一种空管雷达信号质量实时分析的实现方法
来源:用户上传
作者:汤俊
【摘 要】论文为空管自动化系统提供一种雷达信号质量分析方法，用于主流雷达格式目标分析，实时监测雷达数据，提前发现问题，使对于历史数据的分析形成实际的雷达威力图，可以作为新雷达选址的依据。
【Abstract】This paper provides an analysis method of radar signal quality for air traffic control automation system， which can be used for the analysis of mainstream radar format targets， real-time monitoring of radar data， and finding problems in advance. This method makes the analysis of historical data form the actual radar antenna power chart， which can be used as the basis for the site selection of the new radar.
【关键词】空管自动化系统;雷达信号;方法
【Keywords】air traffic control automation system; radar signal; method
【中图分类号】TN958 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2020）03-0128-02
1 引言
空管自动化系统运行至今，由单雷达信号质量不佳引起的自动化合成雷达信号产生假目标、目标高度跳变等现象始终存在。雷达假目标直接影响到管制正常的指挥运行，严重时可能会导致流控等严重后果。现在，排查雷达假目标一般使用单个雷达航迹回放和后台数据索引相结合的办法，不但需耗费大量时间和精力，而且得出的数据是经自动化系统处理过的信息，并不是雷達源的信息，无法精确地排查假目标的形成原因。如果有一套雷达信号实时分析系统，可以直接从系统前端读取雷达源的信息，通过数据分析，结合记录的历史数据，综合考虑信号的规律性、连续性，将雷达信号质量以列表形式直观地呈列出来，将异常的数据以告警的方式呈现出来，并且可当场回放验证，使得排查雷达假目标更快、更精确，同时，通过对历史数据的分析，可以统计某部雷达在特定的时间特定区域的信号质量，对雷达的参数调校、维护、自动化系统内单雷达配置等，起到指导性作用[1]。
2 基本理念
2.1 高度重视系统的可靠性、稳定性设计
①采用经过充分验证的软件模块和构件，提高成熟软件模块的复用度，确保系统软件的稳定性;②优化体系结构，主要设备冗余设计，关键信息冗余设计;③具有自检机制，重视信息传输的可靠性设计和系统单元之间的故障隔离、故障切换设计。
2.2 尊重实际需求，注重系统的实用性设计
①满足对系统规模、功能、性能及可扩充性的要求;②按照人机工程设计原则进行人机界面设计，数据准确、操作简便，以提高系统的自动化程度，提高工作效率;③可通过脱机文件设置，灵活配置雷达参数数据。
2.3 保证系统的可扩充性
①采用开放式、分布式系统结构，在不改变系统结构的情况下，可扩充工作席位，当系统接入信息量扩大后，在不改变软件情况下，进行软件的部署，可实现服务器的扩展;②应用软件与硬件平台无关;③软件模块化、规范化设计，使设计出来的系统具有良好的开放性、可移植性，便于维护、改造、扩充、更新、升级。
3 系统组成框图
系统设置独立的雷达质量监视设备，当监视数据前置处理机接收雷达信号后，通过独立的专发功能把该信息发送到雷达质量监视设备上，经过该设备的数据处理和可视化图表的呈现，为系统提供方便可视化的质量分析和监控功能[2]。具体架构如图1所示。
3.1 硬件配置
3.2 软件平台
实现雷达信号质量实时分析的软件平台有多种选择。根据实际需求，可以选择基于Windows的.net开发或其他开发平台。根据平台兼容性，本方法选择使用Unix/C/C++为软件开发平台[3]。①操作系统：系统采用Unix操作系统平台，这是经历长期验证的成熟、可靠、稳定的开放软件平台，国内外许多著名的重大实时系统都是在这一平台上开发的。并且Unix的核心代码是开放的，这对扩展设计以及调试有一定的帮助。本系统选择Unix操作系统。②图形开发工具：界面设计基于X-Window协议和诺基亚公司的Qt标准风格，在一定程度上便于移植、修改和扩充。Qt是面向对象的图形开发工具，具有跨平台等特性，并且Qt源码已于近期开源，对于满足特殊的需求具有一定的帮助。③编程语言：C/C++语言编程。保证源程序的可移植、可维护和可扩充性。④网络传输及访问：本系统采用TCP/IP网络体系建立分布式处理和客户/服务器计算机环境。数据的传输采用TCP/IP协议。
4 实现功能
用于分析主流雷达格式目标，对雷达数据进行实时监测，有效排查问题，基于对历史数据的分析，形成实际的雷达威力图，为新雷达的选址提供依据[4]。其具有以下主要功能：①多雷达数据格式解析功能;②雷达目标分析、显示、告警功能;③单帧数据解析功能;④雷达目标态势显示功能;⑤雷达威力图统计显示功能;⑥雷达原始数据记录功能;⑦原始雷达记录数据回放功能;⑧雷达数据统计功能;⑨雷达丢扇、丢正北、格式错等告警功能;⑩雷达链路监控功能。 5 主要模块
5.1 雷达数据实时分析及数据项合法性检查
对接入的每帧雷达数据进行实时分析，检查各数据项数值的合法性，并将分析结果进行实时显示、统计和记录，将错误数据帧的全文实时显示在错误帧数据列表中，供进一步分析。数据项合法性主要是验证关键数据项（二次代码、高度、速度、目标位置）的数值是否合法，并显示相应状态。
5.2 雷达质量实时统计和显示
根据分析结果，进行数据的统计、记录和查询，并以日志和图形方式实时显示。包括以下内容：①数据项内容出错的帧数以及错帧率;②数据格式出错的帧数以及错帧率;③扇区连续情况;④正北丢失和正北时间偏差;⑤测试应答机发现概率（发现次数/N次扫描）及位置偏移量;⑥一个雷达周期内更新的目标总数;⑦一个雷达周期内收到的数据帧总数。
5.3 雷达信号告警参数设置
可以设置各种质量的告警标准，当实时分析的雷达信号数据低于系统设置的标准时，系统发出告警，这些标准包括CRC（循环冗余校验码，Cyclic Redundancy Check）错、扇区连续性以及错帧率，偏移量等，可据实际情况修改告警标准。
5.4 实时数据项内容查询
以数据帧为单位进行最小粒度到数据项的内容实时解析、查看，分析每一个数据帧中是否包含正北信息、扇号信息、目标信息及详细内容，每种数据项可跟踪到具体字节。
5.5 多路雷达航迹叠加显示
雷达信号质量分析设备，可选择多路原始雷达信号叠加显示，不同雷达发现的目标可通过颜色、图形等加以区分，为技术人员提供直观的比较，比较每一部雷达的具体效果。
5.6 目标跟踪
对一段时间内雷达数据进行统计、记录，提供对指定目标的多路雷达监视数据的同时回放显示，同时，监视该目标的数据帧的质量情况。
5.7 雷达覆盖威力图
系统可以根据一段时间内雷达实际扫描的目标情况，生成指定高度范围的雷达覆盖威力圖供现场分析使用。
5.8 数据记录能力
根据实际需求配置雷达信号的输入数量，24h连续记录，记录的数据可保存31天，用户根据需要可以把记录的数据进行备份和存储，系统自动对超过31天的记录数据进行整理。
5.9 数据回放能力
对系统记录的所有原始雷达数据，有能力将其回放出来，可导出供其他系统使用。
6 结语
本文根据空管自动化系统运行引接雷达信号质量难以快速排查的问题，提出空管雷达信号质量实时分析的模型，并提供了具体的硬件配置及开发平台，详细描述了该系统应具有的软件功能，希望通过本文的介绍能对雷达信号质量筛选提供有益帮助。
【参考文献】
【1】赵树杰.雷达信号处理技术[M].北京：清华大学出版社，2010.
【2】曾培彬.基于分布式计算的雷达显示系统设计[J].北京联合大学学报，2013（01）：42.
【3】黄维通.面向对象程序设计与QT程序设计入门[M].北京：北京航空航天大学出版社，2010.
【4】林易川.雷达数据检测方法综述[J].信息与电脑：理论版，2018，418（24）：39-40.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/3/view-15261980.htm
