周海林

（四川九洲電器集團(tuán)有限責(zé)任公司，四川綿陽，621000）

0 引言

地面二次監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)利用地面航管詢問機(jī)發(fā)射詢問、機(jī)載航管應(yīng)答機(jī)應(yīng)答對目標(biāo)飛機(jī)進(jìn)行探測定位，實現(xiàn)對協(xié)同飛機(jī)的空間位置、代碼、高度及飛機(jī)航跡的顯示。

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代空中交通的日益繁忙，實現(xiàn)準(zhǔn)確的空中交通管制對二次監(jiān)視雷達(dá)的探測能力和解碼準(zhǔn)確性都要求較高。而實際中，二次監(jiān)視雷達(dá)與飛機(jī)之間除直達(dá)路徑外的還存在地面反射電磁波信號的路徑，即多徑信號影響會降低二次監(jiān)視雷達(dá)的解碼有效性。本文針對該類情況，提出了一種提高地面二次監(jiān)視雷達(dá)解碼有效性的方法，運(yùn)用對機(jī)載航管應(yīng)答信號框架脈沖全譯碼，同時動態(tài)調(diào)整一致性參數(shù)，并在仿真測試中得到了有效驗證。

1 二次監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)工作原理

按照國際民航組織（ICAO）規(guī)范，傳統(tǒng)航管二次監(jiān)視雷達(dá)共有6種詢問模式，分別稱為1、2、3/A、B、C、D模式。實際民航常用3/A、C兩種模式，其中3/A（簡稱A模式）模式兼用于軍用識別和民用識別詢問，C模式用于高度詢問。

機(jī)載航管應(yīng)答機(jī)接收到地面二次監(jiān)視雷達(dá)發(fā)射的詢問信號后，根據(jù)詢問的模式選擇應(yīng)答內(nèi)容（一串脈沖），這串脈沖序列即為機(jī)載的航管應(yīng)答信號。A/C詢問模式的應(yīng)答碼格式是一致的。如圖1所示，應(yīng)答碼由16個信息碼為組成，這些信息碼位的順序是F1、C1、A1、C2、A2、C4、A4、X、B1、D1、B2、D2、B4、D4、F2和SPI。每一個信息碼位有兩種狀態(tài)，有脈沖時信息為“1”，無脈沖時信息為“0”。其中F1和F2叫做框架脈沖，這兩個脈沖信息必須為“1”。

圖1 應(yīng)答信號格式

航管應(yīng)答機(jī)響應(yīng)A模式詢問時，12個信息碼從高位到低位的排列順序是：A4A2A1、B4B2B1、C4C2C1、D4D2D1，地面二次監(jiān)視雷達(dá)按照A、B、C、D每四位數(shù)碼按八進(jìn)制進(jìn)行的數(shù)字顯示。

2 多徑信號對地面詢問機(jī)解碼錯誤的影響

2.1 多徑信號產(chǎn)生原理

根據(jù)電磁波傳輸理論，二次監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)的電磁波發(fā)射/接收是在非自由空間的地球表面上進(jìn)行的。由于地表、地形與地物等因素的影響，接收到的電磁波是由直射波和經(jīng)地表地物反射的多個路徑傳輸來的電磁波合成波，即多徑傳輸。一般情況下，除直射波以外，對合成波影響最大的是地表發(fā)射路徑形成的電磁波。

對于收發(fā)共用一個天線的二次監(jiān)視雷達(dá)，多路徑傳輸示意圖如圖2所示。

圖2 理想情況多徑幾何關(guān)系

需要計算信號反射點(diǎn)：

通過計算，可得出路徑差δ、擦地角φ的計算公式。

2.2 解碼錯誤的原因

在某實際工程中，飛機(jī)航管應(yīng)答機(jī)設(shè)置應(yīng)答碼為危機(jī)識別碼7700，飛機(jī)航管應(yīng)答機(jī)響應(yīng)地面二次監(jiān)視雷達(dá)A模式識別詢問后，二次監(jiān)視雷達(dá)監(jiān)控視頻卻顯示為“7767”，而且該應(yīng)答碼持續(xù)顯示了一段時間。事后分析不能正確解碼的原因為多徑效應(yīng)的影響。

直射信號和多徑信號在時間上形成交錯，兩個信號的時間差會改變應(yīng)答脈沖的視在數(shù)目，從而導(dǎo)致地面二次監(jiān)視雷達(dá)錯誤的解碼。從圖3可知，當(dāng)應(yīng)答的直達(dá)信號為7700時，應(yīng)答經(jīng)過地面反射形成多徑信號與直達(dá)信號的路程差為1305m左右，時間延遲剛好4.35μs，根據(jù)原有應(yīng)答的框架脈沖F1和F2，同時將直達(dá)信號與多徑信號在組合后進(jìn)行譯碼，可知只有C1碼位沒有脈沖，所以地面二次雷達(dá)將航管應(yīng)答機(jī)顯示為7767。

圖3 解碼錯誤過程圖

針對地面二次監(jiān)視雷達(dá)解碼錯誤，提出對應(yīng)答信號框架脈沖進(jìn)行全譯碼，同時根據(jù)目標(biāo)交織情況，動態(tài)調(diào)整譯碼幅度一致性的參數(shù)。

3 本文方法

3.1 航管應(yīng)答信號常規(guī)解碼算法

地面二次監(jiān)視雷達(dá)檢測航管應(yīng)答的存在就是對應(yīng)答中框架脈沖F1和F2的檢測，當(dāng)檢測到應(yīng)答框架出來之后，就譯碼框架內(nèi)12個信息碼位。詢問機(jī)對應(yīng)答信號解碼采用應(yīng)答脈沖幅度進(jìn)行檢測的方法，即將1090MHz信號下變頻為中頻信號后、AD數(shù)字采樣、以及數(shù)字濾波和數(shù)字下變頻等，最后解算出幅度信息，再進(jìn)行信息碼位脈沖幅度信息與框架脈沖幅度信息進(jìn)行一幅度致性的比較，門限一般常規(guī)設(shè)置為6dB，通過幅度一致性比較之后，就得到A/C應(yīng)答代碼。

3.2 航管應(yīng)答信號全譯碼

全譯碼方法要求地面二次監(jiān)視雷達(dá)軟件先搜索航管應(yīng)答信號的框架脈沖F1和F2，即找到所有的符合標(biāo)準(zhǔn)的框架脈沖，根據(jù)應(yīng)答框架脈沖可能找到N個目標(biāo)，再搜索在N個目標(biāo)內(nèi)是否存在有兩個目標(biāo)共用部分脈沖，即后面一個目標(biāo)2的部分脈沖被目標(biāo)1的用作了信息碼位的脈沖，全譯碼方法流程如圖4所示。當(dāng)目標(biāo)脈沖交織時，由于多徑信號是通過地面反射之后的信號，其信號幅度有一定的衰減，即多徑信號幅度大小一般情況下與直達(dá)信號幅度大小有一些差異，此時二次監(jiān)視雷達(dá)軟件可以動態(tài)調(diào)整脈沖幅度一致性參數(shù)，提高一致性參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到將多徑信號脈沖剔除，保留航管應(yīng)答機(jī)的直達(dá)信號脈沖。最終達(dá)到提高二次監(jiān)視雷達(dá)解碼的有效性。

圖4 全譯碼方法流程

4 仿真結(jié)果

采用Matlab軟件針對此類情況進(jìn)行仿真分析，設(shè)置仿真條件二次監(jiān)視雷達(dá)收到航管應(yīng)答信號為1個直達(dá)信號目標(biāo)和1個多徑信號目標(biāo)，同時航管應(yīng)答的A代碼隨機(jī)設(shè)置；直達(dá)信號所有脈沖幅度不一致性設(shè)置為≤1dB，同樣多徑信號所有脈沖幅度不一致性也設(shè)置為≤1dB；設(shè)置二次監(jiān)視雷達(dá)軟件調(diào)整脈沖幅度一致性參數(shù)為1dB。1個多徑信號目標(biāo)（與直達(dá)目標(biāo)）距離差分別設(shè)置為435m、870m、1305m，即時間差剛好為1.45μs、2.9μs、4.35μs，多徑信號幅度與直達(dá)信號幅度差分別設(shè)置為1dB、2dB、3dB、4dB、6dB，驗證對多徑應(yīng)答信號脈沖剔除能力。仿真結(jié)果如表1所示。在多徑信號幅度與直達(dá)信號幅度差異越大時，其解碼的有效性越高。

表1 對航管應(yīng)答機(jī)正確解碼的概率

5 結(jié)束語

本文采用全譯碼方法，搜索所有可能的應(yīng)答框架脈沖F1、F2，從而可以知道航管應(yīng)答目標(biāo)機(jī)是否存在多徑目標(biāo)或其他航管應(yīng)答目標(biāo)，如果目標(biāo)機(jī)的框架脈沖內(nèi)存在有其他目標(biāo)的脈沖，這時二次監(jiān)視雷達(dá)軟件動態(tài)調(diào)整幅度一致性比較的參數(shù)，從而可以提出多徑信號的脈沖，當(dāng)多徑信號的脈沖幅度與直達(dá)信號脈沖幅度差異越大時，剔除多徑目標(biāo)脈沖的概率就越高，二次監(jiān)視雷達(dá)的解碼有效性越高。