單雷達(dá)氣象信息數(shù)據(jù)格式ASTERIX CAT 008淺析

岳瑞峰 / 中國(guó)民用航空中南地區(qū)空中交通管理局

單雷達(dá)氣象信息數(shù)據(jù)格式ASTERIX CAT 008淺析

岳瑞峰 / 中國(guó)民用航空中南地區(qū)空中交通管理局

本文對(duì)單雷達(dá)氣象信息的數(shù)據(jù)格式，即CAT 008進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

雷達(dá)；數(shù)據(jù)格式；ASTERIX；CAT 008

引言

雷達(dá)信號(hào)的維護(hù)保障工作不能只停留在硬件層面，對(duì)雷達(dá)數(shù)據(jù)格式有一定的了解將有助于提高我們的維護(hù)保障能力。鑒于大家普遍把維護(hù)保障重心放在雷達(dá)目標(biāo)報(bào)告上，對(duì)于雷達(dá)氣象信息的關(guān)注較少，本文特將標(biāo)準(zhǔn)雷達(dá)數(shù)據(jù)格式ASTERIX中的單雷達(dá)氣象信息數(shù)據(jù)格式，即CAT 008作為討論對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行初步的介紹和分析。

1 關(guān)于ASTERIX

1.1 ASTERIX的歷史

ASTERIX由前RSSP（歐洲雷達(dá)系統(tǒng)專(zhuān)家組）的成員小組于1986年制定完成，并在同年7月的RSSP第15次會(huì)議上獲得批準(zhǔn)，正式生效。1994年，RSSP的職責(zé)由EATCHIP（歐洲空管統(tǒng)一規(guī)劃組織）接管，并成立STFRDE（雷達(dá)數(shù)據(jù)監(jiān)視任務(wù)組）以繼續(xù)ASTERIX用戶小組的工作。

1.2 ASTERIX的概念

ASTERIX在誕生伊始，其代表的是All purpose Structured Eurocontrol Radar Information eXchange format，即通用結(jié)構(gòu)化歐控雷達(dá)信息交換格式。隨著ASTERIX應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，其意義也有了變化?，F(xiàn)在，ASTERIX代表的是All Purpose STructured Eurocontrol SuRveillance Information Exchange，即通用結(jié)構(gòu)化歐控監(jiān)視信息交換格式。簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)，ASTERIX是為監(jiān)視數(shù)據(jù)的傳輸和交換而制定的應(yīng)用/表述協(xié)議。為了在不同用戶之間有效地進(jìn)行監(jiān)視數(shù)據(jù)的傳輸和交換，ASTERIX對(duì)監(jiān)視數(shù)據(jù)的定義和組合方式進(jìn)行了描述。

ASTERIX參照ISO（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織）的OSI（開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)）模型中的表述層和應(yīng)用層（第6、7層）而制定，而其他幾層（1到5層）的定義則不在此標(biāo)準(zhǔn)之列。因此，以ASTERIX編碼的監(jiān)視信息可以在任何可利用的媒介（如廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)）中傳輸。更低層（1到5層）的通信協(xié)議應(yīng)有由用戶之間商定。為使不同系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換更簡(jiǎn)易，ASTERIX建議低層的通信協(xié)議最好使用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。

1.3 ASTERIX的常見(jiàn)類(lèi)型

在用戶之間進(jìn)行傳輸和交換的監(jiān)視數(shù)據(jù)分為不同的數(shù)據(jù)類(lèi)型（Date Category，簡(jiǎn)寫(xiě)CAT），而且所有類(lèi)型都是標(biāo)準(zhǔn)化的。這種分類(lèi)可以更方便的識(shí)別數(shù)據(jù)，還可以將數(shù)據(jù)劃分成不同的優(yōu)先級(jí)，同時(shí)有利于將不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)分派給接收單元中恰當(dāng)?shù)膽?yīng)用任務(wù)。

不同的數(shù)據(jù)類(lèi)型有不同的定義內(nèi)容，其作用也各不相同，常見(jiàn)的數(shù)據(jù)類(lèi)型及其定義內(nèi)容如下：

2.關(guān)于CAT 008

2.1 ASTERIX的結(jié)構(gòu)層次

雖然在ASTERIX定義下的各數(shù)據(jù)類(lèi)型不盡相同，但其卻具有相同的結(jié)構(gòu)層次。在這一點(diǎn)上，CAT 008和其他類(lèi)型的數(shù)據(jù)并沒(méi)有什么不同。

每種數(shù)據(jù)類(lèi)型在傳輸過(guò)程中，都是由一個(gè)或一系列連續(xù)的數(shù)據(jù)塊（Data Block）組成。數(shù)據(jù)塊的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

由圖可知，數(shù)據(jù)塊由3個(gè)部分組成，分別是CAT、LEN及RECORD。

CAT即Data Category，其指明了數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)類(lèi)型。CAT部分的長(zhǎng)度固定為8bits，因此ASTERIX總共可以定義256種數(shù)據(jù)類(lèi)型。其中，CAT 000到127用于標(biāo)準(zhǔn)民用和軍事用途，CAT 128到240保留用于特殊軍事用途，CAT 241到255用于非標(biāo)準(zhǔn)的民用和軍事用途。當(dāng)前中國(guó)民用航空領(lǐng)域經(jīng)常涉及的數(shù)據(jù)類(lèi)型已在前文涉及，不做贅述。

LEN即Length Indicator，其指明了數(shù)據(jù)塊的總長(zhǎng)度（包括CAT和LEN）。LEN部分的長(zhǎng)度固定為16bits。

RECORD可以有一個(gè)或多個(gè)，其包含了由CAT指定的數(shù)據(jù)類(lèi)型的具體數(shù)據(jù)。同樣的，從圖1中可以看到，RECORD由FSPEC和Data Fields共2個(gè)部分組成。

FSPEC即Field Specification，其在形式上就是一組比特序列，通過(guò)將FSPEC的每一位設(shè)置成1或0，可以表征該位對(duì)應(yīng)的Data Field的存在和缺失。FSPEC部分的長(zhǎng)度可變，在每個(gè)字節(jié)的第8位是一個(gè)稱(chēng)為FX（Field Extension Indicator）的標(biāo)志位。如果FX=1，則FSPEC會(huì)繼續(xù)擴(kuò)展一個(gè)字節(jié)；如果FX=0，則FSPEC結(jié)束。

Data Field的數(shù)目可變，每個(gè)Data Field都與由UAP（User Application Profile）表定義的一個(gè)且是唯一的一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)（Data Item）相關(guān)聯(lián)。數(shù)據(jù)項(xiàng)是ASTERIX結(jié)構(gòu)層次的最小信息單元，其一般由八個(gè)字符Innn/AAA表示，其中：

I，表明這些字符代表著數(shù)據(jù)項(xiàng)；

nnn，三位十進(jìn)制數(shù)，表明此數(shù)據(jù)項(xiàng)所屬的數(shù)據(jù)類(lèi)型；

AAA，三位十進(jìn)制數(shù)，代表著某個(gè)具體的數(shù)據(jù)項(xiàng)。

2.2 CAT 008的UAP

如上文所述，UAP定義了Data Item與Data Field之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。每一種由ASTERIX定義的數(shù)據(jù)類(lèi)型都有各自唯一的UAP（也有例外，比如CAT 001有兩個(gè)UAP）。圖2給出了CAT 008的UAP表。

表中第一列的FRN（Field Reference Number）正是Data Item與Data Field之間關(guān)系的橋梁，舉例來(lái)說(shuō)，F(xiàn)RN值為j的Data Item就是FSPEC字段中的第j位（自左至右）對(duì)應(yīng)的Data Field。

第二、三、四列分別描述了各個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的表示符號(hào)、意義及以字節(jié)為單位的長(zhǎng)度。

2.3 單雷達(dá)氣象信息數(shù)據(jù)分類(lèi)

在ASTERIX標(biāo)準(zhǔn)下傳輸單雷達(dá)氣象信息時(shí)，需要傳輸兩種信息：控制信息（Control Messages）和數(shù)據(jù)信息（Data Messages）。這兩種類(lèi)型的信息都是由上圖UAP表中的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)項(xiàng)組成的，不過(guò)不同類(lèi)型的信息有不同的組成方式。圖3給出了CAT 008中所有可能的信息類(lèi)型及其組成方式。

由圖可知，控制信息可以再細(xì)分成兩種類(lèi)型，而數(shù)據(jù)信息則可以再細(xì)分成四種類(lèi)型。

首先來(lái)看一下控制信息。SOP（Start Of Picture），顧名思義，該信息表明了氣象圖的開(kāi)始。另外，SOP還可以提供諸如時(shí)間以及實(shí)際處理參數(shù)和雷達(dá)站配置狀態(tài)等信息。而EOP（End Of Picture）則表明了氣象圖的結(jié)束，EOP提供了組成被傳輸?shù)臍庀髨D的數(shù)據(jù)項(xiàng)的總數(shù)目，以便信息接收端去判斷是否所有的數(shù)據(jù)項(xiàng)都已被接收。

數(shù)據(jù)信息則提供了氣象圖的元素。在ASTERIX標(biāo)準(zhǔn)下的氣象圖有三種表示形式，分別是利用卡迪爾坐標(biāo)表示、利用極坐標(biāo)表示及利用氣象圖的輪廓線表示。其中，利用笛卡爾坐標(biāo)表示又分為兩種：利用起點(diǎn)坐標(biāo)/長(zhǎng)度表示以及利用起點(diǎn)/終點(diǎn)表示。這四種表示法分別對(duì)應(yīng)圖3中數(shù)據(jù)信息的四種組成方式。

需要指出的是，對(duì)于控制信息，圖3中的I008/090（Time of Day）和I008/110（Station Configuration Status）是選擇性傳輸?shù)臄?shù)據(jù)項(xiàng)，即不是必須傳輸?shù)捻?xiàng)。除此以外，其他標(biāo)記出的數(shù)據(jù)項(xiàng)都是必須傳輸?shù)捻?xiàng)。

3. 結(jié)束語(yǔ)

ASTERIX是目前國(guó)際通行的標(biāo)準(zhǔn)，理解掌握ASTERIX將使我們的保障工作從中受益。隨著目前國(guó)內(nèi)S模式二次雷達(dá)及ADS-B技術(shù)的發(fā)展，CAT 034、CAT 048、CAT 021等格式的數(shù)據(jù)包已經(jīng)頻繁出現(xiàn)在我們的視野，本文對(duì)CAT 008的分析方法同樣可以應(yīng)用這些類(lèi)型的數(shù)據(jù)包上。