Eurocat自動(dòng)化系統(tǒng)ADS-B鏈路無(wú)法建鏈問(wèn)題的分析及處理方法

周君

摘要：廣州區(qū)域管制中心在2019年11月19日將ADS-B信號(hào)接入Eurocat自動(dòng)化系統(tǒng)后，ADS-B信號(hào)無(wú)法正常處理。對(duì)此，本文通過(guò)日志分析及實(shí)驗(yàn)測(cè)試的方法，對(duì)故障進(jìn)行調(diào)查，并最終解決了ADS-B信號(hào)無(wú)法在自動(dòng)化系統(tǒng)正常建鏈的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：ADS-B數(shù)據(jù);Eurocat自動(dòng)化系統(tǒng);事件調(diào)查

中圖分類號(hào)：TP311.52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2020）03-0029-04

1 設(shè)備故障現(xiàn)象

2019年11月19日，廣州區(qū)域管制中心Eurocat自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行ADS-B信號(hào)接入測(cè)試，在接入ADS-B信號(hào)30秒后，自動(dòng)化系統(tǒng)監(jiān)控顯示ADS-B鏈路異常，鏈路狀態(tài)變?yōu)閒ailed，之后技術(shù)人員對(duì)鏈路進(jìn)行斷開(kāi)-重連操作，但故障現(xiàn)象仍未消除。ADS-B鏈路日志如圖1所示。

2 故障原因分析及驗(yàn)證

2.1 故障原因推斷

根據(jù)圖1所示的日志截圖內(nèi)容，我們可得出以下信息：系統(tǒng)于18：24：11的時(shí)候出現(xiàn)告警信息SGWA_ADSB_SITE_MONITOR_ FAILED，該告警提示系統(tǒng)當(dāng)前未收到ADS-B數(shù)據(jù)源的SITE MONITOR信號(hào);之后，19：24：16系統(tǒng)判斷ADS-B數(shù)據(jù)鏈路故障，出現(xiàn)鏈路故障告警提示LINE_FAILED。

SITE MONITOR是設(shè)置在ADS-B地面站附近的固定地面目標(biāo)，該目標(biāo)會(huì)定時(shí)向ADS-B地面站發(fā)送位置報(bào)告，ADS-B地面站接收到SITE MONITOR的位置報(bào)告后，會(huì)根據(jù)該報(bào)告對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行位置校準(zhǔn)。之后，地面站會(huì)將該SITE MONITOR目標(biāo)的位置報(bào)告與航空器位置報(bào)告一起向外輸出[1]。

在Eurocat自動(dòng)化系統(tǒng)中，下線配置文件中對(duì)每個(gè)ADS-B數(shù)據(jù)源的SITE MONITOR目標(biāo)都進(jìn)行了設(shè)定，包括SITE MONITOR位置信息、高度信息、應(yīng)答碼信息，自動(dòng)化系統(tǒng)在收到該ADS-B數(shù)據(jù)源的SITE MONITOR信號(hào)后，會(huì)將該SITE MONITOR數(shù)據(jù)與下線定義的參數(shù)值進(jìn)行比對(duì)，當(dāng)若比對(duì)一致，則該ADS-B數(shù)據(jù)源的SITE MONITOR信號(hào)有效，當(dāng)若比對(duì)一致或未收到SITE MONITOR數(shù)據(jù)，則該ADS-B數(shù)據(jù)源的SITE MONITOR信號(hào)不正常，數(shù)據(jù)源的SITE MONITOR狀態(tài)為failed。同時(shí)，通過(guò)Eurocat自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)文檔可知（如圖2所示），若系統(tǒng)連續(xù)30秒未收到當(dāng)前ADS-B數(shù)據(jù)源的site monitor信號(hào)時(shí)，則系統(tǒng)判定該ADS-B數(shù)據(jù)源故障，數(shù)據(jù)鏈路變?yōu)閒ailed狀態(tài)。因此本次故障的原因?yàn)橄到y(tǒng)未收到ADS-B二級(jí)數(shù)據(jù)中心site monitor信號(hào)導(dǎo)致。

為了進(jìn)一步驗(yàn)證以上觀點(diǎn)，我們對(duì)廣州區(qū)域管制中心Eurocat自動(dòng)化系統(tǒng)引接的ADS-B數(shù)據(jù)源進(jìn)行分析。該數(shù)據(jù)源來(lái)自廣州ADS-B二級(jí)數(shù)據(jù)中心（以下簡(jiǎn)稱二級(jí)中心），該數(shù)據(jù)中心引接了廣州本場(chǎng)7個(gè)地面站及中南地區(qū)9個(gè)數(shù)據(jù)站的ADS-B信號(hào)，通過(guò)對(duì)各個(gè)地面站及數(shù)據(jù)站送來(lái)的ADS-B數(shù)據(jù)進(jìn)行解析、驗(yàn)證處理后生成融合ADS-B航跡，并由數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)器通過(guò)輸出子網(wǎng)向Eurocat自動(dòng)化系統(tǒng)輸出。其硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。

根據(jù)二級(jí)中心的設(shè)計(jì)理念，各個(gè)地面站的site monitor將被過(guò)濾調(diào)，因此再輸出ADS-B融合信號(hào)中并未包含site monitor信號(hào)，從而導(dǎo)致自動(dòng)化系統(tǒng)出現(xiàn)異常告警提示。

2.2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證推斷

為了驗(yàn)證以上觀點(diǎn)，我們可以通過(guò)將基站ADS-B信號(hào)直接引入自動(dòng)化系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行測(cè)試，由于基站信號(hào)中配置了site monitor信號(hào)，因此自動(dòng)化系統(tǒng)也會(huì)收到該site monitor信號(hào)。

我們選定將西嶺地面站作為輸入站點(diǎn)，引解至Eurocat自動(dòng)化系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái);其次，將自動(dòng)化系統(tǒng)site monitor下線定義參數(shù)配置為西嶺地面站site monitor參數(shù)。接入后鏈路顯示正常，未出現(xiàn)任何告警提示。這充分證明了上文觀點(diǎn)，即本次故障原因在于二級(jí)中心未提供有效的site monitor信號(hào)輸出導(dǎo)致[2]。

3 解決方案設(shè)計(jì)

根據(jù)上文的分析，Eurocat自動(dòng)化系統(tǒng)鏈路failed的主要原因在于二級(jí)中心未發(fā)送SITE MONITOR信號(hào)，若使二級(jí)中心能輸出符合要求的SITE MONITOR信號(hào)，則此故障可消除。要達(dá)到此目的，我們有以下兩種方案可供探討：

方案一，通過(guò)修改ADS-B二級(jí)數(shù)據(jù)中心代碼，使二級(jí)中心在輸出航跡報(bào)告的同時(shí)，也能夠輸出虛擬的SITE MONITOR報(bào)告;

方案二，設(shè)計(jì)獨(dú)立的信號(hào)發(fā)送軟件，該軟件與二級(jí)中心相獨(dú)立，其功能為：軟件部署在二級(jí)中心數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)器上，軟件開(kāi)啟后，可通過(guò)組播方式，向Eurocat自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)送虛擬SITE MONITOR報(bào)告。

對(duì)于方案一，因二級(jí)中心的核心功能是進(jìn)行ADS-B航跡的驗(yàn)證、融合處理功能，若通過(guò)修改代碼使其發(fā)送SITE MONITOR報(bào)告，則與二級(jí)數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)理念不符，可能會(huì)造成系統(tǒng)的不穩(wěn)定等問(wèn)題;對(duì)于方案二，它通過(guò)獨(dú)立的軟件實(shí)現(xiàn)，可在不影響二級(jí)中心數(shù)據(jù)處理功能的同時(shí)，滿足SITE MONITOR數(shù)據(jù)發(fā)送的需求，因此本文選擇方案二作為故障解決的方案。

為了解決自動(dòng)化系統(tǒng)ADS-B鏈路故障問(wèn)題，可通過(guò)從二級(jí)數(shù)據(jù)中心向自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)送虛擬的site monitor信號(hào)，并使該信號(hào)數(shù)據(jù)與自動(dòng)化系統(tǒng)下線參數(shù)一致。為此，我們需完成以下工作：

（1）site monitor信號(hào)格式解析;

（2）site monitor信號(hào)發(fā)送軟件的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。

3.1 ADS-B site monitor信號(hào)格式解析

ADS-B信號(hào)使用Asterix021數(shù)據(jù)協(xié)議對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝，Eurocat自動(dòng)化系統(tǒng)支持的版本為0.26，因此我們以Asterix021 v0.26格式進(jìn)行分析。Asterix021數(shù)據(jù)包格式如圖4所示。其中CAT為標(biāo)志位，ADS-B報(bào)告需將CAT設(shè)置為021，LEN為包長(zhǎng)度，F(xiàn)SPEC為數(shù)據(jù)項(xiàng)標(biāo)識(shí)，用來(lái)標(biāo)記“items”項(xiàng)的位置，“record of item”則記錄了ADS-B報(bào)告的具體內(nèi)容[3]。

對(duì)于ADS-B的site monitor報(bào)告而言，需要在Item 040（Target Report Descriptor）項(xiàng)中，將bit-12（RAB）標(biāo)志位設(shè)為0，該數(shù)據(jù)位為0表示該報(bào)告為SITE MONITOR報(bào)告，Item 040數(shù)據(jù)項(xiàng)描述如圖5所示。

3.2 SITE MONITOR信號(hào)模擬軟件開(kāi)發(fā)

SITE MONITOR信號(hào)模擬軟件的作用是通過(guò)在數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)器上，按ADS-B信號(hào)輸出周期，向自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)送ADS-B site monitor信號(hào)，從而模擬二級(jí)中心ADS-B site monitor信號(hào)輸出，使自動(dòng)化系統(tǒng)接收到site monitor信號(hào)內(nèi)容。按照這一設(shè)計(jì)思路，我們需要完成的任務(wù)包括以下方面：

（1）將滿足一定要求的數(shù)據(jù)封裝在Asterix021 V0.26數(shù)據(jù)包中;

（2）通過(guò)組播協(xié)議，將該封裝好的Asterix數(shù)據(jù)包進(jìn)行發(fā)送。

我們通過(guò)C語(yǔ)言完成軟件開(kāi)發(fā)工作，軟件主要有以下模塊組成：參數(shù)配置及日志記錄模塊、Asterix 021數(shù)據(jù)幀封裝模塊、UDP包組裝及發(fā)送模塊，其中參數(shù)配置及日志記錄模塊負(fù)責(zé)配置參數(shù)的讀取及日志記錄;Asterix 021數(shù)據(jù)幀封裝模塊負(fù)責(zé)將配置參數(shù)封裝成Asterix 021數(shù)據(jù)幀;UDP包組裝及發(fā)送模塊負(fù)責(zé)將封裝好的SITE MONITOR報(bào)告通過(guò)UDP方式發(fā)送至Eurocat自動(dòng)化系統(tǒng)。軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖6所示。

軟件部署在二級(jí)中心的數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)器上，并設(shè)置開(kāi)機(jī)自啟動(dòng)，軟件啟動(dòng)后讀取參數(shù)配置文件并開(kāi)啟發(fā)送定時(shí)器，配置文件中記錄了SITE MONITOR信號(hào)發(fā)送的周期、位置經(jīng)緯度、高度等信息，之后軟件將以上信息封裝至Asterix021數(shù)據(jù)幀中，待發(fā)送時(shí)刻到達(dá)，則將該SITE MONITOR信號(hào)發(fā)送至Eurocat自動(dòng)化系統(tǒng)。軟件工作流程如圖7所示。

3.3 運(yùn)行效果及安全評(píng)估

通過(guò)在二級(jí)中心的數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)器上運(yùn)行SITE MONITOR發(fā)送軟件，Eurocat自動(dòng)化系統(tǒng)可接收到SITE MONITOR數(shù)據(jù)報(bào)告，圖8為通過(guò)抓包軟件對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行軟件抓包的截圖。

之后，我們將二級(jí)中心ADS-B信號(hào)進(jìn)行接入自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試過(guò)程中Eurocat自動(dòng)化系統(tǒng)ADS-B鏈路正常，未再出現(xiàn)ADS-B鏈路failed告警，自動(dòng)化系統(tǒng)航跡界面可正常顯示SITE MONITOR信號(hào)，如圖9所示。

最后，我們對(duì)該軟件進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明：軟件運(yùn)行穩(wěn)定，未對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)運(yùn)作造成影響同時(shí)解決了二級(jí)中心ADS-B信號(hào)無(wú)法正常建鏈的問(wèn)題，達(dá)到了預(yù)期要求。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)廣州區(qū)域管制中心ADS-B信號(hào)無(wú)法正常建鏈的問(wèn)題展開(kāi)深入調(diào)查，通過(guò)對(duì)二級(jí)中心工作方式及Eurocat自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)SITE MONITOR信號(hào)處理機(jī)制的分析，最終確定了故障的原因;之后，根據(jù)實(shí)際情況提出了解決方案，并通過(guò)開(kāi)發(fā)SITE MONITOR發(fā)送軟件，最終解決了ADS-B信號(hào)無(wú)法正常建鏈的問(wèn)題，為廣州區(qū)域管制中心ADS-B的應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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[3] Eurocontrol standard document for surveillance exchange，Part 12：Category 021 ADS-B Message，Edition 0.26[S].European air traffic management program，2011.

Abstract：After Guangzhou air control center connected ADS-B signal to EuroCat automation system on November 19， 2019， ADS-B signal could not be processed normally. In this paper， by means of log analysis and experimental test， we investigate the fault and finally solve the problem that ADS-B signal can not build a normal chain in the automation system.

Key words：ADS-B signal;EuroCat automation system;investigation