崔軍

摘 要：網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)對各個(gè)行業(yè)的技術(shù)都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，航管雷達(dá)作為空管保障體系中基本的監(jiān)視設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展使其系統(tǒng)架構(gòu)已經(jīng)過渡到星型拓?fù)涞幕究蚣埽盘?hào)數(shù)字化也給雷達(dá)信號(hào)聯(lián)網(wǎng)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。主要描述了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和特點(diǎn)，著重分析了IRS-20MP/L二次雷達(dá)系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并通過案例分析，簡述了航管雷達(dá)系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用設(shè)想，以供參考。

關(guān)鍵詞：航管雷達(dá)；空管；網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；雷達(dá)站點(diǎn)

中圖分類號(hào)：TN957.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.13.009

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用對社會(huì)的諸多方面都產(chǎn)生了重要影響，涵蓋從經(jīng)濟(jì)建設(shè)到空防安全等各個(gè)方面。民航空管保障體系中的航管雷達(dá)也從20世紀(jì)80年代末期的單脈沖二次雷達(dá)過渡到使用S模式的二次雷達(dá)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在航管雷達(dá)系統(tǒng)中得到了長足的發(fā)展和應(yīng)用，雷達(dá)系統(tǒng)架構(gòu)有了日新月異的變化，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在航管雷達(dá)系統(tǒng)中的普及為實(shí)現(xiàn)雷達(dá)信號(hào)聯(lián)網(wǎng)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。本文以RAYENEON ASR-10SS一次雷達(dá)為基底引入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，淺析了INDRA IRS-20MP/L二次雷達(dá)中網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用。

1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和特點(diǎn)

數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和信息化成為當(dāng)今社會(huì)的重要特征，形成了一個(gè)以網(wǎng)絡(luò)為核心的信息時(shí)代。1969年，出現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)的雛形，伴隨著技術(shù)的革新和進(jìn)步，直至1994年互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展成熟，因特網(wǎng)演變成基于ISP和NAP的多層次結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日益廣泛應(yīng)用。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)提供了兩個(gè)重要的功能，即連通性和共享性。連通性是指網(wǎng)絡(luò)上的用戶之間都可以交換信息，而共享性指的是資源共享，資源共享可分為信息軟件與硬件共享。網(wǎng)絡(luò)根據(jù)作用范圍分為廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)、局域網(wǎng)、個(gè)人區(qū)域網(wǎng)，每一種網(wǎng)絡(luò)都有不同的特點(diǎn)和使用范圍，而航管雷達(dá)系統(tǒng)使用的是局域網(wǎng)，因?yàn)楝F(xiàn)階段網(wǎng)絡(luò)技術(shù)僅僅在單一航管雷達(dá)系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)用，如果下一步實(shí)現(xiàn)全國雷達(dá)信號(hào)聯(lián)網(wǎng)，就會(huì)涉及到更大范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。

開放系統(tǒng)互聯(lián)OSI模型定義了連接異種計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)的體系結(jié)構(gòu)，OSI為連接分布式應(yīng)用處理的“開放”系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)。OSI的七層體系結(jié)構(gòu)為應(yīng)用層、表示層、會(huì)話層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。TCP/IP協(xié)議非國際標(biāo)準(zhǔn)，但是由于其更簡單、更容易理解和實(shí)現(xiàn)，已經(jīng)成為事實(shí)上的國際標(biāo)準(zhǔn)。

2 RAYTHEON一次雷達(dá)結(jié)構(gòu)

RAYTHEON ASR-10SS一次雷達(dá)是20世紀(jì)90年代具有先進(jìn)技術(shù)的全固態(tài)航管監(jiān)視雷達(dá)，具有覆蓋范圍廣、數(shù)據(jù)可靠性高、系統(tǒng)實(shí)用性強(qiáng)和目標(biāo)容量可擴(kuò)展的特點(diǎn)，適用于中高飛行流量的機(jī)場環(huán)境。ASR-10SS一次雷達(dá)的基本配置包括天線和天線基座、發(fā)射機(jī)、雙通道接收機(jī)/錄取器、雙通道信號(hào)數(shù)據(jù)處理器、主/備現(xiàn)場控制和數(shù)據(jù)接口、遙控終端等。此航管雷達(dá)的特點(diǎn)是應(yīng)用了以太網(wǎng)技術(shù)。20世紀(jì)90年代，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用遠(yuǎn)沒有現(xiàn)在廣泛，而其采用的以太網(wǎng)并沒有配備交換機(jī)或路由器等一類的網(wǎng)絡(luò)核心部件，僅僅采用特性阻抗為50 Ω的同軸電纜，將所有需要連網(wǎng)的設(shè)備利用“T”形頭來實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)，用同軸電纜的起點(diǎn)端和終點(diǎn)端加載假負(fù)載來實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。IEEE802.3以太網(wǎng)具有10 Mb/sec的數(shù)據(jù)傳輸速率，雙通道采用的是總線型的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 INDRA二次雷達(dá)結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)

INDRA IRS-20MP/L二次雷達(dá)基本配置包括雙通道接收機(jī)/錄取器、發(fā)射機(jī)、天線、馬達(dá)及馬達(dá)控制器、雙通道GPS時(shí)鐘、主備交換機(jī)、UTS測試單元、VR3K、監(jiān)控設(shè)備、ATC系統(tǒng)中用到的數(shù)臺(tái)SDD設(shè)備等，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D2所示。

INDRA IRS-20MP/L二次雷達(dá)采用雙網(wǎng)冗余的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并且主要部件采取雙通道配置，A＼B網(wǎng)均配置交換機(jī)，并且相互獨(dú)立運(yùn)行，使用的是ICP/IP協(xié)議的10、100BASE-T。通過雙網(wǎng)冗余，所有部件均接入A＼B網(wǎng)，包括主動(dòng)通道切換、故障通道切換等，均能實(shí)現(xiàn)無縫隙銜接，確保設(shè)備工作的可靠性。馬達(dá)控制器采用CAN-BUS技術(shù)進(jìn)行自動(dòng)切換。

從圖2中可以看出，INDRA IRS-20MP/L二次雷達(dá)采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由中央節(jié)點(diǎn)和其他各個(gè)節(jié)點(diǎn)連接組成，每個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的通信均需通過中央節(jié)點(diǎn)，在星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中中央節(jié)點(diǎn)是至關(guān)重要的，而在INDRA IRS-20MP/L二次雷達(dá)系統(tǒng)中，中央節(jié)點(diǎn)是利用交換機(jī)形成的。星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)比較簡單、局域網(wǎng)建網(wǎng)更加容易、使用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議簡單、單設(shè)備故障對系統(tǒng)影響不大且容易排除和便于控制、線路的傳輸效率取決于中央節(jié)點(diǎn)設(shè)備的速率等，缺點(diǎn)是局域網(wǎng)中線束較多，對中央節(jié)點(diǎn)設(shè)備依賴性強(qiáng)；長時(shí)間工作中央節(jié)點(diǎn)負(fù)擔(dān)重，容易形成系統(tǒng)瓶頸?，F(xiàn)階段，星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是局域網(wǎng)通常采用的主流形式。

需要注意的是，航管樓SLG作為遠(yuǎn)端監(jiān)控設(shè)備，功能與本地SLG相同，然而在邏輯上卻作為本地SLG的備用機(jī)，我們將在后面介紹INDRA IRS-20MP/L二次雷達(dá)曾經(jīng)出現(xiàn)的故障來說明邏輯上的主備關(guān)系。在INDRA IRS-20MP/L二次雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，使用雙絞線作為傳輸媒介，并采用EIA/TIA-568標(biāo)準(zhǔn)。由于設(shè)備屬于遠(yuǎn)山臺(tái)站，設(shè)備監(jiān)控信號(hào)和雷達(dá)數(shù)據(jù)需要傳輸至航管樓使用，因此網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中還使用到光纜和微波傳輸設(shè)備。

圖2所示的航管雷達(dá)系統(tǒng)比圖1所示系統(tǒng)晚了20年，比較它們的系統(tǒng)圖，主要區(qū)別在于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、形成網(wǎng)絡(luò)的器件以及接入網(wǎng)絡(luò)的功能部件不同。在圖2所示的IRS-20MP/L二次雷達(dá)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)中引入了交換機(jī)，最大限度地實(shí)現(xiàn)了互連和共享。從接入網(wǎng)絡(luò)的部件數(shù)量來看，也能看出圖2接入的部件較多，從而我們可以看到網(wǎng)絡(luò)技術(shù)隨著航管雷達(dá)的更迭也有了長足的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。

4 INDRA二次雷達(dá)故障案例分析

INDRA IRS-20MP/L二次雷達(dá)的監(jiān)控部分SLG，其基本作用就是監(jiān)控設(shè)備各部件的工作狀態(tài)，配置雷達(dá)各部分的功能進(jìn)行配置，修改參數(shù)，并提供各部件的信息和故障報(bào)告。在SLG UCS監(jiān)控主界面中，我們能自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)控錄取器控制器的CPU性能、內(nèi)存容量，以確保網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力始終處于最優(yōu)狀態(tài)。表1為本地SLG和遠(yuǎn)端SLG的IP地址。

4.1 天線監(jiān)控失效

在設(shè)備運(yùn)行正常并且雷達(dá)信號(hào)正常情況下，遠(yuǎn)端（航管樓）監(jiān)控SLG顯示，天線系統(tǒng)失去監(jiān)控，顯示橙色或者白色，橙色表示出現(xiàn)非關(guān)鍵故障，白色表示未監(jiān)控到。從監(jiān)控中看到天線正常旋轉(zhuǎn)，SLG中PPI中顯示雷達(dá)信號(hào)正常，由此得出，設(shè)備工作正常，僅是監(jiān)控部分出現(xiàn)異常，重新啟動(dòng)遠(yuǎn)端（航管樓）SLG系統(tǒng)，故障現(xiàn)象依舊。重新啟動(dòng)本地（罕山）SLG系統(tǒng)，故障現(xiàn)象消失。進(jìn)一步分析可知，該故障系廠家軟件BUG，遠(yuǎn)端SLG是由本地SLG鏡像而成，在廠家的原始配置中并沒有遠(yuǎn)端SLG，因此遠(yuǎn)端SLG在此網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中邏輯上是不存在的，因此故障處置需要在本地SLG上重啟處理。

4.2 參數(shù)修改失效

2014-09秋季維護(hù)中，為驗(yàn)證假目標(biāo)的成因，在本地SLG增加反射區(qū)域0°～360?，在反射區(qū)域中僅顯示目標(biāo)原始視頻（原始視頻即沒有經(jīng)過處理的目標(biāo)，沒有二次代碼、高度顯示和地速顯示），驗(yàn)證后需要恢復(fù)初始狀態(tài)，即便將此反射區(qū)域刪除，系統(tǒng)錄取器也并沒有恢復(fù)初始狀態(tài)，依然只顯示原始視頻。維護(hù)人員先后將此故障定位于VR3K、本地SLG、錄取控制器、收發(fā)機(jī)，將上述部件的參數(shù)恢復(fù)初始狀態(tài)并重新啟動(dòng)，故障現(xiàn)象仍然存在，經(jīng)反復(fù)與廠家工程師聯(lián)系，提出是否為本地SLG和遠(yuǎn)端SLG同步出現(xiàn)問題，也就是說增加反射區(qū)域的操作同步，而刪除反射區(qū)域操作沒有同步，同時(shí)重啟本地SLG和遠(yuǎn)端SLG后，故障現(xiàn)象消除。本地SLG與遠(yuǎn)端SLG出現(xiàn)不同步，也是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中邏輯沖突。

5 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用設(shè)想

5.1 改進(jìn)航管雷達(dá)設(shè)備維護(hù)理念

20世紀(jì)80年代航管雷達(dá)系統(tǒng)中，功能的實(shí)現(xiàn)是靠電路板；進(jìn)入20世紀(jì)90年代，模塊化是組成雷達(dá)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，維護(hù)和維修多是更換功能模塊，更深層次的模塊維修則依靠廠家工程師；現(xiàn)階段，在模塊化的基礎(chǔ)上應(yīng)用和發(fā)展了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，設(shè)備的模塊均增加了網(wǎng)絡(luò)功能，雖然深層次的維修依然是依靠廠家，但是由于網(wǎng)絡(luò)的引入，每一部件在系統(tǒng)中的作用弱化，更多的靠網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的信息交換與共享。筆者認(rèn)為，航管雷達(dá)維護(hù)人員應(yīng)該從以雷達(dá)專業(yè)為重過渡到以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為重，不局限于航管雷達(dá)系統(tǒng)，包括更多的專業(yè)化設(shè)備，都是建立在以交換機(jī)為核心的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，尤其是空管行業(yè)，工作必須確保萬無一失。

5.2 航管雷達(dá)全國聯(lián)網(wǎng)

隨著雷達(dá)站點(diǎn)覆蓋的增加和空域管理區(qū)域化，任何一地的管制部門需要引入多部雷達(dá)信號(hào)，各地雷達(dá)信號(hào)交織成全國雷達(dá)信號(hào)網(wǎng)，每一部雷達(dá)都將成為全國雷達(dá)信號(hào)網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)。隨著航管雷達(dá)設(shè)備中網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用更加全面，就為形成雷達(dá)信號(hào)網(wǎng)提供了更多的技術(shù)基礎(chǔ)，在未來，航管雷達(dá)設(shè)備將實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，更加有利于全國雷達(dá)聯(lián)網(wǎng)。在形成全國雷達(dá)信號(hào)網(wǎng)后，任何一部單一的雷達(dá)設(shè)備故障都不會(huì)影響雷達(dá)信號(hào)網(wǎng)，也就不會(huì)影響空中交通管制服務(wù)，從而確保飛行安全。

6 結(jié)束語

目前，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)越來越多地應(yīng)用于航管設(shè)備，我們需要改變對設(shè)備的認(rèn)識(shí)。筆者認(rèn)為，通信導(dǎo)航監(jiān)視專業(yè)人員無論從事哪一個(gè)專業(yè)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)知識(shí)將成為我們必須要掌握的技術(shù)，這就需要老一代的技術(shù)人員要及時(shí)更新自己掌握的知識(shí)，無論是單一系統(tǒng)設(shè)備，還是數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)，都要以網(wǎng)絡(luò)為核心。隨著航管設(shè)備的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)將變得非常重要，我們今后的維護(hù)工作重點(diǎn)將會(huì)與網(wǎng)絡(luò)息息相關(guān)。

參考文獻(xiàn)

[1]謝希仁.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)[M].北京：電子工業(yè)出版社，1989.

〔編輯：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