基于區(qū)域管制模式下的雷達(dá)信號(hào)通信可靠性分析

基于區(qū)域管制模式下的雷達(dá)信號(hào)通信可靠性分析

摘要：為了對(duì)區(qū)域管制模式下雷達(dá)信號(hào)傳輸系統(tǒng)的保障，性進(jìn)行定量評(píng)估，采用建立雷達(dá)信號(hào)傳輸可靠，性數(shù)學(xué)模型的方法，并利用當(dāng)前雷達(dá)信號(hào)傳輸保障數(shù)據(jù)對(duì)建立的模型進(jìn)行了測(cè)算，從而得到了提高雷達(dá)信號(hào)傳輸可靠性的實(shí)現(xiàn)方法。

關(guān)鍵詞：雷達(dá)信號(hào)；區(qū)域管制；傳輸保障；可靠性

0引言

為適應(yīng)國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和民用航空運(yùn)輸發(fā)展的需要，民航局空管局在全國(guó)各地建設(shè)陸續(xù)建設(shè)7個(gè)區(qū)域管制中心，是我國(guó)民航歷史上最大的空管基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目，其中北京、上海、廣州、成都等四個(gè)區(qū)域管制中心已經(jīng)投入運(yùn)行。當(dāng)全國(guó)7個(gè)區(qū)域管制中心全部投入運(yùn)行后，能夠?yàn)槿珖?guó)32個(gè)省(自治區(qū)、直轄市)和洋區(qū)高空飛行的飛機(jī)提供空中交通管制，具備了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離大區(qū)域運(yùn)行的能力。

在這種遠(yuǎn)距離大區(qū)域運(yùn)行模式下，雷達(dá)信號(hào)傳輸是核心通信之一，對(duì)雷達(dá)信號(hào)傳輸可靠性要求很高。為了適應(yīng)這種運(yùn)行架構(gòu)，航管自動(dòng)化系統(tǒng)配備了主、備系統(tǒng)，傳輸系統(tǒng)采用了多路由的立體傳輸方式，互為備份。本文主要是探討通過(guò)何種途徑，系統(tǒng)地提升雷達(dá)信號(hào)傳輸?shù)目煽啃浴?

1雷達(dá)信號(hào)通信可靠性評(píng)估數(shù)學(xué)模型的建立

1.1單路雷達(dá)信號(hào)的可靠，性分析

遠(yuǎn)距離大區(qū)域運(yùn)行模式下，一部雷達(dá)信號(hào)的傳輸簡(jiǎn)圖如

圖1一部雷達(dá)信號(hào)的傳輸簡(jiǎn)圖

由圖1可見(jiàn)，單個(gè)的雷達(dá)信號(hào)傳輸是一個(gè)串聯(lián)系統(tǒng)。串聯(lián)系統(tǒng)是不含冗余的系統(tǒng)的一種模式，在這種系統(tǒng)中，任何一個(gè)子系統(tǒng)的失敗都將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)失敗。

假設(shè)R(t)是指雷達(dá)信號(hào)通信系統(tǒng)在(0,，)時(shí)間段內(nèi)免于失敗的概率，各個(gè)子系統(tǒng)的可靠度分別為R失，失效率分別為4,(i=1,2,…，N)，且各子系統(tǒng)的所有故障都是獨(dú)立的,則由概率論知識(shí)可知，整個(gè)串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度R(t)為:

設(shè)λ為整個(gè)系統(tǒng)的失效率，即：

假設(shè)一年時(shí)間里，假設(shè)航管自動(dòng)化系統(tǒng)可靠性為99.8%，通信鏈路的可靠性為99.0%，傳輸設(shè)備的可靠性為99.2%，雷達(dá)信號(hào)的可靠性為99.3%，代入式（1），則可得到年可靠性為：

由此可以得出結(jié)論：對(duì)于雷達(dá)信號(hào)通信系統(tǒng)，可靠性取決于這個(gè)串聯(lián)系統(tǒng)中可靠性最低的一個(gè)環(huán)節(jié)；串聯(lián)的通信線路和傳輸設(shè)備越多，可靠性越低。由式(3)可見(jiàn)，串聯(lián)系統(tǒng)的子系統(tǒng)越多，失效率就越高，可靠性就越低，平均無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間越短。

1.2多路雷達(dá)信號(hào)可靠性分析

遠(yuǎn)距離大區(qū)域運(yùn)行模式下，某扇區(qū)雷達(dá)信號(hào)的通信簡(jiǎn)圖如圖2所示。由圖2可知，某個(gè)扇區(qū)的雷達(dá)信號(hào)通信是由航管自動(dòng)化系統(tǒng)并聯(lián)、通信干線并聯(lián)、傳輸設(shè)備和雷達(dá)信號(hào)輸出系統(tǒng)等幾個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成的。其中，航管自動(dòng)化系統(tǒng)是并聯(lián)關(guān)系,通信干線、傳輸設(shè)備、雷達(dá)信號(hào)可看作是串聯(lián)后的并聯(lián)關(guān)系,這種系統(tǒng)為混聯(lián)系統(tǒng)，則整個(gè)串并聯(lián)系統(tǒng)的可靠度R(t)為:

R(t)=A(t)E(t)(5)

其中：A(t)為航管自動(dòng)化系統(tǒng)的總體可靠性,E(t)為傳輸系統(tǒng)和雷達(dá)信號(hào)的整體可靠性。

其中:功.0)為某傳輸通道的干線總體可靠性，C。)為傳輸設(shè)備的可靠性,D()為雷達(dá)信號(hào)輸出的可靠性。且有:

依據(jù)中南空管局的雷達(dá)信號(hào)保障實(shí)例，按式(5)計(jì)算中南某扇區(qū)的雷達(dá)信號(hào)保障的可靠性。假設(shè)有兩套航管自動(dòng)化系統(tǒng)，一套航管自動(dòng)化系統(tǒng)可靠性為99.8%,另一套航管自動(dòng)化系統(tǒng)可靠性為99.3%；每個(gè)雷達(dá)站的雷達(dá)信號(hào)有3個(gè)傳輸途徑;其中兩個(gè)傳輸途徑為使用電信、聯(lián)通做干線，假設(shè)電信干線可靠性為99.0%,聯(lián)通干線可靠性為98.0%；另一傳輸途徑為使用衛(wèi)星做干線，假設(shè)衛(wèi)星干線可靠性為95.0%；假設(shè)傳輸設(shè)備

的可靠性均為99.2%,雷達(dá)信號(hào)輸出的可靠性均為99.3%；將上述數(shù)據(jù)代入式(5)，則可得到年可靠性為：

由式(4)和式(9)的結(jié)果分析，雷達(dá)信號(hào)通過(guò)多傳輸途徑傳輸后，可靠性由97.37%提高至99.98%，提高了2.65%，保障性有了明顯的提高。這種模式有利于提高傳輸可靠性。

2提高雷達(dá)信號(hào)通信可靠性

實(shí)際上，建設(shè)異地同覆蓋范圍的雷達(dá)站有利于提高同地區(qū)雷達(dá)信號(hào)的保障可靠性。異地同覆蓋指的是建立不同地點(diǎn)的雷達(dá)站，實(shí)現(xiàn)同一扇區(qū)的有不同地點(diǎn)雷達(dá)信號(hào)共同覆蓋。依據(jù)式(7)的估算，建設(shè)雷達(dá)站時(shí)，做到同一扇區(qū)有3臺(tái)或以上的雷達(dá)站的雷達(dá)信號(hào)覆蓋時(shí)，雷達(dá)信號(hào)傳輸保障有較大提高。

廣州區(qū)域管制中心對(duì)高空區(qū)扇區(qū)的雷達(dá)信號(hào)實(shí)現(xiàn)了二重覆蓋，即每個(gè)扇區(qū)都有兩部雷達(dá)站的信號(hào)能夠?qū)崿F(xiàn)扇區(qū)覆蓋，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)信號(hào)的異地同覆蓋。如果實(shí)現(xiàn)每個(gè)扇區(qū)有3部雷達(dá)信號(hào)的覆蓋，將有利于達(dá)到99.99%的設(shè)備保障目標(biāo)。

一般情況下，多個(gè)相互獨(dú)立運(yùn)營(yíng)商提供的通信干線可提高雷達(dá)信號(hào)通信的可靠性。依據(jù)平時(shí)的故障統(tǒng)計(jì)，通信線路運(yùn)營(yíng)商提供的干線故障較多，依據(jù)式(8)，多個(gè)相互獨(dú)立運(yùn)營(yíng)商提供通信干線對(duì)提高可靠性有直接的貢獻(xiàn)。

廣州區(qū)域管制中心對(duì)主用雷達(dá)信號(hào)FA16傳輸設(shè)備的干線采用“雙干線”模式，其中一條地面干線采用中國(guó)電信提供的2MB線作為傳輸干線，另一條地面干線采用聯(lián)通提供的2MB干線作為備用的傳輸干線。雷達(dá)信號(hào)采用C波段衛(wèi)星或KU衛(wèi)星的廣播傳輸模式，使引接的雷達(dá)信號(hào)實(shí)現(xiàn)天地備份。

雷達(dá)信號(hào)在業(yè)務(wù)接入時(shí)分散至不同的設(shè)備，有利于提高可靠性。依據(jù)式(5)，并聯(lián)結(jié)構(gòu)能夠有效地提高可靠性，因此在雷達(dá)信號(hào)引接時(shí)，需要注意同扇區(qū)、不同地點(diǎn)的FA16傳輸設(shè)備、接入設(shè)備的不同模塊，以實(shí)現(xiàn)模塊間的相互備份。另外對(duì)于電源、電纜等附屬設(shè)備都應(yīng)考慮使用不同的接入，盡量實(shí)現(xiàn)并聯(lián)方式的接入。

因此，應(yīng)盡可能減少雷達(dá)信號(hào)傳輸環(huán)節(jié)，這樣有利于提高可靠性。雷達(dá)信號(hào)傳輸增加一個(gè)環(huán)節(jié)即串聯(lián)多一個(gè)環(huán)節(jié)，依據(jù)式(1)，可靠性將降低，因此應(yīng)該盡量減少信號(hào)的傳輸環(huán)節(jié)，特別是減少信號(hào)的多跳傳輸。

目前，廣州區(qū)域管制中心的部分地方雷達(dá)信號(hào)臺(tái)的傳輸串接比較多，如果有條件的話，建議各高空區(qū)盡量簡(jiǎn)化傳輸路由，提高地側(cè)保障性。有些空側(cè)雷達(dá)信號(hào)傳輸也比較復(fù)雜，全程經(jīng)過(guò)了馬拉松、FA16等傳輸設(shè)備的轉(zhuǎn)接，傳輸路由串接多且復(fù)雜，建議簡(jiǎn)化傳輸路由，減少信號(hào)的多跳傳輸，有利于提高空側(cè)雷達(dá)信號(hào)的可靠性。

由此可見(jiàn)，我們十分有必要進(jìn)一步提高航管自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠性。按照目前廣州區(qū)域管制中心系統(tǒng)設(shè)備的使用模式，根據(jù)式(9)的計(jì)算結(jié)果，總體的可靠性為99.98%，未達(dá)到設(shè)備保障99.99%的要求，建議按照并聯(lián)模式增加一套航管自動(dòng)化系統(tǒng)，進(jìn)一步提高航管自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠性，達(dá)致保障要求。

3結(jié)語(yǔ)

雷達(dá)信號(hào)通信可靠性是大區(qū)域管制模式下的空中交通管理的核心問(wèn)題，只有依托可靠的雷達(dá)信號(hào)通信才能建立可靠的大區(qū)域管制方式。本文對(duì)雷達(dá)信號(hào)通信可靠性的評(píng)估，只是針對(duì)影響系統(tǒng)整體可靠性的主要因素，簡(jiǎn)化了的模型，但仍然可以依據(jù)建立起來(lái)的模型從中找出實(shí)際保障中存在的問(wèn)題，并依據(jù)模型對(duì)問(wèn)題提出解決的方法。

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