无时标雷达信号延时测定系统在线测试的实现

汪勇

（上海民航华东通信网络发展有限公司，上海，200335）

0 引言

无时标雷达信号延时测定系统是上海民航华东通信网络发展有限公司和北京恒光科技公司联合开发的一套跨区域分布式软硬件集成化系统，该系统基于雷达信号编解码压缩技术和GPS 技术，来对雷达信号传输前后两端进行精确时间测定，最终得出信号延迟并加以监控和管理。

雷达信号对延时、延时抖动等参数较为敏感，特别是目前大部分地区自动化系统采用了多雷达信号融合技术以后，单路信号过大的延时可能造成空管自动化系统[1]大面积告警从而影响管制正常工作。如果在雷达信号进入自动化前端就能监测到信号的异常延迟，提前对该路信号进行监测和管控，就能有效避免其对管制运行的影响。

1 雷达信号延迟或跳变对自动化系统的影响

空管自动化系统是目前国内管制运行指挥高效运行的核心系统，在机场日常航班起降指挥、流量管理等方面发挥着巨大的作用。而雷达信号作为空管自动化系统的信号源，其稳定性和可靠性直接影响着空管系统的正常安全运行。为了保证雷达信号的精度和可靠性，目前空管自动化系统多采用多雷达融合处理机制来对同一目标的多个雷达源信号进行处理。但对于同一飞行器，不同地区的雷达信号经过不同路由传输到区管自动化系统，可能存在延时差，这些延时差在一定范围内可以被自动化系统所接受，但大于一定阈值或者跳变过于剧烈时，系统将自动丢弃故障路雷达送来的信息并重建目标信号[2]，从而引发目标丢失的问题，该问题严重时可能引起自动化系统大面积告警，影响管制运行。因此，针对此类状况，雷达信号延测系统被设计开发出来，目的即是在雷达信号在进入自动化系统之前知晓其延时值，以利于进行先期管理和控制，如果信号延时过大可能会被干预或下线。

2 雷达信号延时测定原理

雷达信号延时测定系统在测定雷达信号延时的原理如图1 所示。首先，该系统面向的对象是相对使用时间较长的老一代空管雷达系统（例如全国各地使用较为广泛的ALENIA雷达），这些雷达系统输出信号不含有时间信息；对于新一代雷达系统，如indra 雷达系统，其雷达信号输出含有内赋GPS 时间戳信息，该信息在输出至自动化系统时，通过和自动化系统的GPS 时间信息作比对，可以较为容易的得出该路雷达信号的传输延迟，因此对有时间戳的雷达信号不在本文讨论之列。难点在于那些输出信号不含有GPS 时间信息的老雷达系统，如果要测定该路信号的延迟，必须考虑在前端信号通过某种方式加入时间信息，在输出端对时间信息进行处理。因此该延时测定系统主要由雷达源端的探针采集设备，和雷达最终用户端输出的系统集中器组成，通常系统首尾两端是跨区域的、由广域网络连接的。在雷达源端，雷达分配器向探针设备输出若干路源端雷达信号，探针接收后，利用本端GPS 提供的精准时钟信息给信号插入时间戳，并通过编码打包压缩将信号输出至带外网络；同一分配器输出的生产用雷达信号经过广域网传输不变，在用户端旁路输出至系统集中器，集中器将实际雷达信号进行帧定位校准，与带外网络输出的基准信号比对，解出时间差，即得到各路雷达的时延值。

图1 无时标雷达信号延时测定系统原理

该系统通过对雷达数据帧的解析，还包含侦测扇区错误、正北帧错误和偏差等功能，对雷达信号的质量进行较为全面的监控。

3 系统在华东DDN 网济南节点测试方案

图2 延时测试系统济南DDN 节点测试方案

民航华东DDN 网是一个主要覆盖华东十大空管分局（空管站）和部分地方小机场的、主要为空中交通管制提供雷达、转报、甚高频等基础信息服务的广域网络，该网络从1997 年开始建设，运营服务至今已超过二十年；当前随着各地空管基础设施的建设，其网络规模目前还在增加，且其服务范围已经延伸扩展到了中南（广州）和华北（北京）区域。该网络主要采用VANGUARD 公司系列路由器，支持vanguard7330、6840、6455、6435、3860 等多个系列，网络结构划分为核心层、汇接层和接入层三个圈层，其中核心层在上海虹桥，汇接层节点在各空管分局站，接入层在各空管分局站和地方小机场。

民航华东DDN 网主要承担着华东地区各类空中交通管制业务（雷达、转报和甚高频信号）的传输，其网络是一个星型结构形式，设备采用美国Vanguard 路由器，中心节点至各个分节点之间的中继线路以OSI 参考模型中的帧中继协议来实现数据包的有效交换。整个网络7×24 小时不间断运行，目前是华东地区雷达、转报等信号的主要承载网络。本文所述及的雷达信号延测系统的在线测试，就选择在华东DDN 网的核心层（上海虹桥）与汇接层和接入层（山东济南）节点之间展开。具体部署方案如图2 所示。

为了提高测试效率，方便设备调试和全面掌握测试结果，该系统上线测试的设备集中放置于济南端进行，即原始信号采集的探针设备和最终信号集中器均放置在济南空管雷达终端机房；但在测试信号走向上，通过技术手段采用济南上海虹桥济南的迂回路由，以检验测试效果。

为了配合测试，我们需要将同一雷达分配器引接出来的两路雷达信号，一路接入生产网络，一路作为基准信号输出至该系统的前端信号采集设备，信号采集设备将雷达信号加入GPS 时间戳信息，并将信号编码压缩后作为基准信号经带外网络传输至后端。为了较为充分地测试系统功能，我方测试方案设计将雷达实际信号从济南传输至上海后，通过技术手段再折返回济南；同时将采集器输出的基准雷达信号也经过华东DDN 网传输至上海虹桥，再折返回济南雷达终端机房，最终输出至恒光集中器。在网络的配置上，我们在华东DDN 网虹桥10005 测试节点上，建立INTERNAL DSD 广播，该广播呼叫济南ALENIA B 路雷达输入端口，济南测试设备输出端口呼叫该路广播，从而实现雷达信号的迂回。在探针设备输出的济南ALENIA B 路雷达基准信号也采用类似的配置从DDN 网内经上海虹桥迂回至济南。在济南的集中器，同时接收到实际ALENIA B 路雷达信号和基准ALENIA B 路雷达信号，经过信号处理、帧定位校准以及时间戳解析，输出了两路雷达信号时延,其实际值大概在270ms 左右。雷神B 路信号也做了类似的测试。

4 华东DDN 网济南节点测试效果

经过该系统在华东DDN 网济南节点为期两周的测试，成功测定了济南ALENIA B 路雷达信号和雷神B 路信号的延时，也发现了该路雷达在传输过程中有阵发性的帧错误和正北丢失的状况。本次系统上线测试验证了该系统的技术可行性，也在实际生产环境中发现了该系统在诸如不同雷达分配器输出信号不完全一致下的可用性、以及系统在雷达帧校准和定位等方面的问题并加以改进，为该系统在2019 年华东地区的正式部署奠定了基础，也为进一步提高华东地区空管运行质量作出了积极和有效的的探索。