基于区域管制模式下的雷达信号通信可靠性分析

沈仲针

摘 要：为了对区域管制模式下雷达信号传输系统的保障性进行定量评估，采用建立雷达信号传输可靠性数学模型的方法，并利用当前雷达信号传输保障数据对建立的模型进行了测算，从而得到了提高雷达信号传输可靠性的实现方法。

关键词：雷达信号；区域管制；传输保障；可靠性

中图分类号：TN914 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2014）02-0056-02

0 引 言

为适应国家经济建设和民用航空运输发展的需要，民航局空管局在全国各地建设陆续建设7个区域管制中心，是我国民航历史上最大的空管基础设施建设项目，其中北京、上海、广州、成都等四个区域管制中心已经投入运行。当全国7个区域管制中心全部投入运行后，能够为全国32个省（自治区、直辖市）和洋区高空飞行的飞机提供空中交通管制，具备了实现远距离大区域运行的能力。

在这种远距离大区域运行模式下，雷达信号传输是核心通信之一，对雷达信号传输可靠性要求很高。为了适应这种运行架构，航管自动化系统配备了主、备系统，传输系统采用了多路由的立体传输方式，互为备份。本文主要是探讨通过何种途径，系统地提升雷达信号传输的可靠性。

1 雷达信号通信可靠性评估数学模型的建立

1.1 单路雷达信号的可靠性分析

远距离大区域运行模式下，一部雷达信号的传输简图如图1所示。

图1 一部雷达信号的传输简图

由图1可见，单个的雷达信号传输是一个串联系统。串联系统是不含冗余的系统的一种模式，在这种系统中，任何一个子系统的失败都将导致整个系统失败。

假设R（t） 是指雷达信号通信系统在（0，t）时间段内免于失败的概率，各个子系统的可靠度分别为Ri（t） ，失效率分别为λi（i=1，2，…，N），且各子系统的所有故障都是独立的，则由概率论知识可知，整个串联系统的可靠度R（t） 为：

（1）

设λ为整个系统的失效率，即：

（2）

则：

（3）

假设一年时间里，假设航管自动化系统可靠性为99.8%，通信链路的可靠性为99.0%，传输设备的可靠性为99.2%，雷达信号的可靠性为99.3%，代入式（1），则可得到年可靠性为：

（4）

由此可以得出结论：对于雷达信号通信系统，可靠性取决于这个串联系统中可靠性最低的一个环节；串联的通信线路和传输设备越多，可靠性越低。由式（3）可见，串联系统的子系统越多，失效率就越高，可靠性就越低，平均无故障运行时间越短。

1.2 多路雷达信号可靠性分析

远距离大区域运行模式下，某扇区雷达信号的通信简图如图2所示。由图2可知，某个扇区的雷达信号通信是由航管自动化系统并联、通信干线并联、传输设备和雷达信号输出系统等几个子系统构成的。其中，航管自动化系统是并联关系，通信干线、传输设备、雷达信号可看作是串联后的并联关系，这种系统为混联系统，则整个串并联系统的可靠度R（t） 为：

R（t）=A（t）E（t） （5）

其中：A（t）为航管自动化系统的总体可靠性，E（t）为传输系统和雷达信号的整体可靠性。

（6）

（7）

其中：Blj（t）为某传输通道的干线总体可靠性，C（t）为传输设备的可靠性，D（t）为雷达信号输出的可靠性。且有：

（8）

图2 某扇区的雷达信号摇控台通信简图

依据中南空管局的雷达信号保障实例，按式（5）计算中南某扇区的雷达信号保障的可靠性。假设有两套航管自动化系统，一套航管自动化系统可靠性为99.8%，另一套航管自动化系统可靠性为99.3%；每个雷达站的雷达信号有3个传输途径；其中两个传输途径为使用电信、联通做干线，假设电信干线可靠性为99.0%，联通干线可靠性为98.0%；另一传输途径为使用卫星做干线，假设卫星干线可靠性为95.0%；假设传输设备的可靠性均为99.2%，雷达信号输出的可靠性均为99.3%；将上述数据代入式（5），则可得到年可靠性为：

E（1）=1-[1-B1（1）e-0.008e-0.007][1-B2（1）e-0.008e-0.007]

[1-B3（1）e-0.008e-0.007]=9.9996%

A（1）=1-（1-e-0.002）（1-e-0.007）=9.9986% （9）

R（1）=E1（1）A1（1）=99.98%

由式（4）和式（9）的结果分析，雷达信号通过多传输途径传输后，可靠性由97.37%提高至99.98%，提高了2.65%，保障性有了明显的提高。这种模式有利于提高传输可靠性。

2 提高雷达信号通信可靠性

实际上，建设异地同覆盖范围的雷达站有利于提高同地区雷达信号的保障可靠性。异地同覆盖指的是建立不同地点的雷达站，实现同一扇区的有不同地点雷达信号共同覆盖。依据式（7）的估算，建设雷达站时，做到同一扇区有3台或以上的雷达站的雷达信号覆盖时，雷达信号传输保障有较大提高。

广州区域管制中心对高空区扇区的雷达信号实现了二重覆盖，即每个扇区都有两部雷达站的信号能够实现扇区覆盖，实现雷达信号的异地同覆盖。如果实现每个扇区有3部雷达信号的覆盖，将有利于达到99.99%的设备保障目标。

一般情况下，多个相互独立运营商提供的通信干线可提高雷达信号通信的可靠性。依据平时的故障统计，通信线路运营商提供的干线故障较多，依据式（8），多个相互独立运营商提供通信干线对提高可靠性有直接的贡献。

广州区域管制中心对主用雷达信号FA16传输设备的干线采用“双干线”模式，其中一条地面干线采用中国电信提供的2 MB线作为传输干线，另一条地面干线采用联通提供的2 MB干线作为备用的传输干线。雷达信号采用C波段卫星或KU卫星的广播传输模式，使引接的雷达信号实现天地备份。

雷达信号在业务接入时分散至不同的设备，有利于提高可靠性。依据式（5），并联结构能够有效地提高可靠性，因此在雷达信号引接时，需要注意同扇区、不同地点的FA16传输设备、接入设备的不同模块，以实现模块间的相互备份。另外对于电源、电缆等附属设备都应考虑使用不同的接入，尽量实现并联方式的接入。

因此，应尽可能减少雷达信号传输环节，这样有利于提高可靠性。雷达信号传输增加一个环节即串联多一个环节，依据式（1），可靠性将降低，因此应该尽量减少信号的传输环节，特别是减少信号的多跳传输。

目前，广州区域管制中心的部分地方雷达信号台的传输串接比较多，如果有条件的话，建议各高空区尽量简化传输路由，提高地侧保障性。有些空侧雷达信号传输也比较复杂，全程经过了马拉松、FA16等传输设备的转接，传输路由串接多且复杂，建议简化传输路由，减少信号的多跳传输，有利于提高空侧雷达信号的可靠性。

由此可见，我们十分有必要进一步提高航管自动化系统的可靠性。按照目前广州区域管制中心系统设备的使用模式，根据式（9）的计算结果，总体的可靠性为99.98%，未达到设备保障99.99%的要求，建议按照并联模式增加一套航管自动化系统，进一步提高航管自动化系统的可靠性，达致保障要求。

3 结 语

雷达信号通信可靠性是大区域管制模式下的空中交通管理的核心问题，只有依托可靠的雷达信号通信才能建立可靠的大区域管制方式。本文对雷达信号通信可靠性的评估，只是针对影响系统整体可靠性的主要因素，简化了的模型，但仍然可以依据建立起来的模型从中找出实际保障中存在的问题，并依据模型对问题提出解决的方法。

参 考 文 献

[1]曾瑛. 电力通信网可靠性分析评估方法研究[J]. 电力系统通信，2011（8）：13-16.

[2]熊小萍. 基于动态故障树的变电站通信系统可靠性分析[J]. 中国电机工程学报，2012（34）：135-141.

[3]熊小伏. 满足广域保护通信可靠性和延时要求的路由选择方法[J]. 电力系统自动化，2011（3）：44-48.

[4]赵娟. 子网络的连接模式对关联网络可靠性影响研究[J]. 计算机应用与软件，2012（2）：240-242.

[5]王金萍. 概率论与数理统计[M]. 北京： 清华大学出版社，2010.

Reliability analysis of radar signal communication based on area control mode

SHEN Zhong-zhen

（Communications Network Center， South China Civil Aviation Air Traffic Management Bureau， Guangzhou 510405， China）

Abstract： In order to evaluate the supportability of radar signal transmission system in area control mode， the method of establishing reliability mathematical model of radar signal transmission is used， and the radar signal transmission operation data is adopted to calculate the established model. Thus the method to improve the reliability of radar signal communication is obtained.

Keywords： radar signal； area control； transmission guarantee； reliability

雷达信号在业务接入时分散至不同的设备，有利于提高可靠性。依据式（5），并联结构能够有效地提高可靠性，因此在雷达信号引接时，需要注意同扇区、不同地点的FA16传输设备、接入设备的不同模块，以实现模块间的相互备份。另外对于电源、电缆等附属设备都应考虑使用不同的接入，尽量实现并联方式的接入。

因此，应尽可能减少雷达信号传输环节，这样有利于提高可靠性。雷达信号传输增加一个环节即串联多一个环节，依据式（1），可靠性将降低，因此应该尽量减少信号的传输环节，特别是减少信号的多跳传输。

目前，广州区域管制中心的部分地方雷达信号台的传输串接比较多，如果有条件的话，建议各高空区尽量简化传输路由，提高地侧保障性。有些空侧雷达信号传输也比较复杂，全程经过了马拉松、FA16等传输设备的转接，传输路由串接多且复杂，建议简化传输路由，减少信号的多跳传输，有利于提高空侧雷达信号的可靠性。

由此可见，我们十分有必要进一步提高航管自动化系统的可靠性。按照目前广州区域管制中心系统设备的使用模式，根据式（9）的计算结果，总体的可靠性为99.98%，未达到设备保障99.99%的要求，建议按照并联模式增加一套航管自动化系统，进一步提高航管自动化系统的可靠性，达致保障要求。

3 结 语

雷达信号通信可靠性是大区域管制模式下的空中交通管理的核心问题，只有依托可靠的雷达信号通信才能建立可靠的大区域管制方式。本文对雷达信号通信可靠性的评估，只是针对影响系统整体可靠性的主要因素，简化了的模型，但仍然可以依据建立起来的模型从中找出实际保障中存在的问题，并依据模型对问题提出解决的方法。

参 考 文 献

[1]曾瑛. 电力通信网可靠性分析评估方法研究[J]. 电力系统通信，2011（8）：13-16.

[2]熊小萍. 基于动态故障树的变电站通信系统可靠性分析[J]. 中国电机工程学报，2012（34）：135-141.

[3]熊小伏. 满足广域保护通信可靠性和延时要求的路由选择方法[J]. 电力系统自动化，2011（3）：44-48.

[4]赵娟. 子网络的连接模式对关联网络可靠性影响研究[J]. 计算机应用与软件，2012（2）：240-242.

[5]王金萍. 概率论与数理统计[M]. 北京： 清华大学出版社，2010.

Reliability analysis of radar signal communication based on area control mode

SHEN Zhong-zhen

（Communications Network Center， South China Civil Aviation Air Traffic Management Bureau， Guangzhou 510405， China）

Abstract： In order to evaluate the supportability of radar signal transmission system in area control mode， the method of establishing reliability mathematical model of radar signal transmission is used， and the radar signal transmission operation data is adopted to calculate the established model. Thus the method to improve the reliability of radar signal communication is obtained.

Keywords： radar signal； area control； transmission guarantee； reliability

雷达信号在业务接入时分散至不同的设备，有利于提高可靠性。依据式（5），并联结构能够有效地提高可靠性，因此在雷达信号引接时，需要注意同扇区、不同地点的FA16传输设备、接入设备的不同模块，以实现模块间的相互备份。另外对于电源、电缆等附属设备都应考虑使用不同的接入，尽量实现并联方式的接入。

因此，应尽可能减少雷达信号传输环节，这样有利于提高可靠性。雷达信号传输增加一个环节即串联多一个环节，依据式（1），可靠性将降低，因此应该尽量减少信号的传输环节，特别是减少信号的多跳传输。

目前，广州区域管制中心的部分地方雷达信号台的传输串接比较多，如果有条件的话，建议各高空区尽量简化传输路由，提高地侧保障性。有些空侧雷达信号传输也比较复杂，全程经过了马拉松、FA16等传输设备的转接，传输路由串接多且复杂，建议简化传输路由，减少信号的多跳传输，有利于提高空侧雷达信号的可靠性。

由此可见，我们十分有必要进一步提高航管自动化系统的可靠性。按照目前广州区域管制中心系统设备的使用模式，根据式（9）的计算结果，总体的可靠性为99.98%，未达到设备保障99.99%的要求，建议按照并联模式增加一套航管自动化系统，进一步提高航管自动化系统的可靠性，达致保障要求。

3 结 语

雷达信号通信可靠性是大区域管制模式下的空中交通管理的核心问题，只有依托可靠的雷达信号通信才能建立可靠的大区域管制方式。本文对雷达信号通信可靠性的评估，只是针对影响系统整体可靠性的主要因素，简化了的模型，但仍然可以依据建立起来的模型从中找出实际保障中存在的问题，并依据模型对问题提出解决的方法。

参 考 文 献

[1]曾瑛. 电力通信网可靠性分析评估方法研究[J]. 电力系统通信，2011（8）：13-16.

[2]熊小萍. 基于动态故障树的变电站通信系统可靠性分析[J]. 中国电机工程学报，2012（34）：135-141.

[3]熊小伏. 满足广域保护通信可靠性和延时要求的路由选择方法[J]. 电力系统自动化，2011（3）：44-48.

[4]赵娟. 子网络的连接模式对关联网络可靠性影响研究[J]. 计算机应用与软件，2012（2）：240-242.

[5]王金萍. 概率论与数理统计[M]. 北京： 清华大学出版社，2010.

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SHEN Zhong-zhen

（Communications Network Center， South China Civil Aviation Air Traffic Management Bureau， Guangzhou 510405， China）

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Keywords： radar signal； area control； transmission guarantee； reliability