邵威　劉健

摘要：機(jī)場場面監(jiān)視雷達(dá)是航空交通管理的重要工具，監(jiān)控系統(tǒng)更是雷達(dá)穩(wěn)定工作的核心。該文介紹了一種網(wǎng)絡(luò)化的場監(jiān)雷達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)，給出了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的原理和系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，詳細(xì)介紹了基于網(wǎng)絡(luò)控制的冗余切換技術(shù)，并通過在實(shí)際雷達(dá)上的應(yīng)用，證明了系統(tǒng)的有效性。

關(guān)鍵詞：場監(jiān)雷達(dá)；監(jiān)控系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）10-0216-02

1 概述

20世紀(jì)60年代，機(jī)場場面監(jiān)視雷達(dá)在國外開始了應(yīng)用試驗(yàn)，此時的機(jī)場場面監(jiān)視雷達(dá)多工作于毫米波段，從而僅利用很小的天線就可獲得很好的方位向分辨率。然而，由于毫米波波段受降雨的影響較大，并沒有得到廣泛的應(yīng)用。為了降低降雨對雷達(dá)性能的影響，隨著低頻段（Ku、X）雷達(dá)技術(shù)相繼成熟，機(jī)場場面監(jiān)視雷達(dá)得到了廣泛的應(yīng)用[1]。

根據(jù)國際民航組織ICAO規(guī)定，機(jī)場場面監(jiān)視雷達(dá)不僅具有檢測機(jī)場活動區(qū)域（跑道和滑行道）運(yùn)動、靜止目標(biāo)的能力，還需具有一定的非活動區(qū)域（如：停機(jī)坪、維修區(qū)等）目標(biāo)監(jiān)視能力，具有較高距離和方位分辨率，能夠提供超過1Hz的數(shù)據(jù)率，能夠快速、可靠、精確地探測到機(jī)場場面上飛機(jī)和機(jī)動車輛的運(yùn)動狀況。作為提升機(jī)場運(yùn)行效率，保證交通引導(dǎo)安全的重要設(shè)備，機(jī)場場面監(jiān)視雷達(dá)已廣泛應(yīng)用于各種大型復(fù)雜機(jī)場[2]。

場監(jiān)雷達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)的主要任務(wù)是：雷達(dá)全機(jī)的控制（雷達(dá)工作模式控制/工作參數(shù)選擇、天線驅(qū)動與方位變換等）、監(jiān)視（工作環(huán)境、狀態(tài)和參數(shù)顯示）、監(jiān)測（故障采集、診斷、定位和報警）等功能，同時可完成雷達(dá)的全機(jī)冗余切換。

本文從實(shí)際應(yīng)用的需求出發(fā)，詳細(xì)描述了機(jī)場場面監(jiān)視雷達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，并給出了在實(shí)際場監(jiān)雷達(dá)中應(yīng)用案例。

2 監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)

2.1 網(wǎng)絡(luò)芯片

網(wǎng)絡(luò)芯片采用W5100 芯片，這是一款多功能的單片網(wǎng)絡(luò)接口芯片，內(nèi)部集成有10M/100M以太網(wǎng)控制器，可以實(shí)現(xiàn)沒有操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)連接，與IEEE802.3 10BASE-T 和802.3u 100BASE-TX 兼容。其內(nèi)部集成了硬件TCP/IP 協(xié)議棧，支持各種通用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議[3]。

W5100 內(nèi)部集成了全硬件的TCP/IP 協(xié)議棧、以太網(wǎng)介質(zhì)傳輸層（MAC）和物理層（PHY），其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2 網(wǎng)絡(luò)化架構(gòu)

機(jī)場場面監(jiān)視雷達(dá)主要包括轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)、收發(fā)系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)、終端系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成，其中除了天線轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)外，其他系統(tǒng)均為雙套冗余[4]。雷達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)的主要任務(wù)就是采集其他各個分系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)，并根據(jù)各個狀態(tài)參數(shù)的變化對各個分系統(tǒng)發(fā)送控制指令，包括發(fā)射開關(guān)機(jī)、天線旋轉(zhuǎn)啟停、備份設(shè)備切換、雷達(dá)復(fù)位等關(guān)鍵指令[5]。所有設(shè)備采用網(wǎng)絡(luò)連接具體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

監(jiān)控系統(tǒng)包括綜合控制和遠(yuǎn)端測控兩個部分。綜合控制工作在地面的數(shù)字分機(jī)中，用于對信號系統(tǒng)和終端系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測和控制，而遠(yuǎn)端測控則工作在天線下面的收發(fā)機(jī)柜中，用于對發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測和控制。監(jiān)控系統(tǒng)將雷達(dá)的狀態(tài)數(shù)據(jù)打包后，通過FPGA控制W5100芯片，將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給遠(yuǎn)程顯控系統(tǒng)，再由遠(yuǎn)程顯控系統(tǒng)進(jìn)行故障綜合和狀態(tài)相關(guān)后，對整機(jī)雷達(dá)的冗余切換進(jìn)行控制。

3 冗余切換設(shè)計(jì)

3.1 數(shù)字通道切換

因?yàn)楸O(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)整機(jī)的控制，所以要完成整機(jī)的冗余切換控制，就首先要完成監(jiān)控自身的切換[6]，監(jiān)控分系統(tǒng)中含收發(fā)分機(jī)內(nèi)的遠(yuǎn)端測控插件和數(shù)字分機(jī)內(nèi)的綜合控制插件，遠(yuǎn)端測控和收發(fā)分機(jī)一起完成切換，其狀態(tài)信息打包在收發(fā)分機(jī)狀態(tài)信息內(nèi)。

而綜合控制插件采用硬件看門狗和主控程序仲裁完成冗余切換，正常工作時，A為工作，B為待命。同時A、B相互喂狗，若A停止喂狗，則B向運(yùn)行在顯控計(jì)算機(jī)中的主控程序發(fā)送綜合控制A故障確認(rèn)指令，由主控程序確認(rèn)綜合控制A故障后，將監(jiān)控切換到綜合控制B，同時綜合控制B對綜合控制A發(fā)出復(fù)位指令。具體如圖 3所示。

數(shù)字分機(jī)中的信號處理插件和數(shù)據(jù)處理插件通過機(jī)箱背板連接的CPCI總線進(jìn)行通訊，所以信號處理和數(shù)據(jù)處理插件要同時切換，若A發(fā)生故障后，主控程序通過網(wǎng)絡(luò)同時通知綜合控制插件和遠(yuǎn)端監(jiān)控插件，綜合控制通過TTL通知信號處理完成主從切換，遠(yuǎn)端監(jiān)控通過串口通知接收分系統(tǒng)停止響應(yīng)信號處理A的時序和數(shù)據(jù)，開始響應(yīng)信號處理B的時序和數(shù)據(jù)，切換完成。

3.2 模擬通道切換

監(jiān)控分系統(tǒng)負(fù)責(zé)全機(jī)的雙機(jī)切換，由于收發(fā)分機(jī)的監(jiān)視和控制需要經(jīng)過遠(yuǎn)端監(jiān)控，其切換控制時間較數(shù)字分機(jī)的切換時間要慢，所以對收發(fā)分機(jī)的雙機(jī)切換時間進(jìn)行分析。

默認(rèn)收發(fā)分機(jī)A正在工作，發(fā)生故障后，需切換到收發(fā)分機(jī)B，其流程圖如圖4所示。

4 結(jié)論

在某型機(jī)場場面監(jiān)視雷達(dá)中使用了本文提出的網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)對整機(jī)雷達(dá)的所有設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，利用W5100芯片，完成了設(shè)備之間的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換，既降低了設(shè)計(jì)成本，又提高了設(shè)備的可靠性。

通過現(xiàn)場使用效果可以看出，本文提出的網(wǎng)絡(luò)化方法是有效的，可以很好的解決了場監(jiān)雷達(dá)長時間可靠穩(wěn)定工作的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李斌，張冠杰.場面監(jiān)視雷達(dá)技術(shù)發(fā)展綜述[J].火控雷達(dá)技術(shù)，2010（2）：1-7.

[2] 王朝暉.SCANTER2001場面監(jiān)視雷達(dá)的故障檢修[J].空中交通管理，2011（9）：53-55.

[3] W5100 數(shù)據(jù)手冊（V1.1.8）[Z].

[4] 張睿，孔金鳳.機(jī)場場面監(jiān)視技術(shù)的比較及發(fā)展[J].中國西部科技，2010（1）：121-123.

[5] Galati， Gaspare.Airport Surveillance Processing Chain for High Resolution Radar[J].Aerospace and Electronic Systems， 2010（5）： 1522 - 1533.

[6] 黃翌.氣球控制中的雙機(jī)冗余設(shè)計(jì)[J].信息與電子工程，2010（6）：357-360.