一種多通道雷達(dá)數(shù)據(jù)儀表的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

目前，民事管理部不斷完善內(nèi)部管理體制，運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)設(shè)備確保航空安全，雷達(dá)數(shù)據(jù)記錄儀是重要的環(huán)節(jié)。它可廣泛用于空管事務(wù),如空中交通管制指揮質(zhì)量評(píng)估、空中交通管制指揮差錯(cuò)、事故征候、空管事故等的事后分析、計(jì)算、直觀顯示、定量評(píng)估和數(shù)據(jù)、圖形打印等。一、基于性能和數(shù)據(jù)的傳輸單元高效多通道雷達(dá)數(shù)據(jù)記錄儀由雷達(dá)信號(hào)接口單元I、雷達(dá)數(shù)據(jù)記錄單元II和系統(tǒng)操作控制服務(wù)器III三部分組成(圖1示)。接口單元提供12部雷達(dá)接口(A、B通道共計(jì)24路雷達(dá)信號(hào)),數(shù)據(jù)記錄單元采用雙機(jī)熱備份,配備高可靠性的RAID磁盤陣列,實(shí)現(xiàn)RAID1級(jí)別的可靠性標(biāo)準(zhǔn),容量可達(dá)70G以上,以滿足用戶至少31天的雷達(dá)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量,從而保證了數(shù)據(jù)記錄的安全性、可靠性和完整性。數(shù)據(jù)記錄單元通過LAN與操作控制服務(wù)器連接,可獨(dú)立運(yùn)行,不設(shè)置操作與顯示功能,這部分功能分配在系統(tǒng)操作控制服務(wù)器上,必要時(shí)記錄的雷達(dá)數(shù)據(jù)可通過LAN方式經(jīng)系統(tǒng)操作控制服務(wù)器轉(zhuǎn)儲(chǔ)在活動(dòng)存儲(chǔ)媒體上,而系統(tǒng)操作控制服務(wù)器可以在不使用時(shí)關(guān)機(jī)。系統(tǒng)時(shí)鐘由GPS或外部標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間校準(zhǔn)。二、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)雷達(dá)數(shù)據(jù)記錄儀各基本單位特性、工作原理、實(shí)現(xiàn)技術(shù)和操作使用功能如下。1.雷達(dá)信號(hào)傳輸接口雷達(dá)信號(hào)通信接口實(shí)現(xiàn)與雷達(dá)信號(hào)源的匹配、隔離和數(shù)據(jù)分配,雷達(dá)信號(hào)的輸入和供原系統(tǒng)回放用的記錄雷達(dá)數(shù)據(jù)輸出。原系統(tǒng)回放時(shí),采用手動(dòng)方式將記錄雷達(dá)數(shù)據(jù)輸出信號(hào)切換至ATC系統(tǒng)的雷達(dá)信號(hào)輸入端。雷達(dá)信號(hào)通信接口設(shè)備輸入端口設(shè)計(jì)適用于連接本場雷達(dá)的數(shù)據(jù)分配器(DataShare)、衛(wèi)星或DDN終端及調(diào)制解調(diào)器(MODEM)的同步串行通信口,采用進(jìn)口的高可靠性無源數(shù)據(jù)分配器(以色列BLOCKBOX產(chǎn))與ATC自動(dòng)化系統(tǒng)共享雷達(dá)源數(shù)據(jù)信號(hào)。本系統(tǒng)與雷達(dá)源信號(hào)引接端設(shè)備和ATC自動(dòng)化系統(tǒng)雷達(dá)數(shù)據(jù)輸入接口設(shè)備,均采用光—電隔離組件進(jìn)行隔離,以保證ATC自動(dòng)化系統(tǒng)的絕對(duì)安全。雷達(dá)信號(hào)通信接口設(shè)備通過配置相應(yīng)信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)變換器的方法,在直接支持RS-232電氣接口標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,還可支持RS-442及EIA-530等電氣接口。同時(shí),實(shí)現(xiàn)對(duì)各型雷達(dá)信號(hào)的不同通信規(guī)程的處理,以便以統(tǒng)一的方式記錄。24路雷達(dá)信號(hào)處理,采用專有技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能雷達(dá)信號(hào)/數(shù)據(jù)處理組件,支持Raytheon雷達(dá)及綜合航跡,Alenia雷達(dá),Toshiba雷達(dá),Siemens雷達(dá)等的HDLC,BISYNC通信規(guī)程及WestingHouse雷達(dá)和NEC雷達(dá)的非標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)程,波特率0～64Kbps自適應(yīng),通信規(guī)程類型通過跳線設(shè)置。雷達(dá)信號(hào)接口處理單元的標(biāo)準(zhǔn)輸出,可以方便地與任何其他部件、設(shè)備接口。2.系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)記錄單元是記錄儀的核心部件,采用工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),由系統(tǒng)總線插槽、CPU卡、32通道高速數(shù)據(jù)接口組件、內(nèi)置式RAID1磁盤陣列等組成。記錄數(shù)據(jù)在磁盤陣列內(nèi)以周期性循環(huán)覆蓋方式存放,其邏輯容量設(shè)計(jì)為76G,記錄數(shù)據(jù)保留時(shí)間保證不小于31天。根據(jù)系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)原則,盡量簡化數(shù)據(jù)記錄單元硬、軟件的規(guī)模和復(fù)雜性,提高數(shù)據(jù)記錄單元的可靠性。本系統(tǒng)數(shù)據(jù)記錄單元的硬、軟件已簡化為:接收雷達(dá)信號(hào)接口處理單元的標(biāo)準(zhǔn)輸出、按通道及時(shí)間順序組織數(shù)據(jù)并以周期性循環(huán)覆蓋方式記錄RAID1磁盤陣列,在系統(tǒng)操作控制服務(wù)器指揮下向外輸出數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)記錄單元僅通過LAN與系統(tǒng)操作控制服務(wù)器實(shí)現(xiàn)弱耦合,操作控制服務(wù)器的任何操作均不影響記錄單元的不間斷工作,從而最大限度地保障數(shù)據(jù)記錄的安全性、可靠性和完整性。3.基于知識(shí)的大力控制語音數(shù)據(jù)的辦理和轉(zhuǎn)儲(chǔ)系統(tǒng)操作控制服務(wù)器提供人工操作界面、系統(tǒng)工作狀態(tài)顯示、實(shí)時(shí)監(jiān)視及回放雷達(dá)圖象顯示,并通過LAN的控制接口實(shí)現(xiàn)對(duì)各記錄單元的控制、記錄數(shù)據(jù)回放及轉(zhuǎn)儲(chǔ)。系統(tǒng)操作控制服務(wù)器的MDSL-256H話音記錄儀遙控接口和軟件,可以控制話音記錄儀實(shí)現(xiàn)話音數(shù)據(jù)與雷達(dá)數(shù)據(jù)的同步回放。以下按功能模塊介紹其設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn):(1)種狀態(tài)所出不同的指示具有通道雷達(dá)信號(hào)接收狀態(tài)指示和雷達(dá)圖象實(shí)時(shí)監(jiān)視功能。系統(tǒng)對(duì)通道狀態(tài)按通道未設(shè)置、通道有信號(hào)、通道無信號(hào)3種狀態(tài)給出不同的指示。采用服務(wù)器的雷達(dá)數(shù)據(jù)處理(RDP)軟件經(jīng)過相應(yīng)的雷達(dá)數(shù)據(jù)格式變換、航跡跟蹤濾波處理(輸入為點(diǎn)跡數(shù)據(jù)時(shí))或補(bǔ)充跟蹤處理(輸入為單雷達(dá)航跡或多雷達(dá)綜合航跡數(shù)據(jù)時(shí)),得到連續(xù)、完整、便于顯示的雷達(dá)航跡;用服務(wù)器的雷達(dá)顯示(SDD)處理軟件形成雷達(dá)圖象,在操控服務(wù)器顯示器上實(shí)時(shí)顯示。(2)雷達(dá)上傳單元狀態(tài)上傳上傳分為原系統(tǒng)回放和本機(jī)回放兩種模式。在原系統(tǒng)回放中,操作控制服務(wù)器根據(jù)用戶指定的記錄單元、記錄通道、日期及起止時(shí)間,控制記錄單元將記錄的雷達(dá)數(shù)據(jù)以記錄的原有形式通過原通信信道原樣送回。本機(jī)回放時(shí),操作控制服務(wù)器根據(jù)用戶要求,從RAID1或磁帶讀取規(guī)定的記錄雷達(dá)數(shù)據(jù),在操作控制服務(wù)器的顯示器回放。本系統(tǒng)采用了多項(xiàng)雷達(dá)數(shù)據(jù)處理(RDP)專有技術(shù),支持準(zhǔn)確并非常逼近原RaytheonATC自動(dòng)化系統(tǒng)席位效果的雷達(dá)圖象回放。(3)航跡呼號(hào)相關(guān)通過單雷達(dá)航跡與Raytheon綜合航跡相關(guān)處理,在單雷達(dá)航跡與綜合航跡共同出現(xiàn)的空域,實(shí)現(xiàn)航跡呼號(hào)相關(guān)和在回放雷達(dá)航跡標(biāo)牌中掛航跡呼號(hào)(Callsign)信息(圖2)。(4)雷達(dá)數(shù)據(jù)分析器系統(tǒng)本系統(tǒng)的雷達(dá)數(shù)據(jù)分析軟件直接采用了專門為中國民航安全監(jiān)察部門設(shè)計(jì),并經(jīng)過實(shí)用驗(yàn)證的專有技術(shù)。雷達(dá)數(shù)據(jù)分析功能可以在本系統(tǒng)的操作控制服務(wù)器上、在雷達(dá)數(shù)據(jù)回放過程中聯(lián)機(jī)運(yùn)行,也可以在配備此項(xiàng)雷達(dá)數(shù)據(jù)分析軟件和支持本MDSL記錄儀記錄數(shù)據(jù)格式的任何其他雷達(dá)數(shù)據(jù)分析器上脫機(jī)分析。對(duì)特別重要、需要永久保存或特別安全保存的某些時(shí)段的記錄數(shù)據(jù),可將這些記錄數(shù)據(jù)根據(jù)指定記錄單元、通道號(hào)碼/雷達(dá)名稱、日期及起止時(shí)間剪輯并用操作控制服務(wù)器的DAT數(shù)字式磁帶安全轉(zhuǎn)儲(chǔ)。(5)與麻黃公司的接口多通道雷達(dá)數(shù)據(jù)記錄儀對(duì)多通道數(shù)字同步話音記錄儀遙控采用湯姆遜公司AIRSYS制定的接口協(xié)議,可以直接與今后湯姆遜公司提供的三大高空管制中心(NESACC)設(shè)備接口。4.數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)包括HUB及網(wǎng)卡等設(shè)備,用于系統(tǒng)各部件的網(wǎng)絡(luò)連接和數(shù)據(jù)傳輸,用于記錄單元、其它部件工作狀態(tài)監(jiān)視數(shù)據(jù)傳輸,實(shí)時(shí)雷達(dá)圖象監(jiān)視數(shù)據(jù)傳輸,雷達(dá)數(shù)據(jù)回放的回放記錄數(shù)據(jù)傳輸,雷達(dá)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)記錄數(shù)據(jù)傳輸,各種控制命令的傳輸?shù)取１鞠到y(tǒng)的GPS時(shí)鐘處理器將時(shí)鐘信息分別獨(dú)立地直接送兩個(gè)記錄單元和操作控制服務(wù)器,而不通過LAN傳送,以保證系統(tǒng)的可靠性和在操作控制服務(wù)器關(guān)機(jī)時(shí)兩個(gè)記錄單元仍能不間斷地得到GPS時(shí)鐘信息。三、核心功能有效工作模式在進(jìn)行系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)時(shí),考慮到民航空中管制的特點(diǎn),把可靠性設(shè)計(jì)放在第一位。記錄單元是本系統(tǒng)可靠性的“瓶頸”,采用雙冗余結(jié)構(gòu),以提高系統(tǒng)這個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)和全系統(tǒng)的可靠性及全系統(tǒng)的MTBF。系統(tǒng)設(shè)計(jì)全功能模式和降級(jí)模式2種工作模式,可以在記錄儀系統(tǒng)除雙冗余記錄單元同時(shí)失效這種情況外的所有故障條件下,維持記錄儀系統(tǒng)的核心功能。在全功能工作模式下,系統(tǒng)的全部設(shè)備和軟件都參與運(yùn)行,全部設(shè)計(jì)功能齊備可用,為通常情況下系統(tǒng)正常運(yùn)用的工作模式。在系統(tǒng)某一非要害功能部位發(fā)生故障時(shí),系統(tǒng)通過相應(yīng)的組態(tài)調(diào)整,使系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行,僅因屏蔽故障部件取消了故障部件所承擔(dān)的功能,即進(jìn)入降級(jí)工作模式(核心功能有效工作模式)。在該模式下,允許系統(tǒng)某種技術(shù)指標(biāo)暫時(shí)降低或者某種非要害功能暫時(shí)下降或失效。在軟件方面,本系統(tǒng)采用了模塊化設(shè)計(jì)和模塊間隔離技