楊寧寧

?

空管二次雷達(dá)干擾的分析與排除

楊寧寧

民航吉林空管分局，吉林 長(zhǎng)春 130039

二次雷達(dá)是當(dāng)前空管工作中不容忽視的重要支持力量。首先從二次雷達(dá)的工作機(jī)理開(kāi)始著手展開(kāi)分析，指出對(duì)其形成干擾的幾個(gè)主要因素，而后在此基礎(chǔ)之上，就如何切實(shí)消除干擾影響，提升二次雷達(dá)工作效率進(jìn)行了討論。

二次雷達(dá)；工作機(jī)理；干擾；優(yōu)化

空管二次雷達(dá)（SSR，Secondary Surveillance Radar），在實(shí)際應(yīng)用中也會(huì)被稱作為航空交通管制雷達(dá)信標(biāo)系統(tǒng)（ATCRBS，Air Traffic Control Radar Beacon System），其在工作過(guò)程中，與民航飛機(jī)實(shí)現(xiàn)制定頻率的電磁波脈沖信息溝通，并且因?yàn)檫@種信息的交互特征而被稱為二次雷達(dá)。在使用過(guò)程中，由于空管二次雷達(dá)在現(xiàn)階段技術(shù)層面的局限特征，決定了其比較容易受到干擾，影響到整體民航系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。因此干擾的確定和排除，就成為空管二次雷達(dá)保障工作中的一個(gè)重點(diǎn)問(wèn)題。

1 二次雷達(dá)的工作機(jī)理分析

目前，我國(guó)的二次雷達(dá)系統(tǒng)，多采用單脈沖技術(shù)。這種系統(tǒng)通常由兩個(gè)部分組成，即室內(nèi)和室外。市內(nèi)部分包括大垂直孔徑（LVA）陣列天線、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、變速箱、旋轉(zhuǎn)鉸鏈、方位編碼器以及安全互鎖開(kāi)關(guān)等；室外部分則包括雙通道詢問(wèn)機(jī)、天線控制單元、本地監(jiān)視與控制器、雷達(dá)維護(hù)顯示器等共同構(gòu)成。在這樣的體系框架之下詢問(wèn)系統(tǒng)作為整個(gè)二次雷達(dá)體系的核心部分，又包括射頻驅(qū)動(dòng)模塊、功率放大器、接收機(jī)、模式產(chǎn)生器以及點(diǎn)跡錄取器等部分。

一次雷達(dá)系統(tǒng)可以直接通過(guò)獲取反射回波，來(lái)確定目標(biāo)的位置。但是二次雷達(dá)只有與機(jī)載應(yīng)答機(jī)協(xié)同工作，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)于目標(biāo)的確定。具體而言，它是從二次雷達(dá)系統(tǒng)的地面站，經(jīng)由天線發(fā)送一組詢問(wèn)編碼脈沖，并且只有機(jī)載應(yīng)答系統(tǒng)接收到改組信號(hào)，加以答復(fù)的時(shí)候，二次雷達(dá)才能確定目標(biāo)的具體位置信息。從功能數(shù)據(jù)的角度看，二次雷達(dá)可以為工作人員提供飛機(jī)的方位、距離、高度與識(shí)別碼幾個(gè)方面的主要數(shù)據(jù)，進(jìn)一步成為工作人員對(duì)飛機(jī)展開(kāi)進(jìn)一步調(diào)度管理的重要依據(jù)[1]。

二次雷達(dá)的干擾具體可以分為脈沖干擾和連續(xù)波干擾兩種。脈沖干擾的來(lái)源，有可能是二次雷達(dá)本身發(fā)送出的脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)反射而形成干擾源，也有可能來(lái)自其他雷達(dá)或者機(jī)載設(shè)備所發(fā)射的信號(hào)，測(cè)距儀等無(wú)線設(shè)備，同樣有可能成為干擾源。連續(xù)波干擾的來(lái)源，則有可能來(lái)源于其他地面通信系統(tǒng)，如視頻傳輸系統(tǒng)或者公眾移動(dòng)通信系統(tǒng)等。

從干擾的表現(xiàn)形態(tài)上看，擾環(huán)效應(yīng)、多徑效應(yīng)以及大氣波導(dǎo)環(huán)境影響是比較常見(jiàn)的幾種。擾環(huán)效應(yīng)指對(duì)于雷達(dá)發(fā)射天線而言，除主瓣發(fā)射詢問(wèn)脈沖功率以外，還會(huì)存在副瓣泄漏部分功率。也就是說(shuō)，在有限的距離范圍內(nèi)，應(yīng)答器可能被旁瓣觸發(fā)，并且在全方位上均有應(yīng)答信號(hào)，造成擾環(huán)效應(yīng)。多徑效應(yīng)，則是信號(hào)在傳輸?shù)倪^(guò)程中并非保持同一直線路徑，而是經(jīng)過(guò)反射最終達(dá)到接收端。這樣的情況下，接收端就會(huì)接收多個(gè)強(qiáng)弱不同的信號(hào)，并且彼此之間存在時(shí)間差，因此形成多徑效應(yīng)。最后，對(duì)于大氣波導(dǎo)環(huán)境影響這一干擾因素，主要是大氣邊界層，尤其是在近地層中傳播的電磁波經(jīng)過(guò)折射，導(dǎo)致其傳播軌跡彎向地面的情況。當(dāng)曲率超過(guò)地球表面曲率的時(shí)候，電磁波就會(huì)被捕獲在大氣層內(nèi)，形成大氣波導(dǎo)傳播。在大氣波導(dǎo)的作用之下，雷達(dá)會(huì)產(chǎn)生電磁盲區(qū)。對(duì)于二次雷達(dá)而言，如果遭遇此種環(huán)境，當(dāng)大氣波導(dǎo)的厚度和強(qiáng)度足夠大的時(shí)候，二次雷達(dá)的發(fā)射波和應(yīng)答波同樣就會(huì)被此種環(huán)境所俘獲，造成雷達(dá)的失靈[2-3]。

2 空管二次雷達(dá)的干擾排除與優(yōu)化

空管二次雷達(dá)干擾問(wèn)題的優(yōu)化，需要瞄準(zhǔn)上述三個(gè)主要干擾來(lái)展開(kāi)。

對(duì)于擾環(huán)效應(yīng)來(lái)說(shuō)，可以考慮采用兩個(gè)發(fā)射通道，選用不同的發(fā)射功率。發(fā)射信號(hào)能量經(jīng)收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、射頻切換開(kāi)關(guān)，經(jīng)由不同的天線實(shí)現(xiàn)信號(hào)發(fā)射。如果二次雷達(dá)的詢問(wèn)信號(hào)調(diào)制脈沖為P1以及P3，并且用P2表示旁瓣抑制脈沖，則以P1-P3功率實(shí)現(xiàn)發(fā)射的波束的高增益部分為主瓣，而以P2作為發(fā)射功率的部分則為副瓣。應(yīng)答器通過(guò)比較不同信號(hào)來(lái)源的功率大小，即可確定出旁瓣詢問(wèn)信號(hào)。雷達(dá)天線副瓣位置范圍內(nèi)的飛機(jī)在接收到異步詢問(wèn)的時(shí)候會(huì)給出應(yīng)答，這種應(yīng)答同樣會(huì)帶來(lái)干擾。對(duì)于此種狀況，可以考慮利用單脈沖二次雷達(dá)兩個(gè)波瓣的特征展開(kāi)分析。和波束、和差波束同時(shí)接收應(yīng)答信號(hào)，并且將兩個(gè)接收機(jī)獲取到的信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，如果P2發(fā)射功率之下的信號(hào)較大，則可以確定為副瓣區(qū)域內(nèi)的應(yīng)答信號(hào)。

多徑干擾，可以采用單脈沖測(cè)向技術(shù)進(jìn)行解決。在二次雷達(dá)中引入滑窗處理技術(shù)，能夠剔除系統(tǒng)自身的干擾和多徑干擾，提升實(shí)現(xiàn)目標(biāo)檢測(cè)概率。單脈沖技術(shù)可以通過(guò)比較和通道與差通道的信號(hào)，來(lái)精確測(cè)定每一個(gè)應(yīng)答脈沖的到達(dá)角，進(jìn)一步確定出應(yīng)答信號(hào)來(lái)自詢問(wèn)天線中心的左側(cè)還是右側(cè)。在必要的情況之下，通過(guò)精確測(cè)量一次應(yīng)答的一個(gè)脈沖的和、差通道信號(hào)比，確定飛機(jī)的方位角。這些都有助于排除干擾。除此以外，大氣波導(dǎo)的相關(guān)研究同樣為雷達(dá)裝備的建設(shè)提供了諸多可靠依據(jù)[4]。

實(shí)際工作中，除了上述針對(duì)常見(jiàn)主要干擾源進(jìn)行治理的舉措以外，還應(yīng)通過(guò)雷達(dá)信號(hào)的分析，發(fā)現(xiàn)其中的干擾問(wèn)題并且加以排除。對(duì)于飛機(jī)雷達(dá)頻繁掉點(diǎn)的區(qū)域，應(yīng)當(dāng)結(jié)合專(zhuān)業(yè)檢測(cè)車(chē)來(lái)展開(kāi)重點(diǎn)排查，并對(duì)附近基礎(chǔ)設(shè)施接線橋進(jìn)行逐一排查，確定除雷達(dá)正常工作時(shí)產(chǎn)生的信號(hào)之外是否存在其他干擾信號(hào)。在這個(gè)過(guò)程中，應(yīng)關(guān)注不同時(shí)間段內(nèi)雷達(dá)掉點(diǎn)發(fā)生的具體情況，在無(wú)線電監(jiān)測(cè)車(chē)的幫助下展開(kāi)信號(hào)分析，并且確定其中是否存在瞬發(fā)信號(hào)。

在排查二次雷達(dá)干擾的過(guò)程中，應(yīng)首先確定干擾信號(hào)的來(lái)源，確定干擾來(lái)源于系統(tǒng)內(nèi)部還是外部。對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)部的干擾源，應(yīng)由技術(shù)人員指導(dǎo)相關(guān)用戶展開(kāi)設(shè)備的優(yōu)化，考慮重新妥善安裝或者對(duì)設(shè)備進(jìn)行更換。如果干擾源位于系統(tǒng)的外部，與雷達(dá)系統(tǒng)內(nèi)部的設(shè)備無(wú)關(guān)，則應(yīng)對(duì)相應(yīng)的民航空管區(qū)域進(jìn)行排查并且適當(dāng)展開(kāi)延伸，注意在排查的過(guò)程中引入相關(guān)專(zhuān)業(yè)檢測(cè)設(shè)備，擴(kuò)大干擾信號(hào)來(lái)源分析效用[5]。除此以外，還應(yīng)注重對(duì)既有條件展開(kāi)合理和充分的利用，盡可能地將監(jiān)測(cè)設(shè)備接入用戶雷達(dá)的接收天線中，借助雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)確定干擾信號(hào)來(lái)源，提高排查工作效率并且優(yōu)化排查效果。注意在排查的過(guò)程中進(jìn)行綜合分析，避免落入既有思維框架，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)于二次雷達(dá)干擾分析的提升。

3 結(jié)論

對(duì)于二次雷達(dá)的干擾問(wèn)題，實(shí)踐中只有不斷深入，發(fā)現(xiàn)細(xì)節(jié)并且不斷展開(kāi)完善工作，才能獲取良好效果。技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)綜合其專(zhuān)業(yè)優(yōu)勢(shì)以及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，從多個(gè)層面多個(gè)角度綜合考量實(shí)際情況，對(duì)干擾空管二次雷達(dá)的各種因素進(jìn)行排查，并制訂出具體的處理方案，不斷提升民航通信環(huán)境整體穩(wěn)定性。

[1]陳嬌，肖希. 對(duì)航管二次雷達(dá)干擾現(xiàn)象的分析[J]. 艦船電子工程，2013，33（5）：90-92.

[2]富堯，富元群. 民用航空無(wú)線導(dǎo)航基礎(chǔ)及二次雷達(dá)干擾排除[J]. 中國(guó)無(wú)線電，2010（10）：45-46.

[3]張尉，徐炎祥. 二次雷達(dá)原理[M]. 北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2009.

[4]李旭東，陳冬，程鵬. 二次散射對(duì)脈沖激光雷達(dá)回波功率的影響[J]. 計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2012，40（1）：9-10.

[5]張永順. 雷達(dá)電子戰(zhàn)原理[M]. 北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2006.

Analysis and Elimination of Secondary Radar Interference in Air Traffic Control

Yang Ningning

Civil Aviation Jilin Air Traffic Control Branch, Jilin Changchun 130039

Secondary radar is an important support force that cannot be ignored in the current air traffic control work. Firstly, starting from the working mechanism of the secondary radar, the paper analyzes several main factors that cause interference, and then on this basis, discusses how to effectively eliminate the interference effect and improve the efficiency of the secondary radar.

secondary radar; working mechanism; interference; optimization

TN958.96

A