论文部分内容阅读
中国民用航空中南地区空中交通管理局
【摘 要】本文对单雷达气象信息的数据格式，即CAT 008进行简要分析。
【关键词】雷达；数据格式；ASTERIX；CAT 008
引言
雷达信号的维护保障工作不能只停留在硬件层面，对雷达数据格式有一定的了解将有助于提高我们的维护保障能力。鉴于大家普遍把维护保障重心放在雷达目标报告上，对于雷达气象信息的关注较少，本文特将标准雷达数据格式ASTERIX中的单雷达气象信息数据格式，即CAT 008作为讨论对象，对其进行初步的介绍和分析。
1 关于ASTERIX
1.1 ASTERIX的历史
ASTERIX由前RSSP（欧洲雷达系统专家组）的成员小组于1986年制定完成，并在同年7月的RSSP第15次会议上获得批准，正式生效。1994年，RSSP的职责由EATCHIP（欧洲空管统一规划组织）接管，并成立STFRDE（雷达数据监视任务组）以继续ASTERIX用户小组的工作。
1.2 ASTERIX的概念
ASTERIX在诞生伊始，其代表的是All purpose Structured Eurocontrol Radar Information eXchange format，即通用结构化欧控雷达信息交换格式。随着ASTERIX应用领域的扩展，其意义也有了变化。现在，ASTERIX代表的是All Purpose STructured Eurocontrol SuRveillance Information Exchange，即通用结构化欧控监视信息交换格式。简单点说，ASTERIX是为监视数据的传输和交换而制定的应用/表述协议。为了在不同用户之间有效地进行监视数据的传输和交换，ASTERIX对监视数据的定义和组合方式进行了描述。
ASTERIX参照ISO（国际标准化组织）的OSI（开放系统互联）模型中的表述层和应用层（第6、7层）而制定，而其他几层（1到5层）的定义则不在此标准之列。因此，以ASTERIX编码的监视信息可以在任何可利用的媒介（如广域网和局域网）中传输。更低层（1到5层）的通信协议应有由用户之间商定。为使不同系统间的数据交换更简易，ASTERIX建议低层的通信协议最好使用标准协议。
1.3 ASTERIX的常见类型
在用户之间进行传输和交换的监视数据分为不同的数据类型（Date Category，简写CAT），而且所有类型都是标准化的。这种分类可以更方便的识别数据，还可以将数据划分成不同的优先级，同时有利于将不同类型的数据分派给接收单元中恰当的应用任务。
不同的数据类型有不同的定义内容，其作用也各不相同，常见的数据类型及其定义内容如下：
CAT 001 雷达目标报告
CAT 002 雷达服务信息
CAT 008 单雷达气象信息
CAT 021 ADS-B信息
CAT 034 雷达服务信息（兼容S模式）
CAT 048 雷达目标报告（兼容S模式）
2 .关于CAT 008
2.1 ASTERIX的结构层次
虽然在ASTERIX定义下的各数据类型不尽相同，但其却具有相同的结构层次。在这一点上，CAT 008和其他类型的数据并没有什么不同。
每种数据类型在传输过程中，都是由一个或一系列连续的数据块（Data Block）组成。数据块的结构如图1所示。
由图可知，数据块由3个部分组成，分别是CAT、LEN及RECORD。
CAT即Data Category，其指明了数据块的数据类型。CAT部分的长度固定为8bits，因此ASTERIX总共可以定义256种数据类型。其中，CAT 000到127用于标准民用和军事用途，CAT 128到240保留用于特殊军事用途，CAT 241到255用于非标准的民用和军事用途。当前中国民用航空领域经常涉及的数据类型已在前文涉及，不做赘述。
LEN即Length Indicator，其指明了数据块的总长度（包括CAT和LEN）。LEN部分的长度固定为16bits。
RECORD可以有一个或多个，其包含了由CAT指定的数据类型的具体数据。同样的，从图1中可以看到，RECORD由FSPEC和Data Fields共2个部分组成。
FSPEC即Field Specification，其在形式上就是一组比特序列，通过将FSPEC的每一位设置成1或0，可以表征该位对应的Data Field的存在和缺失。FSPEC部分的长度可变，在每个字节的第8位是一个称为FX（Field Extension Indicator）的标志位。如果FX=1，则FSPEC会继续扩展一个字节；如果FX=0，则FSPEC结束。
Data Field的数目可变，每个Data Field都与由UAP（User Application Profile）表定义的一个且是唯一的一个数据项（Data Item）相关联。数据项是ASTERIX结构层次的最小信息单元，其一般由八个字符Innn/AAA表示，其中：
I，表明這些字符代表着数据项；
nnn，三位十进制数，表明此数据项所属的数据类型；
AAA，三位十进制数，代表着某个具体的数据项。
2.2 CAT 008的UAP
如上文所述，UAP定义了Data Item与Data Field之间的对应关系。每一种由ASTERIX定义的数据类型都有各自唯一的UAP（也有例外，比如CAT 001有两个UAP）。图2给出了CAT 008的UAP表。 表中第一列的FRN（Field Reference Number）正是Data Item与Data Field之间关系的桥梁，举例来说，FRN值为j的Data Item就是FSPEC字段中的第j位（自左至右）对应的Data Field。
第二、三、四列分别描述了各个数据项的表示符号、意义及以字节为单位的长度。
2.3单雷达气象信息数据分类
在ASTERIX标准下传输单雷达气象信息时，需要传输两种信息：控制信息（Control Messages）和数据信息（Data Messages）。这两种类型的信息都是由上图UAP表中的标准化数据项组成的，不过不同类型的信息有不同的组成方式。图3给出了CAT 008中所有可能的信息类型及其组成方式。
由图可知，控制信息可以再细分成两种类型，而数据信息则可以再细分成四种类型。
首先来看一下控制信息。SOP（Start Of Picture），顾名思义，该信息表明了气象图的开始。另外，SOP还可以提供诸如时间以及实际处理参数和雷达站配置状态等信息。而EOP（End Of Picture）则表明了气象图的结束，EOP提供了组成被传输的气象图的数据项的总数目，以便信息接收端去判断是否所有的数据项都已被接收。
数据信息则提供了气象图的元素。在ASTERIX标准下的气象图有三种表示形式，分别是利用卡迪尔坐标表示、利用极坐标表示及利用气象图的轮廓线表示。其中，利用笛卡尔坐标表示又分为两种：利用起点坐标/长度表示以及利用起点/终点表示。这四种表示法分别对应图3中数据信息的四种组成方式。
需要指出的是，对于控制信息，图3中的I008/090（Time of Day）和I008/110（Station Configuration Status）是选择性传输的数据项，即不是必须传输的项。除此以外，其他标记出的数据项都是必须传输的项。
3. 结束语
ASTERIX是目前国际通行的標准，理解掌握ASTERIX将使我们的保障工作从中受益。随着目前国内S模式二次雷达及ADS-B技术的发展，CAT 034、CAT 048、CAT 021等格式的数据包已经频繁出现在我们的视野，本文对CAT 008的分析方法同样可以应用这些类型的数据包上。
【摘 要】本文对单雷达气象信息的数据格式，即CAT 008进行简要分析。
【关键词】雷达；数据格式；ASTERIX；CAT 008
引言
雷达信号的维护保障工作不能只停留在硬件层面，对雷达数据格式有一定的了解将有助于提高我们的维护保障能力。鉴于大家普遍把维护保障重心放在雷达目标报告上，对于雷达气象信息的关注较少，本文特将标准雷达数据格式ASTERIX中的单雷达气象信息数据格式，即CAT 008作为讨论对象，对其进行初步的介绍和分析。
1 关于ASTERIX
1.1 ASTERIX的历史
ASTERIX由前RSSP（欧洲雷达系统专家组）的成员小组于1986年制定完成，并在同年7月的RSSP第15次会议上获得批准，正式生效。1994年，RSSP的职责由EATCHIP（欧洲空管统一规划组织）接管，并成立STFRDE（雷达数据监视任务组）以继续ASTERIX用户小组的工作。
1.2 ASTERIX的概念
ASTERIX在诞生伊始，其代表的是All purpose Structured Eurocontrol Radar Information eXchange format，即通用结构化欧控雷达信息交换格式。随着ASTERIX应用领域的扩展，其意义也有了变化。现在，ASTERIX代表的是All Purpose STructured Eurocontrol SuRveillance Information Exchange，即通用结构化欧控监视信息交换格式。简单点说，ASTERIX是为监视数据的传输和交换而制定的应用/表述协议。为了在不同用户之间有效地进行监视数据的传输和交换，ASTERIX对监视数据的定义和组合方式进行了描述。
ASTERIX参照ISO（国际标准化组织）的OSI（开放系统互联）模型中的表述层和应用层（第6、7层）而制定，而其他几层（1到5层）的定义则不在此标准之列。因此，以ASTERIX编码的监视信息可以在任何可利用的媒介（如广域网和局域网）中传输。更低层（1到5层）的通信协议应有由用户之间商定。为使不同系统间的数据交换更简易，ASTERIX建议低层的通信协议最好使用标准协议。
1.3 ASTERIX的常见类型
在用户之间进行传输和交换的监视数据分为不同的数据类型（Date Category，简写CAT），而且所有类型都是标准化的。这种分类可以更方便的识别数据，还可以将数据划分成不同的优先级，同时有利于将不同类型的数据分派给接收单元中恰当的应用任务。
不同的数据类型有不同的定义内容，其作用也各不相同，常见的数据类型及其定义内容如下：
CAT 001 雷达目标报告
CAT 002 雷达服务信息
CAT 008 单雷达气象信息
CAT 021 ADS-B信息
CAT 034 雷达服务信息（兼容S模式）
CAT 048 雷达目标报告（兼容S模式）
2 .关于CAT 008
2.1 ASTERIX的结构层次
虽然在ASTERIX定义下的各数据类型不尽相同，但其却具有相同的结构层次。在这一点上，CAT 008和其他类型的数据并没有什么不同。
每种数据类型在传输过程中，都是由一个或一系列连续的数据块（Data Block）组成。数据块的结构如图1所示。
由图可知，数据块由3个部分组成，分别是CAT、LEN及RECORD。
CAT即Data Category，其指明了数据块的数据类型。CAT部分的长度固定为8bits，因此ASTERIX总共可以定义256种数据类型。其中，CAT 000到127用于标准民用和军事用途，CAT 128到240保留用于特殊军事用途，CAT 241到255用于非标准的民用和军事用途。当前中国民用航空领域经常涉及的数据类型已在前文涉及，不做赘述。
LEN即Length Indicator，其指明了数据块的总长度（包括CAT和LEN）。LEN部分的长度固定为16bits。
RECORD可以有一个或多个，其包含了由CAT指定的数据类型的具体数据。同样的，从图1中可以看到，RECORD由FSPEC和Data Fields共2个部分组成。
FSPEC即Field Specification，其在形式上就是一组比特序列，通过将FSPEC的每一位设置成1或0，可以表征该位对应的Data Field的存在和缺失。FSPEC部分的长度可变，在每个字节的第8位是一个称为FX（Field Extension Indicator）的标志位。如果FX=1，则FSPEC会继续扩展一个字节；如果FX=0，则FSPEC结束。
Data Field的数目可变，每个Data Field都与由UAP（User Application Profile）表定义的一个且是唯一的一个数据项（Data Item）相关联。数据项是ASTERIX结构层次的最小信息单元，其一般由八个字符Innn/AAA表示，其中：
I，表明這些字符代表着数据项；
nnn，三位十进制数，表明此数据项所属的数据类型；
AAA，三位十进制数，代表着某个具体的数据项。
2.2 CAT 008的UAP
如上文所述，UAP定义了Data Item与Data Field之间的对应关系。每一种由ASTERIX定义的数据类型都有各自唯一的UAP（也有例外，比如CAT 001有两个UAP）。图2给出了CAT 008的UAP表。 表中第一列的FRN（Field Reference Number）正是Data Item与Data Field之间关系的桥梁，举例来说，FRN值为j的Data Item就是FSPEC字段中的第j位（自左至右）对应的Data Field。
第二、三、四列分别描述了各个数据项的表示符号、意义及以字节为单位的长度。
2.3单雷达气象信息数据分类
在ASTERIX标准下传输单雷达气象信息时，需要传输两种信息：控制信息（Control Messages）和数据信息（Data Messages）。这两种类型的信息都是由上图UAP表中的标准化数据项组成的，不过不同类型的信息有不同的组成方式。图3给出了CAT 008中所有可能的信息类型及其组成方式。
由图可知，控制信息可以再细分成两种类型，而数据信息则可以再细分成四种类型。
首先来看一下控制信息。SOP（Start Of Picture），顾名思义，该信息表明了气象图的开始。另外，SOP还可以提供诸如时间以及实际处理参数和雷达站配置状态等信息。而EOP（End Of Picture）则表明了气象图的结束，EOP提供了组成被传输的气象图的数据项的总数目，以便信息接收端去判断是否所有的数据项都已被接收。
数据信息则提供了气象图的元素。在ASTERIX标准下的气象图有三种表示形式，分别是利用卡迪尔坐标表示、利用极坐标表示及利用气象图的轮廓线表示。其中，利用笛卡尔坐标表示又分为两种：利用起点坐标/长度表示以及利用起点/终点表示。这四种表示法分别对应图3中数据信息的四种组成方式。
需要指出的是，对于控制信息，图3中的I008/090（Time of Day）和I008/110（Station Configuration Status）是选择性传输的数据项，即不是必须传输的项。除此以外，其他标记出的数据项都是必须传输的项。
3. 结束语
ASTERIX是目前国际通行的標准，理解掌握ASTERIX将使我们的保障工作从中受益。随着目前国内S模式二次雷达及ADS-B技术的发展，CAT 034、CAT 048、CAT 021等格式的数据包已经频繁出现在我们的视野，本文对CAT 008的分析方法同样可以应用这些类型的数据包上。