趙 崧 陳 嬌 肖 希

（1.海裝重慶局 重慶 400042）（2.總裝駐綿陽地區(qū)軍代室 綿陽 621000）

1 引言

航管二次雷達（SSR，Secondary Surveillance Radar）通常也稱為航空交通管制雷達信標(biāo)系統(tǒng)ATCRB（Air Traffic Control Radar Beacon System）或航管二次監(jiān)視雷達，它是由詢問雷達向目標(biāo)發(fā)射詢問信號，裝有應(yīng)答器的目標(biāo)自動轉(zhuǎn)發(fā)應(yīng)答信號給詢問雷達，雷達接收應(yīng)答信號來檢測和識別目標(biāo)。在實際使用中，由于航管二次雷達現(xiàn)階段本身技術(shù)的局限性，以及客觀環(huán)境條件，容易受到干擾，導(dǎo)致不能完全實現(xiàn)期望的性能。該文從常見的幾種干擾現(xiàn)象進行分析，尋找解決干擾現(xiàn)象的途徑。

2 二次雷達工作原理

二次雷達的詢問信號為脈沖幅度調(diào)制信號，載波為射頻信號，調(diào)制脈沖為脈沖對Pl和P3，脈寬為0.8μs，通過定向天線輻射［1］。Pl和P3 詢問脈沖對之間的間隔是固定的，它們之間的間隔決定了詢問的模式。P2為旁瓣抑制脈沖，通過全向天線輻射。要求Pl脈沖幅度要比P2脈沖幅度大9dB，應(yīng)答機才能對它進行譯碼和作編碼回答。P2脈沖是在Pl脈沖發(fā)出2μs后發(fā)出，以起旁瓣抑制作用。

按照ICAO 規(guī)范，傳統(tǒng)空管二次雷達共有六種詢問模式，分別稱為1、2、3／A、B、C、D 模式。其中1、2模式專用于軍用識別詢問；3／A 模式兼用于軍用識別和民用識別；B模式只用于民用識別；C模式用于高度識別；而D 模式作為備用詢問模式，目前未指定用于何用途［1］。

圖1 航管二次雷達示意圖

圖2 脈沖信號示意圖

航管二次雷達有以下優(yōu)缺點：

1）應(yīng)答機的回答頻率為1090MHz，而詢問載率被限制在1030MHz，可避免PSR 常見的地物雜波、氣象雜波等干擾，且回波與RCS無關(guān)，所以無目標(biāo)閃爍現(xiàn)象。

2）因為航管二次雷達不依靠電波反射，基于電波的單程傳輸，所以其發(fā)射功率比PSR小得多，且體積質(zhì)量也很小。

3）SSR可以提供識別等信息，危急時可發(fā)出告警信號。

缺點：需要飛機上裝有應(yīng)答機。

3 對幾種干擾現(xiàn)象的分析

3.1 擾環(huán)效應(yīng)

天線波瓣圖在發(fā)射時表示雷達在各個方向上輻射信號能量強度（或稱增益）的分布，在接收時表示雷達在各個方向上對同徑向距離等強度信號感應(yīng)的能量強度的分布［2］。對于任一實際雷達發(fā)射天線來說，除主瓣發(fā)射詢問脈沖功率外，總有副瓣泄漏部分功率。因此，在近距離上，應(yīng)答器可能被旁瓣觸發(fā)，以致于在全方位上都有應(yīng)答信號，使得在P型顯示器上出現(xiàn)所謂“擾環(huán)效應(yīng)”［3］。

3.2 多徑效應(yīng)

“多路徑”描述了在雷達發(fā)射天線、目標(biāo)和接收天線之間存在一條以上路徑的現(xiàn)象［4］。由地面反射引起的多路徑效應(yīng)一直是影響雷達性能的主要因素之一，導(dǎo)致雷達接收信號的起伏，影響二次雷達的檢測和解碼性能；而建筑物的反射會在建筑物的后面產(chǎn)生虛假的目標(biāo)報告。

各種多徑形式可分為以下三類：

1）經(jīng)由地面的反射波與直射波到達同一垂面；

2）通過凸凹物的反射波與直射波的水平夾角很??；

3）通過凸凹物的反射波與直射波的水平夾角較大。

此三類多徑現(xiàn)象的每一類又可分為以下兩種情況：

1）二路徑程差很小，以致通過不同路徑到達的同一應(yīng)答脈沖嚴(yán)重交疊；

2）二路徑程差較大以致二路應(yīng)答脈沖很少或根本不交疊。

當(dāng)詢問機詢問或應(yīng)答機回答時所發(fā)射的電磁波碰到山峰或高大建筑物等固定目標(biāo)而反射時，將會造成距離和方位都不正確的假目標(biāo)的顯示。多路徑效應(yīng)的影響使某些區(qū)域作用距離增強，某些區(qū)域作用距離減弱，從而嚴(yán)重影響雷達的探測性能。

電磁波傳播在垂直平面的反射是雷達信號多路徑現(xiàn)象中的一種，所導(dǎo)致的垂直波瓣圖開裂將引起某些高度角上垂直覆蓋的威力下降，某些高度角作用距離增加，因而目標(biāo)在等高飛行過程中可能出現(xiàn)航跡間斷的現(xiàn)象。結(jié)果，許多發(fā)射的能量被直接發(fā)向地面，致使飛機收到的信號是直射波和反射波的合成。由此導(dǎo)致了垂直方向的波瓣分裂，這也就造成了飛機飛行時經(jīng)過信號強弱不同的區(qū)域。在一定的距離和高度處，飛機收到的信號強度不夠，以致不能被機載應(yīng)答器檢測出來，所以也就不會進行應(yīng)答。在某種程度上，可以通過增大地面發(fā)射機功率來減小盲區(qū)。

3.3 大氣波導(dǎo)環(huán)境影響

在一定的氣象條件下，在大氣邊界層尤其是在近地層中傳播的電磁波，受大氣折射的影響，其傳播軌跡彎向地面，當(dāng)曲率超過地球表面曲率時，電磁波會部分地被陷獲在一定厚度的大氣薄層內(nèi)，就像電磁波在金屬波導(dǎo)管中傳播一樣，這種現(xiàn)象稱為電磁波的大氣波導(dǎo)傳播［5］。大氣波導(dǎo)是一種異常天氣引起的一種超折射現(xiàn)象，且在海域和陸地任何時間均有可能存在，在一定的大氣波導(dǎo)條件下，當(dāng)波導(dǎo)內(nèi)的輻射源以某一小仰角發(fā)射一定頻率的電磁波時，電磁波就會被“陷獲”在大氣波導(dǎo)內(nèi)傳播，從而實現(xiàn)超視距傳播，同時由于大氣波導(dǎo)的作用，雷達會產(chǎn)生電磁盲區(qū)。通常這種盲區(qū)分為兩類：頂部盲區(qū)和跳躍盲區(qū)。電磁波被大氣波導(dǎo)“陷獲”與電磁波的波長、大氣波導(dǎo)的厚度、大氣修正折射指數(shù)垂直梯度、發(fā)射仰角有關(guān)。只有當(dāng)大氣波導(dǎo)的厚度遠大于電磁波的波長，且回波或應(yīng)答信號與海平面的仰角大于臨界仰角時，電磁波才能被“陷獲”。因此，當(dāng)二次雷達處在大氣波導(dǎo)環(huán)境中，大氣波導(dǎo)的厚度和強度足夠大時，二次雷達發(fā)射波和應(yīng)答波也會被“陷獲”。

4 解決方法

4.1 解決“擾環(huán)效應(yīng)”的方法

為消除“擾環(huán)效應(yīng)”的影響，可以采用兩個發(fā)射通道：Σ和Ω，Σ通道產(chǎn)生P1－P3發(fā)射功率，另一個產(chǎn)生P2發(fā)射功率。發(fā)射信號能量經(jīng)收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)、射頻切換開關(guān)，分別饋向天線的Σ、Ω 通道向空中輻射。通常稱Σ 波束的高增益部分為主瓣，其它部分被稱為副瓣。此時，只需應(yīng)答器比較P1－P3信號和P2信號功率大小，就可以識別出旁瓣詢問信號，并對旁瓣詢問不給予應(yīng)答，即可達到旁瓣詢問抑制的目的。

當(dāng)處于一部雷達天線副瓣位置內(nèi)的飛機，在其接收到其它二次雷達的異步詢問時而給予的應(yīng)答，會對本雷達產(chǎn)生異步干擾。為消除這種干擾，可以利用單脈沖二次雷達Σ波瓣和Ω 波瓣特性，應(yīng)答信號同時由和波束和差波束接收，將Σ接收機與Ω 接收機接收到的應(yīng)答碼信號幅度進行比較，若Ω 信號大于Σ信號則可判斷為是副瓣內(nèi)的應(yīng)答信號，并產(chǎn)生接收旁瓣抑制信號RSLS，此時對Σ 波束范圍內(nèi)接收到的回波將不作應(yīng)答檢測，從而有效地抑制了這類干擾，達到旁瓣接收抑制目的。

4.2 解決“多徑效應(yīng)”和大氣波導(dǎo)環(huán)境影響

采用改進的天線，尤其是采用單脈沖測向技術(shù)可以解決許多此類問題。在二次雷達中可以采用滑窗處理技術(shù)，去掉系統(tǒng)自身的干擾和多徑干擾，降低這些干擾造成的虛報概率，提高目標(biāo)檢測概率，控制波束方向圖增益比副瓣方向波束增益大，但卻比主波束增益低。

單脈沖技術(shù)可以精確測定每一應(yīng)答脈沖的到達角。這是通過測量和、差通道的信號比而得到的。來自天線中心線方向的應(yīng)答信號在和信道上產(chǎn)生一強信號，而在差信道上產(chǎn)生很小的信號。而來自天線中心軸兩旁的回答，其和、差通道的信號幅度就非常相近。通過對和、差通道信號相位測量就可以很容易地確定應(yīng)答信號是來自地面詢問天線中心的左邊還是右邊。如果有必要的話，通過精確測量一次應(yīng)答的一個脈沖的和、差通道信號比也就可以確定飛機的方位角。此種技術(shù)需用較高的重復(fù)速率進行詢問。同時，多雷達數(shù)據(jù)融合技術(shù)也是當(dāng)前的研究方向。

5 結(jié)語

近年來，航管二次雷達技術(shù)發(fā)展較為迅速，在抗干擾層面上也取得了一些突破，但是仍然存在一些固有的干擾問題。筆者通過對幾種干擾現(xiàn)象分析后，進一步思考后提出解決的途徑，對克服此類問題具有一定的指導(dǎo)意義。

［1］張尉.二次雷達原理［M］.國防工業(yè)出版社，2009－5－1.

［2］《空軍裝備系列叢書》編審委員會.機載雷達裝備［M］.航空工業(yè)出版社，2010－6－1.

［3］丁鷺飛，耿富錄.雷達原理［M］.西安電子科技大學(xué)出版社，2002－6－1.

［4］俞小鼎.多普勒天氣雷達原理與業(yè)務(wù)應(yīng)用［M］.氣象出版社，2006－2－1.

［5］焦中生，沈超玲，張云.氣象雷達原理［M］.氣象出版社，2005－10－1.

［6］張永順.雷達電子戰(zhàn)原理［M］.國防工業(yè)出版社，2006，3.

［7］李旭東，陳冬，程鵬.二次散射對脈沖激光雷達回波功率的影響［J］.計算機與數(shù)字工程，2012，40（1）.