INDRA雷達S模式數(shù)據(jù)引接與解決方案

宋迪

摘要：為滿是INDCA雷達S模式數(shù)據(jù)引接要求，提高雷達數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備的處理能力，降低雷達傳輸設(shè)備及數(shù)據(jù)傳輸方式對雷達系統(tǒng)和空管自動化系統(tǒng)的潛在影響，確保自動化系統(tǒng)的安全、可靠、穩(wěn)定運行和雷達數(shù)據(jù)的分析連續(xù)、實時傳輸通過對在用雷達數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備（BLACKBOX）的數(shù)據(jù)吞吐量的分析，闡述了該設(shè)備在傳輸S模式數(shù)據(jù)時丟包的原因。提出了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)備升級的指標(biāo)要求，通過理論分析及現(xiàn)場測試，將國產(chǎn)化雷達通訊設(shè)備進行程序修改和硬件升級，使之成為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)備，以滿是S模式雷達數(shù)據(jù)的傳輸?shù)臅r鐘同步和傳輸流量要求，具有較好的實際應(yīng)用價值和借鑒意義。

關(guān)鍵詞：S模式;雷達數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā);時鐘同步;傳輸流量

一、引言

自動化系統(tǒng)作為空管指揮重要依據(jù)，對航管雷達數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性要求很高，通常采用V.24、V.35、E1時隙等專線傳輸方式。而航管雷達系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備則采用局域網(wǎng)協(xié)議互聯(lián)，因此在航管雷達內(nèi)部局域網(wǎng)與雷達數(shù)據(jù)傳輸專線之間都配有數(shù)據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備，實現(xiàn)以太網(wǎng)到通信專線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換功能和各種專線傳輸線路的接口適配功能。該數(shù)據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備實現(xiàn)數(shù)據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換和接口適配功能的同時還可以起到航管雷達內(nèi)部局域網(wǎng)與外部系統(tǒng)隔離作用，相當(dāng)于航管雷達系統(tǒng)局域網(wǎng)與外網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)。本文通過詳細分析INDRA雷達的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)備，全面闡述INDRA雷達S模式數(shù)據(jù)引接中面臨的問題，探討解決方案。通過理論分析及現(xiàn)場測試，將國產(chǎn)化雷達通訊設(shè)備進行程序修改和硬件升級，使之成為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)備，以滿是S模式雷達數(shù)據(jù)的傳輸?shù)臅r鐘同步和傳輸流量要求，具有較好的實際應(yīng)用價值和借鑒意義。

二、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)備的功能和原理

（一）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)備的基本功能

1.數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)備簡介

航管雷達數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)備是雷達系統(tǒng)與航管自動化系統(tǒng)的連接設(shè)備，可實現(xiàn)雷達系統(tǒng)內(nèi)網(wǎng)外網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)功能;同時也實現(xiàn)航管自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接入功能。拓?fù)淙鐖D1。設(shè)備邏輯組成架構(gòu)如圖2.

從圖中可見，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)備在雷達系統(tǒng)中不是核心設(shè)備，但地位很重要，該設(shè)備一旦㈩問題，雷達數(shù)據(jù)將無法送出，雷達系統(tǒng)作用消失，所以共為雷達系統(tǒng)的可靠性瓶頸，同時也是雷達數(shù)據(jù)輸出流量瓶頸。例如，目前INDRA雷達系統(tǒng)在用的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)備（BLACKBOX）端口的最高波特率為19.2kbps，已無法滿址S模式數(shù)據(jù)的輸出流量。

2.數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)備的功能

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)備用于INDRA雷達系統(tǒng)到自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)引接，主要具有以下功能：

（1）實現(xiàn)各種傳輸層以下的數(shù)據(jù)通信協(xié)議轉(zhuǎn)換，比如，將lP協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成HDLC同步數(shù)據(jù)、異步數(shù)據(jù);將lP協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成E1數(shù)據(jù);將串口的同步、異步數(shù)據(jù)、E1數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成IP數(shù)據(jù);

（2）實現(xiàn)各種物理通信接口適配功能;

（3）實現(xiàn)各種雷達數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，將專屬的雷達數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成歐標(biāo)數(shù)據(jù)等;

（4）實現(xiàn)雷達數(shù)據(jù)分發(fā)，將一路數(shù)據(jù)分路成多路數(shù)據(jù)輸出。

（二）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)備的基本工作原理

1.設(shè)備組成

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)備配置以下接口：

網(wǎng)絡(luò)接口：通常情況為2個，用于實現(xiàn)雙網(wǎng)熱備功能。

串口：一般為4個或8個，可以獨立設(shè)置為232或422電氣接口，可以獨立設(shè)置每個串口的時鐘模式。如：內(nèi)時鐘或外時鐘;接口模式：如DTE或DCE模式;接口速率：如9600或64000等;可以獨立設(shè)置每個串口的鏈路層協(xié)議，如：HDLC協(xié)議或異步協(xié)議等。

2.數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)計

（1）lP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成HDLC同步數(shù)據(jù)

IP數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。轉(zhuǎn)換設(shè)備與雷達處理系統(tǒng)采用UDP協(xié)議通信。

從IP數(shù)據(jù)中獲取的路由信息，包括目的地址、源地址、目的端口號、源端口號等。根據(jù)這些信息查鏈路配置表，選擇輸出端口，將數(shù)據(jù)封裝成HDLC幀，輸出。HDLC數(shù)據(jù)幀封裝。ISO/IEC 3309標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的HDLC的基本幀結(jié)構(gòu)。

（2）HDLC數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成IP數(shù)據(jù)

通過串口接收HDLC格式的雷達數(shù)據(jù)，計算x16+x12+x5+1的CRC多項式，校驗結(jié)果“F0B8”判為萜確幀。根據(jù)鏈路表，獲取該端口對應(yīng)的IP源端口和目的端口號，源IP地址和目的IP地址，將數(shù)據(jù)組成UDP幀，通過RJ45網(wǎng)絡(luò)端口發(fā)送。

（3）IP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成異步串口數(shù)據(jù)

從接收到的IP數(shù)據(jù)中獲取路由信息和有效數(shù)據(jù)信息，查找鏈路表，獲取數(shù)據(jù)輸㈩的串口號。將數(shù)據(jù)封裝成異步數(shù)據(jù)。

（4）將異步串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成IP數(shù)據(jù)

將接收到的異步數(shù)據(jù)字節(jié)祛除起始位、校驗位和停止位，取出數(shù)據(jù)。根據(jù)鏈路表，將異步數(shù)據(jù)組成IP數(shù)據(jù)幀，送網(wǎng)絡(luò)接口。

三、網(wǎng)絡(luò)通信與專線通信

（一）專線通信

目前航管雷達專線傳輸方式為KS232/422串口傳輸和E1時隙傳輸。

1.RS232串口定義及特點

RS-232C采用25腳D型連接器（含插頭/插座）作為DTE與DCE之間通信電纜的連接口如表1，但在實際進行異步通信時，只需9個信號即夠用，因此也可以采用9腳D型連接器。

串口數(shù)據(jù)傳輸在當(dāng)前航管雷達傳輸領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛，該傳輸方式優(yōu)點是簡單、穩(wěn)定可靠、通用性強，成熟，便于維修。缺點是：理論上RS232瑞口的傳輸速率不能高于128K，連接頭的尺寸較大，占用空間大，串口的傳輸距離有限，不超過15米，如果遠傳需要增加串口轉(zhuǎn)E1等設(shè)備，如VANGARD等。另外，采用同步串行通信方式，要求對時鐘引腳定義非常清楚，否則容易導(dǎo)致傳輸誤包。

根據(jù)不同的電氣標(biāo)準(zhǔn)、封裝模式，串口線纜的連接都是不一樣的，需要根據(jù)具體工作場景來連接，并且保證物理連接和界面配置的參數(shù)能夠吻合，否則將無法正常工作。

2.以太網(wǎng)口定義

以太網(wǎng)是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)。常見的接口有：

10M：10base-T（銅線UTP模式）。

100M：100base-TX（銅線UTP模式）;100base-FX（光纖線）。

1000M：1000base-T（銅線UTP模式）;1000base-LX（單模光纖線）。

目前雷達系統(tǒng)內(nèi)部通信采用以太網(wǎng)方式。

（二）專線傳輸與網(wǎng)絡(luò)傳輸方式比較

網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議的最大特點是底層無保障傳輸。如果將數(shù)據(jù)傳輸與交通類比，就較容易理解網(wǎng)絡(luò)通信與專線通信的特點。專線通信是指數(shù)據(jù)獨享通信線路，相當(dāng)于城市的軌道交通（地鐵、輕軌等）。網(wǎng)絡(luò)通信是指多路數(shù)據(jù)共享通信線路，相當(dāng)于城r盯的普通道路交通。因此，對于實時性要求很高的航管雷達數(shù)據(jù)傳輸，通常建議采用專線傳輸方式，每路數(shù)據(jù)獨享通信線路，而網(wǎng)絡(luò)通信不適用。網(wǎng)絡(luò)信道由于使用非常廣泛，因此建設(shè)成本低，在雷達系統(tǒng)內(nèi)部各個設(shè)備之間采用網(wǎng)絡(luò)通信方式，是因為系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備數(shù)量少，風(fēng)險完全在可控范圍。

四、INDRA雷達S模式數(shù)據(jù)引接中的問題

INDRA雷達數(shù)據(jù)引接是指將INDRA雷達輸中的串口數(shù)據(jù)通過專用通信網(wǎng)絡(luò)送至各雷達用戶系統(tǒng)，如：自動化系統(tǒng)。使用過程中常見問題集中在以下兩方面：

（一）當(dāng)前在用的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)備由于購置安裝時間較早，支持的輸出數(shù)據(jù)速率較低僅能滿址A/C模式雷達數(shù)據(jù)傳輸，無法滿是S模式雷達數(shù)據(jù)輸中要求，因此，當(dāng)將雷達設(shè)置為S模式輸出時，存在大量錯包及丟包現(xiàn)象，雷達數(shù)據(jù)自動化系統(tǒng)無法使用。

（二）航管雷達數(shù)據(jù)具有很高的實時性，多采用同步數(shù)據(jù)傳輸方式，同步數(shù)據(jù)傳輸對時鐘要求很高。雷達需要采用自身的時鐘產(chǎn)生數(shù)據(jù)，進而輸出數(shù)據(jù)。由于遠傳的通信骨干網(wǎng)一般使用自身的時鐘接收數(shù)據(jù)，所以，盡管接口環(huán)節(jié)采用交叉或者直連線纜將時鐘物理隔離，但實際上轉(zhuǎn)換設(shè)備的輸入與輸出還是采用自己的時鐘，這種情況將導(dǎo)致周期性錯包。

五、解決方案及實際應(yīng)用

經(jīng)上文分析，我們對恩瑞特二次雷達配套的通信服務(wù)器（以下簡稱通信服務(wù)器）進行深入研究用以替代BLACKBOX，以解決INDRA雷達S模式數(shù)據(jù)引接問題。

通信服務(wù)器的8個串口為獨立功能口，利用通信服務(wù)器的分路功能，將其8個串口分成兩組，如圖9所示，上、下4個口各為一組。每組最左邊的第一個口作為輸入，其余3個口作為輸中。相通信服務(wù)器的每個串口最高可以支持128Kbps的數(shù)據(jù)傳輸，所以完全滿是S模式38 kbps的數(shù)據(jù)流量要求，而且還有很大余量。

我們通過修改和升級該通信服務(wù)器中DSP嵌入式軟件，將共通信協(xié)議修改成與INDRA雷達通信協(xié)議相匹配的協(xié)議。另外，由于通信服務(wù)器的每個串口都可以獨立配置成DTE或者DCE，獨立配置成內(nèi)時鐘或者外時鐘，所以，無論與雷達瑞還是通信網(wǎng)端相連，都采用標(biāo)準(zhǔn)的V.24直連線纜即可，因此一致性很好，減少數(shù)據(jù)引接現(xiàn)場的工作量，避免由于人為焊線帶來的數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃燥L(fēng)險。

通過修改DSP嵌入式軟件中的通信協(xié)議，為驗證效果，我們在貴陽磊莊雷達站、銅仁雷達站對通信服務(wù)器進行S模式雷達數(shù)據(jù)引接使用，目前使用效果良好，設(shè)備運行穩(wěn)定。該力法對民航空管S模式雷達數(shù)據(jù)引接具有較好的實際應(yīng)用價值和借鑒意義。