徐曉強(qiáng)

（民航云南空管分局，云南 昆明 650200）

0 引言

隨著我國民用航空事業(yè)迅猛發(fā)展，航班流量日益增長，在準(zhǔn)確判別航空器所處位置的條件下縮短飛行間隔是民航空管的核心問題，這對民航監(jiān)視設(shè)備的性能提出更高要求。伴隨著空域內(nèi)航空器日益增多，航管二次雷達(dá)運(yùn)行中會出現(xiàn)更多假目標(biāo)。快速判別假目標(biāo)類型及成因，采取有效措施抑制假目標(biāo)，對提升民航監(jiān)視信號質(zhì)量和保障空中航空器安全具有非常重要的意義。

1 二次雷達(dá)假目標(biāo)種類

1.1 多徑傳播

航管監(jiān)視二次雷達(dá)大多數(shù)假目標(biāo)是因多徑傳播因素造成。多徑傳播是指航空器應(yīng)答機(jī)與雷達(dá)詢問機(jī)之間存在多條信號路徑的現(xiàn)象[1]。如圖1所示，多徑傳播按反射路徑和直接路徑間隔分類，可分為3種：一是地面反射信號和直接路徑信號在同一垂直平面內(nèi)，如圖1-A所示，兩路信號重疊，信號可能發(fā)生疊加，導(dǎo)致信號幅度及脈寬均產(chǎn)生變化，此情況稱為交織黏連；二是因地面傾斜、建筑物或山體造成反射信號和直達(dá)信號與間存在小水平夾角，如圖1-B所示，會引起信號脈寬及編碼值變化，這兩種情況會出現(xiàn)方位誤差或編碼錯(cuò)誤；三是圖1-C中，因地面傾斜、建筑物或山體造成反射信號和直達(dá)信號為大水平夾角時(shí)，會出現(xiàn)反射假目標(biāo)。

圖1 多徑傳播三種情況

1.2 旁瓣影響

航管二次雷達(dá)天線輻射除主瓣外還有眾多旁瓣?！犊罩薪煌ü苤贫伪O(jiān)視雷達(dá)設(shè)備技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定旁瓣增益低于主瓣27 dB，尾瓣增益低于主瓣30 dB。[2]但航空器與雷達(dá)距離短時(shí)，因空間衰減不大，旁瓣輻射能量能觸發(fā)航空器應(yīng)答機(jī)斷續(xù)或連續(xù)應(yīng)答。雷達(dá)系統(tǒng)接收這些應(yīng)答信號時(shí)以天線瞄準(zhǔn)軸為方位基準(zhǔn)處理，從而出現(xiàn)目標(biāo)方向判斷錯(cuò)誤，顯示終端可能顯示同一個(gè)目標(biāo)成不連續(xù)圈狀弧線，此現(xiàn)象稱為繞環(huán)效應(yīng)。

航管二次雷達(dá)系統(tǒng)使用旁瓣抑制技術(shù)解決旁瓣影響，主要有接收旁瓣抑制（RSLS）和詢問旁瓣抑制（ISLS）兩種。

1.3 二次環(huán)繞

二次環(huán)繞是指本次詢問產(chǎn)生的航空器應(yīng)答落入下一詢問周期，且該應(yīng)答脈沖和下一詢問脈沖同步穩(wěn)定。發(fā)生二次環(huán)繞時(shí)，目標(biāo)距離計(jì)算會使用第一周期應(yīng)答與第二周期詢問的時(shí)間差，因時(shí)間差值變小而產(chǎn)生近距離假目標(biāo)。脈沖重復(fù)頻率交錯(cuò)是解決二次環(huán)繞的常用方法。

1.4 異步干擾

覆蓋范圍內(nèi)接收到其他雷達(dá)詢問引起的應(yīng)答信號而產(chǎn)生的假目標(biāo)，因應(yīng)答信號和其詢問不同步，被稱為FRUIT即異步干擾（Fal se Repl ies Unsynchronized In Time）。

異步干擾與真實(shí)應(yīng)答和間的區(qū)別如下：一是異步干擾的假目標(biāo)一般位于受干擾雷達(dá)旁瓣位置； 二是異步干擾應(yīng)答信號在相鄰掃描周期內(nèi)位置上是獨(dú)立、分離、且互不相關(guān)的，真實(shí)應(yīng)答為距離相關(guān)。綜上所述，抑制異步干擾可使用接收旁瓣抑制（RSLS）、相鄰周期距離相關(guān)等方法。

1.5 假框架目標(biāo)

多架航空器位置相近時(shí)，多個(gè)應(yīng)答信號會出現(xiàn)迭加，產(chǎn)生多個(gè)應(yīng)答框架間距小于20.3 μs的應(yīng)答信號，該現(xiàn)象稱為應(yīng)答碼混淆。應(yīng)答碼混淆可分為假框架目標(biāo)、交織應(yīng)答和同步竄擾。脈沖間隔為20.3 μs但框架脈沖并不由F1和F2組成，雷達(dá)系統(tǒng)誤判而造成的假目標(biāo)假目標(biāo)，稱為假框目標(biāo)或幻影目標(biāo)。交織應(yīng)答現(xiàn)象為應(yīng)答脈沖位置互相不占用但脈沖有重疊，應(yīng)答脈沖位置相互重疊并且占用稱為同步竄擾。

應(yīng)答碼混淆現(xiàn)象可用單脈沖技術(shù)和S模式解決：單脈沖技術(shù)雷達(dá)通常能解出4組交織應(yīng)答代碼；S模式雷達(dá)中的選呼模式，根據(jù)航空器惟一地址碼進(jìn)行詢問，對應(yīng)航空器應(yīng)答，其宇航空器不應(yīng)答，實(shí)現(xiàn)完全區(qū)分混淆應(yīng)答。

1.6 其他原因

航管二次雷達(dá)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)鉸鏈性能不佳、方位編碼不準(zhǔn)確時(shí)，會影響雷達(dá)方位信號（ARP / ACP信號），目標(biāo)會出現(xiàn)位置偏移。該類假目標(biāo)不會單個(gè)出現(xiàn)，會成大批次出現(xiàn)。

2 近場假目標(biāo)現(xiàn)象描述

該雷達(dá)站位于昆明機(jī)場西側(cè)，兩者間直線間距約為4.5 km。機(jī)場處于云南某雷達(dá)站二次雷達(dá)低俯角，臺站海拔高度為2 420 m，機(jī)場海拔高度為2 050 m，兩者間高差為347 m，可得目標(biāo)與雷達(dá)站的垂直夾角約為4°24'。

2019年3月，云南某雷達(dá)站Indra二次雷達(dá)由A/C模式切換至S模式工作，切換后跑道覆蓋得到提升。次日該站雷達(dá)出現(xiàn)2次航空器降落時(shí)在跑道端頭發(fā)生位置偏移，出現(xiàn)時(shí)刻其余航空器位置正確，與自動化終端核實(shí)其他能覆蓋跑道的雷達(dá)目標(biāo)正常。

其中第二次較為典型，二次代碼為3063的航空器在12：19目標(biāo)在西跑道頭航空器出現(xiàn)轉(zhuǎn)彎超出跑道實(shí)際區(qū)域，轉(zhuǎn)向雷達(dá)站方向，持續(xù)40 s左右，高度在6 800 ft以下，與機(jī)場跑道高度一致。如圖2所示。

圖2 目標(biāo)2位置漂移出現(xiàn)轉(zhuǎn)彎圖

3 現(xiàn)象分析及處理

該雷達(dá)在A/C模式工作時(shí)，無此現(xiàn)象，排除異步干擾原因引起該假目標(biāo)。具體觀察該目標(biāo)漂移假目標(biāo)，與正常落地航空器無異常，無變短現(xiàn)象，可排除二次繞環(huán)。因出現(xiàn)假目標(biāo)時(shí)雷達(dá)工作于S模式，可排除因假框架脈沖原因造成。漂移目標(biāo)出現(xiàn)時(shí)其余航空器目標(biāo)正常，由此可排除雷達(dá)編碼器及旋轉(zhuǎn)鉸鏈問題導(dǎo)致該假目標(biāo)。

兩次假目標(biāo)均出現(xiàn)位置漂移現(xiàn)象，且后一次目標(biāo)漂移出現(xiàn)向臺站轉(zhuǎn)彎現(xiàn)象。現(xiàn)象與旁瓣影響造成的繞環(huán)效應(yīng)對應(yīng)。分析該假目標(biāo)應(yīng)為旁瓣收發(fā)引起。但此時(shí)雷達(dá)RSLS及ISLS功能為啟用狀態(tài)且其余航空器目標(biāo)均正常，且其他時(shí)間位置相近航空器未出現(xiàn)該現(xiàn)象。由此分析可得此次旁瓣收發(fā)不是由Σ通道旁瓣穿刺Ω通道波瓣造成。

因機(jī)場附近跑道等建筑物多，易造成多徑效應(yīng)。該現(xiàn)象時(shí)應(yīng)為直接路徑信號與地面反射信號位于同一垂直平面，且Σ通道P1/P2/P6旁瓣詢問脈沖電磁波與反射電磁波相位相近，形成疊加。因路徑短反射與直射路徑差未造成脈沖寬度明顯變化。Ω通道P5脈沖電磁波與反射電磁波相位未相近，未形成疊加效果。造成P1/P2/P6與P5的差在9 dB 之間或以上，造成ISLS功能失效，航空器應(yīng)答機(jī)進(jìn)行應(yīng)答。

同樣因多徑效應(yīng)造成Σ通道（旁瓣）旁瓣接收應(yīng)答信號與Ω通道控制通道信號幅度差不明顯，未加載RSLS標(biāo)識，而Σ通道（主瓣）信號因目標(biāo)處于低俯角，如圖3所示，信號減弱10 dB左右，Σ通道（主瓣）與反射信號相位差接近180°，信號衰減。未被處理或低于多徑效應(yīng)造成疊加后的Σ通道（旁瓣）信號強(qiáng)度，后期處理時(shí)被濾除。因該出現(xiàn)條件特殊，故此現(xiàn)象為偶爾出現(xiàn)。綜上所述確定原因?yàn)槎鄰叫?yīng)引起的旁瓣影響造成了假目標(biāo)出現(xiàn)。

通過以上分析，因機(jī)場區(qū)域建筑多，無法通過反射文件方式解決多徑效應(yīng)，決定從出現(xiàn)漂移目標(biāo)均在近場及旁瓣影響兩方面入手解決該問題：

圖3 天線垂直輻射方向圖

（1）因漂移目標(biāo)為旁瓣進(jìn)入目標(biāo)信號遠(yuǎn)小于正常信號，又因均為近場出現(xiàn)。Indra二次雷達(dá)有STC 功能對近程信號實(shí)現(xiàn)衰減，提高STC設(shè)置可進(jìn)一步衰減該信號降低處理概率實(shí)現(xiàn)濾除目的，對越近目標(biāo)衰減越大。過程中將該雷達(dá)站STC設(shè)置值由1調(diào)整至2，如圖4所示。調(diào)整后觀察遠(yuǎn)距離目標(biāo)未出現(xiàn)影響，調(diào)整后出現(xiàn)位置漂移現(xiàn)象出現(xiàn)頻次下降且目標(biāo)為斷續(xù)出現(xiàn)，漂移目標(biāo)丟點(diǎn)數(shù)較原現(xiàn)象明顯增加。調(diào)整過高后有可能影響雷達(dá)覆蓋，該功能未在上調(diào)。

（2）針對旁瓣影響，Indra雷達(dá)可用Ω通道偏執(zhí)設(shè)置功能實(shí)現(xiàn)P5脈沖幅度增加，如圖5所示。該功能可增強(qiáng)ISLS及RSLS功能判別能力，原雷達(dá)站Ω 通道偏執(zhí)設(shè)置為0，將該設(shè)置值增加為3后，該現(xiàn)象再未出現(xiàn)，對比其他站點(diǎn)雷達(dá)信號，該雷達(dá)站遠(yuǎn)近場目標(biāo)均無異常，實(shí)現(xiàn)排除假目標(biāo)目的。

圖4 STC曲線及Indra STC調(diào)整位置圖

圖5 Indra控制通道偏執(zhí)調(diào)整位置圖

4 結(jié)束語

上述二次雷達(dá)假目標(biāo)分析中，首先，要確定假目標(biāo)的性質(zhì)，針對假目標(biāo)現(xiàn)象逐一核對，確定引起假目標(biāo)出現(xiàn)的原因；其次，針對造成原因制定排除思路，同時(shí)熟練掌握使用雷達(dá)各種設(shè)置，實(shí)現(xiàn)排除假目標(biāo)；最后，要核對是否因采用舉措是否影響其他雷達(dá)目標(biāo)，為二次雷達(dá)假目標(biāo)排除提供了整體思路，有一定借鑒意義。