一种基于SDH技术的雷达数据宽带传输技术

作者：空军雷达学院 周俊 王正生

欢迎访问e展厅 展厅 6 警用/国防装备展厅 警用/国防装备... 摘要：雷达数据包括回波、工作状态监控、雷达控制和话音四类，如何对此进行高效传输是雷达组网过程中必须解决的问题。本文提出了基于SDH(同步数字系列）传输技术实现雷达数据宽带传输的方案，给出了实现雷达数据传输的SDH网络拓扑结构和虚级联的数据通道分配方案。 关键词：雷达；雷达网；同步数字系列；宽带传输 一、引言 雷达的预警探测信息是战场综合信息系统中重要的信息源，如何将此信息进行高效而无损伤地传输，以减小对微弱信号探测概率的影响，是雷达组网过程中必须解决的问题。传统的雷达信息传输方式有综合情报传输和图像传输两种。前者传输的是经过处理的综合情报，数据量较小，传输速率要求不高，以有线或短波无线信道进行传输，通常用于雷达站向指挥所的雷达情报传输。后者将一个雷达系统分为目标获取和信息处理两部分，目标获取部分通常是无人或少人值守的站，利用图像传输设备将雷达视频图像传输至信息处理部分，对目标信息的处理和判读在信息处理部分完成，这种方式可提高雷达的战场生存能力，尤其是可极大地减少人员的伤亡。目标获取部分所获得的目标视频、雷达状态信息以及对雷达的前端的控制信息必须实时传输，但现阶段图像传输设备采用有损压缩的方式对雷达视频进行压缩处理，以标准E1格式传输，其不可避免的缺点是有损压缩对雷达视频信号的损伤较大，有可能由此造成漏点甚至目标的误判，尤其是对象隐形飞机和巡航导弹等小信号目标探测的影响更大，同时这种传输方式只能实现点对点的传输。为提高雷达信号尤其时雷达视频信号的传输质量，同时在一定区域内使雷达能组成网络，本文探讨了一种基于SDH宽带传输技术的雷达信号传输方案，可大大减小视频信号的传输损伤，可在一定区域内组成雷达探测网，为信息处理部分对信息的处理和目标的判读，提高对小信号目标的探测概率。 二、SDH技术概述 SDH传送网是由一整套分等级的标准传送结构组成的，适用于各种经适配处理的净负荷在光纤、微波、卫星等物理媒质上进行传送。该标准于1986年成为美国数字体系的新标准SONET，国际电信联盟标准部(ITU-T) 1988年将SONET修订后重新命名为同步数字系列(Synchronous Digital Hierarchy，SDH)，使之成为同时适用于光纤、微波、卫星传送的通用技术体制。 SDH技术具有全世界统一的网络节点接口，从而简化了信号的互通以及信号的传送、复用、交叉连接和交换过程，它有一套标准化的信息结构等级，称为同步传送模块STM (Synchronous Transport Module)。其最基本的模块为 STM-1、STM-4和STM-16。SDH用来承载信息的是一种块状帧结构，块状帧由纵向9行和横向270×N列字节组成。整个帧结构由段开销区、净荷区和管理单元指针区三部分组成。其中段开销区主要用于网络的运行、管理、维护及指配，以保证信息能够正常灵活地传送，管理单元指针用来指示净荷区域内的信息首字节在STM-N帧内的准确位置，以便接收时能正确分离净荷。净荷区域用来存放用于信息业务的比特和少量的用于通道维护管理的通道开销字节。 SDH的帧传输时，按由左向右、由小到大的顺序排成串型码流依次进行。每帧传输时间为125μs，每秒传输1/125×106 =8 000帧。对STM-1而言，每帧能传输的比特数为8×(270×9×1)=19 940 bit，则STM-1的传输速率为19 440×8 000=155.52 Mbit/s，而STM-4为622.080 Mbit/s、STM-16为2 488.320 Mbit/s。STM－1的基本帧结构如图1所示。 各种业务信号进入SDH的帧结构都要经过3个步骤，即映射、定位和复用。映射就是将各种进来的速率不等的信号先经过码速调整，再装入相应的标准容器C中，同时加入通道开销POH形成虚容器VC。定位就是将帧相位发生偏差的(称帧偏移)的信息收进支路单元或管理单元，它通过支路单元指针或管理单元指针的功能来实现。复用就是将多个低阶通道层信号通过码速调整进入高阶通道或将多个高阶通道层信号通过码速调整进入复用层的过程。我国使用的SDH帧复用映射结构如图2所示。 三、雷达信号的分类 本文的出发点是将雷达分为雷达前端站和雷达处理控制站两大部分，据此将一定区域内的雷达进行组网。前端站是雷达的射频部分，完成对目标信息的获取，形成目标回波，通常是无人或少人站，控制站完成原始回波的分析、处理、上报。为达到上述目的，同时使雷达安全、稳定、可靠工作，前后端之间需要传递与交换的信号包括雷达获取的原始回波信号、雷达状态信号、对雷达状态的控制信号、雷达控制站与雷达前端站间的勤务信号。 1. 原始回波信号 原始回波即雷达获取的目标的原始视频回波信号，该信号反映了目标的全部特征。在对该信号进行传输时，通常要进行数字化处理，根据雷达型号的不同，其采样频率也不同。通过对常用警戒引导雷达的原始模拟视频信号进行统计分析，若进行8位数字采样，传输一路所需速率将达32 Mbps，若需对四个通道的信号进行传输，则传输速率需求将达128 Mbps。原始回波信号的传输方向为由雷达前端站和雷达处理控制站的上行方向。原始回波信号传至处理控制站后要进行杂波图处理，因此对原始回波信号的传输在传输时延、相位抖动等指标都有较高要求。 2. 雷达前端工作状态信号 本方案的基础是使雷达前端在无人或少人环境下工作，对前端的工作状态和工作参数以及阵地环境必须进行必要的监测。工作状态和参数信号包括方位信号、发射机故障、二次雷达故障、雷达通回馈、开关控制有效、雷达静默回馈、正常雷达平均通/断回馈、频率选择回馈、单频/分集回馈、频率控制回馈、脉组/脉间回馈、捷变频通/断回馈等，这类信号经数字化和复用后的速率为64 kbps，对传输的时延和相位抖动的要求不高，传输方向由前端站至处理控制站的上行方向。 对阵地监视的数字视频信号，其分辨率和视频信号的连续性要求不高，4 Mbps传输带宽即可满足要求。 3. 对雷达的控制信号 雷达控制站对前端站的控制由控制信号实施，包括工作状态控制与工作参数控制两类，总体上包括雷达通/断发射机射频通/断、发射机通/断、系统复位、天线通/断、正常雷达背景平均通/断、频率的选择信号、单频/分集、频率控制、脉组/脉间选择、捷变频通/断、最小受干扰频率选择通/断、干扰选通录取通/断、距离方位波门图选择、系统复位、极化选择、气象通道允许/禁止、正常雷达通道允许/禁止、地杂波滤波器通道允许/禁止、动杂波滤波器通道允许/禁止、二次雷达高压通/断、二次雷达电源通/断、摄像头选择、油机通/断、遥控系统复位等。通常这类信号为电平信号，复用后的传输速率64 kbps可满足要求，但对传输的时效性要求较高，传输方向为控制站至前端站的下行方向。 4. 勤务信号 勤务信号是前端站与处理控制站之间的话音联络信号。当采用PCM数字语音时，一路数字话的传输速率为64 kbps，若采用CVSD对语音进行数字化，一路数字话的传输速率为16 kbps。该信号是双向传输信号，除卫星传输的时延稍大以外，其他物理介质的传输都能满足要求。 四、雷达信号的SDH传输 从上述分析可知，雷达前端站与后端处理站之间的数据传输需求接近150 Mbps，若加上信号复用时的系统开销，与STM-1的速率相当。这样可利用SDH传输原理对雷达信号进行传输，也可方便地组成区域雷达网。 1. 雷达信号传输网络拓扑 下面以4个雷达站进行区域组网为例说明应用SDH技术进行数据传输的网络拓扑结构,如图3所示。在应用SDH技术进行区域雷达组网时，雷达数据处理终端完成3个工作，一是对雷达原始目标信号回波视频、勤务话、雷达工作状态监控、监控图象、雷达前端控制信号进行数字化处理；二是完成对上述经数字化处理后的信号按属性和速率进行复用。这里的复用是将低速信号，主要是勤务话、工作状态监控信号复用到E1速率；三是实现雷达原始目标信号回波视频和监控图象进行无损压缩，以利于网络传输。复用为每个雷达站的SDH分插复用设备将图象、数据和话音进行复用后，送入SDH环网进行传输和交换，网络中实际的物理链路既可以是光纤，也可以是SDH微波信道。由于采用了SDH环网结构，理论上实际组网时网络中的雷达站数量是不受限制的。 2. 雷达信号传输的通道分配 结合系统的整体思路和待传输雷达信号的特性， SDH技术可以满足前后端信号的传输要求。但由于SDH技术是面向电信业务的传输而开发的，待传雷达数据速率与SDH的标称接口速率不匹配，并不能简单用SDH技术来进行雷达信号的传输，必须将上述待传输的雷达信号按特性进行分类复用，然后应用SDH的级联技术，以STM－1进行传输。 SDH级联技术包括相邻级联和虚级联。相邻级联是将同一STM-N数据帧中相邻的虚容器级联成C-4/3/12-Xc格式，作为一个整体结构进行传输；虚级联则是将分布于不同STM-N数据帧中的虚容器（可以同一路由或不同路由），按照级联的方法，形成一个虚拟的大结构VC-4/3/12-Xv格式进行传输。对SDH的STM－1可将63个2M数据进行复用后传输。针对雷达信息的传输要求，将雷达的状态信号、控制信号和两路勤务话音信号数字化后将其复用为一个2M速率数据，以一个2M端口进行传输，多余的带宽可留作系统功能扩展。阵地监视数字视频以两个2M端口进行级联传输，其余60个2M端口进行级联后作为雷达原始回波信号的传输。 五、结论 由于SDH采用了同步复用方式和灵活的映射结构，可以实现高阶信号与低阶支路信号之间的复用。SDH帧结构丰富的开销比特、具有容器虚级联和链路容量调整机制这些优越的特性，使其非常容易应用于对雷达视频信号和控制进行宽带传输，从而既可提高雷达系统在电子战条件下的战场生存能力，又可避免因将雷达视频进行压缩传输而产生的信号损伤，同时，SDH传输技术是电信网中广泛运用的一种传输体制，具有标准的接口，有众多厂商生产相应的设备。因此，将SDH传输技术引入雷达信号的传输，是一种可行的提高雷达系统性能的方案。 参考文献 ［1］Bill Peters . Sensor Link Protocol : Linking Sensor Systems to the Digital Battlefield［A］.ＩＥＥＥ Milcom98［C］.IEEE， 1998.919~923. ［2］Dan Hampel Stef DiPierro. Application of Sensor Network Communications［A］.IEEE Milcom2001［C］. IEEE，2001.336~341. ［3］Tactical Control System to Enhanced Tactical Radar Correlator Interface Design Description［R］ . MITRE Corporation,1998. ［4］肖萍萍 .SDH原理与技术［M］.北京：北京邮电大学出版社,2003.45~48. ［5］彭承柱 .SDH传送网技术［M］.北京：电子工业出版,2000. ［6］曾智龙，蒋婕，张德琨. 级联技术与SDH数据传输［J］. 中国数据通信，2002,(12): 28~34. ［7］刘国霖.雷达图象、数据和话音的综合传输［J］.空军雷达学院学报，2000，2: 12~16(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (2/22/2006)