一種通過航管集中監(jiān)控系統(tǒng)分析雷達(dá)原始數(shù)據(jù)的方法

摘 ?要： 目的：通過航管集中監(jiān)控系統(tǒng)分析雷達(dá)原始數(shù)據(jù)。方法：通過優(yōu)化航管集中監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)，在其中新增一路雷達(dá)數(shù)據(jù)的配置，利用雷達(dá)記錄儀存儲(chǔ)的歷史數(shù)據(jù)，將其接入航管集中監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)解析。結(jié)果：可以克服航管集中監(jiān)控系統(tǒng)不能存儲(chǔ)雷達(dá)數(shù)據(jù)并對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的缺點(diǎn)，便于針對(duì)特定事件中的雷達(dá)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析。結(jié)論：通過該方法，可以大幅度的地提高分析雷達(dá)數(shù)據(jù)的效率。經(jīng)過實(shí)際工作的驗(yàn)證，得到了技術(shù)人員的認(rèn)可。

關(guān)鍵詞： 航管集中監(jiān)控;ASTERIX;雷達(dá)原始數(shù)據(jù)

中圖分類號(hào)： TN954 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ?DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2019.04.046

本文著錄格式：趙澤. 一種通過航管集中監(jiān)控系統(tǒng)分析雷達(dá)原始數(shù)據(jù)的方法[J]. 軟件，2019，40（4）：210214

【Abstract】： Objective： to analyze radar initial data through ATC centralized monitoring system. Method： based on optimizing architecture of ATM centralized monitoring system， add new configuration of radar data， and connect to ATC centralized monitoring system for historical data analysis with data stored in radar recorder. Result： the scheme can overcome disadvantage of ATC centralized monitoring system being not able to store and analyze radar historical data， to facilitate in-depth analysis of radar initial data of specific events. Conclusion： the method can improve radar data analysis efficiency greatly， and which has been accepted by technical staffs based on verification of practical work.

【Key words】： ATC centralized monitoring; ASTERIX; Radar initial data

0 ?引言

ASTERIX是多用途結(jié)構(gòu)化歐控監(jiān)視信息交換（All purpose Structured EurocontrolsuRveilance Infor-ma?tion eXchange）的縮寫，是歐洲民航合作組織制定的一種監(jiān)視設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)信息交換的標(biāo)準(zhǔn)格式。其中針對(duì)用于交互的空管監(jiān)視數(shù)據(jù)信息的詳細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)定義，即包括每一個(gè)比特編碼的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)，也包括數(shù)據(jù)塊組織的整體結(jié)構(gòu)。因?yàn)楸阌趯?shí)現(xiàn)不同組織結(jié)構(gòu)的監(jiān)視設(shè)備與自動(dòng)化系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)信息交互，其目前已在歐洲、北美、澳洲以及世界上其它許多國(guó)家/地區(qū)得到廣泛應(yīng)用。該標(biāo)準(zhǔn)工作在ISO/OSI第六和七層，即表示層和應(yīng)用層，其在應(yīng)用層上定義了不同系統(tǒng)需要交換的信息內(nèi)容，在表示層上定義了如何來組織和表示這些數(shù)據(jù)。同時(shí)，數(shù)據(jù)的傳輸可以使用低層的通用協(xié)議，如TCP/IP，X.25，HDLC等。目前，ASTERIX雷達(dá)數(shù)據(jù)傳輸主要采用HDLC協(xié)議，數(shù)據(jù)包封裝在HDLC的幀的信息字段當(dāng)中。HDLC協(xié)議當(dāng)中的每一個(gè)幀一般均封裝一個(gè)ASTERIX數(shù)據(jù)包或者封裝若干個(gè)數(shù)據(jù)包。

1 ?雷達(dá)原始數(shù)據(jù)格式

1.1 ?ASTERIX標(biāo)準(zhǔn)概述

ASTERIX是多用途結(jié)構(gòu)化歐控監(jiān)視信息交換，是歐洲民航合作組織制定的一種監(jiān)視設(shè)備和自動(dòng)化系統(tǒng)信息交換的標(biāo)準(zhǔn)格式。它針對(duì)用于交互的空管監(jiān)視數(shù)據(jù)信息的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)定義。因?yàn)楸阌趯?shí)現(xiàn)不同組織結(jié)構(gòu)的監(jiān)視設(shè)備與自動(dòng)化系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)信息交互，目前已在許多國(guó)家/地區(qū)得到廣泛應(yīng)用。該標(biāo)準(zhǔn)工作在ISO/OSI的表示層和應(yīng)用層，其在應(yīng)用層上定義了不同系統(tǒng)需要交換的信息內(nèi)容，在表示層上定義了如何來組織和表示這些數(shù)據(jù)。ASTERIX雷達(dá)數(shù)據(jù)傳輸主要采用HDLC協(xié)議，數(shù)據(jù)包封裝在HDLC的幀的信息字段當(dāng)中，每一個(gè)幀一般均封裝一個(gè)ASTERIX數(shù)據(jù)包或者封裝若干個(gè)數(shù)據(jù)包。

1.2 ?ASTERIX標(biāo)準(zhǔn)的格式

ASTERIX數(shù)據(jù)塊可以分為以下字段：

（1）數(shù)據(jù)塊：表示符合ASTERIX標(biāo)準(zhǔn)的自動(dòng)化系統(tǒng)或監(jiān)視系統(tǒng)之間交互的數(shù)據(jù)信息模塊。每個(gè)數(shù)據(jù)塊由某個(gè)記錄（Record）或同一類的多個(gè)記錄 ? 組成。

（2）數(shù)據(jù)類別：根據(jù)傳輸內(nèi)容可以對(duì)數(shù)據(jù)分類，例如包括目標(biāo)信息、服務(wù)信息、氣象信息等不同的數(shù)據(jù)類別。

（3）記錄：表示一個(gè)信息實(shí)體，用于描述特定的數(shù)據(jù)類別，由一個(gè)FSPEC和多個(gè)數(shù)據(jù)域組成一個(gè)記錄。舉個(gè)例子，一個(gè)CAT001格式的記錄可以詳細(xì)說明某雷達(dá)目標(biāo)，而一個(gè)CAT002格式的記錄可以詳細(xì)說明某雷達(dá)的服務(wù)信息，比如正北和扇區(qū)等信息。

（4）數(shù)據(jù)條目：在數(shù)據(jù)類別之下，數(shù)據(jù)條目是

再低一級(jí)的數(shù)據(jù)單位。舉個(gè)例子，雷達(dá)目標(biāo)信息類之下，還有MODE-3/A和MODE-C等信息。表示方法：Innn/AAA，其中nnn為類別號(hào)，AAA為條目號(hào)，如I001/070，I062/040。

（5）數(shù)據(jù)域：數(shù)據(jù)域可以詳細(xì)說明一個(gè)數(shù)據(jù)條目之內(nèi)的特定內(nèi)容，也是最低的信息層級(jí)。多個(gè)數(shù)據(jù)域能夠構(gòu)成一個(gè)記錄，通過FSPEC可以指定其中包含的具體數(shù)據(jù)域。每一個(gè)數(shù)據(jù)域有一個(gè)對(duì)應(yīng)的域引用號(hào)FRN，域引用號(hào)在用戶應(yīng)用表UAP里面被具體定義。

分析雷達(dá)目標(biāo)原始數(shù)據(jù)時(shí)，常用ASTERIX標(biāo)準(zhǔn)中的CAT001格式解析雷達(dá)站輸出的單雷達(dá)目標(biāo)信息報(bào)告。CAT001適用于航管一次雷達(dá)和航管二次雷達(dá)，包括點(diǎn)跡（plot）目標(biāo)報(bào)告和航跡（track）目標(biāo)報(bào)告，與CAT002雷達(dá)服務(wù)信息一起組成單雷達(dá)信息輸出格式的最基本集合。在一個(gè)天線掃描周期中，CAT001格式按照天線掃描的角度發(fā)送對(duì)應(yīng)的目標(biāo)，一個(gè)CAT001包中封裝一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)。按照標(biāo)準(zhǔn)，如圖1所示的一個(gè)十六進(jìn)制CAT001包可以解析出：地址字節(jié)為01，控制字節(jié)為03，CAT01包，數(shù)據(jù)包有效長(zhǎng)度為17字節(jié)，雷達(dá)SAC碼為00，雷達(dá)SIC碼為FF，來自于一號(hào)天線的單二次雷達(dá)的真實(shí)點(diǎn)跡報(bào)告，非SPI標(biāo)志，非固定天線，無擴(kuò)展，極坐標(biāo)分別為155.3 km和134.156度，二次代碼A2307默認(rèn)有效實(shí)時(shí)無混淆，高度3414米默認(rèn)有效無混淆，UTC時(shí)間戳為362.07秒。

2 ?通過航管集中監(jiān)控系統(tǒng)查看雷達(dá)原始數(shù)據(jù)

2.1 ?航管集中監(jiān)控系統(tǒng)概述[1]

西安區(qū)管現(xiàn)場(chǎng)部署的航管集中監(jiān)控系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能包括：引接雷達(dá)數(shù)據(jù)、ADSB數(shù)據(jù)、ADSC數(shù)據(jù)、CPDLC地空數(shù)據(jù)鏈;對(duì)引接的監(jiān)視數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和解碼及分析;通過圖形和列表的方式對(duì)解碼和分析的結(jié)果進(jìn)行直觀的顯示;監(jiān)視和控制系統(tǒng)自身的運(yùn)行狀態(tài);通過網(wǎng)絡(luò)NTP服務(wù)自動(dòng)校時(shí)。該系統(tǒng)采用分布式、開放式的客戶/服務(wù)器（C/S）體系架構(gòu)，便于維護(hù)和升級(jí)，并通過A/B雙路局域網(wǎng)構(gòu)成系統(tǒng)本地工作網(wǎng)。該系統(tǒng)采用WGS-84坐標(biāo)系，由雷達(dá)信息引接、數(shù)據(jù)通信處理、數(shù)據(jù)融合處理、數(shù)據(jù)分析/統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)顯示、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控、數(shù)據(jù)顯示終端和系統(tǒng)監(jiān)控終端等部分組成，其內(nèi)部數(shù)據(jù)處理流程如圖2所示。

2.2 ?在航管集中監(jiān)控系統(tǒng)中新增一路雷達(dá)[2]

在航管集中監(jiān)控系統(tǒng)中添加一路雷達(dá)數(shù)據(jù)包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：雷達(dá)原始數(shù)據(jù)引接和軟件配置。

2.2.1 ?雷達(dá)原始數(shù)據(jù)引接

航管集中監(jiān)控系統(tǒng)通過信號(hào)引接設(shè)備的RS- 232同步通信接口（DB-25連接器）與雷達(dá)原始數(shù)據(jù)源相連，接收HDLC協(xié)議且符合RS-232信號(hào)定義的數(shù)據(jù)幀，支持的端口波特率范圍為2.4 kbps至64 kbps。該系統(tǒng)可處理的雷達(dá)數(shù)據(jù)格式包括Asterix、Thales、Raytheon、Alenia、Selex、Toshiba、Westinghouse、Telephonics、Indra、Siemens、和國(guó)內(nèi)MH/T4008數(shù)據(jù)格式等，并配置4臺(tái)共80個(gè)同步232接口的協(xié)議轉(zhuǎn)換器。

從雷達(dá)記錄儀的外送模塊引接一部雷達(dá)原始數(shù)據(jù)后，再將該雷達(dá)原始數(shù)據(jù)引接至航管集中監(jiān)控系統(tǒng)的協(xié)議轉(zhuǎn)換器。可以通過航管集中監(jiān)控系統(tǒng)中雷達(dá)鏈路模塊的相應(yīng)端口狀態(tài)檢查雷達(dá)原始數(shù)據(jù)是否成功接入該系統(tǒng)。當(dāng)數(shù)據(jù)未接入系統(tǒng)時(shí)，該模塊相應(yīng)端口顯示為灰色。當(dāng)數(shù)據(jù)成功接入系統(tǒng)時(shí)，該模塊相應(yīng)端口顯示為綠色。

2.2.2 ?軟件配置

在系統(tǒng)中添加一路雷達(dá)數(shù)據(jù)時(shí)，還需要在系統(tǒng)監(jiān)控終端上設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)。首先，選擇終端主菜單中“系統(tǒng)控制與設(shè)置”的“雷達(dá)通道設(shè)置”;在“雷達(dá)通道設(shè)置”窗口中點(diǎn)擊“增加”并填寫新增雷達(dá)的序號(hào)、雷達(dá)名、周期、格式、端口號(hào)、經(jīng)緯度、高度等相關(guān)參數(shù);通過系統(tǒng)監(jiān)控終端同時(shí)重啟雷達(dá)數(shù)據(jù)處理服務(wù)器RDP1和RDP2、監(jiān)視與控制終端SMP和數(shù)據(jù)顯示分析器RSDD。重啟完畢后，在雷達(dá)鏈路監(jiān)視模塊中選擇相應(yīng)雷達(dá)并檢查參數(shù)配置是否生效，完成該路雷達(dá)的添加。

2.3 ?通過航管集中監(jiān)控系統(tǒng)查看雷達(dá)原始數(shù)據(jù)

航管集中監(jiān)控系統(tǒng)本身只具備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理功能，并不具備數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和回放功能。因此，為便于分析雷達(dá)原始數(shù)據(jù)，本文提出一種技術(shù)思路，將雷達(dá)記錄儀中的雷達(dá)原始數(shù)據(jù)輸出給航管集中監(jiān)控系統(tǒng)。對(duì)于航管集中監(jiān)控系統(tǒng)而言，輸入的雷達(dá)記錄儀數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)雷達(dá)原始數(shù)據(jù)并無不同。

2.3.1 ?設(shè)備架構(gòu)[3]

航管集中監(jiān)控系統(tǒng)的核心服務(wù)器是兩臺(tái)雷達(dá)數(shù)據(jù)處理器RDP。雷達(dá)原始數(shù)據(jù)經(jīng)過協(xié)議轉(zhuǎn)換器后送至系統(tǒng)內(nèi)部局域網(wǎng)，然后經(jīng)過RDP處理后顯示在RSDD終端上。雷達(dá)記錄儀的核心設(shè)備由雷達(dá)適配器、雷達(dá)記錄單元、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等構(gòu)成。其中，雷達(dá)記錄A單元與雷達(dá)記錄B單元互為備份，用于接收處理同一部雷達(dá)的兩路傳輸數(shù)據(jù)[4-6]。雷達(dá)數(shù)據(jù)的接入和輸出由雷達(dá)適配器完成，每個(gè)雷達(dá)適配器可以接收或發(fā)送8路雷達(dá)數(shù)據(jù)，且同時(shí)與A單元和B單元相連。雷達(dá)適配器的工作模式為輸入輸出信號(hào)全雙工模式，即在記錄的同時(shí)可以回放已記錄的雷達(dá)數(shù)據(jù)到指定終端。可以根據(jù)需要回放的記錄單元，將接口箱的開關(guān)撥到A或B以選擇使用A單元或B單元的數(shù)據(jù)。

在航管集中監(jiān)控系統(tǒng)的終端上運(yùn)行著三套軟件，分別是監(jiān)視數(shù)據(jù)顯示軟件、雷達(dá)質(zhì)量監(jiān)視與分析軟件和系統(tǒng)監(jiān)控軟件。其中，監(jiān)視數(shù)據(jù)顯示軟件用于圖形化顯示雷達(dá)探測(cè)到的動(dòng)態(tài)飛行目標(biāo)等信息，雷達(dá)質(zhì)量監(jiān)視與分析軟件和系統(tǒng)監(jiān)控軟件用于雷達(dá)原始數(shù)據(jù)分析[7]。

2.3.2 ?操作步驟

當(dāng)使用航管集中監(jiān)控系統(tǒng)查看雷達(dá)記錄儀的回放數(shù)據(jù)時(shí)，需要在雷達(dá)質(zhì)量監(jiān)視與分析軟件中對(duì)重演通道進(jìn)行設(shè)置，保持雷達(dá)名稱、雷達(dá)鏈路、重演通道、回放時(shí)間等參數(shù)與雷達(dá)記錄儀的相關(guān)參數(shù)一致。以雷神雷達(dá)C1路信號(hào)為例，具體操作步驟如下。

首先，根據(jù)需要確定回放雷神雷達(dá)C1路，將雷達(dá)原始數(shù)據(jù)從雷達(dá)記錄儀上的對(duì)應(yīng)端口送到航管集中監(jiān)控系統(tǒng)的協(xié)議轉(zhuǎn)換器。同時(shí)，將雷達(dá)記錄儀上相應(yīng)雷達(dá)適配器的選擇開關(guān)撥到A端[8]。

其次，在集中監(jiān)控系統(tǒng)RSDD終端上打開雷達(dá)質(zhì)量監(jiān)視與分析軟件，選擇主菜單“系統(tǒng)控制與設(shè)置”中的“重演控制”;在“重演控制”窗口中，設(shè)置雷達(dá)名為“XIYRAY”，雷達(dá)通道為“CH-A”，重演通道為“PLBK1”，最后點(diǎn)擊“添加通道”完成設(shè)置。

再次，設(shè)置重演開始時(shí)間并選中“等待開始數(shù)據(jù)觸發(fā)”選項(xiàng)后，點(diǎn)擊“開始”進(jìn)入等待外部輸入雷達(dá)數(shù)據(jù)的狀態(tài);如果想從眾多目標(biāo)中關(guān)注某一特定航班，可以在“二次代碼過濾”窗口中填寫該航班的二次代碼，一次最多可以同時(shí)關(guān)注五架航班;同上面的設(shè)置一樣，還需在雷達(dá)名稱里選擇“XIYRAY”，在雷達(dá)通道里選擇“CH-A”。

最后，用雷達(dá)記錄儀開始回放A1單元的雷神雷達(dá)。此時(shí)，雷神雷達(dá)C1路的原始數(shù)據(jù)進(jìn)入航管集中監(jiān)控系統(tǒng)。在航管集中監(jiān)控系統(tǒng)中任意雙擊一條數(shù)據(jù)記錄，就可以在右側(cè)的信息窗口中查看詳細(xì)的雷達(dá)原始數(shù)據(jù)，如圖3所示。

3 ?結(jié)束語

在一次異常情況發(fā)生時(shí)，發(fā)現(xiàn)某空域出現(xiàn)大量的航班目標(biāo)分裂現(xiàn)象。技術(shù)人員迅速定位故障為某部雷達(dá)數(shù)據(jù)的信號(hào)異常。但是，該雷達(dá)的維護(hù)單位經(jīng)過檢查，并沒有發(fā)現(xiàn)問題所在。最終，技術(shù)人員根據(jù)本文所述的通過航管集中監(jiān)控系統(tǒng)分析雷達(dá)原始數(shù)據(jù)的方法，快速發(fā)現(xiàn)該部雷達(dá)的傳輸延時(shí)達(dá)到十二秒左右，造成該雷達(dá)的航班目標(biāo)無法與其它雷達(dá)的航班目標(biāo)融合，進(jìn)而導(dǎo)致大面積航班目標(biāo)分 ?裂[9-10]。

工作中常需要技術(shù)人員分析雷達(dá)原始數(shù)據(jù)，直接分析二進(jìn)制或者十六進(jìn)制數(shù)據(jù)文件的工作量比較大且要求技術(shù)人員精通雷達(dá)數(shù)據(jù)格式，不僅效率低，而且技術(shù)門檻高。在計(jì)算過程中如果稍有不慎，就很可能會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。通過本文描述的方法，可以極大地提高分析數(shù)據(jù)的效率，且利用航管集中監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)解析數(shù)據(jù)，只要求技術(shù)人員熟悉雷達(dá)數(shù)據(jù)格式即可。經(jīng)過實(shí)際測(cè)試和使用，證明該方法簡(jiǎn)單易行且高效便捷。

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