四川九洲空管科技有限責(zé)任公司 趙浩然 馮 軍 王 麗 陳 妹

1.引言

二次雷達(dá)系統(tǒng)地面站設(shè)備以1030MHz的頻率向飛機(jī)發(fā)射詢問(wèn)脈沖，機(jī)載應(yīng)答機(jī)探測(cè)到詢問(wèn)信號(hào)后調(diào)節(jié)自身發(fā)射裝置發(fā)射頻率為1090MHz的應(yīng)答信號(hào)，地面站設(shè)備探測(cè)到這個(gè)信號(hào)以后交給圖表提取器提取飛機(jī)的距離和方向并對(duì)信號(hào)進(jìn)行解碼確定飛機(jī)的身份和高度。目前，完成上述二次雷達(dá)監(jiān)視過(guò)程的主要方式還是A/C模式[1-2]。近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，空中飛機(jī)目標(biāo)陡增，這造成空中交通日益繁忙、交通密度急劇增加、航站區(qū)工作量過(guò)重，各種干擾問(wèn)題接踵而至[3-4]。首先，由于空中目標(biāo)過(guò)多本次詢問(wèn)后收到的應(yīng)答信息有可能為飛機(jī)對(duì)其它地面站的應(yīng)答，即異步干擾；其次，當(dāng)兩架飛機(jī)距離較近時(shí)，它們的應(yīng)答信號(hào)到達(dá)地面站的時(shí)間相近，這樣就會(huì)造成應(yīng)答信號(hào)交織從而難以譯碼和檢測(cè)目標(biāo)，即同步竄擾。圖1為我國(guó)某地實(shí)采一段時(shí)間內(nèi)信號(hào)的各種模式的信號(hào)個(gè)數(shù)占比，圖2為一天內(nèi)某地實(shí)采空中經(jīng)過(guò)正確校驗(yàn)的ADS-B信號(hào)的個(gè)數(shù)及變化趨勢(shì)。

圖1 某一段時(shí)間內(nèi)各類(lèi)信號(hào)的占比（百分比四舍五入）

從圖2中數(shù)據(jù)可以看出模式A/C的占比可以達(dá)到85%以上，而除凌晨外，ADS-B信號(hào)的數(shù)量也非常巨大。在信號(hào)密度如此大的情況下，形成異步干擾和同步竄擾的概率非常大，傳統(tǒng)A/C模式已經(jīng)逐漸暴漏出問(wèn)題。在這種情況下，S模式應(yīng)運(yùn)而生，它為每架飛機(jī)分配一個(gè)特定的地址代碼因而可以點(diǎn)名詢問(wèn)并且可以通過(guò)奇偶校驗(yàn)檢驗(yàn)其信息準(zhǔn)確性。由于采用了點(diǎn)名詢問(wèn)，因此異步干擾的概率大大減小，本文將給出S模式的一種詢問(wèn)排序算法，可以很好的抑制同步竄擾從而提高空管效率。

圖2 某一天內(nèi)ADS-B信號(hào)個(gè)數(shù)及變化趨勢(shì)（小時(shí)計(jì)）

2.S模式排序詢問(wèn)算法

圖3為大多數(shù)S模式的詢問(wèn)信號(hào)格式， 它是由一定寬度的一些脈沖構(gòu)成，在這里不詳細(xì)介紹每個(gè)脈沖的寬度和代表的信息。同樣，應(yīng)答信號(hào)也有其固定的格式。

圖3 模式S詢問(wèn)信號(hào)格式

在對(duì)空中目標(biāo)詢問(wèn)時(shí)，地面設(shè)備會(huì)首先對(duì)空中目標(biāo)進(jìn)行全呼詢問(wèn)，之后獲得每個(gè)目標(biāo)的地址信息以及測(cè)量到每個(gè)目標(biāo)的距離后，對(duì)每個(gè)目標(biāo)進(jìn)行點(diǎn)名詢問(wèn)。在點(diǎn)名詢問(wèn)過(guò)程中，需要避免詢問(wèn)后應(yīng)答信號(hào)同步竄擾的情況。在目標(biāo)較少時(shí)，這種情況很容易避免；但是，當(dāng)目標(biāo)較多時(shí)，這種情況難以處理，需要根據(jù)目標(biāo)的遠(yuǎn)近設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)的詢問(wèn)排序算法來(lái)避免竄擾。下面本文給出一種基于貪心算法的排序算法，在目標(biāo)較多時(shí)有較好的性能并且算法簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，該算法過(guò)程如下：

第一步，設(shè)置本次詢問(wèn)時(shí)間閾值，設(shè)置計(jì)算次數(shù)閾值；

第二步，隨機(jī)排列目標(biāo)；

第三步，在時(shí)間軸上從0開(kāi)始依第一步的順序放置詢問(wèn)信號(hào)（由于目標(biāo)距離已知，詢問(wèn)信號(hào)的位置決定應(yīng)答信號(hào)的位置），若放到第n個(gè)目標(biāo)詢問(wèn)信號(hào)時(shí)，其詢問(wèn)信號(hào)或應(yīng)答信號(hào)與前面已放置的n-1個(gè)目標(biāo)的應(yīng)答信號(hào)或者詢問(wèn)信號(hào)交織，則滑窗移動(dòng)該詢問(wèn)信號(hào)直到不與前面的任何詢問(wèn)和應(yīng)答信號(hào)交織；

第四步，若計(jì)算次數(shù)已達(dá)到閾值，則轉(zhuǎn)至第五步；若計(jì)算次數(shù)還未達(dá)到閾值，但詢問(wèn)時(shí)間在閾值以內(nèi)，則轉(zhuǎn)至第六步；若計(jì)算次數(shù)還未達(dá)到閾值，詢問(wèn)時(shí)間也未達(dá)到閾值，則返回第二步；

第五步，選擇上述多次時(shí)間軸上排放詢問(wèn)信號(hào)方法中詢問(wèn)最大時(shí)間最小的排列，算法完成，發(fā)射詢問(wèn)信號(hào)；

第六步，算法完成，以當(dāng)前時(shí)間軸上的詢問(wèn)信號(hào)排列發(fā)射詢問(wèn)信號(hào)。

圖4 實(shí)驗(yàn)一詢問(wèn)應(yīng)答結(jié)果

3.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

實(shí)驗(yàn)一：以15個(gè)目標(biāo)為例，它們的距離如下：

上述單位為us，實(shí)際上是詢問(wèn)信號(hào)發(fā)射到應(yīng)答信號(hào)到達(dá)所用的時(shí)間，因而可以推斷其距離。利用第二章算法，得到其詢問(wèn)應(yīng)答結(jié)果如圖4所示。其中，綠色為詢問(wèn)信號(hào)，紅色為應(yīng)答信號(hào)。

實(shí)驗(yàn)二：以16個(gè)目標(biāo)為例，它們的距離如下：

詢問(wèn)應(yīng)答結(jié)果如圖5所示。

圖5 實(shí)驗(yàn)二詢問(wèn)應(yīng)答結(jié)果

從結(jié)果可以看出，已經(jīng)避免了同步竄擾的情況，并且在較少的時(shí)間內(nèi)完成詢問(wèn)。

[1]Michael C.Stevens.Secondary Surveillance Radar[M].Artech House,March,1988.

[2]張尉.二次雷達(dá)原理[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2007.

[3]黎廷璋.空中交通管制機(jī)載應(yīng)答機(jī)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,1992.

[4]張軍.現(xiàn)代空中交通管理[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2005.