梁文家

民航新疆空中交通管理局空管中心技術(shù)保障中心 新疆 烏魯木齊 830016

1 S模式雷達主要詢問和應(yīng)答格式

S模式二次雷達詢問信息和應(yīng)答信息數(shù)據(jù)鏈報文格式有24種，其詢問信號和應(yīng)答信號包含56位（短報文）或112位（長報文）的數(shù)據(jù)塊，滿足不同數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰?。其報文格式分別見圖1所示。

圖1 S模式二次雷達詢問應(yīng)答格式

2 BDS寄存器

目前S模式在二次雷達監(jiān)視技術(shù)方面的應(yīng)用主要可以分為兩類：基本監(jiān)視（Elementary Surveillance，ELS）和增強監(jiān)視（Enhanced Surveillance，EHS）。無論是ELS還是EHS，都需要用到S模式應(yīng)答機中的BDS寄存器（COMM-B Data Selector）。

BDS是8位編碼（兩組4位）寄存器，其內(nèi)部保存有與航空器狀態(tài)有關(guān)的參數(shù)，并能夠在狀態(tài)改變的情況下自動更新參數(shù)，這些參數(shù)就是S模式雷達希望獲取的航空器參數(shù)[1]。

每個BDS共分為高四位和低四位兩部分，分別用16進制表示，標(biāo)記為BDSX.Y，例如BDS1.0、BDS1.7、BDS1.D等。目前ICAO保留了其中48個寄存器用于S模式雷達。其中，S模式雷達常用的寄存器為：BDS1.0，Data Link Capability Report數(shù)據(jù)鏈能力；BDS1.7，Common usage GICB capability report 使用GICB能力報告；BDS1.D，Mode S specific services capability report S模式特殊服務(wù)能力報告；BDS2.0，Aircraft Identification航空器標(biāo)識；BDS 3.0，ACAS Active Resolution Advisory ACAS報；BDS4.0，Aircraft Intention（selected altitude）飛機高度意圖；BDS5.0，Track and Turn Report（Roll Angle,Track Angle rate,True Track Angle,Ground Speed）航跡轉(zhuǎn)彎報告；BDS6.0，Heading and Speed Report（Magnetic Heading, Indicated airspeed,Mach No, Vertical rate）指向和速度報告。

BDS共8bit，分為BDS1（4bit）和BDS2（4bit）兩段。

RR（Reply Request）表示應(yīng)答請求，高位取“1”時，RR低4位用于表示BDS1。DI（Designator Identification）表示標(biāo)示符識別，該字段要和SD（Special Designator）專用標(biāo)示符字段一起解釋。SD字段分為若干個子字段，當(dāng)DI=3、7時，含RRS（Reply Request Sub-field）子字段，RRS用于表示BDS2；其中DI=3時，24-27位為RRS子字段；其中DI=7時，21-24位為RRS子字段。

GICB （Ground-Initiated Comm-B）協(xié)議可以實現(xiàn)S模式地面詢問站錄取處理這些寄存器的信息。S模式詢問機發(fā)送UF4、UF5、UF20和UF21的詢問信號后，如果沒有收到相關(guān)的應(yīng)答信號，將會再次發(fā)射相同的詢問信號；當(dāng)應(yīng)答機收到了這個詢問信號后，向詢問機發(fā)送DF20和DF21的COMM-B應(yīng)答信號，該應(yīng)答信號的MB（Message Comm-B）字段里包含了詢問機要求的BDS寄存器號和內(nèi)容。

3 基本監(jiān)視ELS、增強監(jiān)視EHS與BDS

基本監(jiān)視ELS主要實現(xiàn)的功能有：定位航空器、獲取航空器高度和身份識別碼。歐控組織對ELS的要求是支持UF 0，4，5，11，20，21 和Comm B，以及支持BDS1.0、BDS2.0、BDS3.0。ELS也是目前國內(nèi)S模式雷達站最主要的工作方式。

增強監(jiān)視EHS在實現(xiàn)ELS所有功能的基礎(chǔ)上，還可以從航空器上得到更多的信息。增強監(jiān)視功能可以通過兩種途徑實現(xiàn)：GICB（Ground-Initiated Comm-B）協(xié)議和使用 MSP（the Mode S Specific Protocol）的DATA FLASH[2]。歐控組織對EHS的要求是除了支持ELS所有功能外，還需支持飛行意圖報告，包括BDS4.0、BDS5.0、BDS6.0，其內(nèi)容也被稱作DAP（Downlink Aircraft Parameters）。

4 DLD-100C二次雷達的S模式監(jiān)視實現(xiàn)

裝有S模式應(yīng)答機的飛機都有自己唯一的地址碼，因此每次詢問都指定飛機地址碼，實現(xiàn)點名詢問和應(yīng)答，從根本上消除同步竄擾問題[3]。S模式二次雷達詢問/應(yīng)答過程：首先進行S 模式全呼叫詢問，獲知空中是否存在安裝有S模式應(yīng)答機的飛機以及該飛機的地址碼信息。在確認(rèn)該飛機地址碼信息后，將其列入點名詢問表，建立與本雷達站的鎖定，進行監(jiān)視詢問或?qū)嵭猩舷滦袛?shù)據(jù)鏈功能。

上述功能由S模式控制與數(shù)據(jù)處理兩個軟件模塊實現(xiàn)。其中S模式控制模塊產(chǎn)生并管理目標(biāo)點名詢問表，將目標(biāo)最新航跡信息存儲在列表中，并按目標(biāo)方位順時針排列，同時適時控制雷達定時器產(chǎn)生所需的上行詢問信號。

其中單PRF多目標(biāo)詢問處理流程如圖2所示。

圖2 單PRF多目標(biāo)詢問處理流程

模式S點名詢問內(nèi)容控制過程：

C代碼：每個掃描周期都需要詢問；

A代碼：目標(biāo)起始時詢問；

BDS1.0/ BDS2.0：目標(biāo)起始時詢問；

BDS 1.7：目標(biāo)起始時詢問；

BDS1.0/1.7：間隔18s，重復(fù)詢問，如果目標(biāo)出現(xiàn)A代碼改變告警，則立即詢問其新的A代碼；

BDS4.0/ 5.0/ 6.0：EHS模式下的S信息，每個掃描周期詢問；

GICB：用戶主動詢問BDS，立即詢問。

數(shù)據(jù)處理模塊接收應(yīng)答機產(chǎn)生的S模式應(yīng)答報告，進行應(yīng)答報告處理，點跡處理以及航跡處理，并輸出目標(biāo)信息報文至ATC。

區(qū)管DLD-100C二次雷達其形成的雷達目標(biāo)報告報文為Asterix-cat048格式，狀態(tài)信息報文為Asterix-cat034格式。其中S模式雷達的信息包飛機識別信息主要包括航班號（I048/240）、24位地址碼（I048/210）和S模式MB數(shù)據(jù)（I048/250）等新數(shù)據(jù)項。

數(shù)據(jù)項I048/230，表示應(yīng)答器通信能力、機載ACAS設(shè)備能力和飛行狀態(tài)。由2-8字節(jié)固定長度數(shù)據(jù)項組成。其中第5位 （B1A）與1-4位（B1B）組合表示BDS 1.0、BDS1.7或1.D。

數(shù)據(jù)項I048/250，表示從飛機應(yīng)答器中提取的S模式Comm-B數(shù)據(jù)。以一個1-8字節(jié)的字段重復(fù)指示器（REP）開始，后面至少有一個由7字節(jié)的BDS代碼和1個字節(jié)的BDS寄存器組成的BDS報告。

bits-64/9（MB Data）：56位S模式MB信息數(shù)據(jù)；

bits-8/5（BDS1）：Comm-B數(shù)據(jù)緩沖區(qū)存儲1地址；

bits-4/1（BDS2）：Comm-B數(shù)據(jù)緩沖區(qū)存儲2地址。

①傳輸BDS2.0時，使用240項。②BDS3.0的傳輸使用260項。③對于Comm-B廣播提取的數(shù)據(jù)，BDS1、BDS2字段的所有位均設(shè)為0；對于通過GICB請求提取的數(shù)據(jù)，字段BDS1和BDS2對應(yīng)GICB寄存器號。

數(shù)據(jù)項I048/260，表示ACAS飛行意圖報告，由7個字節(jié)固定長度組成。bits-56/1（MB Data）：BDS寄存器3.0的56位S模式MB信息數(shù)據(jù)。

由以上3個數(shù)據(jù)項，便可從Asterix-cat048雷達格式報文中解析出所需的BDS寄存器數(shù)據(jù)。

5 S模式監(jiān)視數(shù)據(jù)應(yīng)用

①通過S模式應(yīng)用，24位地址碼可實現(xiàn)唯一性飛機識別。②減少過度詢問，降低信號重疊干擾。③提升監(jiān)視數(shù)據(jù)完整性，通過BDS設(shè)置詢問應(yīng)答，獲取DAP數(shù)據(jù)。④在自動化系統(tǒng)中通過S模式數(shù)據(jù)可實現(xiàn)對掛單航班實施監(jiān)控，當(dāng)S模式下行數(shù)據(jù)中的CFL與飛行計劃數(shù)據(jù)中CFL不一致時，將會產(chǎn)生告警。當(dāng)飛行員輸入CFL高度與管制員指令高度不一致時，系統(tǒng)可以給予提示。通過BDS設(shè)置詢問內(nèi)容，S模式下行應(yīng)答數(shù)據(jù)解碼后可以給出機載設(shè)備提供的航向、空速、上升下降率等航空器態(tài)勢信息，提供給管制員監(jiān)控，提前預(yù)判飛行動態(tài)。⑤S模式數(shù)據(jù)還可提供氣壓高度設(shè)定等其他數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)25英（lin=2.54cm）尺高度精度，在自動化系統(tǒng)中計算精度更高。

6 結(jié)束語

S模式雷達監(jiān)視技術(shù)等新技術(shù)應(yīng)用是破解民航持續(xù)快速發(fā)展中出現(xiàn)新情況、新問題的重要手段，是不斷提升航空安全品質(zhì)的關(guān)鍵，也是民航空管系統(tǒng)不斷改進，實現(xiàn)空管系統(tǒng)現(xiàn)代化，提高系統(tǒng)安全、容量、效率的必然選擇。同時，傳統(tǒng)成熟通導(dǎo)技術(shù)的使用與空管新技術(shù)推廣應(yīng)用的并行和過渡將對未來空管設(shè)備保障體系提出更高的要求。