UAP由1001/020（目標(biāo)報(bào)告描述）來確定，第一個(gè)字節(jié)第8位（最高位）為O表示點(diǎn)跡報(bào)告，為1表示航跡報(bào)告;

（2） CAT002用于雷達(dá)站輸出單雷達(dá)服務(wù)信息，包含正北標(biāo)記、扇區(qū)跨越、正南標(biāo)記、盲區(qū)過濾激活、盲區(qū)過濾停止。其中扇區(qū)跨越信息的發(fā)送與天線旋轉(zhuǎn)角同步，扇區(qū)跨越包在雷達(dá)天線跨過扇區(qū)邊界的時(shí)候才發(fā)出，時(shí)間戳為天線轉(zhuǎn)過該扇區(qū)起始角度的時(shí)刻，每個(gè)周期的扇區(qū)跨越包數(shù)等于雷達(dá)的扇區(qū)數(shù)，ASTERIX格式通常為32個(gè)扇區(qū)。而正北標(biāo)記的時(shí)間戳為天線轉(zhuǎn)過正北方向的時(shí)刻，正北包在雷達(dá)天線跨過正北方向時(shí)發(fā)出;

（3） CAT048是對(duì)CATO01的擴(kuò)展，它把點(diǎn)跡和航跡的UAP合并成一個(gè)UAP，時(shí)間戳由2字節(jié)變成3字節(jié)，同步范圍從512秒擴(kuò)展到24小時(shí)，支持輸出地理高度、航空器24位地址碼、航空器識(shí)別碼（航班號(hào)）、S模式通信數(shù)據(jù)等;

（4） CAT034是對(duì)CAT002的更新，它去掉了正南標(biāo)記信息，強(qiáng)制所有正北包、扇區(qū)跨越包都要輸出時(shí)間戳，并增加擁堵區(qū)輸出。

4雷達(dá)數(shù)據(jù)分析思路

了解雷達(dá)的大致工作原理和數(shù)據(jù)格式后，我們可以總結(jié)下雷達(dá)信號(hào)分析思路：

（1）符合雷達(dá)標(biāo)準(zhǔn)格式的雷達(dá)信號(hào)才是好的雷達(dá)信號(hào);

（2）從信號(hào)使用者（例如自動(dòng)化系統(tǒng)）的角度出發(fā)，自動(dòng)化系統(tǒng)能使用正常的雷達(dá)信號(hào)才是好的雷達(dá)信號(hào)。

對(duì)雷達(dá)信號(hào)的要求進(jìn)行分類、歸納，形成一個(gè)質(zhì)量評(píng)估體系，使用工具對(duì)雷達(dá)信號(hào)質(zhì)量評(píng)估體系中的指標(biāo)進(jìn)行逐一檢查，找出不符合要求的指標(biāo)通信層指標(biāo)為信號(hào)是否會(huì)中斷、是否采用標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)引腳、傳輸速率是否標(biāo)準(zhǔn)的波特率、有無存在CRC錯(cuò)幀、有無存在斷幀、有無延時(shí)、延時(shí)是否穩(wěn)定等;數(shù)據(jù)層指標(biāo)為是否符合相應(yīng)的雷達(dá)格式、雷達(dá)周期是否穩(wěn)定、是否有測距和測角誤差、目標(biāo)丟失高度和位置的頻率多不多、目標(biāo)的高度跳變和位置跳變大不大、雷達(dá)的覆蓋范圍是否滿足要求、跟其他雷達(dá)比較位置，高度速度等信息是否一致。

5數(shù)據(jù)異常分析和處理

（1）在初次雷達(dá)測試中，發(fā)現(xiàn)三亞區(qū)管自動(dòng)化系統(tǒng)識(shí)別不了SAC和SIC碼，顯示不出雷達(dá)目標(biāo)航跡信號(hào)。中南空管局給于西沙INDRA雷達(dá)分配的配置為SAC=16和SIC=119，這兩個(gè)數(shù)值為每個(gè)雷達(dá)站專屬，不會(huì)重復(fù)。從本地VR3000監(jiān)視系統(tǒng)上點(diǎn)擊一個(gè)目標(biāo)觀察數(shù)據(jù)格式內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)內(nèi)SAC和SIC也出現(xiàn)error顯示。我們發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)的問題在于雷達(dá)頭SAC和SIC的數(shù)值為十進(jìn)制設(shè)置，而自動(dòng)化系統(tǒng)的SAC和SIC值必須設(shè)定為十六進(jìn)制，即將SAC=16轉(zhuǎn)換為10和SIC=119轉(zhuǎn)換為77后自動(dòng)化上立即出現(xiàn)目標(biāo)。雖然Telephonics自動(dòng)化系統(tǒng)要求ASTERIX-MONO格式的雷達(dá)信號(hào)中SAC/SIC碼必須與系統(tǒng)中默認(rèn)位置配置要一致，我們也要注意配置數(shù)值的時(shí)候進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)換問題。

（2）當(dāng)雷達(dá)切換成SSR模式使用的時(shí)候，傳輸數(shù)據(jù)選項(xiàng)沒有勾選成CAT 01/02數(shù)據(jù)格式，還是保持CAT 034/048選項(xiàng)，結(jié)果導(dǎo)致自動(dòng)化系統(tǒng)上無目標(biāo)顯示。我們用雷達(dá)信號(hào)分析儀抓包中發(fā)現(xiàn)，輸出的數(shù)據(jù)還是CAT 048數(shù)據(jù)包，并無CAT 01/02數(shù)據(jù)包，相當(dāng)于空包，這個(gè)是不正確的。解決方法為雷達(dá)如果要使用常規(guī)SSR模式，相應(yīng)輸出數(shù)據(jù)格式選項(xiàng)要勾選到CAT 01/02，這樣自動(dòng)化系統(tǒng)才能解出正確的目標(biāo)信號(hào)。

（3）我們在用雷達(dá)信號(hào)分析儀分析雷達(dá)數(shù)據(jù)包的時(shí)候，檢測到正北包錯(cuò)誤，這個(gè)結(jié)果等于雷達(dá)所傳數(shù)據(jù)無正北包，例如抓到的數(shù)據(jù)包為01-03-OA-OO-OA-D0-10-77-01-34-E9-90-AO，此數(shù)據(jù)包長度正確，數(shù)據(jù)包結(jié)尾的字節(jié)AO表示效驗(yàn)碼。而且在CAT 01/02點(diǎn)跡輸出時(shí)，正北數(shù)據(jù)包顯示正常，切換成S模式CAT 034/048數(shù)據(jù)輸出航跡和點(diǎn)跡時(shí)，正北包也正常。表明正北包異常只存在于常規(guī)SSR模式CAT 01/02航跡輸出狀態(tài)，而無法解出正北信號(hào)的原因?yàn)檎卑鼉?nèi)正北標(biāo)記位錯(cuò)誤引起。我們將此情況和所分析數(shù)據(jù)告知雷達(dá)廠家后，廠家首選答復(fù)為檢測正北數(shù)據(jù)包出現(xiàn)問題時(shí)雷達(dá)是否處于傳輸過載狀態(tài)，而我們檢測時(shí)最大目標(biāo)數(shù)只有40個(gè)，所以否定掉廠家這個(gè)結(jié)論。最后，廠家提供新的軟件將接收機(jī)MCPU升級(jí)后此問題得到解決。

（4）我們在分析雷達(dá)數(shù)據(jù)觀察到rNDRA雷達(dá)輸出航跡編號(hào)都集中在1到50左右，在一個(gè)已有航跡消失后，這個(gè)航跡的編號(hào)馬上就釋放出來能作為新出現(xiàn)的航跡編號(hào)，因?yàn)椴糠肿詣?dòng)化系統(tǒng)是通過航跡編號(hào)來識(shí)別和相關(guān)目標(biāo)的，這樣就會(huì)在自動(dòng)化上導(dǎo)致目標(biāo)跳變，這是個(gè)很嚴(yán)重的情況。將此情況反饋廠家，廠家解釋INDRA工作原理為如果航跡號(hào)發(fā)生丟失，航班號(hào)不超過50的話，航跡號(hào)也不會(huì)超過50，其他新出現(xiàn)的飛機(jī)是可用的。對(duì)于INDRA雷達(dá)這套系統(tǒng)來說，點(diǎn)跡和航跡是一樣的，一般情況下不會(huì)外推，雷達(dá)航跡和點(diǎn)跡實(shí)際上是一個(gè)點(diǎn)，沒有做航跡平滑處理，點(diǎn)跡和航跡都是重疊的，屬于“假航跡”，而Thales雷達(dá)為外推3個(gè)周期。按照ASTERIX標(biāo)準(zhǔn)，航跡號(hào)是必須存在的，點(diǎn)跡是沒有航跡號(hào)的，自動(dòng)化處理點(diǎn)跡和航跡的算法不一樣，因?yàn)楹桔E和點(diǎn)跡的數(shù)據(jù)格式定義不一樣。此問題也在升級(jí)MCPU后得到解決。

6總結(jié)

本文對(duì)S模式二次雷達(dá)的來源和雷達(dá)數(shù)據(jù)格式進(jìn)行介紹，在此基礎(chǔ)上分析了運(yùn)行過程中出現(xiàn)的幾個(gè)數(shù)據(jù)異常情況，提出一些檢測和解決方法，希望能對(duì)業(yè)內(nèi)雷達(dá)技術(shù)人員有所幫助，文中不妥之處，敬請(qǐng)批評(píng)指正。

參考文獻(xiàn)

[1]張尉，二次雷達(dá)原理（第二版）[M].北京：國防工業(yè)出版社，2 009.

[2]丁鷺飛，耿富錄，雷達(dá)原理（第四版）[M]，西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2010.

[3]1nterface Control Document For INDRAMSSR Mode S.