邵寅
民航华东空中交通管理局 上海 200335
摘要
模式二次雷达由于能够提供更为丰富的地空数据交互信息，已经成为了主流的民航监视手段。但是丰富的地空数据交互信息也意味着更高的传输带宽，另外航班量的爆发式增长又进一步对数据传输带宽提出了新的要求。但与此相对地带宽资源本来就是非常稀缺的资源，因此如何有效地分配带宽资源一直以来也是一个热点问题。基于此本文针对上海虹桥的S模式二次雷达在实际运行过程中的数据传输进行量化统计分析，在保证链路预算冗余的前提条件下，给出了传输链路带宽的合理分配的有效建议。
关键字：
模式二次雷达、地空数据交互、链路预算、量化统计分析
1、报文结构和链路预算计算
航管一二次雷达传输的报文分为扇区报、正北报和目标报。其中扇区报和正北报采用Cat034【3】和Cat02【2】的协议格式，目标报采用Cat048和Cat01【1】的协议格式。由于虹桥本场雷达是S模式雷达，因此分别采用Cat034的协议格式传输扇区报和正北报；采用Cat048【4】协议格式传输目标报。同时，一二次合装雷达还可以提供气象信息，符合Cat08【5】协议格式，但是由于该数据的传输与否取决于天气的情况，且数据量较小，为简单起见本文中暂不予以考虑。
扇区报和正北报采用Cat034，下图显示了抓取的正北报和扇区报报文，忽略UDP、上层协议和pcap文件本身的字节开销，此时每个正北报长度一般为14字节，每个扇区报长度一般为11字节，为简单起见后续统一将正北报和扇区报的字节数设为14字节。
图1 正北报和扇区报
目标报的每个报文中包含本扇区的所有目标信息。如下图所示，在该扇区中共包含两个目标。每个目标在同时传送BDS40,50,60的情况下，其数据长度至少为53个字节（忽略前面的Asterix报头3个字节），且每额外增加一个BDS的信息，其数据长度相应地增加8个字节。
航管雷达一般将360°分32个扇区，同时假设此时雷达共有200个目标需要跟踪，且雷达转速为15RPM的情况下（即4秒一圈），可以计算信号的传输速率至少应达到：
(32*14 +14+ 53 * 200)*8 /4 = 22124bps;
图2 目标报及其中MB DATA数据项
民航雷达数据的传输一般采用同步串口数据传输，帧的封装格式采用HDLC协议，雷达数据HDLC帧的格式如下：
图3 雷达数据的HDLC帧格式
如下图所示，HDLC帧的格式通常包括1个字节的标志字段、一个字节的地址字段，若干字节的数据字段以及2个字节的帧校验字段，下图是使用HCT8810协议分析仪所抓取的某条雷达数据报文，其中红色框中的部分就是HDLC中的标志字段（01）、地址字段（03）和校验字段（69AE）,因此总的传输开销为4个字节。
图4 实际的雷达数据帧
图5 航班量统计信息
因此加上HDLC封装的开销我们进一步得到信号的传输速率至少应达到：
(32*(14+4))+(14+4)+(53+4)*200)*8/4=23988bps;
为了说明链路预算的计算中航班量取值（=200）的合理性，本文利用RASS-R软件统计了某一天航班数量的实时值作为说明，图5可以看出当日航班的的峰值达到了164架次，考虑系统的冗余性，本文认为航班量取值（=200）具有合理性。
2、BDS寄存器
BDS寄存器共有255个，编号从BDS0016~FF16，每个寄存器大小为56比特，为了方便存取，每个BDS寄存器共分为高四位和第四位两部分，分别用16进制表示，标记为BDSX,Y。目前ICAO保留了其中48个寄存器用于S模式【6】，
虽然理论上S模式应答机可以有48个不同寄存器的数据可以下发，但是在实际的运行过程中发现一般情况下S模式机载应答机并不具备下发所有寄存器数据的能力，通过RASS-R软件对于某一时间段的机载应答机GICB能力（BDS1,7）进行了录取和分析，分析结果如下：
图7 机载应答机GICB能力统计
实测统计数据显示，大多数机载应答机只具备BDS2,0、BDS4,0、BDS5,0、BDS5,1、BDS5,2、BDS5,F、BDS6,0等少数BDS寄存器数据项的应答能力。而目前已使用的数据项为BDS2,0、BDS4,0、BDS5,0和BDS6,0，因此在目前情况下可扩展的BDS数据项并不多。
3、实测信息展示及结论
利用HCT-8810协议分析仪对虹桥本场一二次合装雷达的雷达数据进行了实测统计（如下图所示），统计结果显示：采用38.4k的带宽条件下传输S模式增强监视数据（BDS4,0、BDS5，0和BDS6,0）数据，即能满足带宽利用率的需求，同时也不会造成拥塞。
图8 实测的链路带宽利用率
4 文献
[1] Eurocontrol ASTERIX Category01 欧控标准文件雷达数据交换传输 第2a部分 目标报告
[2] Eurocontrol ASTERIX Category02 欧控标准文件雷达数据交换传输 第2a部分 服务信息
[3] Eurocontrol ASTERIX Category034 欧控标准文件雷达数据交换传输 第2b部分 服务信息
[4] Eurocontrol ASTERIX Category048 欧控标准文件雷达数据交换传输 第4部分 目标报告
[5] Eurocontrol ASTERIX Category008 欧控标准文件监视数据交换 第3部分 单雷达气象数据
[6] ICAO 附件10第四卷（ICAO Annex 10 to the Convention on International Civil Aviation，Volumes Ⅳ）