一種基于SDH技術(shù)的雷達(dá)數(shù)據(jù)寬帶傳輸技術(shù)

　　摘　要：雷達(dá)數(shù)據(jù)包括回波、工作狀態(tài)監(jiān)控、雷達(dá)控制和話音四類，如何對(duì)此進(jìn)行高效傳輸是雷達(dá)組網(wǎng)過程中必須解決的問題。本文提出了基于SDH(同步數(shù)字系列）傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)雷達(dá)數(shù)據(jù)寬帶傳輸?shù)姆桨�，給出了實(shí)現(xiàn)雷達(dá)數(shù)據(jù)傳輸?shù)腟DH網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和虛級(jí)聯(lián)的數(shù)據(jù)通道分配方案。

　　關(guān)鍵詞：雷達(dá)；雷達(dá)網(wǎng)；同步數(shù)字系列；寬帶傳輸

　　一、引言

　　雷達(dá)的預(yù)警探測(cè)信息是戰(zhàn)場(chǎng)綜合信息系統(tǒng)中重要的信息源，如何將此信息進(jìn)行高效而無損傷地傳輸，以減小對(duì)微弱信號(hào)探測(cè)概率的影響，是雷達(dá)組網(wǎng)過程中必須解決的問題。傳統(tǒng)的雷達(dá)信息傳輸方式有綜合情報(bào)傳輸和圖像傳輸兩種。前者傳輸?shù)氖墙?jīng)過處理的綜合情報(bào)，數(shù)據(jù)量較小，傳輸速率要求不高，以有線或短波無線信道進(jìn)行傳輸，通常用于雷達(dá)站向指揮所的雷達(dá)情報(bào)傳輸。后者將一個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)分為目標(biāo)獲取和信息處理兩部分，目標(biāo)獲取部分通常是無人或少人值守的站，利用圖像傳輸設(shè)備將雷達(dá)視頻圖像傳輸至信息處理部分，對(duì)目標(biāo)信息的處理和判讀在信息處理部分完成，這種方式可提高雷達(dá)的戰(zhàn)場(chǎng)生存能力，尤其是可極大地減少人員的傷亡。目標(biāo)獲取部分所獲得的目標(biāo)視頻、雷達(dá)狀態(tài)信息以及對(duì)雷達(dá)的前端的控制信息必須實(shí)時(shí)傳輸，但現(xiàn)階段圖像傳輸設(shè)備采用有損壓縮的方式對(duì)雷達(dá)視頻進(jìn)行壓縮處理，以標(biāo)準(zhǔn)E1格式傳輸，其不可避免的缺點(diǎn)是有損壓縮對(duì)雷達(dá)視頻信號(hào)的損傷較大，有可能由此造成漏點(diǎn)甚至目標(biāo)的誤判，尤其是對(duì)象隱形飛機(jī)和巡航導(dǎo)彈等小信號(hào)目標(biāo)探測(cè)的影響更大，同時(shí)這種傳輸方式只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸。為提高雷達(dá)信號(hào)尤其時(shí)雷達(dá)視頻信號(hào)的傳輸質(zhì)量，同時(shí)在一定區(qū)域內(nèi)使雷達(dá)能組成網(wǎng)絡(luò)，本文探討了一種基于SDH寬帶傳輸技術(shù)的雷達(dá)信號(hào)傳輸方案，可大大減小視頻信號(hào)的傳輸損傷，可在一定區(qū)域內(nèi)組成雷達(dá)探測(cè)網(wǎng)，為信息處理部分對(duì)信息的處理和目標(biāo)的判讀，提高對(duì)小信號(hào)目標(biāo)的探測(cè)概率。��

　　二、SDH技術(shù)概述

　　SDH傳送網(wǎng)是由一整套分等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)傳送結(jié)構(gòu)組成的，適用于各種經(jīng)適配處理的凈負(fù)荷在光纖、微波、衛(wèi)星等物理媒質(zhì)上進(jìn)行傳送。該標(biāo)準(zhǔn)于1986年成為美國數(shù)字體系的新標(biāo)準(zhǔn)SONET，國際電信聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)部(ITU-T) 1988年將SONET修訂后重新命名為同步數(shù)字系列(Synchronous Digital Hierarchy，SDH)，使之成為同時(shí)適用于光纖、微波、衛(wèi)星傳送的通用技術(shù)體制。

　　SDH技術(shù)具有全世界統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口，從而簡(jiǎn)化了信號(hào)的互通以及信號(hào)的傳送、復(fù)用、交叉連接和交換過程，它有一套標(biāo)準(zhǔn)化的信息結(jié)構(gòu)等級(jí)，稱為同步傳送模塊STM (Synchronous Transport Module)。其最基本的模塊為 STM-1、STM-4和STM-16。SDH用來承載信息的是一種塊狀幀結(jié)構(gòu)，塊狀幀由縱向9行和橫向270×N列字節(jié)組成。整個(gè)幀結(jié)構(gòu)由段開銷區(qū)、凈荷區(qū)和管理單元指針區(qū)三部分組成。其中段開銷區(qū)主要用于網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行、管理、維護(hù)及指配，以保證信息能夠正常靈活地傳送，管理單元指針用來指示凈荷區(qū)域內(nèi)的信息首字節(jié)在STM-N幀內(nèi)的準(zhǔn)確位置，以便接收時(shí)能正確分離凈荷。凈荷區(qū)域用來存放用于信息業(yè)務(wù)的比特和少量的用于通道維護(hù)管理的通道開銷字節(jié)。

　　SDH的幀傳輸時(shí)，按由左向右、由小到大的順序排成串型碼流依次進(jìn)行。每幀傳輸時(shí)間為125μs，每秒傳輸1/125×106 =8 000幀。對(duì)STM-1而言，每幀能傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)為8×(270×9×1)=19 940 bit，則STM-1的傳輸速率為19 440×8 000=155.52 Mbit/s，而STM-4為622.080 Mbit/s、STM-16為2 488.320 Mbit/s。STM－1的基本幀結(jié)構(gòu)如圖1所示。��

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　　各種業(yè)務(wù)信號(hào)進(jìn)入SDH的幀結(jié)構(gòu)都要經(jīng)過3個(gè)步驟，即映射、定位和復(fù)用。映射就是將各種進(jìn)來的速率不等的信號(hào)先經(jīng)過碼速調(diào)整，再裝入相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)容器C中，同時(shí)加入通道開銷POH形成虛容器VC。定位就是將幀相位發(fā)生偏差的(稱幀偏移)的信息收進(jìn)支路單元或管理單元，它通過支路單元指針或管理單元指針的功能來實(shí)現(xiàn)。復(fù)用就是將多個(gè)低階通道層信號(hào)通過碼速調(diào)整進(jìn)入高階通道或?qū)⒍鄠�(gè)高階通道層信號(hào)通過碼速調(diào)整進(jìn)入復(fù)用層的過程。我國使用的SDH幀復(fù)用映射結(jié)構(gòu)如圖2所示。��

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　　三、雷達(dá)信號(hào)的分類

　　本文的出發(fā)點(diǎn)是將雷達(dá)分為雷達(dá)前端站和雷達(dá)處理控制站兩大部分，據(jù)此將一定區(qū)域內(nèi)的雷達(dá)進(jìn)行組網(wǎng)。前端站是雷達(dá)的射頻部分，完成對(duì)目標(biāo)信息的獲取，形成目標(biāo)回波，通常是無人或少人站，控制站完成原始回波的分析、處理、上報(bào)。為達(dá)到上述目的，同時(shí)使雷達(dá)安全、穩(wěn)定、可靠工作，前后端之間需要傳遞與交換的信號(hào)包括雷達(dá)獲取的原始回波信號(hào)、雷達(dá)狀態(tài)信號(hào)、對(duì)雷達(dá)狀態(tài)的控制信號(hào)、雷達(dá)控制站與雷達(dá)前端站間的勤務(wù)信號(hào)。

　　1. 原始回波信號(hào)

　　原始回波即雷達(dá)獲取的目標(biāo)的原始視頻回波信號(hào)，該信號(hào)反映了目標(biāo)的全部特征。在對(duì)該信號(hào)進(jìn)行傳輸時(shí)，通常要進(jìn)行數(shù)字化處理，根據(jù)雷達(dá)型號(hào)的不同，其采樣頻率也不同。通過對(duì)常用警戒引導(dǎo)雷達(dá)的原始模擬視頻信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，若進(jìn)行8位數(shù)字采樣，傳輸一路所需速率將達(dá)32 Mbps，若需對(duì)四個(gè)通道的信號(hào)進(jìn)行傳輸，則傳輸速率需求將達(dá)128 Mbps。原始回波信號(hào)的傳輸方向?yàn)橛衫走_(dá)前端站和雷達(dá)處理控制站的上行方向。原始回波信號(hào)傳至處理控制站后要進(jìn)行雜波圖處理，因此對(duì)原始回波信號(hào)的傳輸在傳輸時(shí)延、相位抖動(dòng)等指標(biāo)都有較高要求。

　　2. 雷達(dá)前端工作狀態(tài)信號(hào)

　　本方案的基礎(chǔ)是使雷達(dá)前端在無人或少人環(huán)境下工作，對(duì)前端的工作狀態(tài)和工作參數(shù)以及陣地環(huán)境必須進(jìn)行必要的監(jiān)測(cè)。工作狀態(tài)和參數(shù)信號(hào)包括方位信號(hào)、發(fā)射機(jī)故障、二次雷達(dá)故障、雷達(dá)通回饋、開關(guān)控制有效、雷達(dá)靜默回饋、正常雷達(dá)平均通/斷回饋、頻率選擇回饋、單頻/分集回饋、頻率控制回饋、脈組/脈間回饋、捷變頻通/斷回饋等，這類信號(hào)經(jīng)數(shù)字化和復(fù)用后的速率為64 kbps，對(duì)傳輸?shù)臅r(shí)延和相位抖動(dòng)的要求不高，傳輸方向由前端站至處理控制站的上行方向。

　　對(duì)陣地監(jiān)視的數(shù)字視頻信號(hào)，其分辨率和視頻信號(hào)的連續(xù)性要求不高，4 Mbps傳輸帶寬即可滿足要求。

　　3. 對(duì)雷達(dá)的控制信號(hào)

　　雷達(dá)控制站對(duì)前端站的控制由控制信號(hào)實(shí)施，包括工作狀態(tài)控制與工作參數(shù)控制兩類，總體上包括雷達(dá)通/斷發(fā)射機(jī)射頻通/斷、發(fā)射機(jī)通/斷、系統(tǒng)復(fù)位、天線通/斷、正常雷達(dá)背景平均通/斷、頻率的選擇信號(hào)、單頻/分集、頻率控制、脈組/脈間選擇、捷變頻通/斷、最小受干擾頻率選擇通/斷、干擾選通錄取通/斷、距離方位波門圖選擇、系統(tǒng)復(fù)位、極化選擇、氣象通道允許/禁止、正常雷達(dá)通道允許/禁止、地雜波濾波器通道允許/禁止、動(dòng)雜波濾波器通道允許/禁止、二次雷達(dá)高壓通/斷、二次雷達(dá)電源通/斷、攝像頭選擇、油機(jī)通/斷、遙控系統(tǒng)復(fù)位等。通常這類信號(hào)為電平信號(hào)，復(fù)用后的傳輸速率64 kbps可滿足要求，但對(duì)傳輸?shù)臅r(shí)效性要求較高，傳輸方向?yàn)榭刂普局燎岸苏镜南滦蟹较颉?/p>

　　4. 勤務(wù)信號(hào)

　　勤務(wù)信號(hào)是前端站與處理控制站之間的話音聯(lián)絡(luò)信號(hào)。當(dāng)采用PCM數(shù)字語音時(shí)，一路數(shù)字話的傳輸速率為64 kbps，若采用CVSD對(duì)語音進(jìn)行數(shù)字化，一路數(shù)字話的傳輸速率為16 kbps。該信號(hào)是雙向傳輸信號(hào)，除衛(wèi)星傳輸?shù)臅r(shí)延稍大以外，其他物理介質(zhì)的傳輸都能滿足要求。 ��

　　四、雷達(dá)信號(hào)的SDH傳輸

　　從上述分析可知，雷達(dá)前端站與后端處理站之間的數(shù)據(jù)傳輸需求接近150 Mbps，若加上信號(hào)復(fù)用時(shí)的系統(tǒng)開銷，與STM-1的速率相當(dāng)。這樣可利用SDH傳輸原理對(duì)雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行傳輸，也可方便地組成區(qū)域雷達(dá)網(wǎng)。

　　1. 雷達(dá)信號(hào)傳輸網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洫お?/p>

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　　下面以4個(gè)雷達(dá)站進(jìn)行區(qū)域組網(wǎng)為例說明應(yīng)用SDH技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),如圖3所示。在應(yīng)用SDH技術(shù)進(jìn)行區(qū)域雷達(dá)組網(wǎng)時(shí)，雷達(dá)數(shù)據(jù)處理終端完成3個(gè)工作，一是對(duì)雷達(dá)原始目標(biāo)信號(hào)回波視頻、勤務(wù)話、雷達(dá)工作狀態(tài)監(jiān)控、監(jiān)控圖象、雷達(dá)前端控制信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理；二是完成對(duì)上述經(jīng)數(shù)字化處理后的信號(hào)按屬性和速率進(jìn)行復(fù)用。這里的復(fù)用是將低速信號(hào)，主要是勤務(wù)話、工作狀態(tài)監(jiān)控信號(hào)復(fù)用到E1速率；三是實(shí)現(xiàn)雷達(dá)原始目標(biāo)信號(hào)回波視頻和監(jiān)控圖象進(jìn)行無損壓縮，以利于網(wǎng)絡(luò)傳輸。復(fù)用為每個(gè)雷達(dá)站的SDH分插復(fù)用設(shè)備將圖象、數(shù)據(jù)和話音進(jìn)行復(fù)用后，送入SDH環(huán)網(wǎng)進(jìn)行傳輸和交換，網(wǎng)絡(luò)中實(shí)際的物理鏈路既可以是光纖，也可以是SDH微波信道。由于采用了SDH環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，理論上實(shí)際組網(wǎng)時(shí)網(wǎng)絡(luò)中的雷達(dá)站數(shù)量是不受限制的。

　　2. 雷達(dá)信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ婪峙?/p>

　　結(jié)合系統(tǒng)的整體思路和待傳輸雷達(dá)信號(hào)的特性， SDH技術(shù)可以滿足前后端信號(hào)的傳輸要求。但由于SDH技術(shù)是面向電信業(yè)務(wù)的傳輸而開發(fā)的，待傳雷達(dá)數(shù)據(jù)速率與SDH的標(biāo)稱接口速率不匹配，并不能簡(jiǎn)單用SDH技術(shù)來進(jìn)行雷達(dá)信號(hào)的傳輸，必須將上述待傳輸?shù)睦走_(dá)信號(hào)按特性進(jìn)行分類復(fù)用，然后應(yīng)用SDH的級(jí)聯(lián)技術(shù)，以STM－1進(jìn)行傳輸。

　　SDH級(jí)聯(lián)技術(shù)包括相鄰級(jí)聯(lián)和虛級(jí)聯(lián)。相鄰級(jí)聯(lián)是將同一STM-N數(shù)據(jù)幀中相鄰的虛容器級(jí)聯(lián)成C-4/3/12-Xc格式，作為一個(gè)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳輸；虛級(jí)聯(lián)則是將分布于不同STM-N數(shù)據(jù)幀中的虛容器（可以同一路由或不同路由），按照級(jí)聯(lián)的方法，形成一個(gè)虛擬的大結(jié)構(gòu)VC-4/3/12-Xv格式進(jìn)行傳輸。對(duì)SDH的STM－1可將63個(gè)2M數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)用后傳輸。針對(duì)雷達(dá)信息的傳輸要求，將雷達(dá)的狀態(tài)信號(hào)、控制信號(hào)和兩路勤務(wù)話音信號(hào)數(shù)字化后將其復(fù)用為一個(gè)2M速率數(shù)據(jù)，以一個(gè)2M端口進(jìn)行傳輸，多余的帶寬可留作系統(tǒng)功能擴(kuò)展。陣地監(jiān)視數(shù)字視頻以兩個(gè)2M端口進(jìn)行級(jí)聯(lián)傳輸，其余60個(gè)2M端口進(jìn)行級(jí)聯(lián)后作為雷達(dá)原始回波信號(hào)的傳輸。��

　　五、結(jié)論

　　由于SDH采用了同步復(fù)用方式和靈活的映射結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)高階信號(hào)與低階支路信號(hào)之間的復(fù)用。SDH幀結(jié)構(gòu)豐富的開銷比特、具有容器虛級(jí)聯(lián)和鏈路容量調(diào)整機(jī)制這些優(yōu)越的特性，使其非常容易應(yīng)用于對(duì)雷達(dá)視頻信號(hào)和控制進(jìn)行寬帶傳輸，從而既可提高雷達(dá)系統(tǒng)在電子戰(zhàn)條件下的戰(zhàn)場(chǎng)生存能力，又可避免因?qū)⒗走_(dá)視頻進(jìn)行壓縮傳輸而產(chǎn)生的信號(hào)損傷，同時(shí)，SDH傳輸技術(shù)是電信網(wǎng)中廣泛運(yùn)用的一種傳輸體制，具有標(biāo)準(zhǔn)的接口，有眾多廠商生產(chǎn)相應(yīng)的設(shè)備。因此，將SDH傳輸技術(shù)引入雷達(dá)信號(hào)的傳輸，是一種可行的提高雷達(dá)系統(tǒng)性能的方案。��

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周　俊,王正生

（空軍雷達(dá)學(xué)院 信息工程系，湖北 武漢430019）

作者：周俊　王正生 來源：電訊技術(shù)