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分析航空網(wǎng)絡技術發(fā)展雷達系統(tǒng)論文
1、計算機網(wǎng)絡技術的發(fā)展和特點
數(shù)字化、網(wǎng)絡化和信息化成為當今社會的重要特征，形成了一個以網(wǎng)絡為核心的信息時代。1969年，出現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)的雛形，伴隨著技術的革新和進步，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的多層次結構網(wǎng)絡，計算機網(wǎng)絡技術日益廣泛應用。計算機網(wǎng)絡提供了兩個重要的功能，即連通性和共享性。連通性是指網(wǎng)絡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)絡根據(jù)作用范圍分為廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)、局域網(wǎng)、個人區(qū)域網(wǎng)，每一種網(wǎng)絡都有不同的特點和使用范圍，而航管雷達系統(tǒng)使用的是局域網(wǎng)，因為現(xiàn)階段網(wǎng)絡技術僅僅在單一航管雷達系統(tǒng)內應用，如果下一步實現(xiàn)全國雷達信號聯(lián)網(wǎng)，就會涉及到更大范圍內的網(wǎng)絡應用。開放系統(tǒng)互聯(lián)OSI模型定義了連接異種計算機標準的體系結構，OSI為連接分布式應用處理的“開放”系統(tǒng)提供了基礎。OSI的七層體系結構為應用層、表示層、會話層、傳輸層、網(wǎng)絡層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。TCP/IP協(xié)議非國際標準，但是由于其更簡單、更容易理解和實現(xiàn)，已經(jīng)成為事實上的國際標準。
2、RAYTHEON一次雷達結構
RAYTHEONASR-10SS一次雷達是20世紀90年代具有先進技術的全固態(tài)航管監(jiān)視雷達，具有覆蓋范圍廣、數(shù)據(jù)可靠性高、系統(tǒng)實用性強和目標容量可擴展的特點，適用于中高飛行流量的機場環(huán)境。ASR-10SS一次雷達的基本配置包括天線和天線基座、發(fā)射機、雙通道接收機/錄取器、雙通道信號數(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。此航管雷達的特點是應用了以太網(wǎng)技術。20世紀90年代，網(wǎng)絡技術的應用遠沒有現(xiàn)在廣泛，而其采用的以太網(wǎng)并沒有配備交換機或路由器等一類的網(wǎng)絡核心部件，僅僅采用特性阻抗為50Ω的同軸電纜，將所有需要連網(wǎng)的設備利用“T”形頭來實現(xiàn)以太網(wǎng)，用同軸電纜的起點端和終點端加載假負載來實現(xiàn)阻抗匹配。IEEE802.3以太網(wǎng)具有10Mb/sec的數(shù)據(jù)傳輸速率，雙通道采用的是總線型的網(wǎng)絡拓撲結構。
3、INDRA二次雷達結構和特點
INDRAIRS-20MP/L二次雷達基本配置包括雙通道接收機/錄取器、發(fā)射機、天線、馬達及馬達控制器、雙通道GPS時鐘、主備交換機、UTS測試單元、VR3K、監(jiān)控設備、ATC系統(tǒng)中用到的數(shù)臺SDD設備等。INDRAIRS-20MP/L二次雷達采用雙網(wǎng)冗余的網(wǎng)絡結構，并且主要部件采取雙通道配置，AB網(wǎng)均配置交換機，并且相互獨立運行，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AB網(wǎng)，包括主動通道切換、故障通道切換等，均能實現(xiàn)無縫隙銜接，確保設備工作的可靠性。馬達控制器采用CAN-BUS技術進行自動切換。INDRAIRS-20MP/L二次雷達采用星型拓撲結構，由中央節(jié)點和其他各個節(jié)點連接組成，每個節(jié)點之間的通信均需通過中央節(jié)點，在星型拓撲結構中中央節(jié)點是至關重要的，而在INDRAIRS-20MP/L二次雷達系統(tǒng)中，中央節(jié)點是利用交換機形成的。星型網(wǎng)絡拓撲結構的優(yōu)點就是結構比較簡單、局域網(wǎng)建網(wǎng)更加容易、使用網(wǎng)絡協(xié)議簡單、單設備故障對系統(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)點設備的速率等，缺點是局域網(wǎng)中線束較多，對中央節(jié)點設備依賴性強；長時間工作中央節(jié)點負擔重，容易形成系統(tǒng)瓶頸。現(xiàn)階段，星型網(wǎng)絡拓撲結構是局域網(wǎng)通常采用的主流形式。需要注意的是，航管樓SLG作為遠端監(jiān)控設備，功能與本地SLG相同，然而在邏輯上卻作為本地SLG的備用機，我們將在后面介紹INDRAIRS-20MP/L二次雷達曾經(jīng)出現(xiàn)的故障來說明邏輯上的主備關系。在INDRAIRS-20MP/L二次雷達網(wǎng)絡拓撲結構中，使用雙絞線作為傳輸媒介，并采用EIA/TIA-568標準。由于設備屬于遠山臺站，設備監(jiān)控信號和雷達數(shù)據(jù)需要傳輸至航管樓使用，因此網(wǎng)絡拓撲結構中還使用到光纜和微波傳輸設備。，比較它們的系統(tǒng)圖，主要區(qū)別在于網(wǎng)絡拓撲結構、形成網(wǎng)絡的器件以及接入網(wǎng)絡的功能部件不同。IRS-20MP/L二次雷達拓撲結構中，網(wǎng)絡中引入了交換機，最大限度地實現(xiàn)了互連和共享。從接入網(wǎng)絡的部件數(shù)量來看，我們可以看到網(wǎng)絡技術隨著航管雷達的更迭也有了長足的發(fā)展和廣泛的應用
4、INDRA二次雷達故障案例分析
INDRAIRS-20MP/L二次雷達的監(jiān)控部分SLG，其基本作用就是監(jiān)控設備各部件的工作狀態(tài)，配置雷達各部分的功能進行配置，修改參數(shù)，并提供各部件的信息和故障報告。在SLGUCS監(jiān)控主界面中，我們能自動實時監(jiān)控錄取器控制器的CPU性能、內存容量，以確保網(wǎng)絡系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力始終處于最優(yōu)狀態(tài)。
4.1天線監(jiān)控失效
在設備運行正常并且雷達信號正常情況下，遠端（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，SLG中PPI中顯示雷達信號正常，由此得出，設備工作正常，僅是監(jiān)控部分出現(xiàn)異常，重新啟動遠端（航管樓）SLG系統(tǒng)，故障現(xiàn)象依舊。重新啟動本地（罕山）SLG系統(tǒng)，故障現(xiàn)象消失。進一步分析可知，該故障系廠家軟件BUG，遠端SLG是由本地SLG鏡像而成，在廠家的原始配置中并沒有遠端SLG，因此遠端SLG在此網(wǎng)絡系統(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秋季維護中，為驗證假目標的成因，在本地SLG增加反射區(qū)域0°～360，在反射區(qū)域中僅顯示目標原始視頻（原始視頻即沒有經(jīng)過處理的目標，沒有二次代碼、高度顯示和地速顯示），驗證后需要恢復初始狀態(tài)，即便將此反射區(qū)域刪除，系統(tǒng)錄取器也并沒有恢復初始狀態(tài)，依然只顯示原始視頻。維護人員先后將此故障定位于VR3K、本地SLG、錄取控制器、收發(fā)機，將上述部件的參數(shù)恢復初始狀態(tài)并重新啟動，故障現(xiàn)象仍然存在，經(jīng)反復與廠家工程師聯(lián)系，提出是否為本地SLG和遠端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，同時重啟本地SLG和遠端SLG后，故障現(xiàn)象消除。本地SLG與遠端SLG出現(xiàn)不同步，也是網(wǎng)絡系統(tǒng)中邏輯沖突。
5、計算機網(wǎng)絡技術應用設想
5.1改進航管雷達設備維護理念
20世紀80年代航管雷達系統(tǒng)中，功能的實現(xiàn)是靠電路板；進入20世紀90年代，模塊化是組成雷達系統(tǒng)的基礎，維護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，在模塊化的基礎上應用和發(fā)展了網(wǎng)絡技術，設備的模塊均增加了網(wǎng)絡功能，雖然深層次的維修依然是依靠廠家，但是由于網(wǎng)絡的引入，每一部件在系統(tǒng)中的作用弱化，更多的靠網(wǎng)絡技術的信息交換與共享。筆者認為，航管雷達維護人員應該從以雷達專業(yè)為重過渡到以網(wǎng)絡技術為重，不局限于航管雷達系統(tǒng)，包括更多的專業(yè)化設備，都是建立在以交換機為核心的網(wǎng)絡架構中，尤其是空管行業(yè)，工作必須確保萬無一失。
5.2航管雷達全國聯(lián)網(wǎng)
隨著雷達站點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信號，各地雷達信號交織成全國雷達信號網(wǎng)，每一部雷達都將成為全國雷達信號網(wǎng)中的節(jié)點。隨著航管雷達設備中網(wǎng)絡應用更加全面，就為形成雷達信號網(wǎng)提供了更多的技術基礎，在未來，航管雷達設備將實現(xiàn)統(tǒng)一標準，更加有利于全國雷達聯(lián)網(wǎng)。在形成全國雷達信號網(wǎng)后，任何一部單一的雷達設備故障都不會影響雷達信號網(wǎng)，也就不會影響空中交通管制服務，從而確保飛行安全。
6、結束語
目前，計算機網(wǎng)絡技術越來越多地應用于航管設備，我們需要改變對設備的認識。筆者認為，通信導航監(jiān)視專業(yè)人員無論從事哪一個專業(yè)，計算機網(wǎng)絡技術知識將成為我們必須要掌握的技術，這就需要老一代的技術人員要及時更新自己掌握的知識，無論是單一系統(tǒng)設備，還是數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)，都要以網(wǎng)絡為核心。隨著航管設備的發(fā)展，網(wǎng)絡將變得非常重要，我們今后的維護工作重點將會與網(wǎng)絡息息相關。
作者：崔軍 單位：民航山西空管分局
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