高新

摘 要：二次雷達(dá)是現(xiàn)代空中交通管制系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一，多種因素干擾對(duì)二次雷達(dá)的探測(cè)性能有著顯著的影響，假目標(biāo)的出現(xiàn)給空中交通的正常運(yùn)行帶來(lái)了一定的安全隱患。本文結(jié)合空管二次雷達(dá)工作原理，從同步竄擾、反射等方面進(jìn)行分析，討論二次雷達(dá)假目標(biāo)的成因與抑制方法。

關(guān)鍵詞：反射；同步竄擾；S模式

中圖分類號(hào)：TN95 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）11-0252-02

1 引言

隨著民用航空業(yè)的快速發(fā)展，雷達(dá)管制正在逐漸取代作為控制手段的程序控制的主要方法。因此，空中交通管制對(duì)二次雷達(dá)（SSR）的探測(cè)能力和依賴性要求也很高。然而，反射、同步竄擾和異步干擾的客觀存在和變化導(dǎo)致了二次雷達(dá)虛假目標(biāo)的形成，對(duì)管制指揮產(chǎn)生了一定的影響。

二次雷達(dá)在地面上，詢問(wèn)器和機(jī)載應(yīng)答器經(jīng)歷兩次輻射。目標(biāo)探測(cè)器探測(cè)和定位通過(guò)查詢--響應(yīng)方法來(lái)執(zhí)行。 SSR系統(tǒng)的缺陷可能會(huì)導(dǎo)致各種虛假飛機(jī)報(bào)告，并且不是每個(gè)通過(guò)響應(yīng)處理的飛機(jī)報(bào)告都與真實(shí)的飛機(jī)位置一致，監(jiān)控過(guò)程產(chǎn)生所有飛機(jī)的軌跡。這些跟蹤數(shù)據(jù)可以用來(lái)識(shí)別虛假或真實(shí)的飛機(jī)。二次雷達(dá)虛假目標(biāo)主要有以下原因：反射和同步竄擾等。

2 二次雷達(dá)及假目標(biāo)成因

二次監(jiān)視雷達(dá)是依賴目標(biāo)上的應(yīng)答機(jī)，應(yīng)答機(jī)接收從地面SSR發(fā)來(lái)的詢問(wèn)信號(hào)，并立即以一編碼的脈沖列作出應(yīng)答，SSR通過(guò)接收目標(biāo)的應(yīng)答來(lái)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位和識(shí)別。二次雷達(dá)發(fā)射的一組詢問(wèn)編碼信號(hào)，經(jīng)過(guò)裝有機(jī)載應(yīng)答機(jī)的飛機(jī)接收到詢問(wèn)信號(hào)后，轉(zhuǎn)發(fā)一組應(yīng)答編碼信號(hào)。通過(guò)“詢問(wèn)-應(yīng)答”式工作，需要兩次有源輻射，因此稱為二次雷達(dá)。二次雷達(dá)收、發(fā)工作頻率不同，其中發(fā)射：1030MHz，接收：1090MHz，作用距離遠(yuǎn)，同時(shí)避免了一次雷達(dá)的地物雜波和氣象雜波干擾現(xiàn)象。又因其是“詢問(wèn)-應(yīng)答”工作模式，因此能獲取飛機(jī)識(shí)別碼（Code A）、飛機(jī)高度碼（Code C）、飛機(jī)地速、方位、距離等信息。雖然二次雷達(dá)能夠獲取豐富的信息，但同時(shí)也存在各種干擾形成假目標(biāo)。

2.1 同步竄擾

由于兩個(gè)（或多個(gè)）飛機(jī)目標(biāo)之間的距離間隔過(guò)近，造成雷達(dá)詢問(wèn)波束內(nèi)兩個(gè)（或多個(gè)）目標(biāo)在時(shí)間間隔上<20.3μs，因此在處理時(shí)就產(chǎn)生了混淆，也就是“拼湊”出了假目標(biāo)。Garble是在早期SSR系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)所帶來(lái)的原理性問(wèn)題，并且隨著空中交通量的增加而越來(lái)越惡化。目前在不同高度的飛機(jī)在距離和方位上的間距非常小，如果兩架飛機(jī)的間距小于20.3μs造成回答碼信息位完全重疊，兩回答之間相互占位，導(dǎo)致接收機(jī)不能正確譯碼。最嚴(yán)重的Garble的情況是兩架飛機(jī)方位間隔非常小使得它們被同一個(gè)波束詢問(wèn)而又同時(shí)向那個(gè)詢問(wèn)波束給出應(yīng)答。

2.2 反射

影響和限制二次雷達(dá)達(dá)到其檢測(cè)性能的最重要因素是多路徑。多徑是雷達(dá)和飛機(jī)之間直接路徑之外的其他反射電磁信號(hào)的路徑。在這些路徑中，只有一條是發(fā)射和接收之間的直接路徑。另外，還有其他路徑，例如由地面和建筑物等反射形成的信號(hào)路徑。由于二次雷達(dá)使用短脈沖串，直接信號(hào)和反射信號(hào)在時(shí)間上交錯(cuò)或完全分開(kāi)，時(shí)間差異會(huì)改變響應(yīng)脈沖的視在數(shù)量，導(dǎo)致解碼錯(cuò)誤或錯(cuò)誤地檢測(cè)到有多架飛機(jī)。

虛假目標(biāo)通常是由雷達(dá)站附近的建筑物，廣告牌或其他物體的反射引起的。反射鏡大小不同，虛假目標(biāo)會(huì)有幾個(gè)天線掃描周期而產(chǎn)生一些錯(cuò)誤的軌跡。這種現(xiàn)象導(dǎo)致飛機(jī)出現(xiàn)在反射器后面。大多數(shù)飛機(jī)報(bào)告對(duì)應(yīng)于單獨(dú)的A模式代碼，因此可以使用這些代碼查找與代碼對(duì)應(yīng)的所有航跡：真實(shí)和虛假目標(biāo)。如果飛機(jī)報(bào)告的代碼不是確定性的，即它包含一些低置信度數(shù)字，或者不是唯一的，則不可能使用A模式編碼來(lái)找到對(duì)應(yīng)于A模式的軌跡。如果飛機(jī)報(bào)告是反射引起的，找到真實(shí)飛機(jī)的軌跡非常重要，這樣可以使用虛擬飛機(jī)測(cè)試來(lái)發(fā)現(xiàn)飛機(jī)的真實(shí)屬性。

3 實(shí)例分析

3.1 同步竄擾假目標(biāo)—百花山雷達(dá)

在距機(jī)場(chǎng)跑道南側(cè)，兩個(gè)目標(biāo)（航班號(hào)為CHH7146和CES2074）下降過(guò)程中，兩個(gè)目標(biāo)之間出現(xiàn)新的點(diǎn)跡，二次代碼為0507；在23：04，二次代碼0507目標(biāo)消失，出現(xiàn)一個(gè)新二次代碼為4347；于23：06出現(xiàn)一個(gè)新的二次代碼553，于23：07：00（LTC）二次代碼（4347、5537）目標(biāo)消失。兩個(gè)或多個(gè)目標(biāo)間隔<20.3μs，導(dǎo)致同步竄擾。

3.2 反射假目標(biāo)—鄭州1雷達(dá)

在鄭州1雷達(dá)可接收到的信號(hào)中，多次出現(xiàn)二次代碼和高度一致，速度未必一致，但出現(xiàn)在不同扇區(qū)的兩個(gè)目標(biāo)，形成DUPE告警。假目標(biāo)和真實(shí)目標(biāo)呈鏡像對(duì)稱關(guān)系，判斷為由于反射引起的假目標(biāo)。

4 抑制

4.1 同步竄擾的抑制

（1）使用滑窗檢測(cè)技術(shù)?；皺z測(cè)定義為目標(biāo)駐留波束中同一目標(biāo)回答的定量相關(guān)累加，當(dāng)累計(jì)值超過(guò)預(yù)設(shè)閾值時(shí)，確認(rèn)同步回答?；皺z測(cè)技術(shù)的原理是檢測(cè)目標(biāo)的開(kāi)始和目標(biāo)的終止，然后去除中間幻像幀，并且將第一幀和第N幀的代碼設(shè)置為“1或0”邏輯，根據(jù)脈沖的存在或不存在來(lái)確定。作為傳統(tǒng)的同步竄擾抑制方法，滑窗檢測(cè)技術(shù)能夠有效檢測(cè)低密度環(huán)境下的同步竄擾。然而，技術(shù)本身的方向估計(jì)存在很大的誤差，影響后續(xù)軌跡跟蹤，并且存在誤判，不適合高密度環(huán)境。（2）單脈沖技術(shù)。響應(yīng)的每個(gè)脈沖偏離瞄準(zhǔn)軸信息（單脈沖信息）。利用單脈沖技術(shù)，可以確定目標(biāo)與瞄準(zhǔn)軸的角度，以確定目標(biāo)的空間位置。只要波束中的竄擾目標(biāo)在方位上不同，單脈沖信息就會(huì)有所不同。利用每個(gè)脈沖的單脈沖信息的差異，可以區(qū)分竄擾響應(yīng)的重疊部分中的信息脈沖的屬性。

4.2 反射的抑制

當(dāng)飛機(jī)降落時(shí)，飛機(jī)應(yīng)答機(jī)正常應(yīng)答雷達(dá)的詢問(wèn)，但應(yīng)答機(jī)應(yīng)答信號(hào)也經(jīng)鐵塔反射后由雷達(dá)天線接收，所以造成假目標(biāo)的產(chǎn)生。在實(shí)際工作中，在跑道及機(jī)場(chǎng)周邊出現(xiàn)的來(lái)回移動(dòng)或固定不動(dòng)的假目標(biāo)大多屬于此種情況。然而，在復(fù)雜的環(huán)境中，由于反射而產(chǎn)生的虛假目標(biāo)可能無(wú)法完全抑制。在這種情況下，通過(guò)調(diào)整天線的仰角，通過(guò)使用LVA天線的俯仰特性可以抑制由反射產(chǎn)生的假目標(biāo)。 但是，這種方法的使用應(yīng)該特別小心，因?yàn)檎{(diào)整天線仰角會(huì)影響雷達(dá)的覆蓋范圍。一般來(lái)說(shuō)，在調(diào)整天線仰角后，應(yīng)檢查雷達(dá)覆蓋范圍并進(jìn)行飛機(jī)校驗(yàn)。

5 解決辦法

對(duì)于同步竄擾，可以在平行進(jìn)近區(qū)域設(shè)置實(shí)心區(qū)域。 當(dāng)目標(biāo)穿過(guò)凸四邊形時(shí)，將在此空間區(qū)域中創(chuàng)建新點(diǎn)跡。 點(diǎn)跡坐標(biāo)信息可以與凸四邊形坐標(biāo)進(jìn)行比較，來(lái)確定點(diǎn)軌跡是否落在凸四邊形上。如果軌跡從區(qū)域外的軌道連續(xù)生成，則目標(biāo)軌道會(huì)連續(xù)生成軌道； 如果軌道僅在該空間中產(chǎn)生新的初始化，則軌跡被判斷為具有同步串?dāng)_的假目標(biāo)信號(hào)。在數(shù)據(jù)處理中，這個(gè)寄生信號(hào)輸出將被抑制以抑制偽軌道的產(chǎn)生。

對(duì)于反射，在監(jiān)視處理的航跡文件中建立抗反射文件，用軟件方法對(duì)假目標(biāo)進(jìn)行過(guò)濾；凈化雷達(dá)站周邊環(huán)境；對(duì)雷達(dá)天線采取底部銳截止賦型技術(shù)，降低地面的反射；采用ⅡSLS（改善型詢問(wèn)旁瓣抑制）技術(shù)；采用方位上功率可編程及STC程序控制。

減少假目標(biāo)最佳方案是使用S模式，S模式可以從根本上解決目標(biāo)的混淆，還可以減少雷達(dá)間的異步干擾，并且24位的地址可使目標(biāo)編號(hào)達(dá)千萬(wàn)以上，能夠按國(guó)家、地區(qū)和航空公司劃分，便于全國(guó)和國(guó)際空管聯(lián)網(wǎng)。

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