空管移动雷达信号传输方案研究
杨豪
【摘 ?要】空管业务中的传输方案已经十分成熟，并且由华为等大公司提供支持。论文所述方案的研究是基于工程实际，并且受到诸多现实条件的限制。移动雷达是一种可以随时采用移动车辆来转移的空管二次雷达，桂林空管站移动雷达是在某雷达站改建阶段临时调配的，传输资源比较单一，在复杂项目当中需要自主解决具体问题。论文主要深入研究了雷达同步串口信号的时钟选择和组播技术的应用。
【Abstract】The transmission scheme of air traffic control business has been very mature and supported by HUAWEI and other large companies. The research of the scheme described in this paper is based on the engineering practice， and is limited by many practical conditions. Mobile radar is a kind of air traffic control secondary radar that can be transferred by mobile vehicles at any time. Mobile radar of Guilin Air Traffic Management Station is temporarily deployed in the reconstruction stage of a certain radar station. The transmission resources are relatively single， and the specific problems need to be solved independently in complex projects. This paper mainly conducts in-depth research on the clock selection of the radar synchronous serial signal and the application of multicast technology.
【關键词】移动雷达;同步时钟;组播
【Keywords】mobile radar; synchronous clock; multicast
【中图分类号】TN957.53 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文献标志码】A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章编号】1673-1069（2021）07-0179-04
1 研究背景
桂林空管移动雷达承担着民航客机在航路飞行中的重要监视任务，是空中交通管制员维持空中交通秩序的重要设备保障之一。2020年，在桂林机场扩建空管工程中桂林空管站新建2号航管楼，以满足日益增长的航班需求。从1号航管楼过渡搬迁至2号航管楼，桂林空管站技术保障部面临的最大挑战是不停航。因此，移动雷达信号需要在保证现状不变的情况下，新建传输方案至2号航管楼。本文在研究方案的过程中，以保证安全、可靠、平稳为前提，充分验证方案可行性。
2 移动雷达信号传输方案现状
Indra移动雷达位于桂林空管站原发报台台址，距航管楼直线距离2.5km。设备安装在一个方舱内，雷达录取器（EXT）其中两个串口提供的是DDE格式的雷达数据，DDE是INDRA自己的数据格式，不适用于国内目前使用的自动化系统，另外两个串口提供的是ASTERIX格式的雷达数据，ASTERIX是当前用于描述信息结构的欧控标准（EUROCONTROL STANDARD），它由All Purpose Structured Eurocontrol Radar Information Exchange的首字母组合而成，ASTERIX数据格式是世界上雷达监视相关数据传输的主要格式[1]，适用于桂林空管站1号航管楼使用的Telephonics自动化系统以及2号航管楼新装的国产莱斯和华泰自动化系统。传输方案现状如图1所示。
3 移动雷达信号传输过渡方案研究
方案一：从1号航管楼引接至2号航管楼。
方案一实施起来很简单，按照已有经验，类似将信号引接至其他分局站的模式。但是考虑到转场之后需要将原机房拆除搬迁，势必无法做到平稳过渡。因而需要从源头完全新建两条新的路由。
方案二：雷达源一分二。
方案二考虑在雷达源使用Blackbox信号分配单元，实现一分二。其中，综合接入设备是银讯的ZMUX-3036ES设备，它可以通过接口板，将雷达数据、监控数据等信号汇集后，通过光纤链路进行点对点的传输。方案二的优点是使用性能稳定可靠的ZMUX-3036ES设备，缺点是在雷达源添加了Blackbox，空管并没有相关经验支持;由于改变了原路由，需要在管制实际运行中制定相应的应急预案;需要新购置4台ZMUX-3036ES设备，增加了一定的成本。方案如图2所示。
方案三：利用录取器组播方式进行IP网传输。
方案三不考虑录取器的两个AST串口取数据，完全摒弃ZMUX-3036ES，转而探索录取器的UDP组播方式，使用YACER的HDLC-ATC空管数据通信服务器，它提供两路10/100M以太网接口，四路同步HDLC串口，实现串口、以太网口之间的协议转换。用以接收、发送空管二次雷达、ADS-B等设备的同步数据，支持HDLC、TCP/IP协议转换。缺点是桂林空管站并未尝试过使用UDP组播方式传输雷达信号，没有相关的经验，信号稳定性需要大量时间在测试和运行中验证。但是新增两路信号是完全独立于原传输路由的，并且直接传至2号航管楼，管制员在正式使用前会进行新系统的培训学习，这便是测试这两路信号的契机。方案如图3所示。
4 移动雷达信号传输方案相关技术研究
4.1 时钟的研究
RS232C是连接串行设备的接口技术标准。1987年，EIA发布新版标准，将名称改为EIA-232-D。1991年，EIA与电信行业协会（TIA）合作发布新版标准，称为EIA/TIA-232-E。但是，如今仍然将该标准称为RS-232C，或者仅称为RS-232。RS-232C标准支持两种类型的连接器：D型25针连接器（DB-25）和D型9针连接器（DB-9）。其中，DB-25 PIN如图4所示。
值得注意的是，图4中的阵脚都是基于DTE（Data Terminal Equipment）来定义的，并不是DCE（Data Communication Equipment）。DTE和DCE的名词概念很简单，一个是数据终端设备，一个是数据通信设备，但真正理解它们需要在实际应用中探究。
在雷达信号传输中，采用的是RS232C同步接口，V.24物理层标准，HDLC链路层协议[2]。传输速率在9600bps、19200bps、38400bps中选择。这里涉及了一个“同步”的概念，要达到同步就需要一个时钟源，并且只是一个时钟源。圖5是空管实际使用实例，实例中SRX作为HONET为提供子速率数据业务而专门开发的五路数据接口板，它以DCE方式提供5个V.24的同步子速率端口。SRX单板作为DCE设备，单板上各V.24接口的工作时钟均由单板提供，在DB-25插头中，具体的时钟引脚为PIN15（发送数据定时TCLK，电路编号114）、PIN17（接收数据定时RCLK，电路编号115），SRX单板不能接收外部时钟进行工作。
在图5实例中，BLACKBOX需要选择主通道提供时钟，即由FA16的SRX提供，并且MAIN通道设置为DTE模式，SUB1、SUB2、SUB3等通道选择DCE模式。
在上文提出的方案二中，BLACKBOX将雷达源信号一分二，在这里需要注意时钟的选择。如图6所示。
方案二中，选择由ZMUX-3036ES 1提供时钟源，BLACKBOX（雷达端）需要选择SUB1提供时钟，其中MAIN通道设置为DCE模式，SUB1和SUB2通道设置为DTE模式，特别要注意的是针脚的选择。BLACKBOX（航管楼）部分与图5实例中设置一致。对于DB-25针脚的选择，总结如表1所示。
4.2 组播的研究
OSI（开放式系统互联通信参考）模型描述了计算机系统用于网络通信的七层结构。这是所有主要计算机和电信公司于20世纪80年代初采用的第一个网络通信标准模型。但是现代互联网不是基于OSI，而是基于更简单的TCP/IP模型[3]。如图7所示。
TCP/IP模型的具体协议中，UDP是一个数据报交换的传输层协议，它允许发送数据报到网络，而无需通信优先级。通过UDP协议方式，不同的数据流可得到识别，并且每个数据流获得一个UDP端口号（对应不同的信息交换类型）。
IP与IGMP是网络层协议。通过IP协议方式，连接到网络的主机可获得识别的唯一IP地址。IGMP是互联网组管理协议，用于管理因特网协议多点传输工作组的全体成员。IP主机和邻近的多点传输路由器使用IGMP建立多点传输工作组全体成员。IGMP提供了在转发组播数据包到目的地的最后阶段所需的信息，实现如下双向的功能：
①主机通过IGMP通知路由器希望接收或离开某个特定组播组的信息。
②路由器通过IGMP周期性地查询局域网内的组播组成员是否处于活动状态，实现对所连网段组成员关系的收集与维护。
Ethernet是物理媒介登录和连接协议。该协议用于避免多个主机同时发送数据时发生冲突。
组播是一种允许一个或多个组播源发送同一报文到多个接收者的技术。组播源将一份报文发送到特定的组播地址。在一传多的场景下，相比单播来说，使用组播方式传递信息，用户的增加不会显著增加网络的负载，并且不需要此报文的用户不能收此报文，相比广播来说，使用组播方式可以远距离传输信息，且只将信息传输到有接收者的地方，保障了信息的安全性。组播技术有效地解决了单点发送多点接收的问题，实现了IP网络中点到多点的高效数据传送。
IPv4地址空间分为5类，即A类、B类、C类、D类和E类。D类地址为IPv4组播地址，范围是从224.0.0.0到239.255.255.255，用于标识组播组，且仅能作为组播报文的目的地址使用，不能作为源地址使用。IPv4组播报文的源地址字段为IPv4单播地址，可使用A类、B类或C类地址，不能是D类、E类地址。
在网络层上，加入同一组播组的所有用户主机能够识别同一个IPv4组播组地址。一旦网络中某用户加入该组播组，则此用户就能接收以该组地址为目的地址的IP组播报文。
在上文提出的方案三中，INDRA移动二次雷达录取器可以通过使用UDP协议，将不同的信息流通过使用不同的UDP端口从而得以区分，具体可以将雷达数据流定义如表2所示。管理和维护数据流可以定义如下：MANAGEMENT1、MANAGEMENT2、MAINTENANCE1、MAINTENANCE2等。另外，可以通过配置组播IP地址来发挥组播技术的优势，配置如表3所示。
方案三中，用到了YACER-HDLC-ATC协转，它可以设置组播地址接收特定UDP端口的雷达数据，并将其转为HDLC协议的RS-232同步雷达信号。配置如图8所示。
由此可知，时钟由HDLC-ATC协议转换器来提供，整体方案如图9所示。
5 结语
在实际工作中，方案三得到了很好的验证和实施，最后以安全、可靠、平稳的状态保障了桂林空管站转场搬迁工程的顺利完工。而方案二由于很多现实存在的因素只在实验中得到初步的验证。在本次实际方案的研究中，充分考虑到了技术和现实的因素，从而在实施过程中达到了很好的效果。
【参考文献】
【1】张尉.二次雷达原理[M].北京：国防工业出版社，2009.
【2】张笑野.二次雷达信号传输方案的探讨[J].空中交通管理，2010（10）：23-24.
【3】W·理查德·史蒂文斯.TCP/IP详解 卷1：协议[M].北京：机械工业出版社，2000.
