□ 民航汕頭空管站 曾培彬／文

當(dāng)前的空管自動化系統(tǒng)采用了多雷達(dá)融合的監(jiān)視源設(shè)計(jì)，可以解決單一雷達(dá)信號質(zhì)量不穩(wěn)定、覆蓋范圍有限的問題。但是如若空管自動化系統(tǒng)融合算法不科學(xué)、雷達(dá)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)配置異常、雷達(dá)天線功能異常、雷達(dá)接口單元異常、雷達(dá)接收機(jī)異常則容易造成雷達(dá)目標(biāo)分裂。

雷達(dá)目標(biāo)大面積分裂是常見空管自動化系統(tǒng)故障之一，究其原因，前兩者基本出現(xiàn)在空管自動化系統(tǒng)投產(chǎn)時的測試和試運(yùn)行，后三者主要是雷達(dá)站雷達(dá)源處理異常導(dǎo)致的，在實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)的概率較大。目前，全國各地空管單位都在相應(yīng)的應(yīng)急處置流程中明確，出現(xiàn)目標(biāo)大面積分裂時必須快速排查出影響信號的雷達(dá)源并將其與空管自動化系統(tǒng)斷開，而在運(yùn)行中，技術(shù)保障人員基本上是通過空管自動化系統(tǒng)單路雷達(dá)信號逐一與系統(tǒng)融合信號的對比，找出造成分裂的雷達(dá)信號。這種方法雖然簡單有效，但是如果接入的雷達(dá)信號較多，不可避免會花費(fèi)較多的排故時間。

Site Monitor是一種二次雷達(dá)位置監(jiān)控，現(xiàn)有在運(yùn)行的空管二次雷達(dá)都會配備有Site Monitor，在日常維護(hù)保障中，其主要作為外部基準(zhǔn)信號用于雷達(dá)監(jiān)視性能評估，并且可以應(yīng)用于正北校準(zhǔn)、天線維修檢測等維護(hù)工作中。本文從實(shí)際出發(fā)，提出一種基于Site Monitor信號分析的空管自動化雷達(dá)目標(biāo)分裂快速檢測方法，通過對雷達(dá)站Site Monitor信號進(jìn)行分析，以其為基準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)對雷達(dá)目標(biāo)位置偏移的快速檢測并在軟件設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)。軟件可以在空管自動化系統(tǒng)出現(xiàn)目標(biāo)大面積分裂時提供單雷達(dá)的數(shù)據(jù)處理情況參考，提高對空管自動化系統(tǒng)雷達(dá)目標(biāo)分裂排故的效率。

雷達(dá)數(shù)據(jù)分裂下的Site Monitor信號

Site Monitor信號的數(shù)據(jù)異常變化的原因有：一是雷達(dá)數(shù)據(jù)處理異常，二是Site Monitor本身異常。如若Site Monitor本身信號處理有問題，此時的雷達(dá)可信度下降，無法評估雷達(dá)數(shù)據(jù)質(zhì)量。前者是造成空管自動化系統(tǒng)目標(biāo)大面積分裂的原因，后者則對空管自動化系統(tǒng)的真實(shí)運(yùn)行并無大影響，并且實(shí)際工作中兩者同時出現(xiàn)的概率較小。因此，在得知Site Monitor信號分裂去判斷空管自動化系統(tǒng)是否會產(chǎn)生目標(biāo)分裂顯然比較復(fù)雜，但是空管自動化系統(tǒng)如若由于單雷達(dá)本身數(shù)據(jù)處理異常導(dǎo)致出現(xiàn)大面積目標(biāo)分裂，該雷達(dá)所屬的Site Monitor信號卻大概率出現(xiàn)分裂（此處的目標(biāo)大面積分裂還有可能是由于傳輸延遲導(dǎo)致，此種情況Site Monitor目標(biāo)數(shù)據(jù)不會分裂，鑒于通信設(shè)備的較強(qiáng)穩(wěn)定性暫時不考慮此類情況，有待進(jìn)一步探討），這也是方法研究的意義所在。

在空管自動化系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)分裂并判別為兩個目標(biāo)需要綜合考慮目標(biāo)的高度、平面距離、SSR、地址碼等主要因素。對于一個或者可數(shù)的多數(shù)個目標(biāo)分裂，這些因素都必須同時考慮，而對于大面積雷達(dá)數(shù)據(jù)分裂而言平面距離超出閾值則是最為主要、常見的原因，因此方法主要考慮距離因素。以民航汕頭空管站在用的南京萊斯空管自動化系統(tǒng)為例，在其他因素不變的情況下其定義參與融合的單雷達(dá)航跡與系統(tǒng)融合航跡之間的平面距離超過1.5km則將其判定為目標(biāo)分裂。為了快速得出基于Site Monitor信號分析的參數(shù)，可以直接在空管自動化系統(tǒng)中進(jìn)行作圖測距，測出Site Monitor信號的正常范圍參數(shù)。

以Thales雷達(dá)的Site Monitor為例，在南京萊斯自動化系統(tǒng)界面上測距操作如圖1。由于雷達(dá)數(shù)據(jù)解析出來的方位角是目標(biāo)相對雷達(dá)坐標(biāo)的真北方位角，而由于管制運(yùn)行需要，空管自動化系統(tǒng)測量顯示的具體角度是磁北坐標(biāo)，因此必須將測量數(shù)值轉(zhuǎn)換為真北坐標(biāo)。本地空管自動化系統(tǒng)中心點(diǎn)的磁偏為2°，因此所有測量的方位角必須減去2°才是相對真北坐標(biāo)方位。Thales雷達(dá)的Site Monitor在自動化系統(tǒng)中相對自身雷達(dá)的距離為166km（89.632nmi），方位角為磁北坐標(biāo)165°，因此真北方位角為163°。以Site Monitor坐標(biāo)點(diǎn)為圓心作15km半徑的圓，并從該雷達(dá)坐標(biāo)引兩個測量線與該圓相切，兩個測量線之間的方位角范圍即是該空管自動化系統(tǒng)不出現(xiàn)目標(biāo)分裂時Site Monitor的正常偏移方位角范圍。距離方面的范圍則可以直接由Site Monitor相對雷達(dá)站的距離加上或減去分裂門限15km（8.099nmi）即可。

按照圖1，Thales雷達(dá)的Site Monitor參數(shù)為：相對自身雷達(dá)的方位角為163°，正常距離范圍為81.53nmi～97.73nmi，正常方位角范圍為159°～169°。同理由圖2可以得出本地Raytheon雷 達(dá) 的Site Monitor參數(shù)為： 相對自身雷達(dá)的方位角為1°，正常距離范圍為143.09nmi～159.29nmi，正常方位角范圍為0°～4° 和358°～360°。

實(shí)際工作中，Site Monitor信號數(shù)據(jù)在正常運(yùn)行中會有細(xì)微的變化，并且根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際的運(yùn)行統(tǒng)計(jì)這些變化長期處于某個范圍內(nèi)。其中，距離的變化主要是由于Site Monitor自身的延時處理性能決定的，而方位變化則是雷達(dá)的方位處理決定的，都和現(xiàn)場部署的環(huán)境和機(jī)器的性能有關(guān)。因此在本文的檢測方法中需要對上述得出的正常運(yùn)行范圍參數(shù)結(jié)合各個雷達(dá)實(shí)際投產(chǎn)測試正常運(yùn)行后的Site Monitor信號變化范圍的修正得出符合實(shí)際的正常參數(shù)范圍。

表1：現(xiàn)場Site Monitor 信號數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

以現(xiàn)場Thales雷達(dá)和Raytheon雷達(dá)的Site Monitor信號某一天每2小時的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)為例（經(jīng)實(shí)際統(tǒng)計(jì)近5年的數(shù)據(jù)，每天數(shù)據(jù)類似），如表1。由表可以看出在距離的解析上，數(shù)據(jù)的變化較為穩(wěn)定，變化范圍基本處于0.01nmi（大約55m）內(nèi)，波動較小。而角度則波動較大，并且不同雷達(dá)的波動范圍差異性較大，系統(tǒng)可以對上述告警范圍參數(shù)進(jìn)行修正如下：

Thales雷達(dá)Site Monitor參數(shù)為：空管自動化系統(tǒng)測量方位角為163°，實(shí)際波動范圍在163.60°～163.77°之間，都大于163°，最小波動幅度為0.6，最大波動幅度為0.77°。因此，正常方位角范圍修正為：159.6°～169.77°。在距離處理上，由于各個自動化系統(tǒng)的界面圖形測量是經(jīng)過不同的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、投影轉(zhuǎn)換和單位換算而得出的測量數(shù)值，與實(shí)際的數(shù)值有一定的誤差，自動化系統(tǒng)測量距離為89.63nmi，實(shí)際雷達(dá)數(shù)據(jù)解析的數(shù)值卻為89.97nmi。因此方法以實(shí)際測量為準(zhǔn)，在波動范圍內(nèi)考慮自動化系統(tǒng)分裂判別閾值15km（8.099nmi）即可。因此，正常距離范圍為81.87nmi～98.08nmi。

Raytheon雷達(dá)Site Monitor參數(shù)為：空管自動化系統(tǒng)測量方位角為1°，實(shí)際波動范圍在1°左 右（0.99°～1.08°），向下幅度0.01°， 向上幅度0.08°。因此，正常方位角范圍修正為：357.99°~365°，0°～4.08°。同理，正常距離范圍為142.67nmi~158.88nmi。

方法的實(shí)現(xiàn)與驗(yàn)證

（一）硬件接入

實(shí)際工作中，雷達(dá)站的雷達(dá)數(shù)據(jù)通過通信鏈路送到航管中心的雷達(dá)數(shù)據(jù)分配器，雷達(dá)數(shù)據(jù)分配器可以將雷達(dá)站的雷達(dá)數(shù)據(jù)一路分為多路，分別接入不同的系統(tǒng)。當(dāng)前空管自動化系統(tǒng)采用雷達(dá)協(xié)議轉(zhuǎn)換器將雷達(dá)數(shù)據(jù)分配器的雷達(dá)數(shù)據(jù)從RS232同步信號轉(zhuǎn)換為UDP網(wǎng)絡(luò)信號，一臺雷達(dá)協(xié)議轉(zhuǎn)換器可以接入多個雷達(dá)站的雷達(dá)數(shù)據(jù)，最終協(xié)議轉(zhuǎn)換器通過不同的網(wǎng)絡(luò)端口識別不同雷達(dá)源數(shù)據(jù)（具體對應(yīng)串口的UDP端口號在協(xié)議轉(zhuǎn)換器的配置上可以設(shè)置）。本方法設(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng)采用同樣的模式，利用現(xiàn)有的雷達(dá)協(xié)議轉(zhuǎn)換器將各個雷達(dá)站的雷達(dá)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為UDP網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接入到網(wǎng)絡(luò)中供系統(tǒng)運(yùn)行PC機(jī)使用。雷達(dá)協(xié)議轉(zhuǎn)換器可以采用北京空管技術(shù)裝備公司生產(chǎn)的MPCS802多通道協(xié)議轉(zhuǎn)換服務(wù)器，其可以提供8路同步雷達(dá)信號轉(zhuǎn)換為100M或10M的UDP數(shù)據(jù)。PC機(jī)則可以簡單采用惠普HPZ440工控機(jī)即可，硬件接入實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)如圖3。

（二）軟件實(shí)現(xiàn)

軟件主要通過C#設(shè)計(jì)，分為UDP接收模塊和Site Monitor信號數(shù)據(jù)解析模塊。UDP接收模塊采用C#中UdpClient類的“Receive”方法即可快速接收數(shù)據(jù)，采用多線程設(shè)計(jì)，并在多線程中進(jìn)行控件操作。“Recivce”是一個可以傳入具體端口號變量的接收函數(shù)，實(shí)際應(yīng)用中該端口號與MPCS802多通道協(xié)議轉(zhuǎn)換器配置的各個單路雷達(dá)的UDP端口數(shù)字字符串對應(yīng)，換言之，系統(tǒng)可以直接建立一個8線程的數(shù)據(jù)處理過程，每個線程對應(yīng)一個端口數(shù)據(jù)處理，每個端口數(shù)據(jù)處理可處理一路單雷達(dá)數(shù)據(jù)。最終實(shí)現(xiàn)多個雷達(dá)臺站的Site Monitor的數(shù)據(jù)集中處理。

Site Monitor信號數(shù)據(jù)解析模塊主要將不同通道的雷達(dá)數(shù)據(jù)字符串進(jìn)行解析，并根據(jù)各個雷達(dá)站Site Monitor設(shè)置的SSR將Site Monitor信號數(shù)據(jù)篩選出來進(jìn)行距離和方位角的分析。當(dāng)前A/C模式雷達(dá)數(shù)據(jù)目標(biāo)信息主要是基于ASTERIX CAT001（如若是S模式雷達(dá)則是CAT048），因此可以采用CAT001對A/C模式的Site Monitor信號數(shù)據(jù)解析。當(dāng)然，雷達(dá)數(shù)據(jù)是基于HDLC（高級數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議）的傳輸，經(jīng)過協(xié)議轉(zhuǎn)換器后的數(shù)據(jù)需要去除相應(yīng)的標(biāo)志碼、地址碼、控制碼和校驗(yàn)位，只對其信息幀處理。HDLC的報(bào)頭報(bào)尾標(biāo)識為“01111110”，地址碼和控制碼分別是報(bào)頭后續(xù)的兩個字節(jié)，而信息幀作為ASTERIX數(shù)據(jù)塊是一個可變長、最長可為256字節(jié)的數(shù)據(jù)段，校驗(yàn)位則緊跟在信息幀后，為2個字節(jié)。通過C#中string類的字符串處理方法即可最終得出具體的信息幀。信息幀的處理只需要按照ASTERIX CAT001數(shù)據(jù)項(xiàng)格式進(jìn)行處理即可，方法與上述獲取信息幀類似，此處不贅述。對于本設(shè)計(jì)而言，系統(tǒng)只需要考慮目標(biāo)報(bào)告描述符（CAT001中的數(shù)據(jù)項(xiàng)I001/020）篩選具體的Site Monitor信息幀，并在具體的幀內(nèi)解析對應(yīng)的極坐標(biāo)測量位置的數(shù)據(jù)，不用關(guān)注其他多余的數(shù)據(jù)項(xiàng)。CAT001的極坐標(biāo)位置由數(shù)據(jù)項(xiàng)I001/040描述，實(shí)際數(shù)據(jù)為4位16進(jìn)制，其中前兩位表示距離，后兩位表示角度，通過該數(shù)據(jù)項(xiàng)可以直接得出Site Monitor相對雷達(dá)站實(shí)時的具體距離和方位角，與上述設(shè)定好的正常范圍參數(shù)進(jìn)行比較，如若超過該參數(shù)則軟件界面發(fā)出聲光告警。

實(shí)際工作中，Site Monitor信號也有可能由于設(shè)備的斷電或者故障導(dǎo)致無顯示，此時數(shù)據(jù)分析沒有相應(yīng)的距離和方位角，如若累計(jì)達(dá)到一定的時間門限軟件當(dāng)即給予用戶提醒，顯示該雷達(dá)數(shù)據(jù)可信度降低。另一方面，如若傳輸設(shè)備出現(xiàn)時鐘滑步，空管自動化系統(tǒng)也會出現(xiàn)目標(biāo)大面積分裂，而此時Site Monitor目標(biāo)信號依然沒有分裂。該類情況雖然無法直接通過本軟件定位具體異常雷達(dá)，但是卻可以推測出是通信鏈路問題，結(jié)合本地通信鏈路配置和相關(guān)通信設(shè)備的告警信息也可以快速定位故障。