INDRA二次雷达数据格式分析

【摘 要】二次雷达是民航空管运行的重要监视设备，雷达信号的质量直接影响着管制运行效率和飞行安全，本文对indra二次雷达信号的数据格式进行了分析和研究。

【关键词】二次雷达；INDRA；ASTERIX；CAT048；UAP

0 引言

近几年，随着各地区空管分局站对雷达设备的更新改造，在全国范围内现已有二十多部INDRA二次雷达投入使用，对雷达信号的监控已成为空管技术保障的一项重要内容，对雷达信号的数据格式进行解析和探讨也显得尤为重要。

1 ASTERIX与HDLC

ASTERIX是欧洲民航合作组织为了使雷达监视设备与自动化处理系统之间的数据通信标准化而提出的传输规程，ASTERIX标准在制定过程中提倡在数据链路层上选定通用的HDLC协议，为不同的雷达厂家提供统一的标准。

HDLC是用于在网络节点间传送数据的高级数据链路控制协议。在HDLC协议中，数据被组成一个个的单元（称为帧），通过网络传输。HDLC的帧格式如图1所示，它由六个字段组成，这六个字段可以分为五种类型。

图1 HDLC帧结构

1）标志字段F：HDLC指定采用01111110为标志序列，用于帧的开始和结束。

2）地址字段A：表示链路上站的地址，每一个站都被分配一个唯一的地址。

3）控制字段C：用于构成各种命令和响应，以便对链路进行监视和控制。

4）信息字段I：携带高层用户数据，可以是任意的二进制比特串。

5）校验字段FCS：使用16位CRC，对两个标志字段之间的整个帧的内容进行校验。

2 ASTERIX数据格式

2.1 ASTERIX帧结构

ASTERIX数据包封装在HDLC帧中的信息字段中，每个HDLC帧一般封装一个ASTERIX数据包，但也可以封装多个数据包，如图2所示。

图2 ASTERIX帧结构

2.2 ASTERIX数据块结构

ASTERIX数据块结构如图3所示。

1）Data Block：ASTERIX实体（监视设备、自动化系统）间交换的信息单位，一个数据块里包含着相同类别（Category）的一个或多个记录（Record）。

图3 ASTERIX数据块结构

2）Data Category：对传输的内容进行分类，如雷达目标信息、雷达服务信息等分属不同的数据类别，表示方法为CATnnn，其中nnn为类别号，如CAT048。

3）Record：用于描述某个数据类别的一个信息实体，一个记录由一个FSPEC和若干个数据域组成。

4）Data Item：数据类别下面更小的信息单位，如雷达目标信息类下面的MODE-3/A。表示方法为：Innn/AAA，其中nnn为类别号，AAA为条目号，如I001/070。

5）Data Field：用于描述某一数据条目的具体实现内容，数据域是最小的信息传输单位。一个记录里面由若干个数据域组成。

6）UAP（User Application Profile）：规定了使用此种UAP的记录里面包含哪些数据域及各个数据域内容的编码前后排列顺序。UAP机制是ASTERIX协议编码基础，它使通信能够灵活高效地进行。

7）FSPEC（Field Specification）：定义了一个记录里面实际包含的数据域，它位于一个记录的最前面， FSPEC的bit通过域引用号FRN（Field Reference Number）来与UAP规定的数据域一一对应，从而确定记录里面实际包含的数据域，就像一个目录索引。

3 INDRA二次雷达数据格式

INDRA二次雷达支持普通A/C模式询问和S模式询问，支持多种雷达数据格式的输出。普通A/C模式下的雷达数据类别为CAT001，用于雷达输出单雷达目标信息报告；S模式下的雷达数据类别为CAT048，对CAT001进行了适当扩展，支持通信链路数据输出，工作在S模式下的二次雷达能够获取更多的飞行信息。表1所示为深圳INDRA二次雷达截取到的CAT048雷达数据包，代码全部用十六进制数据表示，下面我们将以此数据包为例对INDRA二次雷达数据格式进行说明。

表1 深圳INDRA二次雷达CAT048数据包

根据ASTERIX数据块结构分析，首字节30表示此雷达数据包的类别为CAT048，00 3B表示整个数据包的长度为59个字节。

FF F7 02为此数据包的FSPEC，算换成二进制代码为11111111 11110111 00000010，第一个字节表示FRN为1-7的数据域存在，有扩展；第二个字节表示FRN为8-11、13、14的数据域存在，有扩展；第三个字节表示FRN为21的数据域存在，无扩展，此记录的FSPEC结束。对应的UAP信息如表2所示，表中显示了此数据包的内容，下面一一介绍。

表2 ASTERIX CAT048雷达数据UAP（部分）

46 CB为雷达数据源的代码。每一部雷达都有自己的一个代码，由SAC（System Area Code）码和SIC（System Identifiction Code）码组成。此数据包的SAC码为70，SIC码为203。

A0为目标报告描述码。Bit 8-6为报告类型，000表示未检测到报告，001表示单一次雷达报告，010表示单二次雷达报告，011表示一二次雷达融合报告；100表示S模式二次雷达全呼（A ll-Call）报告；101表示S模式二次雷达选呼（Roll-Call）报告；110表示S模式二次雷达全呼与一次雷达报告；111表示S模式选呼与一次雷达报告。Bit 5为0表示实际目标报告，为0表示模拟目标报告；Bit 4表示报告产生于哪个雷达数据处理器（RDP），0表示通道1，1表示通道2；Bit 3为SPI标志，0为无，1为有；Bit 2为0表示报告来自机应答机，为1表示报告来自于固定应答机；Bit 1为扩展标志符，0表示信息结束，1表示扩展至下个字节。A0转化为二进制数为10100000，可得出此数据包是单二次雷达选呼报告，来自机应答机。

10 8D E2 A9表示测量目标的极坐标位置，前两位表示距离，单位是1/256海里；后两面表示角度，单位是0.0055°。由此可得目标的位置距离雷达16.55海里角度318.74°。

20 C6为目标的Mode-3/A代码，换算成二进制数为0010 0000 1100 0110。Bit 16为0表示编码有效，为1表示无效；Bit 15默认为0，为1表示编码交错无法识别；Bit 14为0表示从应答机得到的编码，为1表示本地航迹平滑后的编码；Bit 13设为0；后面每三位表示一位SSR代码。由此可计算出目标的3/A代码为0306。

04 50为目标的Mode-C代码，换算成二进制数为0000 0100 0101 0000。Bit 16为0表示编码有效，为1表示无效；Bit 15默认为0，为1表示编码交错无法识别；后面14位表示高度，单位是25英尺。由此可计算出目标的高度为27600英尺。

E0 28 03 D3为雷达点迹特性代码。第一个字节E0（1110 0000）表示此串代码所包含的特性，1表示有，0表示无；Bit 8-6分表代表点迹扫描宽度、应答数量、应答信号强度，具体数值在后续的三个字节中进行描述。28（0010 1000）表征点迹扫描宽度，单位为0.044°，此处对应值为1076°。03（00000011）表征建立航迹所接收的点迹数目，此处对应值为3。D3（1101 0011）表征应答信号强度，单位为1dBm，采用二进制补码运算，此处对应值为-77dBm。

78 0A F0为航空器的24为ICAO地址码。0D 33 B3 C3 7D 60为航空器的识别码（即航班号），由航空器的飞行计划给出，此处为CSN3075。

02 B5 E8 00 30 A8 00 00 40 C9 DA 3D 2D 3F FC 00 60为航空器S模式下Comm-B应答信息数据，它由一个字段重复指示字节（REP）和至少一个BDS报告组成。REP字节指示随后的BDS报告数量；一个BDS报告由8个字节组成，前7个字节用于存储Comm-B数据，最后一个字节用于指示2个BDS地址。如我们截取的数据块，第一个字节02表示这个数据块由2个BDS报告组成，第一个BDS报告的最后一个字节40表示BDS 4，0，说明这个BDS报告的其他7个字节用于存储航空器垂直信息；同理，第二个BDS报告的最后一个字节60表示BDS 6，0，说明这个BDS报告的其他7个字节用于存储航空器航向和速度信息。

00 6F指示此数据包对应的航迹号为111。

07 92 8C D7用于显示航空器极坐标下测量的航迹速度，07 92用于显示速度，单位为0.22海里/小时，此处对应大约为426.36海里/小时；8C D7用于显示方位，单位为0.0055°，此处对应大约为198.30°。

46用于显示航迹状态。Bit 8为0表示为确定的航迹，为1表示不确定的航迹；Bit 7-6为00表示一二次雷达融合航迹，01表示单一次雷达航迹，10表示单二次雷达航迹，11表示无效航迹；Bit 5为0表示正常置信度，为1表示低置信度；Bit 4表示水平方向机动检测，0表示无，1表示有；Bit 3-2用于指示上升/下降模式，00表示维持现状，01表示上升，10表示下降，11为无效；Bit 1为扩展标识符，0表示信息结束， 1表示扩展至下个字节。46转化为二进制数为0100 0110，由此可见46显示的航迹状态为单二次雷达确定航迹。

20 F6用于指示机载应答机和ACAS设备的相关能力以及航空器状态，换算成二进制数为0010 0000 1111 0110。Bit 16-14用于指示应答机的通信能力等级，0表示没有通信能力，1表示支持Comm-A和Comm-B通信，2表示支持Comm-A、Comm-B和上行ELM通信，3表示支持Comm-A、Comm-B、上行ELM和下行ELM通信，4表示应答机的能力为Level 5，5-7未使用。Bit 13-11表示航空器状态，0表示没有告警、没有SPI、没有飞机爆炸，1-5表示航空器有不同程度的告警等，6-7未使用；Bit 10表示应答机SI/II能力，0表示有SI能力，1表示有II能力；Bit 9默认为0；Bit 8表示S模式特殊服务能力，0为无，1为有；Bit 7表示高度报告能力（ARC），0表示高度分辨率为100英尺，1表示高度分辨率为25英尺；Bit 6表示航空器鉴别能力（AIC），0表示无，1表示有；Bit 5对应BDS 1，0的bit16；Bit 4-1对应BDS1，0的bit37-40。我们截取的数据包显示对应的应答机具有Level 2的通信能力和25英尺的高度分辨率。

4 结束语

至此，我们所截取的INDRA二次雷达CAT048数据包分析完毕，其它类别的数据包也可以通过上述方法进行解析，在此不一一赘述。通过分析雷达数据包结构，我们可以清晰的了解雷达的工作内容和目的，同时也能对雷达信号的质量和覆盖等问题进行进一步地探讨，有利于解决实际工作中的相关难题，具有非常重要的意义。

【参考文献】

[1]Eurocontrol Standard Document For Surveillance Data Exchange，Patr 4：Category 048，Transmission of Monoradar Target Reports[Z].

[2]徐炎祥，张尉.二次雷达原理[M].国防工业出版社，2009.