雷达数据传输质量的影响要素及其对策分析

来源:用户上传      作者:晏雯

　　摘   要：由于国内航班的市场越来越大，航空交通线路的指挥变得越来越重要。高质量的雷达信号可以确保空中交通管制员及时收取信号，为飞行员提供正确的飞机指挥命令，避免与其他飞机发生危险碰撞。为了安全指挥空中交通，有效识别信号、整合和记录信息非常重要。文章首先对航空雷达自动化概念进行了阐述，然后对多雷达数据融合方法进行了分析，接着对雷达信号传输中的常见故障进行了分析，再接着对雷达信号传输阈值进行了分析，最后，希望本研究对今后本课题的进一步研究有一定的启发作用。
　　关键词：雷达数据;传输质量;影响要素;对策
　　目前，中国民航业正处于上升阶段，航空旅行是更多家庭的选择，这意味着飞行雷达自动化系统变得越来越重要，也使创新雷达自动化技术更加迫切。天气条件和传输介质不能保证雷达信号的质量，所以，国内外开发雷达自动化系统的组织将逐步转向系统监控，以便更好地保护飞机的“视线”。
　　1    航空雷达自动化概念
　　雷达自动化是指挥空中交通的最重要手段之一，包括通信数据处理、单雷达处理、多层处理、飞行计划处理、地对空数据处理和位置控制。主要功能是通过多个雷达信号监测飞行动态并及时处理信号。管制员可以从空中交通、特定方位角、高度和飞行计划来了解受控飞机的预期飞行方向的实时动态。随着空中交通的发展越来越好，管制员对空中交通自动化系统的依赖逐步增加。多雷达数据处理是自动化系统的核心，为了升级自动化系统，迫切需要研究多个雷达数据的集成。
　　2    多雷达数据融合方法
　　多雷达数据融合过程可以处理多个雷达目标数据，通过多层次、多方面、处理、分类、互补链路、相关综合等多方面获得完整、及时、准确的状态。
　　2.1  多雷达融合算法分类
　　2.1.1  基于估计理论的信息融合方法
　　基于估计理论的信息融合方法这种类型的过程包括最大似然估计、卡尔曼滤波器、加权最小二乘和贝叶斯估计，这些技术可以很好地对噪声观察提供最佳状态。其中，卡尔曼滤波器通常可用于实时组合低级动态复制数据并基于其特征确定统计上最优的信息融合估计。卡尔曼滤波器适用于线性动态模型系统，系统噪声为高斯白噪声模型。卡尔曼滤波器不仅可以处理系统数据，还消除了存储和计算大量数据的过程。
　　2.1.2  基于统计的融合方法
　　如果检测信号是正确的，则统计方法是合适的，因此，在理论上确定了基于统计方法的信息融合算法和数据融合公式，然后再观察计算出结果的融合数据，主要包括贝叶斯推理和证据理论（Dempster/Shafer，DS）推理。
　　2.1.3  基于信息论的融合方法
　　基于信息论的融合方法主要包括聚类分析和模板方法。聚类分析由一系列经验算法组成，这种类型的算法适用于识别应用程序，但其中模式的数量并不完全为人所知。该融合方法主要用于目标识别和分类，将预定模式与观察数据进行比较，以确定是否满足上述条件。所以，也是最常见的信息理论方法，并且经常用于数据融合。
　　2.1.4  基于人工智能的融合方法
　　有许多基于人工智能的融合方法，如人工神经网络和专家系统。神经网络提供基于统计理论的替代数据融合方法，该方法的功能类似于聚类分析，但优势是可在噪声添加到输入数据时出现。
　　2.1.5  基于决策论的融合方法
　　决策方法通常用于更高层次的决策，例如，Fitzgerald的报警显示分析401结合了雷达数据、红外数据和毫米波雷达数据。一些基于理论的多雷达融合算法对雷达自动化用户的细化不稳定性进行了优化，对不可预测的系统噪声使用上述列表中常用的理论算法进行研究。下文将介绍一些算法，使系統自动化更适应用户需求[1]。
　　2.2  多雷达融合的优点
　　（1）提高系统冗余度。数据融合技术的引入可以减少环境突然变化对系统性能的影响，并允许系统根据环境的变化提高其定制能力。（2）扩大系统的空间范围。当多个雷达在房间内重叠时，单个雷达无法覆盖的空间范围就会随着雷达数量的增加而扩大。（3）扩大了系统的时间范围。如果某些雷达不起作用，其他雷达也不会受到影响，还可以继续工作。（4）提高系统可靠性。使用多个雷达来确定和确认相同的目的或事件将使结果更可靠。（5）减少系统的信息模糊。由于多个传感器的信息用于检测、评估、认证等，减少了事件的不确定性。（6）提高系统识别能力。使用多雷达信息可以提高找到具有错误警报密度系统的可能性。（7）提高系统的空间分辨率。多个雷达信息比单个雷达有更高的分辨率。（8）提高系统可靠性。由于多个雷达相互配合，该系统有自己的冗余，可以降低系统误码率[2]。
　　3    雷达信号传输中常见故障
　　本文以某地区的FA16传输网举例，雷达信号是FA16系统的主要服务对象。系统的中央板数据接口卡也是雷达信号传输过程失败的主要原因，取决于有效数据的显示，这个时期雷达信息最容易受到影响。常见的故障有：（1）源信号的分辨率不高。因为系统中包含的2 M中继线无法保证应用程序处理过程中数据接口卡的正确操作。如果信号传输过程中断，则最后一个自动信息处理系统将失败。在这里，我们主要显示转换器错误，因此，本文详细说明了此错误的后果：会出现帧失步错误和数据接口卡错误。（2）由于上述原因导致信号不稳定。（3）在信号传输过程的不同时间段分别产生错误。可以使系统自动设置最小阈值（即最小值），以确保信号的稳定和正常传输。因此，提高和改善FA16网络雷达信号传输质量非常重要[3]。
　　4    雷达信号传输阈值分析
　　4.1  2 M干线最低阈值 　　检查2 M中最小阈值时要考虑的第一点是：帧不是同步的，不同步的帧意味着当系统同步时，帧头中会发生不同步的连接，此时，载波向系统提供2 M连接。换句话说，在研究帧同步的具体原因过程中，要先检查光纤网络同步数字体系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）。首先，在使用网络SDH同步代码时，不要创建或传输与其伙伴的代码盘。其次，线路传输质量差、错误率高，也就是说，在电路提取过程中，网络SDH磁盘不准确。最后，网络中还有其他板块，如果SDH中间发生错误，其他板块也会出现错误。根据预同步现象SDH多路复用器的详细分析，对该同步码组的n位进行检测，在输入代码串后，要使帧同步，并在下一个系统操作过程中进行一次性连续检查[4]，在此阶段，创建和应用的最小阈值为a=2，b=4和帧同步，以确保线路在运行期间始终处于良好状态，公式TLF=3.3×108是计算时的基础。最后TL=TLF+TLT=9.98×10。在2 M中继线的日常操作期间生成终端的主要原因是异步帧超过9.98×10-4 s，因此，需要改进2 M中继线的维护，以维持系统的正常运行。
　　4.2  子速率数据接口板最低阈值
　　当通过数据接口卡发送雷达信号时，错误的主要原因是2 M中继线，并且由于这种帧不同步的现象，信号传输变得不稳定，因此，信号传输过程需确保辅助数据接口卡处于最低阈值，并且该阈值是从同步过程外的帧产生的。在这种情况下，根据2 M干线的应用，处理系统将自动使帧的时间范围大于运行平均值，但是，在员工的日常工作中，2 M连接始终处于正常工作狀态，但系统可以发送初始信号和不稳定信号并从根本上改善雷达信号质量，有必要借用FA16干线保证更高质量的2 M连接，以满足运行期间的系统要求。在此阶段，应保证在通信模式下提供2 M连接的平均帧出发时间为3.125×107 s，这样才可以减少帧外同步中断雷达信号传输过程的情况，确保它可以在高质量条件下快速准确地传输雷达信号[5]。
　　5    结语
　　本文首先对航空雷达自动化概念进行了阐述，然后从多雷达融合算法分类以及多雷达融合的优点两个方面对多雷达数据融合方法进行了分析，接着对雷达信号传输中常见故障进行了分析，最后从2 M干线最低阈值以及子速率数据接口板最低阈值两个方面对雷达信号传输阈值进行了分析。同时，分析了FA16网络中雷达信号传输最常见的错误细节，还需要对2 M干线的最低阈值处的雷达信号质量和第二最大值处的数据接口卡的最低阈值进行检查，确保雷达信号稳定。提高传输效率可为民航的长远发展提供良好的基础。最后希望通过本文的研究，对今后的专家学者研究相关的课题有一定的借鉴与帮助作用。
　　[参考文献]
　　[1]赵瑞金.雷达数据传输方式的改进及时效性分析[J].气象科技，2018（6）：257-261.
　　[2]徐华伟.岸-船雷达系统的数据处理与传输技术研究[J].舰船科学技术，2018（16）：88-90.
　　[3]李明双.FA16网络中雷达信号传输的问题及对策[J].电子技术与软件工程，2018（2）：41.
　　[4]张志伟，靳鸿，穆蔚然，等.基于千兆以太网的机载雷达数据采集系统设计[J].现代雷达，2016（9）：57-60，66.
　　[5]陶鹏宇.基于混合总线技术的某雷达测试系统研制[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2016.
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