基於解碼和報文識別的雷達數據自適應無損壓縮方法
2023-06-08 12:26:51 1
專利名稱：基於解碼和報文識別的雷達數據自適應無損壓縮方法
技術領域：
本發明涉及空管雷達的數據管理，特別是解碼和報文雷達數據的無損壓縮，具體是基於解碼和報文識別的雷達數據自適應無損壓縮方法。
背景技術：
現今國外的多信道數字同步記錄儀對雷達信道採用「波形編碼」記錄，這樣接口簡單，可避免複雜的多種不同雷達的解碼和報文識別困難。由於對雷達數據壓縮的要求是無損的，因而編碼壓縮比很小，一般不到2∶1(有的還乾脆不壓縮，直接按通信波特率記錄)。這樣即使在空中沒有目標的情況下，記錄的數據也接近通信波特率，絕大多數是無用信息。隨著多雷達聯網和多雷達空管系統在我國逐漸推廣應用，一個記錄點對記錄雷達信道數量的要求增加很快。例如2001年，民航華北空管中心(首都國際機場)採用的雷達信道數量是48，而建設中的我國北方(北京)、東方(上海)、南方(廣州)三大區域管制中心對記錄雷達信道的數量要求是60信道，且要求雙倍冗餘。進口系統的雷達記錄技術不能適應這種要求。特別是由於歷史原因，我國現役空管雷達體制和接口五花八門，是著名的「七國八制」，即使是同一公司的產品因進口年限關係，其內部報文格式也不同。在這中情況下，無損壓縮的問題顯得十分迫切。現有技術中，存在雷達數據壓縮比小並且不能滿足多雷達記錄的要求，尤其是基於解碼和報文識別的雷達數據自適應的無損壓縮還未見報導。
發明內容
本發明的目的是提供一種雷達數據壓縮比大幅提高，同時滿足多雷達記錄要求的解碼和報文識別的無損壓縮方法。這種方法不僅實現了空管雷達的正確解碼和報文，做到自適應，還能對雷達數據進行實時目標跟蹤和雷達目標的成象。
本發明的目的是這樣達到的無損壓縮採用二次壓縮的方法，首先對各型空管雷達數據的解碼和報文識別，做到自適應，壓縮大部分無用信息，然後採用常規數據壓縮的方法進行二次壓縮。其具體方法是使用多雷達數據處理接收接口接收數據，在微處理器做到各種通信協議的自適應，完成各型雷達數據的接收。然後進入無損壓縮主控模塊，在該模塊中完成數據輸入輸出、參數配置、接收測試、雷達格式轉換、報文識別和坐標變換，經報文識別後對錯誤報文直接丟棄，並進行數據的二次無損壓縮，最後對壓縮後的正確雷達數據按照格式輸出。
在主控模塊中的控制程序是進入主控模塊後，首先對接收模塊測試並反饋到主控模塊中。主控模塊進行參數配置後進入啟動程序，在速率自適應調整模塊中完成速率調整，與現有的通信格式比對進行格式識別、報文識別，判斷出報文是否正確，錯誤報文直接丟棄，對正確報文進行坐標變換，再進行雷達數據的第二次無損壓縮。對壓縮後的正確數據按格式輸出，並進入記錄系統和ATC空管系統，進行雷達數據處理和顯示。
多雷達數據處理接收接口的微處理器是能對現有各型雷達通信格式識別的RISC結構微處理器。
所述數據輸入是模塊從外部埠讀取數據後進入RX初始緩衝區再進入RX隊列，到主處理器，輸出是從主處理器中將數據寫入TX隊列，在從TX隊列中寫入到TX初始緩衝區，再到外部埠。
所述參數配置模塊是指支持HDLC和BSC兩種同步通信協議，支持目前我國現役空管雷達數據格式，自動適應0～64kbps各種傳輸波特率的模塊。
所述雷達格式轉換模塊採用結構化模塊設計，其實現步驟是按照參數配置模塊重配置的參數配置表的配置初始化所有的通道，識別該分組輸入、輸出的通道從該分組中讀取數據和數據幀的長度，根據參數配置表找到對應的輸入、輸出的雷達格式，根據輸入的雷達格式，按照數據格式中對應的欄位進行格式的識別。
所述坐標變換模塊採用經驗修正公式，其實現步驟是進行保角變換將地球變成一個理想球體，雷達站的經度、緯度變換成保角坐標；確定系統中心確定接受異地雷達數據的地點坐標；將理想的球體坐標轉換成以系統中心為原點並與球體相切的平面圓；將本地雷達數據轉換成相對系統中心的雷達數據。
所述對雷達數據的二次壓縮，是無損壓縮模塊對正確的報文進行TXW編碼壓縮處理，處理後送出到TX隊列中。
所述對雷達數據的二次壓縮，是無損壓縮模塊對正確的報文進行代數編碼壓縮處理，處理後送到TX隊列中。
本發明具有以下積極效果1、解決了其它國內外相關產品雷達數據壓縮能力弱的問題。
進口數字記錄儀對雷達數據採用波形編碼記錄，這樣接口和軟體都簡單，但基本上不能進一步壓縮雷達數據。這樣即使在空中沒有目標的情況下，記錄的數據也接近通信波特率，絕大多數是無用信息。隨著多雷達聯網和多雷達空管系統在我國逐漸推廣應用，一個記錄點對記錄雷達信道數量的要求增加很快，多雷達數據壓縮的問題顯得十分突出。本發明克服了雷達數據壓縮能力弱的問題，信道壓縮比比進口同類系統提高1～2個數量級。
2、解決了雷達記錄系統多雷達記錄要求。
我國民航、軍航的空管系統都已採用多雷達聯網和融合技術，單個機場空管中心需記錄的雷達信道數大大增加(最大已達60個)，進口數字記錄儀很難滿足多雷達記錄要求。針對我國現役空管雷達體制和接口五花八門，報文格式各不相同的具體情況，本發明實現了對我國現有各型空管雷達的正確解碼和報文識別，並做到自適應。實現了對多雷達記錄的要求，實現了對多種雷達數據實現了解碼和報文識別的無損壓縮能力。
3、解決了其它國內外數字記錄產品，不能監看雷達圖像的問題。
國內外產品不能監看雷達圖像的原因是沒有雷達解碼和雷達數據處理能力，只能回放到本地雷達監看，在多雷達時代對異型外地雷達觀察十分不便。本發明實現了對國內現有各型空管雷達的解碼和雷達數據處理，實現對各型雷達的監視。這樣空管監察部門可隨時一邊監看本地或外地雷達所反映的空中交通場景，一邊監聽飛行員和地面指揮員之間的通話，發現不安全的因素立即採取措施，並可馬上就反覆回放確認，且回放時不影響繼續記錄，這樣就把從一個單純記錄以備出事後回放分析的工具，擴展到了可以進行空中交通的安全性實時監察的工具。
四
圖1，多雷達數據處理接收接口引接結構圖。
圖2，主控模塊無損壓縮流程圖。
圖3，數據輸入輸出模塊工作流程圖。
五具體實施例方式
附圖給出了本發明的一個具體實施例。
參見附圖。本方法採用了二次壓縮的方法。首先使用多雷達數據處理接收接口對雷達數據進行採集。由於雷達信號均為按幀傳送的同步數位訊號，實現多雷達數據處理接收的前提是可靠的同步通訊信道的保證。本接口使用RISC結構的微處理器，直接與現有各型空管雷達接口並能接收和回放FSK頻移鍵控信號。圖2給出了異地雷達和本地雷達處理單元的引接結構圖，本接口適用於我國現有的所有雷達通信格式。
在無損壓縮主控模塊中，含有數據輸入輸出模塊、參數配置模塊、接收測試模塊、雷達格式轉換模塊、坐標變換模塊、報文識別與二次數據壓縮模塊等幾個主要模塊。其二次壓縮的過程圖1已經示出。
數據輸入輸出模塊的流程如圖3所示。輸入數據流是系統底層程序從外界讀取數據，並把它放到初始接收緩衝區RX中，底層程序不斷的檢查初始RX緩衝區，將數據經過處理，校驗是否正確、去除傳輸協議的頭和尾後，取出純數據放入RX隊列中。輸出數據流正好相反。
參數配置模塊支持HDLC和BSC兩種同步通信協議，能自動適應0～64kbps各種傳輸波特率，雷達數據格式支持ALENIA、TOSHIBA、RAYTHEON等目前我國現役空管雷達。
接收測試模塊主要用於測試輸入通道的數據，並可實時錄取雷達數據用作分析雷達數據格式，該模塊在系統連接調試過程中比較重要。
雷達格式轉換模塊針對目前我國引進的雷達種類繁多的情況，對空管雷達的正確解碼和報文識別，做到不用人工幹預的自適應，完成了幾種主要雷達的不同協議、不同速率的通信要求。本部分軟體由於涉及的內容多，任務複雜，實時性要求高，因此在軟體設計時採用結構化模塊設計。實現步驟是 按照參數配置模塊重配置的參數配置表的配置初始化所有的通道；識別該分組輸入、輸出的通道號；從該分組中讀取數據和數據幀的長度；根據參數配置表找到對應的輸入、輸出的雷達格式；根據輸入的雷達格式，按照數據格式中對應的欄位進行格式的識別。
坐標變換模塊是考慮引接異地雷達必然存在一個坐標平面轉換的問題。經過坐標公式的變換後，結果與實際目標位置總會產生一定的誤差。為了減少誤差，在本模塊中考慮了地北磁北地差異和球面投影為平面時地變形誤差而採用了經驗修正公式。實現步驟進行保角變換將地球變成一個理想球體，雷達站的經度、緯度變換成保角坐標；確定系統中心確定接受異地雷達數據的地點坐標；將理想的球體坐標轉換成以系統中心為原點並與球體相切的平面圓；將本地雷達數據轉換成相對系統中心的雷達數據。
報文識別模塊與無損壓縮模塊主要完成報文的正確性的識別，對於不正確的報文直接丟棄，對於正確的報文將送入下一步進行數據的無損壓縮處理的二次處理。例如LZW編碼、代數編碼等處理。其實現方式按照當前的雷達類型進行雷達數據包的識別。如果是正北報、扇區報則進行後續的處理，如果是錯誤的報文則直接丟棄。正確的報文經過相應的處理後最後需要經過無損壓縮之後送出到TX隊列中以供系統底層程序送出到輸出埠。
連接雷達數據處理和顯示模塊後，通過前面的雷達數據的解碼和報文識別，可以對壓縮後的雷達數據進行目標的實時跟蹤和雷達目標的成象。由於我們在雷達數據引入、雷達數據解碼和報文識別、實現了對不同類型雷達接口以及雷達內部報文的解碼和識別的能力，因此可以利用前面的結果來實現多種不同類型不同接口的雷達的跟蹤處理。
本無損壓縮方法實現了對我國現有各型空管雷達的正確解碼和報文識別並做到自適應。這樣就可只記錄有效報文，通道壓縮比隨目標多少而變化。由於在24小時之內，空中目標絕大多數情況遠遠低於負荷能力，因而雷達通道的平均綜合壓縮比可達數十甚至上百倍。本方法在雷達數據壓縮上的突出優勢，可以廣泛的應用於雷達數據記錄系統和空中交通管制中。
權利要求
1.一種基於解碼和報文識別的雷達數據自適應無損壓縮方法，其特徵在於無損壓縮採用二次壓縮的方法，首先對各型空管雷達數據的解碼和報文識別，做到自適應，壓縮大部分無用信息，然後採用常規數據壓縮的方法進行二次壓縮，其具體方法是使用多雷達數據處理接收接口接收數據，在微處理器做到各種通信協議的自適應，完成各型雷達數據的接收，然後進入無損壓縮主控模塊，在該模塊中完成數據輸入輸出、參數配置、接收測試、雷達格式轉換、報文識別和坐標變換，經報文識別後對錯誤報文直接丟棄，並進行數據的二次無損壓縮，最後對壓縮後的正確雷達數據按照格式輸出；在主控模塊中的控制程序是進入主控模塊後，首先對接收模塊測試並反饋到主控模塊中，主控模塊進行參數配置後進入啟動程序，在速率自適應調整模塊中完成速率調整，與現有的通信格式比對進行格式識別、報文識別，判斷出報文是否正確，錯誤報文直接丟棄，對正確報文進行坐標變換，再進行雷達數據的第二次無損壓縮，對壓縮後的正確數據按格式輸出，並進入記錄系統和ATC空管系統。
2.如權利要求1所述的雷達數據自適應無損壓縮方法，其特徵在於多雷達數據處理接收接口的微處理器是能對現有各型雷達通信格式識別的RISC結構微處理器。
3.如權利要求1或2所述的雷達數據自適應無損壓縮方法，其特徵在於所述數據輸入是模塊從外部埠讀取數據後進入RX初始緩衝區再進入RX隊列，到主處理器，輸出是從主處理器中將數據寫入TX隊列，在從TX隊列中寫入到TX初始緩衝區，再到外部埠。
4.如權利要求1或2所述的雷達數據自適應無損壓縮方法，其特徵在於；所述參數配置模塊是指支持HDLC和BSC兩種同步通信協議，支持目前我國現役空管雷達數據格式，自動適應0～64kbps各種傳輸波特率的模塊。
5.如權利要求1或2所述的雷達數據自適應無損壓縮方法，其特徵在於所述雷達格式轉換模塊採用結構化模塊設計，其實現步驟是按照參數配置模塊重配置的參數配置表的配置初始化所有的通道，識別該分組輸入、輸出的通道從該分組中讀取數據和數據幀的長度，根據參數配置表找到對應的輸入、輸出的雷達格式，根據輸入的雷達格式，按照數據格式中對應的欄位進行格式的識別。
6.如權利要求1或2所述的雷達數據自適應無損壓縮方法，其特徵在於所述坐標變換模塊採用經驗修正公式，其實現步驟是進行保角變換將地球變成一個理想球體，雷達站的經度、緯度變換成保角坐標；確定系統中心確定接受異地雷達數據的地點坐標；將理想的球體坐標轉換成以系統中心為原點並與球體相切的平面圓；將本地雷達數據轉換成相對系統中心的雷達數據。
7.如權利要求1或2所述的雷達數據自適應無損壓縮方法，其特徵在於所述對雷達數據的二次壓縮，是無損壓縮模塊對正確的報文進行TXW編碼壓縮處理，處理後送出到TX隊列中。
8.如權利要求1或2所述的雷達數據自適應無損壓縮方法，其特徵在於所述對雷達數據的二次壓縮，是無損壓縮模塊對正確的報文進行代數編碼壓縮處理，處理後送到TX隊列中。
全文摘要
基於解碼和報文識別的雷達數據自適應無損壓縮方法是採用二次壓縮的方法，首先對各型空管雷達數據的解碼和報文識別，做到自適應，壓縮大部分無用信息，然後採用常規數據壓縮的方法進行二次壓縮。使用多雷達數據處理接收接口完成各型不同類型的雷達數據的接收，由無損壓縮主控模塊完成數據輸入輸出、參數配置、接收測試、雷達格式轉換、報文識別和坐標變換，經報文識別後對錯誤報文直接丟棄，再進行數據的二次無損壓縮。正確的雷達數據按照格式輸出，進行目標的實時跟蹤和雷達目標的成象。解決了其他國內外相關產品雷達數據壓縮能力弱的問題，解決了雷達記錄系統多雷達記錄的要求，解決了跟蹤、監看雷達圖象的問題。
文檔編號G01S13/00GK1982914SQ20051002230
公開日2007年6月20日 申請日期2005年12月15日 優先權日2005年12月15日
發明者周群彪 申請人:四川川大智勝軟體股份有限公司, 四川大學