S模式二次雷达数据链协议分析与功能验证

李斌

四川九洲空管科技有限责任公司 四川绵阳 621000

1 S模式数据链子网概述

S模式数据链子网是空-地数据通信子网的一部分，为飞机上和地面上的附属子网点提供面向连接的通信服务和S模式特定服务。S模式数据链子网主要由S模式应答机、机载数据链处理器（ADLP）、地面数据链处理器（GDLP）、S模式询问机组成，其系统框图如下图所示。

图1 S模式数据链子网框图

GDLP可以通过GDLP/DLF接口控制协议与S模式二次雷达通信，以固定格式进行数据传输。S模式二次雷达进行链路管理，并提供S模式特定服务，包括广播、GICB、SVC/MSP服务，主要功能包括：

（1）链路管理，包括建立、维护、取消和释放GDLP/DLF连接；（2）广播管理，包括上行链路广播管理和下行链路广播管理：①上行链路广播管理。根据GDLP/DLF接口收到的广播请求，产生询问指令，通过射频链路发送CommA广播询问；②下行链路广播管理。接收应答机发出的CommB广播应答，并将CommB广播数据分发GDLP/DLF接口；（3）GICB管理。将GDLP/DLF接口收到的GICB数据请求，与雷达内部应用产生的数据请求进行合并，生成询问时序和询问信号，通过射频链路传送给指定目标；（4）SVC/MSP管理，包括上行链路SVC/MSP数据包管理和下行链路SVC/MSP数据包管理：

（1）将GDLP/DLF接口收到的SVC或MSP上行数据包（packet）拆分成SLM或ELM帧后缓存到队列中，并对队列缓存的数据量进行监测，当缓存的数据帧超过预设的阀值后则通知GDLP/LU接口模块，限制外部上传的数据流量；（2）将多个逻辑上链接在一起的Comm-B应答消息组装成一个SLM帧，或多个逻辑上链接在一起的Comm-D应答消息组装成一个ELM帧，并将SLM或ELM帧数据通过GDLP/DLF接口转发给GDLP。

2 通信协议分析与功能验证

2.1 链路管理

（1）通信协议。

①建立连接。GDLP首先向S模式二次雷达DLF（以下简称DLF）发送建立连接请求消息（Associate_req），在收到建立连接响应消息（Associate_Resp）之前，GDLP将每隔T1（Associate_req重传定时器，通常为1秒）时间发送一次该消息。DLF在收到Associate_req消息后，将删除与该链路有关的飞机数据，重置内部定时器和计数器，并回馈Associate_Resp消息。Associate_Resp消息的D_result设置为：CAUSE=3h（finished），DIAG=0h（Nodiagnosticavailable）。

②保持连接。如果GDLP与DLF之间没有数据消息时，GDLP将每隔T2（无事务时的Keep_alive周期，通常为1秒）时间发送1次保持（Keep_alive）消息，以维护与DLF之间的连接。

③关闭连接。GDLP通过向DLF发送中断连接请求（Abort_req）或释放连接请求（Release_req）消息来关闭连接。a）Abort_req用于立即终止处于连接建立阶段的GDLP/DLF连接。b）Release_req用于正常终止GDLP/DLF连接，并需要DLF确认。当DLF能够终止GDLP/DLF连接时，DLF发送接收关闭连接的Release_resp消息，将该消息的D_result设置为：CAUSE=3h（finished），DIAG=0h（Nodiagnosticavailable），并丢弃与该特定连接相关的所有飞机数据。如果DLF不能立即终止该连接，DLF发送拒绝关闭连接的Release_resp，并 将 该 消 息 的 D_result设 置 为：CAUSE=1h（rejected），DIAG=0h（Nodiagnosticavailable）。GDLP将等待T4（Release_req重传定时器，通常为3秒）时间后继续发送Release_req，然后每隔T4时间发送1次，共发送R4（Release_req传输次数，通常为4）次。如果GDLP在T3（GDLP连接超时，通常为4秒）时间段内没有收到任何消息，将向DLF发送Abort_req消息，并将该消息的D_result设置为：CAUSE=6h（invalidresult），DIAG=8h（timerT3expiry）。此时，中断连接请求（Abort_req）不需要确认，GDLP将会清除与该连接相关的所有飞机数据。

2.2 功能验证

下面以S模式二次雷达DLF为主，GDLP为从，进行GDLP/DLF链路管理功能验证。其中，Associate_req重传定时器T1设置为1秒，无事务时的Keep_alive周期T2设为1秒，GDLP连接超时T3设为4秒，Release_req重传定时器T4设为3秒，Release_req传输次数R4设为4次。

GDLP每隔1秒向S模式二次雷达发送1次建立连接请求，直到雷达的GDLP/DLF接口回馈建立连接响应。在GDLP与雷达之间没有数据通信时，雷达将定期发送保持连接信息，直到GDLP发出终止连接请求和释放连接请求：a）若GICB_extraction请求消息中缺少D_time，请求将一直存在，直到链路/GDLP/S模式二次雷达询问机故障，或飞机离开；b）GICB_extraction请求消息中缺少D_GICB_properties。

然而，若S模式二次雷达的天线波束已经扫描过该飞机，则DLF应向GDLP发送GICB_response消息，用于指示失败的GICB请求编号和尝试的录取时间，并将D_result设置为：CAUSE=4h（Delayed），DIAG=0h（Nodiagnosticavailable）。对于将周期约束指标设置为0的请求，即使在波束驻留期内重新询问后仍然录取失败，下一次尝试将在下一个天线扫描时进行（即在要求的录取周期内多次尝试才能成功录取）。对于周期约束指标为1的请求，即使在波束驻留期内重新询问后仍然录取失败，下一次尝试将根据请求的周期确定。

3 功能验证

下面以S模式二次雷达DLF为主，GDLP为从，进行上行数据包传输功能验证。主要对Packet_number、飞机的S模式地址、Packet_properties等参数进行了设置，未进行数据流量控制项参数设置。

GDLP可向地面S模式二次雷达发起UplinkPacket传输请求，雷达根据数据包的大小将从GDLP/DLF接口收到的SVC或MSP上行数据包（packet）拆分成SLM或ELM帧后缓存到队列中，并对队列缓存的数据量进行监测，当缓存的数据帧超过预设的阀值后则通知GDLP/LU接口模块，限制GDLP上传的数据流量。地面S模式二次雷达按照扩展长度通信协议，将数据包的内容以帧的形式发送给目标的应答机，应答机将收到的帧数据合并成一个包含完整的CommC数据的消息以packet数据包的形式发送给ADLP。

机载应答机在收到ADLP发出的CommD数据传输事件后，产生包含CommD数据录取通知的应答信号，地面S模式二次雷达收到录取通知后，随即产生包含CommD消息预订的询问信号；目标的应答机收到预订请求后，产生包含CommD消息预订确认的应答信号；接着，地面S模式二次雷达发送包含CommD消息录取请求的询问信号，应答机产生包含CommD消息数据的应答信号；雷达在收到最后一个CommD应答信号后，将收到的帧数据合并成一个包含完整的CommD数据的消息以packet数据包的形式按ASTERIXCAT018格式发送给GDLP。同时，雷达关闭此次CommD消息传输。

4 结语

本文介绍了S模式二次雷达数据链接口控制协议，并对其提供的GICB服务、上行SVC/MSP服务和下行SVC/MSP服务进行了详细分析和功能验证。S模式二次雷达能够提供S模式特定服务，实现S模式地-空数据通信，为航空电信网设备提供了一种新的地-空数据通信技术手段。