CN117373294A - 一种二次雷达s模式msp地-空通信方法 - Google Patents

一种二次雷达s模式msp地-空通信方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种二次雷达S模式MSP地‑空通信方法,包括如下步骤:步骤1,建立空中目标数据包动态数据库;步骤2,根据空中目标数据包动态数据库中的数据,选出告警目标,并建立告警目标MSP交通信息块数据库;步骤3,构建MSP地‑空通信策略,根据MSP地‑空通信策略以及告警目标MSP交通信息块数据库,建立与告警目标的MSP地‑空通信。本发明提供的二次雷达S模式MSP地‑空通信方法,能够实现S模式地面询问机威力覆盖范围内二级或二级以上S模式飞机对周围告警目标的分布和态势感知,实现飞机间的协调避让,进一步提高了航空飞行环境的安全性。

Description

一种二次雷达S模式MSP地-空通信方法
技术领域
本发明涉及通信技术领域,具体而言,涉及一种二次雷达S模式MSP地-空通信方法。
背景技术
S模式用于空中交通管制(ATC)的协同式监视和通信系统中,采用地面询问机和机载应答机,通过监视询问和应答,实现地面-空中-地面的数据链路通信。S模式使用选择询问和数据链通信技术,解决了空中交通管制雷达信标系统(ATCRBS)存在的一系列问题,能够增强雷达系统的监视和通信能力,可广泛用于ATC和飞机间距保障功能。
S模式数据链功能支持地面和空中双向数据链路通信,包含上行链路和下行链路,所有数据链通信的数据交换由询问机控制。目前飞机装备的应答机主要为二级基本型S模式,包含通信-A和通信-B功能,其上行通信-A/下行通信-B格式包含112位,其中56位用于监视和通信控制,另外56位用于数据链通信。通信-A/通信-B数据链通信时支持4个询问连接扩展成为224位,224位询问可以看作由4段询问/应答构成,SD字段的TMS子段用于指定每段的位置,每个通信-A询问都必须从飞机获得相应的应答,否则重新询问。
针对安装了S模式应答机(二级或二级以上)的飞机,二次雷达S模式基于MSP(ModeS specific protocol,S模式特定规程)地-空通信,可以由地面设备(S模式询问机)向飞机传送其周边的交通报文,使飞机在飞行过程中能够对周边其他目标进行实时监视,实现更准确、更丰富的航空运行态势感知,为飞机提供安全保证,保障空中交通的安全、可靠和有序飞行。
MSP处理根据传送数据信息的大小,采用SLM(standard length message,通信-A/通信-B)方式进行数据信息交互。MSP服务使用63个上行或下行信道中的一个或多个,将短或长形式的MSP数据包从地面询问机的数据链处理器传输到空中应答机。
目前空域中部分应答机仅安装A/C的应答机无S模式应答功能,部分S模式应答机无ADS-B IN功能时,不能实现飞机飞行过程中对周围目标的态势感知,此时安装了二级或二级以上S模式应答机的飞机可通过S模式MSP地-空通信的方式获取周围目标的态势信息。
发明内容
本发明旨在提供一种二次雷达S模式MSP地-空通信方法,以实现S模式地面询问机威力覆盖范围内二级或二级以上S模式飞机对周围告警目标的分布和态势感知,实现飞机间的协调避让,进一步提高航空飞行环境的安全性。
本发明提供的一种二次雷达S模式MSP地-空通信方法,包括如下步骤:
步骤1,建立空中目标数据包动态数据库;
步骤2,根据空中目标数据包动态数据库中的数据,选出告警目标,并建立告警目标MSP交通信息块数据库;
步骤3,构建MSP地-空通信策略,根据MSP地-空通信策略以及告警目标MSP交通信息块数据库,建立与告警目标的MSP地-空通信。
进一步的,步骤1中,建立空中目标数据包动态数据库包括:
询问机通过对空中飞机的监视,获取二次雷达询问天线覆盖区域内所有A/C模式应答机和S模式应答机的身份代码、S模式地址、高度、距离和方位,完成点航迹数据处理,形成空中目标数据包动态数据库。
进一步的,步骤2中,根据空中目标数据包动态数据库中的数据,选出告警目标,并建立告警目标的MSP交通信息块数据库,包括:
针对空中可接收TIS交通数据报文的S模式应答机,询问机根据空中目标数据包动态数据库中的数据,计算目标应答机自身到周围告警目标的交通告警距离,按照告警距离由近及远的顺序选出X个告警目标,X≤8;
计算X个告警目标和目标应答机之间的交通告警方位、相对高度、高度变化率和交通告警航向,建立告警目标MSP交通信息块数据库。
进一步的,步骤3中,构建的MSP地-空通信策略包括:
航管天线波束宽度的覆盖范围内,每个扇区内有10个询问周期:
第1周期至第4周期为仅S模式全呼和仅A/C模式全呼组合的超级询问;
第5周期为地面询问机请求空中S模式应答机提供数据链能力报告;
第6周期为地面询问机请求空中S模式应答机提供MSP能力报告;
第7周期至第10周期为地面询问机向空中具有TIS交通信息服务能力的S模式应答机上报TIS交通数据报文,所述TIS交通数据报文中包含告警目标MSP交通信息块。
进一步的,第7周期至第10周期中,每个周期内上报一帧TIS交通数据报文。
进一步的,每帧TIS交通数据报文包含两个告警目标MSP交通信息块。
综上所述,由于采用了上述技术方案,本发明的有益效果是:
本发明提供的二次雷达S模式MSP地-空通信方法,能够实现S模式地面询问机威力覆盖范围内二级或二级以上S模式飞机对周围告警目标的分布和态势感知,实现飞机间的协调避让,进一步提高了航空飞行环境的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例中MSP地-空通信策略的示意图。
图2为本发明实施例中二次雷达S模式MSP地-空通信方法的实施流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此,以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例
本实施例提出一种二次雷达S模式MSP地-空通信方法,包括如下步骤:
步骤1,建立空中目标数据包动态数据库:
询问机通过对空中飞机的监视,获取二次雷达询问天线覆盖区域内所有A/C模式应答机和S模式应答机的身份代码、S模式地址、高度、距离和方位,完成点航迹数据处理,形成空中目标数据包动态数据库。
步骤2,根据空中目标数据包动态数据库中的数据,选出告警目标,并建立告警目标MSP交通信息块数据库:
针对空中可接收TIS(Traffic Information Service)交通数据报文的S模式应答机,询问机根据空中目标数据包动态数据库中的数据,计算目标应答机自身到周围告警目标的交通告警距离,按照告警距离由近及远的顺序选出X个告警目标,X≤8;本实施例中,取X=8,8个告警目标依次为告警目标1、告警目标2、告警目标3、告警目标4、告警目标5、告警目标6、告警目标7、告警目标8;
计算X个告警目标和目标应答机之间的交通告警方位、相对高度、高度变化率和交通告警航向,建立告警目标MSP交通信息块数据库。
步骤3,构建MSP地-空通信策略,根据MSP地-空通信策略以及告警目标MSP交通信息块数据库,建立与告警目标的MSP地-空通信:
ICAO附件10规定,S模式的全呼询问包括仅S模式全呼和仅模式A/C全呼询问,平均1秒的询问重复率应为每秒不超过250次。欧控S模式地面站规范规定,S模式点名询问平均1秒的询问重复频率不超过2400次;考虑到航管天线波束宽度的覆盖范围,规定扇区不能小于3.5°。
通常航管天线旋转一圈最快为4s,询问天线3.5°扇区内询问机对目标的有效询问时间大约为40ms。本实施例中全呼周期设计为3.5ms,适应雷达的作用距离,可覆盖约450km;点名周期根据空中接收S模式数据链的应答机目标数和距离自动适应;扇区内询问周期的次数约为10次。
具体MSP地-空通信策略如图1所示,整个设计满足ICAO附件10和欧控S模式地面站规范的规定。根据图1,航管天线波束宽度的覆盖范围中,每个扇区内有10个询问周期:
第1周期至第4周期为仅S模式全呼(UF11)和仅A/C模式全呼组合的超级询问;
第5周期为地面询问机请求空中S模式应答机(二级或二级以上)提供数据链能力报告;
第6周期为地面询问机请求空中S模式应答机(二级或二级以上)提供MSP能力报告;
第7周期至第10周期为地面询问机向空中具有TIS交通信息服务能力的S模式应答机上报TIS交通数据报文,所述TIS交通数据报文中包含告警目标MSP交通信息块(来自步骤2建立的告警目标MSP交通信息块数据库)。本实施例中,第7周期至第10周期中,每个周期内上报一帧TIS交通数据报文;每帧TIS交通数据报文包含两个告警目标MSP交通信息块,由此第7周期至第10周期上报4帧TIS交通数据报文,共8个告警目标MSP交通信息块。
MSP地-空通信策略的具体处理流程如下:
(1)第1个询问周期3.5ms,询问机通过仅S模式全呼(UF11)和仅MA全呼(P4短)组合询问扇区内所有的应答机,获取空中常规模式应答机的MA身份识别码和S模式应答机的DF11应答信号,通过解析S模式应答机的DF11应答信号,获取S模式应答机的地址码和基本能力(一级、二级或二级以上);
(2)第2个询问周期3.5ms,询问机通过仅S模式全呼(UF11)和仅MC全呼(P4短)组合询问扇区内所有的应答机,获取空中常规模式应答机的MC飞机高度码和S模式应答机的DF11应答信号,通过解析S模式应答机的DF11应答信号,获取S模式应答机的地址码和基本能力(一级、二级或二级以上);
(3)对于单脉冲处理方式,常规模式询问通常只需要2个应答信号就可以探测目标,所以第3个询问周期重复步骤(1)获取扇区内常规模式应答机的第2次MA身份识别码,第4个询问周期重复步骤(2)获取扇区内常规模式应答机的第2次MC飞机高度码,同时获取S模式应答机的地址码和基本能力(一级、二级或二级以上);
(4)第5个询问周期根据被点名的应答机目标数和距离自动适应,询问周期内最多可点名8个不同目标。询问机通过UF4点名设置通信-A字段RR=17、RRS=0,请求扇区内二级或二级以上S模式应答机(CA=5)进行数据链能力(BDS10)和飞行高度报告,应答机收到这一许可代码的询问后,开始发送通信-B数据,询问机获取到应答机的DF20应答信号,通过解析DF20应答信号获取飞行高度和通信-B(BDS10)信息,BDS10的第25位为1时,表示应答机具有S模式特殊服务能力(MSP);
(5)第6个询问周期根据被点名的应答机目标数和距离自动适应,询问周期内最多可点名8个不同目标。询问机通过UF5点名设置通信-A字段RR=17、RRS=D,请求扇区内二级或二级以上S模式应答机(CA=5)进行MSP能力报告(BDS1D)和飞机识别码报告,应答机收到这一许可代码的询问后,开始发送通信-B数据,询问机获取到应答机的DF21应答信号,通过解析DF21应答信号获取飞机识别码和通信-B(BDS1D)信息,BDS1D的第2位为1时,表示应答机上行通道2可用,具有TIS交通信息服务能力并且应答机在使用其中的服务;
(6)第7个询问周期根据被点名的应答机目标数和距离自动适应,询问周期内最多可点名8个不同目标。通过UF20点名设置通信-A字段SD=0001H(H表示16进制,首段),对具有TIS交通信息服务能力的S模式应答机(目标应答机)上报目标应答机周围第1个告警目标和第2个告警目标的TIS交通数据报文,并进行飞行高度监视,当询问机获取到应答机的飞行高度应答信息后表示TIS交通数据链报文已被目标应答机获取;
(7)第8个询问周期根据被点名的应答机目标数和距离自动适应,询问周期内最多可点名8个不同目标。通过UF21点名设置通信-A字段SD=0002H(第二段),对具有TIS交通信息服务能力的S模式应答机(目标应答机)上报目标应答机周围第3个告警目标和第4个告警目标的TIS交通数据报文,并进行飞机识别监视,当询问机获取到应答机的飞机识别码应答信息后表示TIS交通数据链报文已被目标应答机获取;
(8)第9个询问周期根据被点名的应答机目标数和距离自动适应,询问周期内最多可点名8个不同目标。通过UF20点名设置通信-A字段SD=0003H(第三段),对具有TIS交通信息服务能力的S模式应答机(目标应答机)上报目标应答机周围第5个告警目标和第6个告警目标的TIS交通数据报文,并进行飞行高度监视,当询问机获取到应答机的飞行高度应答信息后表示TIS交通数据链报文已被目标应答机获取;
(9)第10个询问周期根据被点名的应答机目标数和距离自动适应,询问周期内最多可点名8个不同目标。通过UF21点名设置通信-A字段SD=0004H(末段),对具有TIS交通信息服务能力的S模式应答机(目标应答机)上报目标应答机周围第7个告警目标和第8个告警目标的TIS交通数据报文,并进行飞机识别监视,当询问机获取到应答机的飞机识别码应答信息后表示TIS交通数据链报文已被目标应答机获取。
在实际应用中,可按照图2的实施流程实现二次雷达S模式MSP地-空通信:
S1:询问机完成点航迹数据处理形成空中目标数据包动态数据库;
S2:询问机通过仅S模式全呼(UF11)和仅MA/MC全呼(P4短)组合询问扇区内的应答机,获取S模式应答机的基本能力(一级、二级或二级以上),同时监视空中目标;
S3:询问机通过UF4点名请求扇区内二级或二级以上S模式应答机进行数据链能力(BDS10)和飞行高度报告,确认应答机是否具有S模式特殊服务能力(MSP),同时监视空中目标;
S4:询问机通过UF5点名请求扇区内二级或二级以上S模式应答机(CA=5)进行MSP能力报告(BDS1D)和飞机识别码报告,确认应答机上行通道2是否可用,同时监视空中目标;
S5:询问机建立可接收TIS交通数据报文的S模式应答机数据库(每个扇区最多8个目标应答机);
S6:询问机根据空中目标数据包动态数据库中的数据,计算目标应答机自身到周围告警目标的交通告警距离,按照告警距离由近及远的顺序选出最多8个告警目标;
S7:计算各告警目标和目标应答机之间的交通告警方位、相对高度、高度变化率和交通告警航向,建立各目标应答机的告警目标MSP交通信息块数据库;
S8:询问机通过UF20/UF21点名询问,连续点4次,对扇区内可接收TIS交通数据报文的S模式应答机上报其周围最多8个告警目标的TIS交通数据报文,同时监视空中目标;
S9:询问机获取到应答机的飞行高度/飞机识别应答信息后表示TIS交通数据链报文已被目标应答机获取。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种二次雷达S模式MSP地-空通信方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1,建立空中目标数据包动态数据库;
步骤2,根据空中目标数据包动态数据库中的数据,选出告警目标,并建立告警目标MSP交通信息块数据库;
步骤3,构建MSP地-空通信策略,根据MSP地-空通信策略以及告警目标MSP交通信息块数据库,建立与告警目标的MSP地-空通信。
2.根据权利要求1所述的二次雷达S模式MSP地-空通信方法,其特征在于,步骤1中,建立空中目标数据包动态数据库包括:
询问机通过对空中飞机的监视,获取二次雷达询问天线覆盖区域内所有A/C模式应答机和S模式应答机的身份代码、S模式地址、高度、距离和方位等,完成点航迹数据处理,形成空中目标数据包动态数据库。
3.根据权利要求1所述的二次雷达S模式MSP地-空通信方法,其特征在于,步骤2中,根据空中目标数据包动态数据库中的数据,选出告警目标,并建立告警目标的MSP交通信息块数据库,包括:
针对空中可接收TIS交通数据报文的S模式应答机,询问机根据空中目标数据包动态数据库中的数据,计算目标应答机自身到周围告警目标的交通告警距离,按照告警距离由近及远的顺序选出X个告警目标,X≤8;
计算X个告警目标和目标应答机之间的交通告警方位、相对高度、高度变化率和交通告警航向,建立告警目标MSP交通信息块数据库。
4.根据权利要求3所述的二次雷达S模式MSP地-空通信方法,其特征在于,步骤3中,构建的MSP地-空通信策略包括:
航管天线波束宽度的覆盖范围内,每个扇区内有10个询问周期:
第1周期至第4周期为仅S模式全呼和仅A/C模式全呼组合的超级询问;
第5周期为地面询问机请求空中S模式应答机提供数据链能力报告;
第6周期为地面询问机请求空中S模式应答机提供MSP能力报告;
第7周期至第10周期为地面询问机向空中具有TIS交通信息服务能力的S模式应答机上报TIS交通数据报文,所述TIS交通数据报文中包含告警目标MSP交通信息块。
5.根据权利要求4所述的二次雷达S模式MSP地-空通信方法,其特征在于,第7周期至第10周期中,每个周期内上报一帧TIS交通数据报文。
6.根据权利要求5所述的二次雷达S模式MSP地-空通信方法,其特征在于,每帧TIS交通数据报文包含两个告警目标MSP交通信息块。
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