空管自动化系统接收雷达信号异常情况分析

张漪岚

摘要：空管自动化系统作为民航空管部门实施对空指挥的核心系统，通过处理雷达信号等监视数据，为管制员提供空中飞行态势的显示和各种飞行冲突的实时情况。空管自动化系统对雷达信号的质量有着要格的要求，当空管自动化系统接收雷达信号异常时，将影响管制员的对空指挥，给日常工作带来极大安全隐患。本文详细阐述了空管自动化系统接收雷达信号的过程及雷达信号异常情况分析。

关键词：空管自动化系统;雷达信号处理

空管自动化系统通过处理接收到的雷达数据，为管制部门提供准确的航空飞机的具体飞行状态，其中包括：航向、高度、航速、航班号等信息，使管制人员对飞机在整个飞行过程中存在的各种冲突和异常加以明确，能够及时有效地处理突发类事情。就目前我国在用的空管自动化系统种类很多，以北京区管中心为例，主用系统采用THALES系统，备用系统采用南京28所系统。当空管自动化系统接收雷达信号异常时，会出现丢失飞机目标、假飞机目标，大面积丢失扇区的现象，给管制指挥及日常工作带来了极大的隐患，本文详细阐述了空管自动化系统接收雷达信号的过程及雷达信号异常情况分析。

我国现阶段的雷达传输方式主要是通过租用运营商2M中继链路，经过路由器或PCM设备实现远距离传输。如下图所示：

根据日常的运行维护中遇到的各种故障进行统计发现，影响自动化系统接收雷达信号异常的因素主要有一下几个方面：1、雷达源信号质量问题 2、中继运营商链路问题3、传输设备的问题 4、自动化系统问题，下面将分别详细阐述这4个方面。

一、雷达源信号质量问题

随着近年来民航业的飞速发展，航班量的迅猛增加，雷达设施设备已经满足不了现有行业发展，需要加装新型雷达满足对所辖空域的覆盖，此外维护人员对雷达设备设施维护的不到位也会有问题的雷达信号源。如郑州某部雷达信号，在50KM外雷达信号就会不准确，固定反射假目标，传输至自动化系统就会产生假信号或信号分裂，对管制指挥造成影响。如济南某部雷达，产生磁偏角，雷达源数据也无法使用。因此，加装新型雷达，满足空域覆盖要求十分有必要。

二、中继运营商链路问题

（一）中继运营商链路质量问题

雷达信号传输主要依赖中继运营商的服务，实现远距离传输，运营商2M专线的稳定性在雷达信号传输中就尤为重要。据不完全统计，自动化系统接收雷达信号异常故障中有50%以上为运营商链路问题引起的。下面以北京区域管制中心引接郑州2雷达信号为例，通过HCT8810仪表进行GPS时钟校后，进行雷达延时测试，测试结果如图一所示：

分析： 郑州INDRA vanguard路由整体延时稳定在60-120ms，但存在一些突发延时增大至750ms后持续较短时间后立刻恢复的情况，延时增大原因疑似为运营商的中继链路在某一时刻存在较大抖动。2M专线出现链路抖动，时延时，会对雷达数据造成数据包丢失，数据包错误，数据包延时等。空管自动化系统对雷达信号传输有着严格的要求，雷达信号延时不能超过1s，并且自动化系统是多雷达信号融合，单个雷达信号出现问题就会影响到多雷达信号融合，对管制造成影响。

（二）传输环节复杂问题

雷达信号传输路由复杂也会造成自动化系统接收雷达信号异常。以郑州2雷达为例，郑州2雷达送往北京区管中心的雷达信号有2个路由，一种是从雷达站先经航管楼在通过本地区传输网传输到广州落地，再通过联通2M传到北京区管，另外一种是从雷达站直传到北京区管。如图二所示：

我们使用测试仪表HCT8810，校时后对雷达信号做雷达延时测试，测试数据如表一所示：

分析：该路由在测试时段内，郑州INDRA雷达站至郑州航管楼传输延时平均2295.9ms，郑州航管楼至广州区管传输平均延时为268.2ms（2564.1-2295.9），广州区管至北京区管传输平均延时为143.5.ms（2707.6-2564.1），该路由本身郑州INDRA雷达站至郑州航管楼延时过大，造成累计传输至北京区管的时延增大。

分析：该路由为郑州2雷达至北京区管中心得直傳路由，不存在郑州航管楼和广州区管中心两个测试点，测试结果平均延时100.8ms，所以基本确定该路由传输各环节延时数据正常。

由表中数据我们可以看出，传输环节越多，传输延时就越大，故障发生的几率就越大，自动化接收雷达信号异常的可能性也就越高。所以尽可能的缩短传输路径至关重要。

三、传输设备的问题

雷达数据传输通常由路由器或PCM传输，以北京区域管制中心为例，在用传输设备为VANGUARD路由器，该路由器中继端口全部使用Annex_G的协议 在Annex_G的协议中，其采用的是X.25机制，在数据链路层将握手、流控、重传功能全部实现。在Annex_G协议下，有congestion control mode拥塞控制模式参数，当拥塞控制参数较低时，在短时间内飞机增加的情况下，会造成雷达数据包增加，导致数据包拥塞甚至数据包的丢包，自动化处理雷达数据异常，最终导致雷达信号不正常显示情况，对管制造成影响。

以洛阳雷达为例，使用HCT8810仪表测试洛阳雷达信号24小时，结果如图三所示：

分析：测试数据显示，洛阳雷达在上午08：50-09：30，下午13：30-14：30存在时延高峰，高峰时最大延时2.6s-4.8s，怀疑因航班量大、数据包多造成传输数据量过大，一旦数据量超过传输链路设置的最大传输能力，数据会在路由器内缓存造成输出数据存在较大传输延时。

在测试期间，协调洛阳雷达站立即对其雷达信号分配器时钟速率进行调整，由9600 bit/s调整为19.2K bit/s，延时随即降低。受洛阳雷达站要求，测试后将时钟速率改回9600bit/s。如图四所示：

根据《空中交通管理二次监视雷达设备技术规范》（MHT4010-2006）4.12.2数据传输应采用HDLC协议，输速率可设置为9.6Kbs，19.2Kbs，38.4Kbs，64Kbs。

二次雷达在使用S模式运行且CAT34/48协议输出时，经测算：一个目标50字节，加入每个目标每次输出3个BDS信息（共25字节），雷达周期4秒，一个CAT34服务信息报文15字节，一个旋转周期32个扇区报和一个正北报文，如果检测到100个目标情况下需要[（50+25）*8/4=15990=15.9K（bit/s），因此19.2K的带宽在航班量不大的时候仅仅能够使用，当目标数超过100架次，传输速率仍为19.2Kbs时，雷达输出后，传输设备传输速率小于或等于19.2Kbs时，数据包就会堆积，数据出现延时，甚至丢包，这样会造成自动化系统信号航迹矢量线异常摆动和丢失目标的现象。所以，在以后的雷达源参数设置及传输设备参数设置时，应尽可能的增大传输速率，这将有效避免因为传输速率不足造成自动化系统接收雷达信号数据异常。

四、自动化系统问题

随着民航业的发展，自动化系统版本也在不断升级，其对雷达信号处理的过程也越来越细致。在这里，我们同样需要设置一下参数对雷达数据进行修正。如多雷达处理算法中，每部雷达测量飞机的位置时，在方位角和距离上存在一定的偏差。因此采取对雷达数据需要进行一定的BIAS补偿，使其更趋近于飞机的实际位置。方位角和距离的补偿值有两种模式，一种是手动模式，即设定一个固定值的BIAS数值，在融合计算时始终按此值进行补偿;另一种是自动模式，即依靠系统中算法固定周期选取10个点迹报告，计算一次BIAS数值，作为动态调整的参数。BIAS数值的选取不合理会导致对此雷达信号修正的不准确，进而当系统航迹使用此雷达航迹更新会不准确，继而造成矢量線摆动或者假信号的问题。因此，在自动化系统中，我们要认真配置这些参数，避免因系统参数设置问题影响自动化系统的运行。

五、结束语

空管自动化系统将随着民航业的技术进步而不断升级，其对雷达信号质量要求也会越来越严格。我们会不断寻求解决雷达信号问题的方式方法，为今后的民航空管设备运行提供强有力保障。

参考文献：

[1]游小伟 浅析民航空管雷达数据质量  科技论坛 2014.30

[2]王槐骁 FA16网络中雷达信号传输质量分析 物联网技术 2013.10

[3]贾兴亮 雷达数据传输质量的影响要素与其对策 无线互联科技 2014.7