雷達(dá)數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量的影響要素及其對策分析

晏雯

摘? ?要：由于國內(nèi)航班的市場越來越大，航空交通線路的指揮變得越來越重要。高質(zhì)量的雷達(dá)信號可以確保空中交通管制員及時收取信號，為飛行員提供正確的飛機(jī)指揮命令，避免與其他飛機(jī)發(fā)生危險碰撞。為了安全指揮空中交通，有效識別信號、整合和記錄信息非常重要。文章首先對航空雷達(dá)自動化概念進(jìn)行了闡述，然后對多雷達(dá)數(shù)據(jù)融合方法進(jìn)行了分析，接著對雷達(dá)信號傳輸中的常見故障進(jìn)行了分析，再接著對雷達(dá)信號傳輸閾值進(jìn)行了分析，最后，希望本研究對今后本課題的進(jìn)一步研究有一定的啟發(fā)作用。

關(guān)鍵詞：雷達(dá)數(shù)據(jù);傳輸質(zhì)量;影響要素;對策

目前，中國民航業(yè)正處于上升階段，航空旅行是更多家庭的選擇，這意味著飛行雷達(dá)自動化系統(tǒng)變得越來越重要，也使創(chuàng)新雷達(dá)自動化技術(shù)更加迫切。天氣條件和傳輸介質(zhì)不能保證雷達(dá)信號的質(zhì)量，所以，國內(nèi)外開發(fā)雷達(dá)自動化系統(tǒng)的組織將逐步轉(zhuǎn)向系統(tǒng)監(jiān)控，以便更好地保護(hù)飛機(jī)的“視線”。

1? ? 航空雷達(dá)自動化概念

雷達(dá)自動化是指揮空中交通的最重要手段之一，包括通信數(shù)據(jù)處理、單雷達(dá)處理、多層處理、飛行計劃處理、地對空數(shù)據(jù)處理和位置控制。主要功能是通過多個雷達(dá)信號監(jiān)測飛行動態(tài)并及時處理信號。管制員可以從空中交通、特定方位角、高度和飛行計劃來了解受控飛機(jī)的預(yù)期飛行方向的實時動態(tài)。隨著空中交通的發(fā)展越來越好，管制員對空中交通自動化系統(tǒng)的依賴逐步增加。多雷達(dá)數(shù)據(jù)處理是自動化系統(tǒng)的核心，為了升級自動化系統(tǒng)，迫切需要研究多個雷達(dá)數(shù)據(jù)的集成。

2? ? 多雷達(dá)數(shù)據(jù)融合方法

多雷達(dá)數(shù)據(jù)融合過程可以處理多個雷達(dá)目標(biāo)數(shù)據(jù)，通過多層次、多方面、處理、分類、互補鏈路、相關(guān)綜合等多方面獲得完整、及時、準(zhǔn)確的狀態(tài)。

2.1? 多雷達(dá)融合算法分類

2.1.1? 基于估計理論的信息融合方法

基于估計理論的信息融合方法這種類型的過程包括最大似然估計、卡爾曼濾波器、加權(quán)最小二乘和貝葉斯估計，這些技術(shù)可以很好地對噪聲觀察提供最佳狀態(tài)。其中，卡爾曼濾波器通?？捎糜趯崟r組合低級動態(tài)復(fù)制數(shù)據(jù)并基于其特征確定統(tǒng)計上最優(yōu)的信息融合估計?？柭鼮V波器適用于線性動態(tài)模型系統(tǒng)，系統(tǒng)噪聲為高斯白噪聲模型?？柭鼮V波器不僅可以處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)，還消除了存儲和計算大量數(shù)據(jù)的過程。

2.1.2? 基于統(tǒng)計的融合方法

如果檢測信號是正確的，則統(tǒng)計方法是合適的，因此，在理論上確定了基于統(tǒng)計方法的信息融合算法和數(shù)據(jù)融合公式，然后再觀察計算出結(jié)果的融合數(shù)據(jù)，主要包括貝葉斯推理和證據(jù)理論（Dempster/Shafer，DS）推理。

2.1.3? 基于信息論的融合方法

基于信息論的融合方法主要包括聚類分析和模板方法。聚類分析由一系列經(jīng)驗算法組成，這種類型的算法適用于識別應(yīng)用程序，但其中模式的數(shù)量并不完全為人所知。該融合方法主要用于目標(biāo)識別和分類，將預(yù)定模式與觀察數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以確定是否滿足上述條件。所以，也是最常見的信息理論方法，并且經(jīng)常用于數(shù)據(jù)融合。

2.1.4? 基于人工智能的融合方法

有許多基于人工智能的融合方法，如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提供基于統(tǒng)計理論的替代數(shù)據(jù)融合方法，該方法的功能類似于聚類分析，但優(yōu)勢是可在噪聲添加到輸入數(shù)據(jù)時出現(xiàn)。

2.1.5? 基于決策論的融合方法

決策方法通常用于更高層次的決策，例如，F(xiàn)itzgerald的報警顯示分析401結(jié)合了雷達(dá)數(shù)據(jù)、紅外數(shù)據(jù)和毫米波雷達(dá)數(shù)據(jù)。一些基于理論的多雷達(dá)融合算法對雷達(dá)自動化用戶的細(xì)化不穩(wěn)定性進(jìn)行了優(yōu)化，對不可預(yù)測的系統(tǒng)噪聲使用上述列表中常用的理論算法進(jìn)行研究。下文將介紹一些算法，使系統(tǒng)自動化更適應(yīng)用戶需求[1]。

2.2? 多雷達(dá)融合的優(yōu)點

（1）提高系統(tǒng)冗余度。數(shù)據(jù)融合技術(shù)的引入可以減少環(huán)境突然變化對系統(tǒng)性能的影響，并允許系統(tǒng)根據(jù)環(huán)境的變化提高其定制能力。（2）擴(kuò)大系統(tǒng)的空間范圍。當(dāng)多個雷達(dá)在房間內(nèi)重疊時，單個雷達(dá)無法覆蓋的空間范圍就會隨著雷達(dá)數(shù)量的增加而擴(kuò)大。（3）擴(kuò)大了系統(tǒng)的時間范圍。如果某些雷達(dá)不起作用，其他雷達(dá)也不會受到影響，還可以繼續(xù)工作。（4）提高系統(tǒng)可靠性。使用多個雷達(dá)來確定和確認(rèn)相同的目的或事件將使結(jié)果更可靠。（5）減少系統(tǒng)的信息模糊。由于多個傳感器的信息用于檢測、評估、認(rèn)證等，減少了事件的不確定性。（6）提高系統(tǒng)識別能力。使用多雷達(dá)信息可以提高找到具有錯誤警報密度系統(tǒng)的可能性。（7）提高系統(tǒng)的空間分辨率。多個雷達(dá)信息比單個雷達(dá)有更高的分辨率。（8）提高系統(tǒng)可靠性。由于多個雷達(dá)相互配合，該系統(tǒng)有自己的冗余，可以降低系統(tǒng)誤碼率[2]。

3? ? 雷達(dá)信號傳輸中常見故障

本文以某地區(qū)的FA16傳輸網(wǎng)舉例，雷達(dá)信號是FA16系統(tǒng)的主要服務(wù)對象。系統(tǒng)的中央板數(shù)據(jù)接口卡也是雷達(dá)信號傳輸過程失敗的主要原因，取決于有效數(shù)據(jù)的顯示，這個時期雷達(dá)信息最容易受到影響。常見的故障有：（1）源信號的分辨率不高。因為系統(tǒng)中包含的2 M中繼線無法保證應(yīng)用程序處理過程中數(shù)據(jù)接口卡的正確操作。如果信號傳輸過程中斷，則最后一個自動信息處理系統(tǒng)將失敗。在這里，我們主要顯示轉(zhuǎn)換器錯誤，因此，本文詳細(xì)說明了此錯誤的后果：會出現(xiàn)幀失步錯誤和數(shù)據(jù)接口卡錯誤。（2）由于上述原因?qū)е滦盘柌环€(wěn)定。（3）在信號傳輸過程的不同時間段分別產(chǎn)生錯誤?？梢允瓜到y(tǒng)自動設(shè)置最小閾值（即最小值），以確保信號的穩(wěn)定和正常傳輸。因此，提高和改善FA16網(wǎng)絡(luò)雷達(dá)信號傳輸質(zhì)量非常重要[3]。

4? ? 雷達(dá)信號傳輸閾值分析

4.1? 2 M干線最低閾值

檢查2 M中最小閾值時要考慮的第一點是：幀不是同步的，不同步的幀意味著當(dāng)系統(tǒng)同步時，幀頭中會發(fā)生不同步的連接，此時，載波向系統(tǒng)提供2 M連接。換句話說，在研究幀同步的具體原因過程中，要先檢查光纖網(wǎng)絡(luò)同步數(shù)字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）。首先，在使用網(wǎng)絡(luò)SDH同步代碼時，不要創(chuàng)建或傳輸與其伙伴的代碼盤。其次，線路傳輸質(zhì)量差、錯誤率高，也就是說，在電路提取過程中，網(wǎng)絡(luò)SDH磁盤不準(zhǔn)確。最后，網(wǎng)絡(luò)中還有其他板塊，如果SDH中間發(fā)生錯誤，其他板塊也會出現(xiàn)錯誤。根據(jù)預(yù)同步現(xiàn)象SDH多路復(fù)用器的詳細(xì)分析，對該同步碼組的n位進(jìn)行檢測，在輸入代碼串后，要使幀同步，并在下一個系統(tǒng)操作過程中進(jìn)行一次性連續(xù)檢查[4]，在此階段，創(chuàng)建和應(yīng)用的最小閾值為a=2，b=4和幀同步，以確保線路在運行期間始終處于良好狀態(tài)，公式TLF=3.3×108是計算時的基礎(chǔ)。最后TL=TLF+TLT=9.98×10。在2 M中繼線的日常操作期間生成終端的主要原因是異步幀超過9.98×10-4 s，因此，需要改進(jìn)2 M中繼線的維護(hù)，以維持系統(tǒng)的正常運行。

4.2? 子速率數(shù)據(jù)接口板最低閾值

當(dāng)通過數(shù)據(jù)接口卡發(fā)送雷達(dá)信號時，錯誤的主要原因是2 M中繼線，并且由于這種幀不同步的現(xiàn)象，信號傳輸變得不穩(wěn)定，因此，信號傳輸過程需確保輔助數(shù)據(jù)接口卡處于最低閾值，并且該閾值是從同步過程外的幀產(chǎn)生的。在這種情況下，根據(jù)2 M干線的應(yīng)用，處理系統(tǒng)將自動使幀的時間范圍大于運行平均值，但是，在員工的日常工作中，2 M連接始終處于正常工作狀態(tài)，但系統(tǒng)可以發(fā)送初始信號和不穩(wěn)定信號并從根本上改善雷達(dá)信號質(zhì)量，有必要借用FA16干線保證更高質(zhì)量的2 M連接，以滿足運行期間的系統(tǒng)要求。在此階段，應(yīng)保證在通信模式下提供2 M連接的平均幀出發(fā)時間為3.125×107 s，這樣才可以減少幀外同步中斷雷達(dá)信號傳輸過程的情況，確保它可以在高質(zhì)量條件下快速準(zhǔn)確地傳輸雷達(dá)信號[5]。

5? ? 結(jié)語

本文首先對航空雷達(dá)自動化概念進(jìn)行了闡述，然后從多雷達(dá)融合算法分類以及多雷達(dá)融合的優(yōu)點兩個方面對多雷達(dá)數(shù)據(jù)融合方法進(jìn)行了分析，接著對雷達(dá)信號傳輸中常見故障進(jìn)行了分析，最后從2 M干線最低閾值以及子速率數(shù)據(jù)接口板最低閾值兩個方面對雷達(dá)信號傳輸閾值進(jìn)行了分析。同時，分析了FA16網(wǎng)絡(luò)中雷達(dá)信號傳輸最常見的錯誤細(xì)節(jié)，還需要對2 M干線的最低閾值處的雷達(dá)信號質(zhì)量和第二最大值處的數(shù)據(jù)接口卡的最低閾值進(jìn)行檢查，確保雷達(dá)信號穩(wěn)定。提高傳輸效率可為民航的長遠(yuǎn)發(fā)展提供良好的基礎(chǔ)。最后希望通過本文的研究，對今后的專家學(xué)者研究相關(guān)的課題有一定的借鑒與幫助作用。

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[5]陶鵬宇.基于混合總線技術(shù)的某雷達(dá)測試系統(tǒng)研制[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2016.