本学术论文《民航多雷达目标分裂的问题探讨》,转载自学术期刊《电子技术与软件工程》2014年12期 发表过的职称 论文,原文作者:邓矫龙,由中国学术论文网编辑整理录入,仅供您在民航空管,telephonics多雷达系统,目标分裂,融合等方面参考学习。

邓矫龙

摘 要

本文从雷达设备、多雷达处理系统以及信号传输过程,分析民航空管目标分裂存在的原因及其影响,同时提出一些解决问题方式。

【关键词】民航空管 telephonics多雷达系统 目标分裂 融合

随着民航事业的飞速发展,拥挤的空中交通,对民航空管要求越来越高。民航各地管制中心纷纷使用了多雷达系统。所谓多雷达系统,是将多套不同的雷达输出的目标进行融合,形成统一格式的系统航迹输出在各显示席位上,以供管制员使用。多雷达处理,是自动化系统最重要,也是最基本的功能,它可以最大限度提高设备利用率和可靠性。由于多雷达系统是将多套雷达信号进行融合,各地雷达联网,增加了雷达的覆盖范围和覆盖效果,实现了每个地区的多重覆盖。比如现在海南三亚区管中心通过引进telephonics多雷达系统后,引接了广州、香港、湛江、三亚、海口等各地的雷达信号,目前管制区可以看到周边各个管制区内的飞行动态,解决了海南管制区内原来单靠本地雷达覆盖不好的问题,对于本地的覆盖也由原来的200%增加到300%左右,减少了本地雷达的部分压力,但多部雷达的引入,同时也造成一些弊端。其中,目标分裂问题的产生就是非常典型的一个故障现象。

目标分裂就是各路雷达送来的点迹或航迹数据,在多雷达系统里面对这些数据进行加权求和等方法处理,实现数据融合,同一飞机分裂成不同目标。在多雷达处理系统,主要是对雷达站的经纬度、海拔高度、目标斜距、目标方位角和最佳等效地球半径等等参数进行设置,同时对系统融合区域误差(马赛克区融合方式)进行设置。如果各路雷达工作正常时,输出航迹或点迹数据也正常,经过多雷达处理系统处理,融合成一个目标显示在DP上。出现目标分裂的故障,有多雷达处理系统的问题、接入雷达源的问题、传输问题等等,下面从三个方面来分析:

1 多雷达处理系统故障,无法对雷达点迹或航迹数据处理,导致目标分裂

从多雷达系统的来说,主要有几种情况:多雷达自身设置参数的问题,和多雷达处理程序出现故障都有可能出现目标分裂的情况。多雷达处理程序故障,可通过软件更新、重启软件或切换雷达服务器RDP解决,下面主要对多雷达系统设置作简单的分析说明。

1.1 位置参数设置误差偏大出现目标分裂

接入某一路雷达的位置参数(经纬度和磁偏角等)设置误差偏大时,该套雷达输出目标位置,经过多雷达处理,误差变大,超出系统设置的融合区域,就会出现目标分裂。如图1、图2所示,其中黄色圈(大圈)表示多雷达融合区域,绿色圈(小圈)表示多雷达设置的误差范围,白点的表示多雷达中飞机目标,黑点表示飞机的真实位置,红点表示错误的雷达目标。图1中目标在绿色的圈中不超过融合区域,多套雷达通过融合输出目标正常。而图2中绿色区域可能超出融合区域,从而造成目标分裂情况。这种情况,修改雷达参数即可解决;

1.2 马赛克区域设置不合理导致目标分裂

每个雷达站的位置和磁偏参数存在误差,而雷达询问同一个目标时,每路雷达输出的目标航迹不相同。多雷达系统设置一个马赛克区,对相同目标不同雷达航迹进行融合,马赛克区域内的应答机编码相同的目标,融合为同一个目标。马赛克区域设置太小,在一路雷达出现故障时就会出现目标分裂。以圈来代表马赛克的解释方式,如图3表示三路雷达融合时,由于三路雷达位置(经纬度和磁偏)误差以及询问应答的引起的位置偏差,导致相同目标三路雷达输出不在同一点。用绿色紫色和蓝色三个圆圈中心表示三路雷达输出的同一目标位置,来自不同区域的雷达误差,输出目标分别在绿色紫色和蓝色圈内出现,图3中以黄色为马赛克区域,那么三路雷达输出的目标有可能超出马赛克区域(黄色区域),这时出现目标分裂。而将马赛克区域设为最大一圈,三路雷达输出的目标都在马赛克区内,而不出现目标分裂。但是融合区域设置太大时,雷达自身的误差偏大,如图4,因多雷达融合误差,从而造成冲突告警的紊乱。

1.3 雷达接口单元数据堵塞导致目标分裂

雷达接口单元数据堵塞,造成各路雷达信号延时,即雷达传输不同步,多雷达不能融合成一路航迹信号输出,RDP处理信号滞后,将造成各路雷达的输出目标与正常的目标距离差异,在差距超过马赛克区域大小时,就会出现目标分裂现象,这种情况一般重新启动雷达接口单元即可。

2 接入的一路雷达输出目标存在问题,也将会出现目标分裂

主要是指雷达部分设备,分以下几种情况:

2.1 雷达天线及驱动设备故障,影响目标不稳定,造成多雷达无法融合而出现目标分裂

雷达探测目标,是利用物体发射电磁波的特性来发现目标的距离、方位、高度和速度等参数。依靠天线转动系统的同步编码器来初步获取其方位信息(瞄准轴方位),再通过多次的目标应答和根据单脉冲原理精确计算出目标偏离瞄准轴角度(OBA),从而给目标精确定位。有以下几种情况出现:(1)当天线出现波瓣开裂时,扫描一次目标应答数减少,会影响某一处Σ、Δ通道的信号强度,从而影响OBA的信息的大小,Ω通道波瓣开裂将造成ISLS可能失效,出现“假目标”等等,将造成探测目标的精度降低,目标抖动大,录取器不能平滑预测,造成丢目标或者目标偏差。即输出目标位置偏离真实位置距离,经多雷达处理时,偏差超过融合区,就会造成目标分裂。当天线出现波瓣分裂时,主要是因为天线振子的老化或者损坏造成的,这时需要更换损坏的天线振子,或将坏的振子放到天线的边缘,提高波瓣的探测精度。(2)当天线转动系统空隙较大或者编码器故障时,将会造成NRP和ACP信号抖动,使雷达无法获得正确的瞄准轴方位信息,输出目标的方位精度会降低或者出错,从而造成目标抖动,多雷达处理后出现分裂。对于转动系统空隙较大的解决比较麻烦,主要是因为设备老化,磨损较大造成,这时需要对雷达设备大修。

2.2 二次雷达接收机故障导致目标不稳,造成多雷达无法融合而出现目标分裂

从单脉冲二次雷达原理中,单脉冲有三个要素:

(1)天线指向角由天线码盘(编码器)提供;

(2)目标偏离瞄准轴的角度θ;如图5所示,将开阵式阵列天线等效为两个振子,他们接收的信号E1、E2大小完全相同,只是相位不同,而相位是由波程差所决定,其相移Ψ=(2πdsinθ)/λ用矢量图表示E1、E2如图6所示。

我们通过矢量图6可以看出Ψ角的大小对应Δ信号的幅度大小,而θ角与Ψ角的大小也是对应的,这就是说Δ信号的幅度大小直接反应目标偏离瞄准轴的角度θ,而OBA信息是归一化的Δ信号,即Σ/Δ,由此可见,Σ、Δ只有在接收机中保持相同的稳定增益,才能得到准确的OBA信息。

(3)目标偏离瞄准轴左右的符合,由Σ和Δ的相位关系决定,在ALENIA雷达的功能部件是PHADE组件完成。由此可见,如果接收机Σ、Δ增益不能保持相等,势必造成OBA信息不准确,失去单脉冲效果,目标抖动大,致使录取器不能平滑预测,不能预测正确的目标报告,造成丢目标或者目标位置精度差,在多雷达进行融合时导致目标分裂。目标偏离瞄准轴左右的符合不准,输出目标将会不稳定,可能造成多雷达目标分裂。双通道的雷达,只有单通道出现上述故障,雷达系统一般会自动切换到另一通道而不影响工作。如果接收机的组件故障,更换相应的组件。

2.3 雷达处理部分出现问题(ALENIA雷达包括录取器及RHP部分)引起目标不稳定,造成多雷达无法融合而出现目标分裂

这种情况主要存在于处理器的处理能力不足和处理器的处理量太多,都会出现输出目标推迟或者目标的应答码出错、目标丢失严重等等情况。这种问题主要存在较老的雷达,当EDF板的门限设置太低时,大量的噪声被当成信号来处理,而录取器是MUL286,当处理出现溢出时,会出现目标输出不稳定的情况,从而造成多雷达出现目标分裂情况。这种情况在VDU上的IST可以看出目标变化太大时,就应引起重视了。另外RHP出现处理能力不够的一种情况是当一次雷达输出目标太多时,造成RHP处理不过来,以ALENIA为例,一次雷达的输出目标(即RHP的IST输入目标)一般在60-300个,如果长时间出现500-800个时,就要小心了,一般来说,一次雷达肯定存在问题,如果目标在300-400个时,我们可以增加RHP的处理能力来暂时缓解,以免多雷达出现目标分裂而影响调度,这里主要就是如何增大RHP的处理能力,从现有的设备条件来看,不更换任何硬件,可以减小RHP的运行量,比如关掉RHP的诊断程序可以增加不少的处理能力,方法是:在VDU上输入UDL-I-ALL命令即可,但是如果要恢复诊断程序,也可以通过命令(比如:UDL-7-ALL)来恢复,但是这种方法只是暂时的办法,不过可以缓解以赢得时间来处理其他的问题,主要还是需要找出PSR存在的问题。

针对上面提到的一次雷达输出目标太多的情况,主要是因为时钟问题和滤波性能不好引起的,这里以我们出现过的故障来分析,原来海口一次雷达A、B通道输出目标都很多,达到700多,从而引起RHP处理能力不够的情况.我们通过关掉诊断程序,短时间可以缓解RHP输出目标稳定,但是时间久了,输出目标明显波动很大,在终端看单雷达目标,发现目标丢失成片,而且目标有时二次代码也没有了(全部变成A0000),而这时就会出现目标分裂。

解决方法:我们通过检查,发现A通道的接收机8倍频器输出频率存在不稳定现象,2倍频器输出幅度超过标称值较多,引起混频本振输入电平较高,超出标称值,接收机STC控制较差,噪声抑制不理想等原因引起输出目标过多,解决这些问题,就能恢复正常,而B通道通过则是TIGEN板的触发不稳定造成的,通过更换备板,发现输出目标稳定在60-200之间,从而解决了这次因PSR原因而引起的RHP处理能力不够造成的多雷达目标分裂的情况。

3 由于传输部分造成的目标分裂情况主要是指雷达头输出目标正常,但是经过传输到达终端时,目标不稳定

雷达的传输路由主要是PCM和SDH设备,存在的问题有:

(1)传输延时的影响,主要是指接口堵塞造成的延时,这种延时造成目标时有时无,成片丢失,多雷达可能会出现目标分裂现象。解决方法是定期对传输路由进行检查,如有MODEM,要经常观察CD、RD、SD等指示灯的情况是否正常,如果有接口堵塞的情况时,一般RD、SD等指示灯的闪烁方式会不一样, 一般情况是雷达头的RD灯很少闪烁,如果频繁闪烁,说明MODEM的传输存在问题,重启可以解决问题,故传输路由中所有接口定期重启也是必要的。

(2)时钟不同步,雷达和传输路由之间都会有多个时钟的问题,时钟不同步,造成传输的延迟,将会影响雷达目标的丢失,所以雷达系统和传输路由之间,应设置相同的时钟。

总之,通过多雷达处理系统和雷达设备以及传输三个方面,分析了多雷达出现目标分裂的可能和解决问题的思路。实际工作中,目标分裂对管制工作影响甚大,应立即查出故障原因。如果是雷达源的问题,应立即查出故障雷达,并将故障雷达信号断开,以免影响管制工作,保障航空安全,也可以适当调整融合区域大小来临时解决。如果是多雷达处理系统的问题,因及时重启软件或切换RDP。而传输的问题,可以通过路由的多重保护解决。

参考文献

[1]丁鹭飞.雷达原理[M].西安:西北电讯工程学院出版社,1984.

[2]杜文一.二次雷达原理[M].北京:中国民航学院出版社,1989.

作者单位

民航海南空管分局 海南省海口市 571126

从单脉冲二次雷达原理中,单脉冲有三个要素:

(1)天线指向角由天线码盘(编码器)提供;

(2)目标偏离瞄准轴的角度θ;如图5所示,将开阵式阵列天线等效为两个振子,他们接收的信号E1、E2大小完全相同,只是相位不同,而相位是由波程差所决定,其相移Ψ=(2πdsinθ)/λ用矢量图表示E1、E2如图6所示。

我们通过矢量图6可以看出Ψ角的大小对应Δ信号的幅度大小,而θ角与Ψ角的大小也是对应的,这就是说Δ信号的幅度大小直接反应目标偏离瞄准轴的角度θ,而OBA信息是归一化的Δ信号,即Σ/Δ,由此可见,Σ、Δ只有在接收机中保持相同的稳定增益,才能得到准确的OBA信息。

(3)目标偏离瞄准轴左右的符合,由Σ和Δ的相位关系决定,在ALENIA雷达的功能部件是PHADE组件完成。由此可见,如果接收机Σ、Δ增益不能保持相等,势必造成OBA信息不准确,失去单脉冲效果,目标抖动大,致使录取器不能平滑预测,不能预测正确的目标报告,造成丢目标或者目标位置精度差,在多雷达进行融合时导致目标分裂。目标偏离瞄准轴左右的符合不准,输出目标将会不稳定,可能造成多雷达目标分裂。双通道的雷达,只有单通道出现上述故障,雷达系统一般会自动切换到另一通道而不影响工作。如果接收机的组件故障,更换相应的组件。

2.3 雷达处理部分出现问题(ALENIA雷达包括录取器及RHP部分)引起目标不稳定,造成多雷达无法融合而出现目标分裂

这种情况主要存在于处理器的处理能力不足和处理器的处理量太多,都会出现输出目标推迟或者目标的应答码出错、目标丢失严重等等情况。这种问题主要存在较老的雷达,当EDF板的门限设置太低时,大量的噪声被当成信号来处理,而录取器是MUL286,当处理出现溢出时,会出现目标输出不稳定的情况,从而造成多雷达出现目标分裂情况。这种情况在VDU上的IST可以看出目标变化太大时,就应引起重视了。另外RHP出现处理能力不够的一种情况是当一次雷达输出目标太多时,造成RHP处理不过来,以ALENIA为例,一次雷达的输出目标(即RHP的IST输入目标)一般在60-300个,如果长时间出现500-800个时,就要小心了,一般来说,一次雷达肯定存在问题,如果目标在300-400个时,我们可以增加RHP的处理能力来暂时缓解,以免多雷达出现目标分裂而影响调度,这里主要就是如何增大RHP的处理能力,从现有的设备条件来看,不更换任何硬件,可以减小RHP的运行量,比如关掉RHP的诊断程序可以增加不少的处理能力,方法是:在VDU上输入UDL-I-ALL命令即可,但是如果要恢复诊断程序,也可以通过命令(比如:UDL-7-ALL)来恢复,但是这种方法只是暂时的办法,不过可以缓解以赢得时间来处理其他的问题,主要还是需要找出PSR存在的问题。

针对上面提到的一次雷达输出目标太多的情况,主要是因为时钟问题和滤波性能不好引起的,这里以我们出现过的故障来分析,原来海口一次雷达A、B通道输出目标都很多,达到700多,从而引起RHP处理能力不够的情况.我们通过关掉诊断程序,短时间可以缓解RHP输出目标稳定,但是时间久了,输出目标明显波动很大,在终端看单雷达目标,发现目标丢失成片,而且目标有时二次代码也没有了(全部变成A0000),而这时就会出现目标分裂。

解决方法:我们通过检查,发现A通道的接收机8倍频器输出频率存在不稳定现象,2倍频器输出幅度超过标称值较多,引起混频本振输入电平较高,超出标称值,接收机STC控制较差,噪声抑制不理想等原因引起输出目标过多,解决这些问题,就能恢复正常,而B通道通过则是TIGEN板的触发不稳定造成的,通过更换备板,发现输出目标稳定在60-200之间,从而解决了这次因PSR原因而引起的RHP处理能力不够造成的多雷达目标分裂的情况。

3 由于传输部分造成的目标分裂情况主要是指雷达头输出目标正常,但是经过传输到达终端时,目标不稳定

雷达的传输路由主要是PCM和SDH设备,存在的问题有:

(1)传输延时的影响,主要是指接口堵塞造成的延时,这种延时造成目标时有时无,成片丢失,多雷达可能会出现目标分裂现象。解决方法是定期对传输路由进行检查,如有MODEM,要经常观察CD、RD、SD等指示灯的情况是否正常,如果有接口堵塞的情况时,一般RD、SD等指示灯的闪烁方式会不一样, 一般情况是雷达头的RD灯很少闪烁,如果频繁闪烁,说明MODEM的传输存在问题,重启可以解决问题,故传输路由中所有接口定期重启也是必要的。

(2)时钟不同步,雷达和传输路由之间都会有多个时钟的问题,时钟不同步,造成传输的延迟,将会影响雷达目标的丢失,所以雷达系统和传输路由之间,应设置相同的时钟。

总之,通过多雷达处理系统和雷达设备以及传输三个方面,分析了多雷达出现目标分裂的可能和解决问题的思路。实际工作中,目标分裂对管制工作影响甚大,应立即查出故障原因。如果是雷达源的问题,应立即查出故障雷达,并将故障雷达信号断开,以免影响管制工作,保障航空安全,也可以适当调整融合区域大小来临时解决。如果是多雷达处理系统的问题,因及时重启软件或切换RDP。而传输的问题,可以通过路由的多重保护解决。

参考文献

[1]丁鹭飞.雷达原理[M].西安:西北电讯工程学院出版社,1984.

[2]杜文一.二次雷达原理[M].北京:中国民航学院出版社,1989.

作者单位

民航海南空管分局 海南省海口市 571126

从单脉冲二次雷达原理中,单脉冲有三个要素:

(1)天线指向角由天线码盘(编码器)提供;

(2)目标偏离瞄准轴的角度θ;如图5所示,将开阵式阵列天线等效为两个振子,他们接收的信号E1、E2大小完全相同,只是相位不同,而相位是由波程差所决定,其相移Ψ=(2πdsinθ)/λ用矢量图表示E1、E2如图6所示。

我们通过矢量图6可以看出Ψ角的大小对应Δ信号的幅度大小,而θ角与Ψ角的大小也是对应的,这就是说Δ信号的幅度大小直接反应目标偏离瞄准轴的角度θ,而OBA信息是归一化的Δ信号,即Σ/Δ,由此可见,Σ、Δ只有在接收机中保持相同的稳定增益,才能得到准确的OBA信息。

(3)目标偏离瞄准轴左右的符合,由Σ和Δ的相位关系决定,在ALENIA雷达的功能部件是PHADE组件完成。由此可见,如果接收机Σ、Δ增益不能保持相等,势必造成OBA信息不准确,失去单脉冲效果,目标抖动大,致使录取器不能平滑预测,不能预测正确的目标报告,造成丢目标或者目标位置精度差,在多雷达进行融合时导致目标分裂。目标偏离瞄准轴左右的符合不准,输出目标将会不稳定,可能造成多雷达目标分裂。双通道的雷达,只有单通道出现上述故障,雷达系统一般会自动切换到另一通道而不影响工作。如果接收机的组件故障,更换相应的组件。

2.3 雷达处理部分出现问题(ALENIA雷达包括录取器及RHP部分)引起目标不稳定,造成多雷达无法融合而出现目标分裂

这种情况主要存在于处理器的处理能力不足和处理器的处理量太多,都会出现输出目标推迟或者目标的应答码出错、目标丢失严重等等情况。这种问题主要存在较老的雷达,当EDF板的门限设置太低时,大量的噪声被当成信号来处理,而录取器是MUL286,当处理出现溢出时,会出现目标输出不稳定的情况,从而造成多雷达出现目标分裂情况。这种情况在VDU上的IST可以看出目标变化太大时,就应引起重视了。另外RHP出现处理能力不够的一种情况是当一次雷达输出目标太多时,造成RHP处理不过来,以ALENIA为例,一次雷达的输出目标(即RHP的IST输入目标)一般在60-300个,如果长时间出现500-800个时,就要小心了,一般来说,一次雷达肯定存在问题,如果目标在300-400个时,我们可以增加RHP的处理能力来暂时缓解,以免多雷达出现目标分裂而影响调度,这里主要就是如何增大RHP的处理能力,从现有的设备条件来看,不更换任何硬件,可以减小RHP的运行量,比如关掉RHP的诊断程序可以增加不少的处理能力,方法是:在VDU上输入UDL-I-ALL命令即可,但是如果要恢复诊断程序,也可以通过命令(比如:UDL-7-ALL)来恢复,但是这种方法只是暂时的办法,不过可以缓解以赢得时间来处理其他的问题,主要还是需要找出PSR存在的问题。

针对上面提到的一次雷达输出目标太多的情况,主要是因为时钟问题和滤波性能不好引起的,这里以我们出现过的故障来分析,原来海口一次雷达A、B通道输出目标都很多,达到700多,从而引起RHP处理能力不够的情况.我们通过关掉诊断程序,短时间可以缓解RHP输出目标稳定,但是时间久了,输出目标明显波动很大,在终端看单雷达目标,发现目标丢失成片,而且目标有时二次代码也没有了(全部变成A0000),而这时就会出现目标分裂。

解决方法:我们通过检查,发现A通道的接收机8倍频器输出频率存在不稳定现象,2倍频器输出幅度超过标称值较多,引起混频本振输入电平较高,超出标称值,接收机STC控制较差,噪声抑制不理想等原因引起输出目标过多,解决这些问题,就能恢复正常,而B通道通过则是TIGEN板的触发不稳定造成的,通过更换备板,发现输出目标稳定在60-200之间,从而解决了这次因PSR原因而引起的RHP处理能力不够造成的多雷达目标分裂的情况。

3 由于传输部分造成的目标分裂情况主要是指雷达头输出目标正常,但是经过传输到达终端时,目标不稳定

雷达的传输路由主要是PCM和SDH设备,存在的问题有:

(1)传输延时的影响,主要是指接口堵塞造成的延时,这种延时造成目标时有时无,成片丢失,多雷达可能会出现目标分裂现象。解决方法是定期对传输路由进行检查,如有MODEM,要经常观察CD、RD、SD等指示灯的情况是否正常,如果有接口堵塞的情况时,一般RD、SD等指示灯的闪烁方式会不一样, 一般情况是雷达头的RD灯很少闪烁,如果频繁闪烁,说明MODEM的传输存在问题,重启可以解决问题,故传输路由中所有接口定期重启也是必要的。

(2)时钟不同步,雷达和传输路由之间都会有多个时钟的问题,时钟不同步,造成传输的延迟,将会影响雷达目标的丢失,所以雷达系统和传输路由之间,应设置相同的时钟。

总之,通过多雷达处理系统和雷达设备以及传输三个方面,分析了多雷达出现目标分裂的可能和解决问题的思路。实际工作中,目标分裂对管制工作影响甚大,应立即查出故障原因。如果是雷达源的问题,应立即查出故障雷达,并将故障雷达信号断开,以免影响管制工作,保障航空安全,也可以适当调整融合区域大小来临时解决。如果是多雷达处理系统的问题,因及时重启软件或切换RDP。而传输的问题,可以通过路由的多重保护解决。

参考文献

[1]丁鹭飞.雷达原理[M].西安:西北电讯工程学院出版社,1984.

[2]杜文一.二次雷达原理[M].北京:中国民航学院出版社,1989.

作者单位

民航海南空管分局 海南省海口市 571126

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