空管雷达监视数据格式浅析

2017-12-02民航内蒙古空管分局周日红

电子世界 2017年22期

关键词：数据项字段空管

民航内蒙古空管分局周日红

空管雷达监视数据格式浅析

民航内蒙古空管分局周日红

本文对空管监视雷达输出数据标准格式ASTERIX进行分析，从数据项格式、定义和关键指标计算等方面醉了详细的解释。通过了解各数据项含义，为雷达信号质量检测提供了有效的方法。

ASTERIX；雷达数据；分析

引言

伴随着中国经济的高速发展，中国民航业的发展也进入了一个新的快速增长期。民航空管系统年保障架次从2012年的621万架次增加到2016年的840万架次。呼和浩特管制区是华北通向西北地区以及欧洲地区的主干航路，每日飞机流量很大。为了能够与管制区内航空业务量的迅速发展相平衡，呼和浩特管制区加大了基础设施建设的力度，空管雷达设备的数量迅速增加，“十三五”期间内蒙古地区将建成阿巴嘎旗、杭锦旗、多伦、巴彦淖尔和苁蓉山五座雷达站，同时呼和浩特新机场建设也将配套新雷达系统，加上内蒙古空管分局现在维护的四部雷达，仅内蒙古地区就至少有多达九部雷达为华北空域提供监视服务。维护如此数量庞大的雷达系统，关键在于及时监控雷达系统信号质量的好坏，因此深入了解雷达系统输出数据格式至关重要。本文就目前空管雷达监视数据格式进行简要分析。

1.雷达系统简介

雷达分为一次雷达和二次雷达两类。一次雷达(PSR,Primary Surveillance Radar)，利用无线电反射回波信息来发现目标，例如气象雷达、多普勒雷达、着陆雷达及军用监视雷达。二次雷达(SSR,Secondary Surveillance Radar)，通过地面询问机和接收机载应答机反馈的信息来发现和识别目标[1]。

二次雷达是目前空管系统中最为主要的空中飞行监视手段，是确保飞行安全的基础。是目前应用最为广泛、技术最为成熟的空中监视方法。

• 工作频率: 上行1030MHz, 下行1090MHz

• 分为地面雷达设备和飞机应答机两部分

• 一问一答方式获取信息

2.ASTERIX数据传输标准

ASTERIX是EUROCONTORL组织为监视数据的传输和交换而定义的标准。首字母缩略语代表All Purpose STructured Euro-control SuRveillance Information EXchange。

ASTERIX为不同监视信息的交换提供标准的信息传输格式，它保证通信数据的可靠描述，并受到由多国组成的SuRveillance Data Exchange Task Force (RDE-TF) 机构的关注和支持，因此在国际上得到广泛应用。 ASTERIX定义了监视数据编码的框架和具体结构，主要由数据种类和数据项组成。数据种类表示该报文的特定用途，数据项是每种数据种类中传输的最小数据单元[2]。

ASTERIX共定义了256种数据类型，前127种为民用数据传输协议，后127种为军用数据传输协议。

其中常用数据类型见下表：

表1 ASTERIX数据类型

ASTERIX数据帖格式如下图：

图1 ASTERIX数据帖格式

一条数据可以包含有多个目标，每一个目标都会有一个FSPEC字段和一个数据区。数据区中包含的是目标的位置、速度、高度信息了。

（1）CAT——数据种类

u占用1个字节，表示ASTERIX数据的类型，当CAT=1时，表示ASTERIX数据为雷达航迹数据；CAT=3E时，表示ASTERIX数据为CAT062系统航迹数据；

（2）LEN——长度

u占用2个字节，表示ASTERIX数据帧的总长度。计算方法：数据长度（LEN）= CAT字段（1Byte）+ LEN 字段（2Byte）+ FSPEC字段 + 目标数据区长度。如接收到的第2和第3个字节为0017，则第2及第3个字节的表示的十进制数为0*256+23=23。表明整条数据的长度为23个字节。

（3）FSPEC——数据索引

数据索引长度可变，长度是整数个字节，每一个字节的最后一位是FX（拓展指示位)，当FX=0时，表示FSPEC字段结束；当FX=1时，表示其后仍有扩展字节，即后续一个字节仍为FSPEC字段。如接收到的第4个字节和第5个字节为F784，“F7”为FSPEC的第一个字节，其最后一个比特位为1，表明第5个字节“86”为FSPEC的第二个字节，其最后一个比特位为0，表明FSPEC 字段结束。

用户相关表UAP(User Application Profile)，每一种ASTERIX都有一张UAP表，UAP中包含了该类型的ASTERIX数据所能传输的的有的数据项。包含序号(FRN)、字段代码、字段描述及长度四项。

FSPEC中每一个比特位与UAP表中的数据项按顺序一一对应。FSPEC的第n位取值为1时，表明在UAP中对对应序号（FRN）的数据项是存在的。同理当FSPEC的第n位取值为0时，说明在UAP中对应序号的数据项不存在。

表2 航迹信息用户相关表

ASTERIX CAT001数据字段：

（1）Item I001/010，数据源标识

长度两个字节。SAC：区域代码，可以理解为国家代码，每个国家的SAC代码均不相同。SAC代码用于区分数据源来自于那个国家。中国的SAC代码是16，十进制为22。

SIC：目标代码，可以理解为雷达的编号。由管制部门分配，每一部雷达或ADS-B监视设备均具有唯一的SIC编码。SIC代码用于区域数据来自那一部监视设备。

（2）Item I001/020，目标报告描述

长度为1+字节，具体长度根据FX确定，可以包含多个字节。主要内容为飞行器的一些特性，如点迹航迹、实际目标或仿真目标、单SSR或单PSR或一二次合作，特殊位置识别码SPI，紧急状态码。

（3）Item I001/030，告警错误信息

长度一个字节，是否有应答误码、多径干扰、旁瓣干扰、目标分裂、二次应答、虚假目标或地面机动目标等信息。

（4）Item I001/040，极坐标位置

长度四个字节，包含距离和角度。方位从正北方开始，顺时针方向；距离单位为海里。该信息为最低有效位，例如：二进制数0100 0001的最低有效位为LSB = 0.1米，则其表示的距离为该值的十进制值65 * LSB = 6.5米

（5）Item I001/042 直角坐标位置

长度为四个字节，通过极坐标位置计算获得，计算公式如下：

X = R * cos(90-theta)，Y = R * sin(90-theta)

（6）Item I001/050 模式2代码，长度两个字节，军用识别码

（7）Item I001/060 模式2代码可信度指标，长度两个字节，

（8）Item I001/070 模式3代码，长度两个字节，该代码为二次雷达目标代码，自动化系统显示该代码

（9）Item I001/080 模式3代码可信度指标，长度两个字节

（10）Item I001/090 模式C代码，高度码，长度两个字节。

（11）Item I001/100 模式C及可信度指标，长度四个字节，使用格雷码表示。

（12）Data Item I001/120, 多普勒测量速度，长度为一个字节，只有速度大小，没有速度方向

（13）Data Item I001/130,点迹特征，长度为一个字节。

（14）Data Item I001/131,接收信号强度，长度为1个字节。

（15）Data Item I001/141,截断时间，长度为2字节。

（16）Data Item I001/161,航迹号，长度为2字节。

（17）Data Item I001/170,航迹状态，长度为1字节。

以泰雷兹雷达输出航迹数据为例，数据内容为01 00 17 F7 84 10 F9 A0 02 B4 49 B3 8E 98 06 B4 8B DC 00 2C 05 54 40。

第1个字节“01”，转换成十进制数是1，可知这是一帧ASTERIX CAT001系统航迹数据；第2、3个字节“00 17”为数据帧的长度，占两个字节，表明整条数据的长度为23个字节；第4个字节“F7”，为FSPEC的第1个字节，其二进制数为表示为“1111 0111”，第八位为1则，说明，FSPEC没有结束，第5个字节“84”是FSPEC的第2个字节，其二进制表示为“1000 0100”，第八位为0，说明FSPEC结束，故在这一帧ASTERIX数据中，FSPEC字段有两个字节,为“F7 84”。第6到第23个字节是数据记录区。

第6和7字节表示SAC=16,SIC=249,第8字节表示该数据为航迹数据，且为单二次雷达目标，第9和10字节表示航迹号为：2*256+180=692；第11,12,13,14字节表示RHO = 18867 /128 =147.398NM = 272.982千米，THETA = 36504*360 / 2^16 = 200.52度；第15,16,17,18字节表示速度为：1716 / 16384 = 0.1047 NM/s =193.97 m/s，航向 = 35804 * 360 / 2^16 =196.6度；第19,20字节表示二次代码为0054；第21,22字节表示高度为：1364 * 25 = 34100ft =10393.68m；第23字节表示二次雷达航迹