| 标题 | 空管雷达数据质量智能分析系统的研制 |
| 范文 | 裴方瑞 摘 要：本文以内蒙古空管分局科技立项项目《雷达信号质量智能分析系统》为基础，论述了雷达输出信号质量监测的方法，通过采用C++面向对象编程方法，采集雷达输出的原始监视数据，对报文的数据项自动提取与分析，统计关键技术指标的正常率与完好率，实现对雷达报文质量监视的目的。对雷达系统故障排除具有重要的实际应用价值。 关键词：模块；数据帧结构；数据记录 中图分类号：TN965 文献标志码：A 0 引言 随着国内民航业的高速成长，全国各地新建大量监视设备。大量监视设备的数据通过送入自动化系统进行融合而实现飞行器信息精确度提升的同时，也带来了对这些监视数据源信号质量监测的困难。任意一个监视源的输出数据错误都可能会直接导致自动化系统出现目标丢失、分裂、位置和高度跳变和假目标等严重影响管制指挥的事件发生，如何迅速判断每一个监视数据源信号的质量成为亟待解决的问题。 1 系统总体方案设计 雷达信号质量智能分析监视系统可通过网络设备接入多个远端雷达监视数据以及雷达服务报文，报文采用ASTERIX标准传输，数据连接方式为UDP。系统采用模块化设计思想，对功能进行模块化分割，包括有数据接入模块、数据处理模块、航迹管理模块、数据记录与回放模块、地图管理模块、图形绘制模块及人机交互模块。各个模块之间通过共享数据缓冲区来进行数据交换，通过消息响应来进行指令的交换。系统总体架构如图1所示。 1.1 据接入模块 数据接入模块通过对Windows Socket类进行封装调用来实现UDP链接，数据接入模块采用独立线程来实现，线程始终处于等待状态，当外部输入数据到达时，接收线程将被触发，接收数据，将数据存入数据接收缓冲区后，向数据处理模块发送一条“数据到达”消息。数据接入模块会对接收到数据做简单的有效性判断，若数据没有通过有效性判断，则不会进入一下处理阶段。 1.2 数据处理模块 数据处理模块采用独立线程来实现，线程处于消息等待状态，当接收到来自数据接入模块发送的“数据到达消息”后，线程被触发，从数据接收缓冲区中取出数据，并对雷达监视数据及雷达服务报文进行解析，解析后的信息经过坐标转换、数据格式转换后归一化为软件内部标准数据结构，并存入航迹数据缓冲区内，同时存入数据库中。此模块将会调用到数据解析模块、数据转换模块、坐标转换模块及数据记录与回放模块。 1.3 航迹管理模块 航迹管理模块主要负责航迹数据缓冲区中的航迹数据的维护，包括新增航迹点的插入、过期航迹点的删除、航迹状态的更新等操作。航迹区采用list链表来进行实现。链表中每个节点包括一个航班的全部信息（目标地址、航班号、速度、高度、位置等）。 1.4 数据记录与回放模块 数据记录与回放模块接收来自数据处理模块的航迹数据，并存入至数据库系统中。数据记录与回放模块以数据库系统为基础，其主要功能为数据库系统的管理维护、航迹数据的查询、增加、删除、导出及回放。数据回放功能采用两线程设计思路，一条线程负责从数据库中取出需要回放的数据，别一条线程则负责回放进度的控制，在合适的时间将回放数据存入数据接收缓冲区中，并向数据处理模块发送“数据到达消息”。 2 数据解析功能模块设计 雷达信号质量智能分析监视系统可接入符合ASTERIX CAT001、ASTERIX CAT002、ASTERIX CAT048、ASTERIX CAT034标准规范的PSR、SSR雷达监视数据及雷达服务报文数据，并对报文进行解析获得航班的航班号、二次代码、位置、高度、速度及其他状态信息。 2.1 ASTERIX ASTERIX（All Purpose Structured Eurocontrol Rodar Information Exchange ），是欧控（Eurocontrol）组织为雷达数据的传输和交换而制定的一套多用途结构化雷达信息交换标准。ASTERIX支持雷达、ADS-B、综合航迹、气象、告警信息等数据的传输和交换。ASTERIX共定义了256种数据类型，其中CAT001～CAT127数据格式用于军航和民航标准的雷达数据传输。 2.2 数据帧结构 ASTERIX的数据帧的结构如图2所示。 CAT用来表示ASTERIX数据的类型，占用1个字节。例如CAT=21时，表示此ASTERIX数据为ADS-B航迹数据。LEN表示ASTERIX数据帧的总长度，占用两个字节。LEN的计算方法为：数据长度 = 数据种类字段（1字节）+ 数据块长度标识字段（两个字节）+ 所有数据字段长度之和。FSPEC英文全称为Field Specification是对UAP（User Application Profile）的描述，当FSPEC的第n位（不计算FSPEC每个字节的第8位）为1时，则表明在UAP中对应索引号（FRN）的数据项是存在的。同样当FSPEC的第n位为0时，则说明在UAP中对应索引号的数据项是不存在的。FSPEC长度可变，为整数个字节，每个字节的第8个比特位有特殊作用，它是一个称为FX的标志位，FX是域拓展标志位。如果FX为1，则说明FSPEC还没有结束，后面至少还有一个字节的扩展。如果FX为0，则FSPEC结束。Data Record是航迹信息，包括如目标的位置、速度、高度、航向、二次代码等信息。 2.3 处理流程 数据解析模块由类CDeodeAtx实现，此类中的getCAT（）函数用于提取ASTERIX数据帧的类型字段；getLEN（）函数实现对ASTERIX数据帧中的长度字段的提取；decodeAtx（）函数实现ASTERIX数据的解析。 数据解析模流程：首先调用getCAT（）函数提取ASTERIX数据帧的类型字段；然后调用getLEN（）函数实现对ASTERIX数据帧中的长度字段；最后，根据getCAT（）获得的数据类型是CAT001、CAT002、CAT034或CAT048，分别调用decode001、decode002_1a0、decode034_1_26、decode048_1_20或decode048_1_14解码模块，以FSPEC为依据，对ASTERIX数据帧中存在的数据项进行逐一解析，得到航迹信息，并对解析出的航迹数据进行坐标转换，将英制单位换算为公制单位。 3 二维图形绘制功能模块设计 绘图功能模块实现系统中所有二维图形对象的绘制，包括地理信息的显示、航迹的绘制显示、飞行器标牌的绘制及显示、目标列表的绘制及显示等。绘图功能采用消息驱动机制来实现，由消息IOM_DRAW_MSG触发绘制事件，并在其对应的消息响应函数OnDrawProc（）中实现图形的绘制工作。消息IOM_DRAW_MSG下有多个子消息，每一种子消息对应不同的绘图事件及绘图对象。 绘图功能模采用消息触发机制，当接收到来自其他模块或定时器的绘图消息后，首先区分域类型，如果是一般绘图对象更新消息，则直接重绘所有绘图对象，包括背景地图、目标航迹、目标尾迹、目标列表等。若是定时飞行动态刷新消息SDD_DRAW_TAR则先对航迹缓冲区进行维护，包括对删除过期目标、更新目标尾迹点、更新目标高度过滤状态等。然后再执行屏幕内绘图对象重绘操作。 航班显示模块在进制航班的绘制时，首先会对目标位置信息做经坐标投影转换，将目标位置信息由WGS-84大地坐标转换为屏幕坐标；然后判断此航班是否在屏幕可见区域内，若航班位于屏幕范围之外，则不对此航班进行绘制，直接进制下一个航班的绘制操作；若航班位于屏幕范围内，则依次绘制航班的标识、标牌及方向矢量的元素，这些显示元素均由CDraw类中的绘图函数来实现。 结语 随着空管系统各类监视设备的大量应用，研发新技术同时完成对大量设备性能的自动监测已迫在眉睫。雷达数据质量智能监测系统能以图形界面的方式直观显示雷达输出数据的状态，同时能够对航迹数据报文信息进行分析，并完成记录回放。对于协助雷达工程师迅速定位雷达数据源故障提供了有力的技术手段，对保障航班安全发挥出重要作用。 参考文献 [1]向明艳.雷达数据分析系统的设计与实现[D].内蒙古：内蒙古大学，2011. [2]潘宗英.一種空管二次雷达数据质量分析系统的设计[J].科技致富向导，2015（6）：204. [3]王屹峰，牛磊.雷神雷达数据格式浅析[J].空中交通管理，2008（3）：14-17. |
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