一种多通道雷达数据仪表的设计与实现

一种多通道雷达数据仪表的设计与实现

目前，民事管理部不断完善内部管理体制，运用先进技术设备确保航空安全，雷达数据记录仪是重要的环节。它可广泛用于空管事务,如空中交通管制指挥质量评估、空中交通管制指挥差错、事故征候、空管事故等的事后分析、计算、直观显示、定量评估和数据、图形打印等。一、基于性能和数据的传输单元高效多通道雷达数据记录仪由雷达信号接口单元I、雷达数据记录单元II和系统操作控制服务器III三部分组成(图1示)。接口单元提供12部雷达接口(A、B通道共计24路雷达信号),数据记录单元采用双机热备份,配备高可靠性的RAID磁盘阵列,实现RAID1级别的可靠性标准,容量可达70G以上,以满足用户至少31天的雷达数据存储容量,从而保证了数据记录的安全性、可靠性和完整性。数据记录单元通过LAN与操作控制服务器连接,可独立运行,不设置操作与显示功能,这部分功能分配在系统操作控制服务器上,必要时记录的雷达数据可通过LAN方式经系统操作控制服务器转储在活动存储媒体上,而系统操作控制服务器可以在不使用时关机。系统时钟由GPS或外部标准时间校准。二、系统的设计和实现雷达数据记录仪各基本单位特性、工作原理、实现技术和操作使用功能如下。1.雷达信号传输接口雷达信号通信接口实现与雷达信号源的匹配、隔离和数据分配,雷达信号的输入和供原系统回放用的记录雷达数据输出。原系统回放时,采用手动方式将记录雷达数据输出信号切换至ATC系统的雷达信号输入端。雷达信号通信接口设备输入端口设计适用于连接本场雷达的数据分配器(DataShare)、卫星或DDN终端及调制解调器(MODEM)的同步串行通信口,采用进口的高可靠性无源数据分配器(以色列BLOCKBOX产)与ATC自动化系统共享雷达源数据信号。本系统与雷达源信号引接端设备和ATC自动化系统雷达数据输入接口设备,均采用光—电隔离组件进行隔离,以保证ATC自动化系统的绝对安全。雷达信号通信接口设备通过配置相应信号标准变换器的方法,在直接支持RS-232电气接口标准的基础上,还可支持RS-442及EIA-530等电气接口。同时,实现对各型雷达信号的不同通信规程的处理,以便以统一的方式记录。24路雷达信号处理,采用专有技术实现智能雷达信号/数据处理组件,支持Raytheon雷达及综合航迹,Alenia雷达,Toshiba雷达,Siemens雷达等的HDLC,BISYNC通信规程及WestingHouse雷达和NEC雷达的非标准通信规程,波特率0～64Kbps自适应,通信规程类型通过跳线设置。雷达信号接口处理单元的标准输出,可以方便地与任何其他部件、设备接口。2.系统可靠性设计数据记录单元是记录仪的核心部件,采用工业级标准设计,由系统总线插槽、CPU卡、32通道高速数据接口组件、内置式RAID1磁盘阵列等组成。记录数据在磁盘阵列内以周期性循环覆盖方式存放,其逻辑容量设计为76G,记录数据保留时间保证不小于31天。根据系统可靠性设计原则,尽量简化数据记录单元硬、软件的规模和复杂性,提高数据记录单元的可靠性。本系统数据记录单元的硬、软件已简化为:接收雷达信号接口处理单元的标准输出、按通道及时间顺序组织数据并以周期性循环覆盖方式记录RAID1磁盘阵列,在系统操作控制服务器指挥下向外输出数据。数据记录单元仅通过LAN与系统操作控制服务器实现弱耦合,操作控制服务器的任何操作均不影响记录单元的不间断工作,从而最大限度地保障数据记录的安全性、可靠性和完整性。3.基于知识的大力控制语音数据的办理和转储系统操作控制服务器提供人工操作界面、系统工作状态显示、实时监视及回放雷达图象显示,并通过LAN的控制接口实现对各记录单元的控制、记录数据回放及转储。系统操作控制服务器的MDSL-256H话音记录仪遥控接口和软件,可以控制话音记录仪实现话音数据与雷达数据的同步回放。以下按功能模块介绍其设计与实现:(1)种状态所出不同的指示具有通道雷达信号接收状态指示和雷达图象实时监视功能。系统对通道状态按通道未设置、通道有信号、通道无信号3种状态给出不同的指示。采用服务器的雷达数据处理(RDP)软件经过相应的雷达数据格式变换、航迹跟踪滤波处理(输入为点迹数据时)或补充跟踪处理(输入为单雷达航迹或多雷达综合航迹数据时),得到连续、完整、便于显示的雷达航迹;用服务器的雷达显示(SDD)处理软件形成雷达图象,在操控服务器显示器上实时显示。(2)雷达上传单元状态上传上传分为原系统回放和本机回放两种模式。在原系统回放中,操作控制服务器根据用户指定的记录单元、记录通道、日期及起止时间,控制记录单元将记录的雷达数据以记录的原有形式通过原通信信道原样送回。本机回放时,操作控制服务器根据用户要求,从RAID1或磁带读取规定的记录雷达数据,在操作控制服务器的显示器回放。本系统采用了多项雷达数据处理(RDP)专有技术,支持准确并非常逼近原RaytheonATC自动化系统席位效果的雷达图象回放。(3)航迹呼号相关通过单雷达航迹与Raytheon综合航迹相关处理,在单雷达航迹与综合航迹共同出现的空域,实现航迹呼号相关和在回放雷达航迹标牌中挂航迹呼号(Callsign)信息(图2)。(4)雷达数据分析器系统本系统的雷达数据分析软件直接采用了专门为中国民航安全监察部门设计,并经过实用验证的专有技术。雷达数据分析功能可以在本系统的操作控制服务器上、在雷达数据回放过程中联机运行,也可以在配备此项雷达数据分析软件和支持本MDSL记录仪记录数据格式的任何其他雷达数据分析器上脱机分析。对特别重要、需要永久保存或特别安全保存的某些时段的记录数据,可将这些记录数据根据指定记录单元、通道号码/雷达名称、日期及起止时间剪辑并用操作控制服务器的DAT数字式磁带安全转储。(5)与麻黄公司的接口多通道雷达数据记录仪对多通道数字同步话音记录仪遥控采用汤姆逊公司AIRSYS制定的接口协议,可以直接与今后汤姆逊公司提供的三大高空管制中心(NESACC)设备接口。4.数据传输系统网络包括HUB及网卡等设备,用于系统各部件的网络连接和数据传输,用于记录单元、其它部件工作状态监视数据传输,实时雷达图象监视数据传输,雷达数据回放的回放记录数据传输,雷达数据转储记录数据传输,各种控制命令的传输等。本系统的GPS时钟处理器将时钟信息分别独立地直接送两个记录单元和操作控制服务器,而不通过LAN传送,以保证系统的可靠性和在操作控制服务器关机时两个记录单元仍能不间断地得到GPS时钟信息。三、核心功能有效工作模式在进行系统总体设计时,考虑到民航空中管制的特点,把可靠性设计放在第一位。记录单元是本系统可靠性的“瓶颈”,采用双冗余结构,以提高系统这个关键环节和全系统的可靠性及全系统的MTBF。系统设计全功能模式和降级模式2种工作模式,可以在记录仪系统除双冗余记录单元同时失效这种情况外的所有故障条件下,维持记录仪系统的核心功能。在全功能工作模式下,系统的全部设备和软件都参与运行,全部设计功能齐备可用,为通常情况下系统正常运用的工作模式。在系统某一非要害功能部位发生故障时,系统通过相应的组态调整,使系统继续运行,仅因屏蔽故障部件取消了故障部件所承担的功能,即进入降级工作模式(核心功能有效工作模式)。在该模式下,允许系统某种技术指标暂时降低或者某种非要害功能暂时下降或失效。在软件方面,本系统采用了模块化设计和模块间隔离技