一种通过航管集中监控系统分析雷达原始数据的方法

摘  要： 目的：通过航管集中监控系统分析雷达原始数据。方法：通过优化航管集中监控系统架构，在其中新增一路雷达数据的配置，利用雷达记录仪存储的历史数据，将其接入航管集中监控系统进行历史数据解析。结果：可以克服航管集中监控系统不能存储雷达数据并对历史数据进行分析的缺点，便于针对特定事件中的雷达原始数据进行深入分析。结论：通过该方法，可以大幅度的地提高分析雷达数据的效率。经过实际工作的验证，得到了技术人员的认可。

关键词： 航管集中监控;ASTERIX;雷达原始数据

中图分类号： TN954    文献标识码： A    DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2019.04.046

本文著录格式：赵泽. 一种通过航管集中监控系统分析雷达原始数据的方法[J]. 软件，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是多用途结构化欧控监视信息交换（All purpose Structured EurocontrolsuRveilance Infor-ma?tion eXchange）的缩写，是欧洲民航合作组织制定的一种监视设备和自动化系统信息交换的标准格式。其中针对用于交互的空管监视数据信息的详细结构进行了详细定义，即包括每一个比特编码的细节结构，也包括数据块组织的整体结构。因为便于实现不同组织结构的监视设备与自动化系统间的数据信息交互，其目前已在欧洲、北美、澳洲以及世界上其它许多国家/地区得到广泛应用。该标准工作在ISO/OSI第六和七层，即表示层和应用层，其在应用层上定义了不同系统需要交换的信息内容，在表示层上定义了如何来组织和表示这些数据。同时，数据的传输可以使用低层的通用协议，如TCP/IP，X.25，HDLC等。目前，ASTERIX雷达數据传输主要采用HDLC协议，数据包封装在HDLC的帧的信息字段当中。HDLC协议当中的每一个帧一般均封装一个ASTERIX数据包或者封装若干个数据包。

1  雷达原始数据格式

1.1  ASTERIX标准概述

ASTERIX是多用途结构化欧控监视信息交换，是欧洲民航合作组织制定的一种监视设备和自动化系统信息交换的标准格式。它针对用于交互的空管监视数据信息的结构进行了详细定义。因为便于实现不同组织结构的监视设备与自动化系统间的数据信息交互，目前已在许多国家/地区得到广泛应用。该标准工作在ISO/OSI的表示层和应用层，其在应用层上定义了不同系统需要交换的信息内容，在表示层上定义了如何来组织和表示这些数据。ASTERIX雷达数据传输主要采用HDLC协议，数据包封装在HDLC的帧的信息字段当中，每一个帧一般均封装一个ASTERIX数据包或者封装若干个数据包。

1.2  ASTERIX标准的格式

ASTERIX数据块可以分为以下字段：

（1）数据块：表示符合ASTERIX标准的自动化系统或监视系统之间交互的数据信息模块。每个数据块由某个记录（Record）或同一类的多个记录   组成。

（2）数据类别：根据传输内容可以对数据分类，例如包括目标信息、服务信息、气象信息等不同的数据类别。

（3）记录：表示一个信息实体，用于描述特定的数据类别，由一个FSPEC和多个数据域组成一个记录。举个例子，一个CAT001格式的记录可以详细说明某雷达目标，而一个CAT002格式的记录可以详细说明某雷达的服务信息，比如正北和扇区等信息。

（4）数据条目：在数据类别之下，数据条目是

再低一级的数据单位。举个例子，雷达目标信息类之下，还有MODE-3/A和MODE-C等信息。表示方法：Innn/AAA，其中nnn为类别号，AAA为条目号，如I001/070，I062/040。

（5）数据域：数据域可以详细说明一个数据条目之内的特定内容，也是最低的信息层级。多个数据域能够构成一个记录，通过FSPEC可以指定其中包含的具体数据域。每一个数据域有一个对应的域引用号FRN，域引用号在用户应用表UAP里面被具体定义。

分析雷达目标原始数据时，常用ASTERIX标准中的CAT001格式解析雷达站输出的单雷达目标信息报告。CAT001适用于航管一次雷达和航管二次雷达，包括点迹（plot）目标报告和航迹（track）目标报告，与CAT002雷达服务信息一起组成单雷达信息输出格式的最基本集合。在一个天线扫描周期中，CAT001格式按照天线扫描的角度发送对应的目标，一个CAT001包中封装一个或多个目标。按照标准，如图1所示的一个十六进制CAT001包可以解析出：地址字节为01，控制字节为03，CAT01包，数据包有效长度为17字节，雷达SAC码为00，雷达SIC码为FF，来自于一号天线的单二次雷达的真实点迹报告，非SPI标志，非固定天线，无扩展，极坐标分别为155.3 km和134.156度，二次代码A2307默认有效实时无混淆，高度3414米默认有效无混淆，UTC时间戳为362.07秒。

2  通过航管集中监控系统查看雷达原始数据

2.1  航管集中监控系统概述[1]

西安区管现场部署的航管集中监控系统主要实现的功能包括：引接雷达数据、ADSB数据、ADSC数据、CPDLC地空数据链;对引接的监视数据进行处理和解码及分析;通过图形和列表的方式对解码和分析的结果进行直观的显示;监视和控制系统自身的运行状态;通过网络NTP服务自动校时。该系统采用分布式、开放式的客户/服务器（C/S）体系架构，便于维护和升级，并通过A/B双路局域网构成系统本地工作网。该系统采用WGS-84坐标系，由雷达信息引接、数据通信处理、数据融合处理、数据分析/统计、数据显示、系统状态监控、数据显示终端和系统监控终端等部分组成，其内部数据处理流程如图2所示。

2.2  在航管集中监控系统中新增一路雷达[2]

在航管集中监控系统中添加一路雷达数据包括两个方面的内容：雷达原始数据引接和软件配置。

2.2.1  雷达原始数据引接

航管集中监控系统通过信号引接设备的RS- 232同步通信接口（DB-25连接器）与雷达原始数据源相连，接收HDLC协议且符合RS-232信号定义的数据帧，支持的端口波特率范围为2.4 kbps至64 kbps。该系统可处理的雷达数据格式包括Asterix、Thales、Raytheon、Alenia、Selex、Toshiba、Westinghouse、Telephonics、Indra、Siemens、和国内MH/T4008数据格式等，并配置4台共80个同步232接口的协议转换器。

从雷达记录仪的外送模块引接一部雷达原始数据后，再将该雷达原始数据引接至航管集中监控系统的协议转换器。可以通过航管集中监控系统中雷达链路模块的相应端口状态检查雷达原始数据是否成功接入该系统。当数据未接入系统时，该模块相应端口显示为灰色。当数据成功接入系统时，该模块相应端口显示为绿色。

2.2.2  软件配置

在系统中添加一路雷达数据时，还需要在系统监控终端上设置相应的参数。首先，选择终端主菜单中“系统控制与设置”的“雷达通道设置”;在“雷达通道设置”窗口中点击“增加”并填写新增雷达的序号、雷达名、周期、格式、端口号、经纬度、高度等相关参数;通过系统监控终端同时重启雷达数据处理服务器RDP1和RDP2、监视与控制终端SMP和数据显示分析器RSDD。重启完毕后，在雷达链路监视模块中选择相应雷達并检查参数配置是否生效，完成该路雷达的添加。

2.3  通过航管集中监控系统查看雷达原始数据

航管集中监控系统本身只具备实时数据处理功能，并不具备数据存储和回放功能。因此，为便于分析雷达原始数据，本文提出一种技术思路，将雷达记录仪中的雷达原始数据输出给航管集中监控系统。对于航管集中监控系统而言，输入的雷达记录仪数据与实时雷达原始数据并无不同。

2.3.1  设备架构[3]

航管集中监控系统的核心服务器是两台雷达数据处理器RDP。雷达原始数据经过协议转换器后送至系统内部局域网，然后经过RDP处理后显示在RSDD终端上。雷达记录仪的核心设备由雷达适配器、雷达记录单元、网络交换机等构成。其中，雷达记录A单元与雷达记录B单元互为备份，用于接收处理同一部雷达的两路传输数据[4-6]。雷达数据的接入和输出由雷达适配器完成，每个雷达适配器可以接收或发送8路雷达数据，且同时与A单元和B单元相连。雷达适配器的工作模式为输入输出信号全双工模式，即在记录的同时可以回放已记录的雷达数据到指定终端。可以根据需要回放的记录单元，将接口箱的开关拨到A或B以选择使用A单元或B单元的数据。

在航管集中监控系统的终端上运行着三套软件，分别是监视数据显示软件、雷达质量监视与分析软件和系统监控软件。其中，监视数据显示软件用于图形化显示雷达探测到的动态飞行目标等信息，雷达质量监视与分析软件和系统监控软件用于雷达原始数据分析[7]。

2.3.2  操作步骤

当使用航管集中监控系统查看雷达记录仪的回放数据时，需要在雷达质量监视与分析软件中对重演通道进行设置，保持雷达名称、雷达链路、重演通道、回放时间等参数与雷达记录仪的相关参数一致。以雷神雷达C1路信号为例，具体操作步骤如下。

首先，根据需要确定回放雷神雷达C1路，将雷达原始数据从雷达记录仪上的对应端口送到航管集中监控系统的协议转换器。同时，将雷达记录仪上相应雷达适配器的选择开关拨到A端[8]。

其次，在集中监控系统RSDD终端上打开雷达质量监视与分析软件，选择主菜单“系统控制与设置”中的“重演控制”;在“重演控制”窗口中，设置雷达名为“XIYRAY”，雷达通道为“CH-A”，重演通道为“PLBK1”，最后点击“添加通道”完成设置。

再次，设置重演开始时间并选中“等待开始数据触发”选项后，点击“开始”进入等待外部输入雷达数据的状态;如果想从众多目标中关注某一特定航班，可以在“二次代码过滤”窗口中填写该航班的二次代码，一次最多可以同时关注五架航班;同上面的设置一样，还需在雷达名称里选择“XIYRAY”，在雷达通道里选择“CH-A”。

最后，用雷达记录仪开始回放A1单元的雷神雷达。此时，雷神雷达C1路的原始数据进入航管集中监控系统。在航管集中监控系统中任意双击一条数据记录，就可以在右侧的信息窗口中查看详细的雷达原始数据，如图3所示。

3  结束语

在一次异常情况发生时，发现某空域出现大量的航班目标分裂现象。技术人员迅速定位故障为某部雷达数据的信号异常。但是，该雷达的维护单位经过检查，并没有发现问题所在。最终，技术人员根据本文所述的通过航管集中监控系统分析雷达原始数据的方法，快速发现该部雷达的传输延时达到十二秒左右，造成该雷达的航班目标无法与其它雷达的航班目标融合，进而导致大面积航班目标分  裂[9-10]。

工作中常需要技术人员分析雷达原始数据，直接分析二进制或者十六进制数据文件的工作量比较大且要求技术人员精通雷达数据格式，不仅效率低，而且技术门槛高。在计算过程中如果稍有不慎，就很可能会出现错误。通过本文描述的方法，可以极大地提高分析数据的效率，且利用航管集中监控系统自动解析数据，只要求技术人员熟悉雷达数据格式即可。经过实际测试和使用，证明该方法简单易行且高效便捷。

参考文献

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[9] 武波. 通信导航设备集中监控系统分析及设计[D]. 四川大学， 2004.

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