胡繼榮

（民航華東空管局氣象中心 上海 200335）

基于SDH的氣象雷達數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的研究與實現(xiàn)

胡繼榮

（民航華東空管局氣象中心 上海 200335）

針對氣象雷達伴隨通信技術(shù)發(fā)展后新的數(shù)據(jù)傳輸需求，本文采用同步數(shù)字體系（SDH）研究并實現(xiàn)了一套雷達數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，實現(xiàn)了基于公用電信數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的雷達數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)經(jīng)測試運行，可滿足氣象雷達數(shù)據(jù)傳輸中大數(shù)據(jù)量、高實時性等要求。

氣象雷達；系統(tǒng)設(shè)計；數(shù)據(jù)傳輸；SDH

隨著"十一五計劃"的完成，我國已建成由158部多普勒天氣雷達構(gòu)成的新一代天氣雷達網(wǎng)。新一代天氣雷達是采用多普勒技術(shù)通過測量云雨目標(biāo)等物體對于雷達的相對速度，反演大氣水云體流動速度、氣風(fēng)場、垂直氣流速度的分布及湍流情況的雷達系統(tǒng)。

相較于傳統(tǒng)的常規(guī)天氣雷達，新一代多普勒天氣雷達除了完成常規(guī)天氣雷達的作用外，還可有效監(jiān)控各種災(zāi)害性天氣，定量估測大范圍降水。新一代多普勒天氣雷達的工作頻率有S、C兩種波段，在沿海地區(qū)及主要降雨流域使用工作頻率為S波段的新一代氣象雷達，而在內(nèi)陸地區(qū)使用C波段的雷達[1-7]。

SDH是由美國貝爾通信技術(shù)研究所在上個世紀(jì)八十年代末提出的同步光網(wǎng)絡(luò)（SONET），該技術(shù)是一種將復(fù)接、線路傳輸及交換功能融為一體，并由統(tǒng)一網(wǎng)管系統(tǒng)操作的綜合信息傳送網(wǎng)絡(luò)。在現(xiàn)如今各種光纖寬帶接入網(wǎng)絡(luò)中，SDH技術(shù)的應(yīng)用最為普遍[8-10]。

同時，SDH技術(shù)可滿足氣象雷達數(shù)據(jù)傳輸中對帶寬的要求，且即使在未來雷達數(shù)據(jù)量增加，也只需租用更高帶寬的端口，即可滿足數(shù)據(jù)傳輸要求，價格相對于DDN等線路要低廉的多。因此，本文在充分了解通信技術(shù)的發(fā)展與氣象雷達數(shù)據(jù)傳輸要求的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了基于SDH技術(shù)的氣象雷達數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)分析與模塊構(gòu)建

本數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集機、交換機、協(xié)議轉(zhuǎn)換器、控制臺和SDH線路組成。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示[11-15]。

圖1 系統(tǒng)功能模塊

氣象雷達到數(shù)據(jù)中心的直線距離為25 km，雷達將原始數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)中心。氣象雷達的掃描的速度為36度/s，數(shù)據(jù)傳輸速度0.5度傳輸3 k字節(jié)，強度、速度、帶寬均為1 k，則要求的網(wǎng)絡(luò)最小的傳輸速率為

所以，SDH線路采用帶寬為2 M即可，協(xié)議轉(zhuǎn)換器采用帶寬為2 M的西安大唐公司生產(chǎn)的轉(zhuǎn)換器。

系統(tǒng)的工作流程為：雷達數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集機進行采集，采集的信號送至交換機后通過100 Mbps的雙絞線到達協(xié)議轉(zhuǎn)換器。在協(xié)議轉(zhuǎn)換器中，電信號被轉(zhuǎn)化為光信號，轉(zhuǎn)化后的信號經(jīng)帶寬為2 M的SDH數(shù)據(jù)傳輸線傳送到數(shù)據(jù)中心，再由協(xié)議轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為電信號，交于控制臺。在控制臺中進行雷達信號處理，獲得信號中的信息，并通過刻錄機、激光打印機等設(shè)備進行數(shù)據(jù)備份和保存。

2 系統(tǒng)實現(xiàn)

2.1 SDH技術(shù)

SDH中以同步傳送模塊STM－N（Synchronous Transport Mode，N=1，4，16，64）采用的信息結(jié)構(gòu)，其中最基本的模塊為STM－1，4個STM－1同步復(fù)用構(gòu)成STM－4。采用SDH傳輸各種信號，當(dāng)各信號進入SDH幀均必須有3個步驟：映射、定位和復(fù)用。其過程如圖2所示。

映射：映射指將不同速率的信號編碼后裝入相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)容器（C）內(nèi)，然后加入通道開銷（POH），最后形成虛擬容器。

定位：定位中將幀發(fā)生的相位偏差（幀偏移）信息通過指針定位后，放入支路單元（TU）或管理單元（AU）。

復(fù)用：復(fù)用指使用多個低階通道層的信號適配高階通道，或是將高階信道的信號適配到復(fù)用層。復(fù)用中采用字節(jié)交叉方式將支路單元放入虛擬容器或?qū)⒐芾韱卧湃隨TM-N。

2.2 系統(tǒng)測試

測試環(huán)境為：氣象雷達到數(shù)據(jù)中心的直線距離為25 km，雷達將原始數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)中心。氣象雷達的掃描速度為36度/s，數(shù)據(jù)傳輸速度0.5度傳輸3 k字節(jié)，強度、速度、帶寬均為1 k。采用2 M帶寬的SDH線路，協(xié)議轉(zhuǎn)換器采用帶寬為2 M的西安大唐公司生產(chǎn)的轉(zhuǎn)換器。雷達發(fā)送端的波形圖，如圖3所示。

接收端的波形如圖4所示。

圖2 SDH服用映射結(jié)構(gòu)

圖3 發(fā)送端波形

圖4 接收端波形

對比分析圖3、圖4的波形圖可看出，通道0正確的完成了數(shù)據(jù)包的發(fā)送與接收，并在校驗無誤后給發(fā)送端發(fā)送了確認(rèn)信號。通道1在接收校驗后發(fā)生了數(shù)據(jù)包的錯誤，進行了重新發(fā)送，并最終在接收無誤后發(fā)送了確認(rèn)信號，完成了數(shù)據(jù)的傳輸。

3 結(jié)束語

隨著現(xiàn)代通信與雷達技術(shù)的發(fā)展，氣象雷達數(shù)據(jù)的傳輸面臨著諸如大數(shù)據(jù)量、高實時性等更多的新挑戰(zhàn)。文中基于SDH技術(shù)設(shè)計并實現(xiàn)了一套氣象雷達的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，可準(zhǔn)確的完成雷達數(shù)據(jù)包的發(fā)送與接收。由于以成熟的SDH技術(shù)為基礎(chǔ)，本系統(tǒng)成本低，運行穩(wěn)定，且即使在未來雷達數(shù)據(jù)量不斷的增加，也只需租用更高帶寬的端口，即可滿足數(shù)據(jù)傳輸要求。

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Research and implementation of meteorological radar data transmission technology based on SDH

HU Ji-rong
（CAAC East China Air Traffic Control Meteorological Center，Shanghai 200335，China）

The new demand for data transmission after weather radar along with development of communication technology，paper，synchronous digital hierarchy （SDH）study and implement a set of radar data transmission system，a radar-based data transmission public telecommunications data transmission network.System has been test run，to meet the meteorological radar data transfer large amounts of data，high real-time requirements.

meteorological radar；system design；RADATS；SDH

TP311

A

1674－6236（2016）15-0039-03

2016-01-29 稿件編號：201601278

胡繼榮（1978—），男，江蘇蘇州人，工程師。研究方向：氣象探測。