基于區(qū)域管制模式下的雷達信號通信可靠性分析

摘要：為了對區(qū)域管制模式下雷達信號傳輸系統(tǒng)的保障，性進行定量評估，采用建立雷達信號傳輸可靠，性數(shù)學(xué)模型的方法，并利用當前雷達信號傳輸保障數(shù)據(jù)對建立的模型進行了測算，從而得到了提高雷達信號傳輸可靠性的實現(xiàn)方法。

關(guān)鍵詞：雷達信號；區(qū)域管制；傳輸保障；可靠性

0引言

為適應(yīng)國家經(jīng)濟建設(shè)和民用航空運輸發(fā)展的需要，民航局空管局在全國各地建設(shè)陸續(xù)建設(shè)7個區(qū)域管制中心，是我國民航歷史上最大的空管基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目，其中北京、上海、廣州、成都等四個區(qū)域管制中心已經(jīng)投入運行。當全國7個區(qū)域管制中心全部投入運行后，能夠為全國32個省(自治區(qū)、直轄市)和洋區(qū)高空飛行的飛機提供空中交通管制，具備了實現(xiàn)遠距離大區(qū)域運行的能力。

在這種遠距離大區(qū)域運行模式下，雷達信號傳輸是核心通信之一，對雷達信號傳輸可靠性要求很高。為了適應(yīng)這種運行架構(gòu)，航管自動化系統(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何種途徑，系統(tǒng)地提升雷達信號傳輸?shù)目煽啃浴?

1雷達信號通信可靠性評估數(shù)學(xué)模型的建立

1.1單路雷達信號的可靠，性分析

遠距離大區(qū)域運行模式下，一部雷達信號的傳輸簡圖如

圖1一部雷達信號的傳輸簡圖

由圖1可見，單個的雷達信號傳輸是一個串聯(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，任何一個子系統(tǒng)的失敗都將導(dǎo)致整個系統(tǒng)失敗。

假設(shè)R(t)是指雷達信號通信系統(tǒng)在(0,，)時間段內(nèi)免于失敗的概率，各個子系統(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)的所有故障都是獨立的,則由概率論知識可知，整個串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度R(t)為:

設(shè)λ為整個系統(tǒng)的失效率，即：

假設(shè)一年時間里，假設(shè)航管自動化系統(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%，雷達信號的可靠性為99.3%，代入式（1），則可得到年可靠性為：

由此可以得出結(jié)論：對于雷達信號通信系統(tǒng)，可靠性取決于這個串聯(lián)系統(tǒng)中可靠性最低的一個環(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，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，平均無故障運行時間越短。

1.2多路雷達信號可靠性分析

遠距離大區(qū)域運行模式下，某扇區(qū)雷達信號的通信簡圖如圖2所示。由圖2可知，某個扇區(qū)的雷達信號通信是由航管自動化系統(tǒng)并聯(lián)、通信干線并聯(lián)、傳輸設(shè)備和雷達信號輸出系統(tǒng)等幾個子系統(tǒng)構(gòu)成的。其中，航管自動化系統(tǒng)是并聯(lián)關(guān)系,通信干線、傳輸設(shè)備、雷達信號可看作是串聯(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)為航管自動化系統(tǒng)的總體可靠性,E(t)為傳輸系統(tǒng)和雷達信號的整體可靠性。

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()為雷達信號輸出的可靠性。且有:

依據(jù)中南空管局的雷達信號保障實例，按式(5)計算中南某扇區(qū)的雷達信號保障的可靠性。假設(shè)有兩套航管自動化系統(tǒng)，一套航管自動化系統(tǒng)可靠性為99.8%,另一套航管自動化系統(tǒng)可靠性為99.3%；每個雷達站的雷達信號有3個傳輸途徑;其中兩個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%,雷達信號輸出的可靠性均為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，雷達信號通過多傳輸途徑傳輸后，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提高雷達信號通信可靠性

實際上，建設(shè)異地同覆蓋范圍的雷達站有利于提高同地區(qū)雷達信號的保障可靠性。異地同覆蓋指的是建立不同地點的雷達站，實現(xiàn)同一扇區(qū)的有不同地點雷達信號共同覆蓋。依據(jù)式(7)的估算，建設(shè)雷達站時，做到同一扇區(qū)有3臺或以上的雷達站的雷達信號覆蓋時，雷達信號傳輸保障有較大提高。

廣州區(qū)域管制中心對高空區(qū)扇區(qū)的雷達信號實現(xiàn)了二重覆蓋，即每個扇區(qū)都有兩部雷達站的信號能夠?qū)崿F(xiàn)扇區(qū)覆蓋，實現(xiàn)雷達信號的異地同覆蓋。如果實現(xiàn)每個扇區(qū)有3部雷達信號的覆蓋，將有利于達到99.99%的設(shè)備保障目標。

一般情況下，多個相互獨立運營商提供的通信干線可提高雷達信號通信的可靠性。依據(jù)平時的故障統(tǒng)計，通信線路運營商提供的干線故障較多，依據(jù)式(8)，多個相互獨立運營商提供通信干線對提高可靠性有直接的貢獻。

廣州區(qū)域管制中心對主用雷達信號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。雷達信號采用C波段衛(wèi)星或KU衛(wèi)星的廣播傳輸模式，使引接的雷達信號實現(xiàn)天地備份。

雷達信號在業(yè)務(wù)接入時分散至不同的設(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，因此在雷達信號引接時，需要注意同扇區(qū)、不同地點的FA16傳輸設(shè)備、接入設(shè)備的不同模塊，以實現(xiàn)模塊間的相互備份。另外對于電源、電纜等附屬設(shè)備都應(yīng)考慮使用不同的接入，盡量實現(xiàn)并聯(lián)方式的接入。

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

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

由此可見，我們十分有必要進一步提高航管自動化系統(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)的計算結(jié)果，總體的可靠性為99.98%，未達到設(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化系統(tǒng)，進一步提高航管自動化系統(tǒng)的可靠性，達致保障要求。

3結(jié)語

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

20211119_61972f65acc44__基于區(qū)域管制模式下的雷達信號通信可靠性分析