摘 ?要： 目的：通過航管集中監(jiān)控系統(tǒng)分析雷達原始數(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數(shù)據(jù)的配置，利用雷達記錄儀存儲的歷史數(shù)據(jù)，將其接入航管集中監(jiān)控系統(tǒng)進行歷史數(shù)據(jù)解析。結(jié)果：可以克服航管集中監(jiān)控系統(tǒng)不能存儲雷達數(shù)據(jù)并對歷史數(shù)據(jù)進行分析的缺點，便于針對特定事件中的雷達原始數(shù)據(jù)進行深入分析。結(jié)論：通過該方法，可以大幅度的地提高分析雷達數(shù)據(jù)的效率。經(jīng)過實際工作的驗證，得到了技術(shù)人員的認可。

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

中圖分類號： TN954 ? ?文獻標識碼： 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)備和自動化系統(tǒng)信息交換的標準格式。其中針對用于交互的空管監(jiān)視數(shù)據(jù)信息的詳細結(jié)構(gòu)進行了詳細定義，即包括每一個比特編碼的細節(jié)結(jié)構(gòu)，也包括數(shù)據(jù)塊組織的整體結(jié)構(gòu)。因為便于實現(xiàn)不同組織結(jié)構(gòu)的監(jiān)視設(shè)備與自動化系統(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家/地區(qū)得到廣泛應(yīng)用。該標準工作在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，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的幀的信息字段當中。HDLC協(xié)議當中的每一個幀一般均封裝一個ASTERIX數(shù)據(jù)包或者封裝若干個數(shù)據(jù)包。

1 ?雷達原始數(shù)據(jù)格式

1.1 ?ASTERIX標準概述

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)備和自動化系統(tǒng)信息交換的標準格式。它針對用于交互的空管監(jiān)視數(shù)據(jù)信息的結(jié)構(gòu)進行了詳細定義。因為便于實現(xiàn)不同組織結(jié)構(gòu)的監(jiān)視設(shè)備與自動化系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)信息交互，目前已在許多國家/地區(qū)得到廣泛應(yīng)用。該標準工作在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的幀的信息字段當中，每一個幀一般均封裝一個ASTERIX數(shù)據(jù)包或者封裝若干個數(shù)據(jù)包。

1.2 ?ASTERIX標準的格式

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標準的自動化系統(tǒng)或監(jiān)視系統(tǒng)之間交互的數(shù)據(jù)信息模塊。每個數(shù)據(jù)塊由某個記錄（Record）或同一類的多個記錄 ? 組成。

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

（3）記錄：表示一個信息實體，用于描述特定的數(shù)據(jù)類別，由一個FSPEC和多個數(shù)據(jù)域組成一個記錄。舉個例子，一個CAT001格式的記錄可以詳細說明某雷達目標，而一個CAT002格式的記錄可以詳細說明某雷達的服務(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

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

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

分析雷達目標原始數(shù)據(jù)時，常用ASTERIX標準中的CAT001格式解析雷達站輸出的單雷達目標信息報告。CAT001適用于航管一次雷達和航管二次雷達，包括點跡（plot）目標報告和航跡（track）目標報告，與CAT002雷達服務(wù)信息一起組成單雷達信息輸出格式的最基本集合。在一個天線掃描周期中，CAT001格式按照天線掃描的角度發(fā)送對應(yīng)的目標，一個CAT001包中封裝一個或多個目標。按照標準，如圖1所示的一個十六進制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)包有效長度為17字節(jié)，雷達SAC碼為00，雷達SIC碼為FF，來自于一號天線的單二次雷達的真實點跡報告，非SPI標志，非固定天線，無擴展，極坐標分別為155.3 km和134.156度，二次代碼A2307默認有效實時無混淆，高度3414米默認有效無混淆，UTC時間戳為362.07秒。

2 ?通過航管集中監(jiān)控系統(tǒng)查看雷達原始數(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)場部署的航管集中監(jiān)控系統(tǒng)主要實現(xiàn)的功能包括：引接雷達數(shù)據(jù)、ADSB數(shù)據(jù)、ADSC數(shù)據(jù)、CPDLC地空數(shù)據(jù)鏈;對引接的監(jiān)視數(shù)據(jù)進行處理和解碼及分析;通過圖形和列表的方式對解碼和分析的結(jié)果進行直觀的顯示;監(jiān)視和控制系統(tǒng)自身的運行狀態(tài);通過網(wǎng)絡(luò)NTP服務(wù)自動校時。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)，便于維護和升級，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坐標系，由雷達信息引接、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、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[2]

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

2.2.1 ?雷達原始數(shù)據(jù)引接

航管集中監(jiān)控系統(tǒng)通過信號引接設(shè)備的RS- 232同步通信接口（DB-25連接器）與雷達原始數(shù)據(jù)源相連，接收HDLC協(xié)議且符合RS-232信號定義的數(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)可處理的雷達數(shù)據(jù)格式包括Asterix、Thales、Raytheon、Alenia、Selex、Toshiba、Westinghouse、Telephonics、Indra、Siemens、和國內(nèi)MH/T4008數(shù)據(jù)格式等，并配置4臺共80個同步232接口的協(xié)議轉(zhuǎn)換器。

從雷達記錄儀的外送模塊引接一部雷達原始數(shù)據(jù)后，再將該雷達原始數(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)中雷達鏈路模塊的相應(yīng)端口狀態(tài)檢查雷達原始數(shù)據(jù)是否成功接入該系統(tǒng)。當數(shù)據(jù)未接入系統(tǒng)時，該模塊相應(yīng)端口顯示為灰色。當數(shù)據(jù)成功接入系統(tǒng)時，該模塊相應(yīng)端口顯示為綠色。

2.2.2 ?軟件配置

在系統(tǒng)中添加一路雷達數(shù)據(jù)時，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“雷達通道設(shè)置”;在“雷達通道設(shè)置”窗口中點擊“增加”并填寫新增雷達的序號、雷達名、周期、格式、端口號、經(jīng)緯度、高度等相關(guān)參數(shù);通過系統(tǒng)監(jiān)控終端同時重啟雷達數(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，在雷達鏈路監(jiān)視模塊中選擇相應(yīng)雷達并檢查參數(shù)配置是否生效，完成該路雷達的添加。

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

航管集中監(jiān)控系統(tǒng)本身只具備實時數(shù)據(jù)處理功能，并不具備數(shù)據(jù)存儲和回放功能。因此，為便于分析雷達原始數(shù)據(jù)，本文提出一種技術(shù)思路，將雷達記錄儀中的雷達原始數(shù)據(jù)輸出給航管集中監(jiān)控系統(tǒng)。對于航管集中監(jiān)控系統(tǒng)而言，輸入的雷達記錄儀數(shù)據(jù)與實時雷達原始數(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)器是兩臺雷達數(shù)據(jù)處理器RDP。雷達原始數(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。雷達記錄儀的核心設(shè)備由雷達適配器、雷達記錄單元、網(wǎng)絡(luò)交換機等構(gòu)成。其中，雷達記錄A單元與雷達記錄B單元互為備份，用于接收處理同一部雷達的兩路傳輸數(shù)據(jù)[4-6]。雷達數(shù)據(jù)的接入和輸出由雷達適配器完成，每個雷達適配器可以接收或發(fā)送8路雷達數(shù)據(jù)，且同時與A單元和B單元相連。雷達適配器的工作模式為輸入輸出信號全雙工模式，即在記錄的同時可以回放已記錄的雷達數(shù)據(jù)到指定終端?？梢愿鶕?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)的終端上運行著三套軟件，分別是監(jiān)視數(shù)據(jù)顯示軟件、雷達質(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探測到的動態(tài)飛行目標等信息，雷達質(zhì)量監(jiān)視與分析軟件和系統(tǒng)監(jiān)控軟件用于雷達原始數(shù)據(jù)分析[7]。

2.3.2 ?操作步驟

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

首先，根據(jù)需要確定回放雷神雷達C1路，將雷達原始數(shù)據(jù)從雷達記錄儀上的對應(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，將雷達記錄儀上相應(yīng)雷達適配器的選擇開關(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)置雷達名為“XIYRAY”，雷達通道為“CH-A”，重演通道為“PLBK1”，最后點擊“添加通道”完成設(shè)置。

再次，設(shè)置重演開始時間并選中“等待開始數(shù)據(jù)觸發(fā)”選項后，點擊“開始”進入等待外部輸入雷達數(shù)據(jù)的狀態(tài);如果想從眾多目標中關(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，一次最多可以同時關(guān)注五架航班;同上面的設(shè)置一樣，還需在雷達名稱里選擇“XIYRAY”，在雷達通道里選擇“CH-A”。

最后，用雷達記錄儀開始回放A1單元的雷神雷達。此時，雷神雷達C1路的原始數(shù)據(jù)進入航管集中監(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的雷達原始數(shù)據(jù)，如圖3所示。

3 ?結(jié)束語

在一次異常情況發(fā)生時，發(fā)現(xiàn)某空域出現(xiàn)大量的航班目標分裂現(xiàn)象。技術(shù)人員迅速定位故障為某部雷達數(shù)據(jù)的信號異常。但是，該雷達的維護單位經(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)分析雷達原始數(shù)據(jù)的方法，快速發(fā)現(xiàn)該部雷達的傳輸延時達到十二秒左右，造成該雷達的航班目標無法與其它雷達的航班目標融合，進而導(dǎo)致大面積航班目標分 ?裂[9-10]。

工作中常需要技術(shù)人員分析雷達原始數(shù)據(jù)，直接分析二進制或者十六進制數(shù)據(jù)文件的工作量比較大且要求技術(shù)人員精通雷達數(shù)據(jù)格式，不僅效率低，而且技術(shù)門檻高。在計算過程中如果稍有不慎，就很可能會出現(xiàn)錯誤。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)自動解析數(shù)據(jù)，只要求技術(shù)人員熟悉雷達數(shù)據(jù)格式即可。經(jīng)過實際測試和使用，證明該方法簡單易行且高效便捷。

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