航管雷达系统网络技术发展和应用浅析

崔军

摘 要：网络的出现对各个行业的技术都产生了深远影响，航管雷达作为空管保障体系中基本的监视设备，网络技术的应用与发展使其系统架构已经过渡到星型拓扑的基本框架，信号数字化也给雷达信号联网提供了技术基础。主要描述了网络技术的发展和特点，着重分析了IRS-20MP/L二次雷达系统拓扑结构，并通过案例分析，简述了航管雷达系统中网络技术的应用设想，以供参考。

关键词：航管雷达；空管；网络技术；雷达站点

中图分类号：TN957.2 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.13.009

计算机网络的应用对社会的诸多方面都产生了重要影响，涵盖从经济建设到空防安全等各个方面。民航空管保障体系中的航管雷达也从20世纪80年代末期的单脉冲二次雷达过渡到使用S模式的二次雷达，计算机网络技术在航管雷达系统中得到了长足的发展和应用，雷达系统架构有了日新月异的变化，网络技术在航管雷达系统中的普及为实现雷达信号联网提供了技术基础。本文以RAYENEON ASR-10SS一次雷达为基底引入网络技术，浅析了INDRA IRS-20MP/L二次雷达中网络技术的应用。

1 计算机网络技术的发展和特点

数字化、网络化和信息化成为当今社会的重要特征，形成了一个以网络为核心的信息时代。1969年，出现了互联网的雏形，伴随着技术的革新和进步，直至1994年互联网发展成熟，因特网演变成基于ISP和NAP的多层次结构网络，计算机网络技术日益广泛应用。计算机网络提供了两个重要的功能，即连通性和共享性。连通性是指网络上的用户之间都可以交换信息，而共享性指的是资源共享，资源共享可分为信息软件与硬件共享。网络根据作用范围分为广域网、城域网、局域网、个人区域网，每一种网络都有不同的特点和使用范围，而航管雷达系统使用的是局域网，因为现阶段网络技术仅仅在单一航管雷达系统内应用，如果下一步实现全国雷达信号联网，就会涉及到更大范围内的网络应用。

开放系统互联OSI模型定义了连接异种计算机标准的体系结构，OSI为连接分布式应用处理的“开放”系统提供了基础。OSI的七层体系结构为应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层和物理层。TCP/IP协议非国际标准，但是由于其更简单、更容易理解和实现，已经成为事实上的国际标准。

2 RAYTHEON一次雷达结构

RAYTHEON ASR-10SS一次雷达是20世纪90年代具有先进技术的全固态航管监视雷达，具有覆盖范围广、数据可靠性高、系统实用性强和目标容量可扩展的特点，适用于中高飞行流量的机场环境。ASR-10SS一次雷达的基本配置包括天线和天线基座、发射机、双通道接收机/录取器、双通道信号数据处理器、主/备现场控制和数据接口、遥控终端等。此航管雷达的特点是应用了以太网技术。20世纪90年代，网络技术的应用远没有现在广泛，而其采用的以太网并没有配备交换机或路由器等一类的网络核心部件，仅仅采用特性阻抗为50 Ω的同轴电缆，将所有需要连网的设备利用“T”形头来实现以太网，用同轴电缆的起点端和终点端加载假负载来实现阻抗匹配。IEEE802.3以太网具有10 Mb/sec的数据传输速率，双通道采用的是总线型的网络拓扑结构。该系统的网络结构如图1所示。

3 INDRA二次雷达结构和特点

INDRA IRS-20MP/L二次雷达基本配置包括双通道接收机/录取器、发射机、天线、马达及马达控制器、双通道GPS时钟、主备交换机、UTS测试单元、VR3K、监控设备、ATC系统中用到的数台SDD设备等，其网络拓扑如图2所示。

INDRA IRS-20MP/L二次雷达采用双网冗余的网络结构，并且主要部件采取双通道配置，A＼B网均配置交换机，并且相互独立运行，使用的是ICP/IP协议的10、100BASE-T。通过双网冗余，所有部件均接入A＼B网，包括主动通道切换、故障通道切换等，均能实现无缝隙衔接，确保设备工作的可靠性。马达控制器采用CAN-BUS技术进行自动切换。

从图2中可以看出，INDRA IRS-20MP/L二次雷达采用星型拓扑结构，由中央节点和其他各个节点连接组成，每个节点之间的通信均需通过中央节点，在星型拓扑结构中中央节点是至关重要的，而在INDRA IRS-20MP/L二次雷达系统中，中央节点是利用交换机形成的。星型网络拓扑结构的优点就是结构比较简单、局域网建网更加容易、使用网络协议简单、单设备故障对系统影响不大且容易排除和便于控制、线路的传输效率取决于中央节点设备的速率等，缺点是局域网中线束较多，对中央节点设备依赖性强；长时间工作中央节点负担重，容易形成系统瓶颈。现阶段，星型网络拓扑结构是局域网通常采用的主流形式。

需要注意的是，航管楼SLG作为远端监控设备，功能与本地SLG相同，然而在逻辑上却作为本地SLG的备用机，我们将在后面介绍INDRA IRS-20MP/L二次雷达曾经出现的故障来说明逻辑上的主备关系。在INDRA IRS-20MP/L二次雷达网络拓扑结构中，使用双绞线作为传输媒介，并采用EIA/TIA-568标准。由于设备属于远山台站，设备监控信号和雷达数据需要传输至航管楼使用，因此网络拓扑结构中还使用到光缆和微波传输设备。

图2所示的航管雷达系统比图1所示系统晚了20年，比较它们的系统图，主要区别在于网络拓扑结构、形成网络的器件以及接入网络的功能部件不同。在图2所示的IRS-20MP/L二次雷达拓扑结构中，网络中引入了交换机，最大限度地实现了互连和共享。从接入网络的部件数量来看，也能看出图2接入的部件较多，从而我们可以看到网络技术随着航管雷达的更迭也有了长足的发展和广泛的应用。

4 INDRA二次雷达故障案例分析

INDRA IRS-20MP/L二次雷达的监控部分SLG，其基本作用就是监控设备各部件的工作状态，配置雷达各部分的功能进行配置，修改参数，并提供各部件的信息和故障报告。在SLG UCS监控主界面中，我们能自动实时监控录取器控制器的CPU性能、内存容量，以确保网络系统的数据处理能力始终处于最优状态。表1为本地SLG和远端SLG的IP地址。

4.1 天线监控失效

在设备运行正常并且雷达信号正常情况下，远端（航管楼）监控SLG显示，天线系统失去监控，显示橙色或者白色，橙色表示出现非关键故障，白色表示未监控到。从监控中看到天线正常旋转，SLG中PPI中显示雷达信号正常，由此得出，设备工作正常，仅是监控部分出现异常，重新启动远端（航管楼）SLG系统，故障现象依旧。重新启动本地（罕山）SLG系统，故障现象消失。进一步分析可知，该故障系厂家软件BUG，远端SLG是由本地SLG镜像而成，在厂家的原始配置中并没有远端SLG，因此远端SLG在此网络系统中逻辑上是不存在的，因此故障处置需要在本地SLG上重启处理。

4.2 参数修改失效

2014-09秋季维护中，为验证假目标的成因，在本地SLG增加反射区域0°～360?，在反射区域中仅显示目标原始视频（原始视频即没有经过处理的目标，没有二次代码、高度显示和地速显示），验证后需要恢复初始状态，即便将此反射区域删除，系统录取器也并没有恢复初始状态，依然只显示原始视频。维护人员先后将此故障定位于VR3K、本地SLG、录取控制器、收发机，将上述部件的参数恢复初始状态并重新启动，故障现象仍然存在，经反复与厂家工程师联系，提出是否为本地SLG和远端SLG同步出现问题，也就是说增加反射区域的操作同步，而删除反射区域操作没有同步，同时重启本地SLG和远端SLG后，故障现象消除。本地SLG与远端SLG出现不同步，也是网络系统中逻辑冲突。

5 计算机网络技术应用设想

5.1 改进航管雷达设备维护理念

20世纪80年代航管雷达系统中，功能的实现是靠电路板；进入20世纪90年代，模块化是组成雷达系统的基础，维护和维修多是更换功能模块，更深层次的模块维修则依靠厂家工程师；现阶段，在模块化的基础上应用和发展了网络技术，设备的模块均增加了网络功能，虽然深层次的维修依然是依靠厂家，但是由于网络的引入，每一部件在系统中的作用弱化，更多的靠网络技术的信息交换与共享。笔者认为，航管雷达维护人员应该从以雷达专业为重过渡到以网络技术为重，不局限于航管雷达系统，包括更多的专业化设备，都是建立在以交换机为核心的网络架构中，尤其是空管行业，工作必须确保万无一失。

5.2 航管雷达全国联网

随着雷达站点覆盖的增加和空域管理区域化，任何一地的管制部门需要引入多部雷达信号，各地雷达信号交织成全国雷达信号网，每一部雷达都将成为全国雷达信号网中的节点。随着航管雷达设备中网络应用更加全面，就为形成雷达信号网提供了更多的技术基础，在未来，航管雷达设备将实现统一标准，更加有利于全国雷达联网。在形成全国雷达信号网后，任何一部单一的雷达设备故障都不会影响雷达信号网，也就不会影响空中交通管制服务，从而确保飞行安全。

6 结束语

目前，计算机网络技术越来越多地应用于航管设备，我们需要改变对设备的认识。笔者认为，通信导航监视专业人员无论从事哪一个专业，计算机网络技术知识将成为我们必须要掌握的技术，这就需要老一代的技术人员要及时更新自己掌握的知识，无论是单一系统设备，还是数据联网，都要以网络为核心。随着航管设备的发展，网络将变得非常重要，我们今后的维护工作重点将会与网络息息相关。

参考文献

[1]谢希仁.计算机网络[M].北京：电子工业出版社，1989.

〔编辑：王霞〕

Abstract： The advent of the Internet to all sectors of technology have had a profound impact on air traffic control radar air traffic control security system as basic monitoring equipment， application and development of network technology to make the system architecture has been the basic framework for the transition to a star topology， signal is digitized radar signal also to provide the technical basis for networking. Describes the development of network technology and features， it analyzes the IRS-20MP / L secondary radar system topology and， through case studies， outlines the application envisaged air traffic control radar systems network technology for reference.

Key words： air traffic control radar； air traffic control； network technology； radar site