一种在DSP中实现航管S模式闭锁协议的方法

卜凡湘++魏祥利++李辉

摘 要

航管S模式是为解决传统A/C模式监视能力不足而设计的最新监视方法，闭锁协议是S模式协议中重要的组成部分。本文介绍了S模式闭锁协议，并采用TMS320F28335 DSP完成了S模式应答机中闭锁协议的实现。

【关键词】S模式 闭锁 DSP

1 引言

航管S模式（Mode Select）是欧美国家开发的先进航管协议，用于解决传统A/C模式监视容量不足的问题。传统A/C模式下，随着空域内的飞机数量增多，应答信号之间会产生严重的混扰和串扰，对日交通流量在1000架次以上的机场，其监视能力已接近极限。S模式下为每架飞机分配一个唯一的24位地址，只需根据飞机地址对飞机单独询问，同时只有一架飞机在应答，避免了应答信号的混扰，提高了其监视容量。

地面二次雷达为获取空域内飞机的地址，会周期性的发出全呼叫询问，而全呼叫询问是针对所有飞机的，为避免出现类似于A/C模式下的混扰问题，在S模式中设计有闭锁协议（Lockout），以减少同时出现的应答信号数量。本文介绍了闭锁协议和一种利用DSP实现闭锁协议的方法。

2 闭锁协议（Lockout）

闭锁协议用于控制S模式应答机对全呼叫询问的应答。通过特定的S模式询问启动闭锁状态，在闭锁状态下，对指定的全呼叫询问不产生应答。

2.1 S模式询问类型

S模式询问中包含56位或112位数据，定义如表1，其中前5位为UF字段，表示询问类型。UF4、5、20和21为监视询问，UF11为全呼叫询问。为和传统A/C模式兼容，S模式应答机还可以接收纯脉冲格式的ATCRBS/S模式全呼叫询问。

UF4、5、20和21的询问中的SD字段内容受DI字段控制，如表2所示。

2.2 闭锁协议

S模式应答机闭锁协议包括非选择性闭锁协议和多站闭锁协议。通过UF4、5、20和21询问来启动闭锁协议。

2.2.1 非选择性闭锁协议

以下条件任意一条满足时启动非选择性闭锁协议：a） PC=1；b） DI=1或7，LOS=1，IIS=0。启动后进入非选择性闭锁状态，持续18s±1s，在闭锁状态下，对CL=0，IC=0的UF11全呼叫询问和ATCRBS/S模式全呼叫询问不产生应答。在闭锁状态下，如果重新接收到启动条件，则重新计时18s±1s。

2.2.2 多站闭锁协议

多站闭锁协议分为II多站闭锁协议和SI多站闭锁协议。II多站闭锁协议允许对15个地面站的全呼叫询问进行闭锁，SI多站闭锁协议允许对63个地面站的全呼叫询问进行闭锁。对各地面站分别控制，互不影响。IIS=1～15时，表示II站点1～15，SIS=1～63时，表示SI站点1～63。在全呼叫询问中，当CL=0，IC=1～15时，表示II站点1～15，CL=1，IC=1～15时，表示SI站点1～15，CL=2～4，IC=0～15时，表示SI站点16～63。

当DI=1或7，LOS=1，IIS为某一个站点号，启动对该地面站的II多站闭锁协议；当DI=3，LSS=1，SIS为某一个站点号，启动对该地面站的SI多站闭锁协议。针对某一个地面站的闭锁协议启动后进入闭锁状态，持续18s±1s，在闭锁状态下，对带有该地面站站点号的UF11全呼叫询问不产生应答。可同时对多个地面站进行闭锁。在闭锁状态下，如果重新接收到启动条件，则重新计时18s±1s。

3 在DSP中的实现闭锁协议

本项目采用DSP TMS320F28335，工作频率设置为100MHz。

该DSP中有3个32位的CPU计数器，为实现S模式闭锁协议，难点在于如何实现79个独立工作的计时器。本项目复用1个CPU计数器构建79个计时器。

3.1 实现原理

CPU计数器在加载计数值后，按系统时钟减1计数，计到0后触发CPU中断。当只有1个计时器需要工作时，向CPU计数器加载计数值1，800，000，000（即18s），计数到0即完成了该计时器的18s计时。当1个计时器计时完成之前需要启动第二个计时器，设当前的计数值为N，在CPU计数器计数到0后，只需重新启动计数器，并设定计数值为1，800，000，000-N，当CPU计数器再次计数到0后，即完成了第二个计时器的18s计时。因此，只要合理设置每个计时器的真实计数周期，可以复用1个计数器完成79个独立工作的计时器。

3.2 实现方法

定义变量Run_Flag、Run_Tx和PRD_VEC，Run_Flag表示非选择性闭锁和多站闭锁的状态，Run_Tx用于存储处于计时状态的计时器序列，PRD_VEC用于存储Run_Tx序列中各计时器的计数修正值。这三个变量的对应关系如图1所示。

当需要启动计时器时，对应的Run_Flag位置1，在Run_Tx队列的末尾添加该计时器位号，计算该计时器的计数修正值，写入PRD_VEC队列的末尾。

当需要重启动计时器时，在Run_Tx队列中，将该计时器移到队列尾部，重新计算该计时器的计数修正值，写入PRD_VEC队列的末尾。计时器重启动流程如图2所示。

當计数器计到0后，即Run_Tx队列中的第一个计时器对应的闭锁状态结束，将其对应的Run_Flag标志位清0；将Run_Tx队列向前移1位；将PRD_VEC队列的第一个写入CPU计数器，然后将PRD_VEC队列向前移1位，后续的其他计时器继续计时。

在接收到全呼叫询问后，通过判断对应的Run_Flag标志位，确定是否被闭锁，进而确定是否需要应答，完成S模式应答机闭锁协议。

4 分析

CPU计数器计数到0后，需在中断服务程序中重新加载计数值才能重新开始计数，中断服务程序的执行时间及中断等待时间会影响计时准确度。经实际测试，中断服务程序执行时间<5μs，中断等待时间<70μs，在所有79个计时器同时计时的情况下，最大累积误差不大于5.85ms，远小于±1s的要求。

5 结论

该方法可以在DSP中实现S模式应答机闭锁协议，且对DSP的资源消耗少，时间误差小，可以满足实际应用需求。

参考文献

[1]Surveillance radar and collision avoidance systems[S].Annex 10 to the convention on international civil aviation.ICAO，2007.

[2]DO-181E Minimum Operational Performance Standards for Air Traffic Control System/Mode Select（ATCRBS/Mode S）Airborne Equipment[S].RTCA，2011.

[3]刘陵顺等.TMS320F28335 DSP原理及开发编程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2011（12）.

作者单位

陕西长岭电子科技有限责任公司 陕西省宝鸡市 721006