民航二次雷达无时标数据时延监控研究

王文秀

（民航内蒙古空管分局，内蒙古呼和浩特，010070）

0 引言

目前，全国范围内仍有一定数量不带NTPS（网络时钟协议服务器）的老旧雷达正在服役，这些雷达输出的目标报告中没有GPS时标。自动化系统会根据接收到目标报告的时间和间隔判断雷达数据的有效性并参与融合计算。如果雷达头传输至终端自动化系统间的数据链路出现长时间累计延时，虽然每次接收到的数据延时都在可接受范围内，但是延时在每次接收中均存在，长时间的积累就会将延时放大，超过可接受范围。最终导致自动化系统多雷达融合出现错误，产生大面积目标分裂或者偏移，影响管制指挥。因此，需要设计一种监控方案，可对无时标雷达数据的时延情况进行监控，及时上报告警或丢弃不可用的雷达数据。

1 雷达数据时延监控方案

分析雷达数据出现劣化，如丢包、延时、抖动过大等产生的原因，可归纳为以下两个方面：

（1）传输造成的时延，如在传输接口链路、转发过程、切换环节引起的传输质量问题或运营商链路由于常规维护、频繁割接和本身的故障造成的传输质量问题。

（2）雷达自身的原因，如雷达头本身在录取、编码处理时，造成的正北帧丢失，扇区不连续，数据包缓存过大等。

因此，针对无时标雷达数据时延的监控方案，可以从两个方面实现：一是为雷达数据打上时标，这又可分为对雷达原始数据加时标进行监控和新增一路带时标的雷达基准数据用作比对；二是在雷达数据进入自动化系统前，对其进行质量分析进而触发告警剔除异常数据。

2 监控方案的实现

■2.1 方案一：监控加时标的雷达原始数据

目前，绝大多数老旧雷达输出ASTERIX和ALENIA MP2格式雷达数据。标准ASTERIX格式雷达数据具备时间数据项内容，仅需在雷达头将GPS时间按照标准ASTERIX格式要求加入雷达数据中即可。ALENIA MP2格式雷达数据没有定义时间数据项内容，如果需要增加时间数据项需要转换为ASTERIX格式雷达数据送自动化系统处理；或者保持原数据内容不变在雷达头输出数据中额外增加时间数据项内容，传输至终端判断有效性后，再去除时间信息送自动化系统，如图1所示。

（1）雷达头系统输出的HDLC协议原始雷达数据通过协议转换器转为TCP/UDP协议被数据处理系统接收。

（2）数据处理系统从NTPS获取GPS时间并将原始雷达数据解码，打上时标，再重新编码为雷达数据。

（3）带时标的雷达数据最后通过协议转换器转换回HDLC协议，经过传输网接入自动化系统。

■2.2 方案二：监控雷达数据传输网

为实现对雷达数据传输网的监控，需新增一路雷达数据，为其打上时标作为基准雷达数据，并与原始雷达数据一同由传输网传送至终端。通过比较基准雷达数据与原始雷达数据，判断原始雷达数据质量是否可被接受。

（1）雷达站放置的数据采集单元，可通过GPS/BD天线或雷达站内部时间服务器获取精准的时间信息。

（2）数据采集单元从雷达站的A/B路分配器上分别引接2路原始雷达信号A-3路和B-3路，为2路信号分别打上时间戳，作为基准监测数据，压缩后进入传输设备。

（3）雷达站的A/B路分配器上的原始雷达信号A-1路、A-2路、B-1路和B-2路，作为主备通道数据接入传输设备，同基准监测数据一起经过传输网传送至ACC的数据采集中心。

（4）数据采集中心可通过GPS/BD天线获取精准的时间信息，并对原始雷达信号A-1路、A-2路、B-1路和B-2路打上时间戳。

（5）有时间戳的原始雷达信号和基准监测信号将被上传到数据处理服务器进行数据的基准比对，A-3路与A-1路和A-2路比对，B-3路与B-1路和B-2路比对，得出每一路雷达数据的时延、丢包率和时延变化等信息。

图1

数据采集单元除了给雷达原始数据打上时间戳之外，同时对正北帧和扇区帧进行监测、统计和汇总，以此能够实时定位到底是雷达头还是传输引起的雷达数据错误；同时，经过一段时间的运行之后，数据处理服务器可建立相应的数据模型，当监控信道的基准监测信号出现问题时，数据处理服务器可以将某一时刻接受的雷达数据同系统统计得出的雷达数据进行比对，得出某一时刻的雷达数据的时延、丢包率和时延变化等信息。

■2.3 方案三：监控雷达终端数据质量

在雷达数据进入自动化系统前，通过信号检测系统对其进行质量分析与监控，判断数据质量是否符合要求，并上报告警。检测系统应至少包括数据引接部分、数据处理分析部分、数据显示和监控部分；另信号检测系统亦可通过移动终端接入分析。如图2所示。

（1）数据引接部分能接收引接到系统的各种监视信息，包括 Thales、Raytheon、Indra、ADS-B、MLAT等符合ASTERIX规范格式的雷达信息，也包括符合Alenia、中国民航MH/T 4008-2000规范等常见格式的雷达信息，各雷达的信息可以为点迹或航迹，可为一次或二次，也可为一二次联合信息。

图2

（2）数据处理分析部分可实现监视数据的处理，并在监视数据处理结果的基础上，对原始信息、处理结果、过去历史、告警标准进行对比，分析各个监视源各个时段、各个区域、各个高度层、各个扫描区的轨迹，为用户提供帮助。针对于无时标的雷达数据，进行分级处理：第一步，对两个通道的数据进行实时比对处理，当有位置异值（VSP）时，告警提示这部雷达双通道的数据有问题；第二步，将这两个通道的数据与同一区域其他雷达的综合航迹数据作比对，分析定位哪个通道的数据有问题，便于用户排故。

（3）数据显示和监控部分可实时统计和显示雷达质量，统计的内容包括每周期接收的数据帧总数、每周期出现的错帧数、每周期丢失的扇区数、每周期更新的目标信息数（包括一次航迹/点迹数、二次航迹/点迹数和一二次联合航迹/点迹数）等，并为用户提供查询接口，方便用户按不同维度对雷达数据进行查询。

3 结束语

通过对雷达原始数据加时标进行监控、比对带时标的雷达基准数据和雷达原始数据，以及监控和分析在进入自动化系统前的雷达数据都可实现对无时标雷达数据时延的监控，但三种方案各有优劣。

对雷达原始数据加时标进行监控最容易实现，但是该方案不能定位是由传输引起的雷达数据质量劣化还是雷达头自身数据存在问题；比对带时标的雷达基准数据和雷达原始数据，即监控雷达数据传输网，可实现对每一路雷达和雷达传输链路的监控，但是仅能实现对时延数据的判断，无法判断雷达数据的正确性和可靠性，无法过滤“脏数据”；通过信号检测系统以监控和分析进入自动化系统前的雷达数据，可实现对雷达数据的正确性和可靠性的判断，但检测系统的功能在于“发现问题，及时告警”，对于问题数据如何处理还有待进一步完善，此外，该系统一旦接入传输网和自动化系统之间，系统的健壮性、稳定性和高性能也是不可忽视的重要因素。

三种监控方案各有侧重，实际实施时，应根据自身的需求，即可单独使用某一方案，也可将不同的方案组合实施，以实现对无时标雷达数据时延的监控。