車(chē)衛(wèi)龍

（民航江蘇空管分局，江蘇 南京 210013）

0 引言

二次雷達(dá)是空中交通管制系統(tǒng)的重要組成部分，也是目前空中交通管制提高空域容量、縮小管制間隔的最重要手段。由于傳統(tǒng)的二次雷達(dá)A/C模式限制了空域流量的進(jìn)一步增長(zhǎng)，因此出現(xiàn)了S模式二次雷達(dá)系統(tǒng)，S模式二次雷達(dá)通過(guò)1090ES數(shù)據(jù)鏈來(lái)實(shí)現(xiàn)地面雷達(dá)與空中飛機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的功能，地面雷達(dá)站和空中目標(biāo)通過(guò)Comm-A和Comm-B進(jìn)行通信，可獲取航班號(hào)、空速、航向、上升率、下降率以及飛行員意圖信息等數(shù)據(jù)。法國(guó)Thales、西班牙Indra等國(guó)外廠家在中國(guó)部署的最新型號(hào)二次雷達(dá)都具備了增強(qiáng)型S模式能力，恩瑞特、四創(chuàng)電子等國(guó)內(nèi)廠家的增強(qiáng)型S模式能力也達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。在二次雷達(dá)S模式快速發(fā)展和推廣應(yīng)用的過(guò)程中，也出現(xiàn)了一些兼容性問(wèn)題，例如應(yīng)答機(jī)對(duì)S模式詢問(wèn)的支持能力。有的飛機(jī)僅支持AC模式詢問(wèn)，因此對(duì)這一類(lèi)飛機(jī)要在保證S模式詢問(wèn)的基礎(chǔ)上，采用IAS/ICS詢問(wèn)，以保證僅支持AC模式詢問(wèn)的飛機(jī)的獲取。

1 二次雷達(dá)目標(biāo)詢問(wèn)原理

二次雷達(dá)的目標(biāo)詢問(wèn)模式分為傳統(tǒng)A/C模式與S模式，傳統(tǒng)A/C模式使用全呼模式（All Call）監(jiān)視空域中裝備了A/C模式應(yīng)答機(jī)的飛機(jī)，S模式同時(shí)使用全呼模式（All Call）和選呼模式（Roll Call）監(jiān)視空域中裝備了S模式應(yīng)答機(jī)的飛機(jī)。為了防止S模式二次雷達(dá)無(wú)法監(jiān)視裝備A/C模式應(yīng)答機(jī)的飛機(jī)，S模式二次雷達(dá)一般使用過(guò)渡詢問(wèn)模式（UF11+IAS/ICS）進(jìn)行目標(biāo)詢問(wèn)，同時(shí)監(jiān)視裝備了A/C模式應(yīng)答機(jī)和S模式應(yīng)答機(jī)的飛機(jī)。

S模式二次雷達(dá)一般使用全呼詢問(wèn)捕獲目標(biāo)，再使用選呼詢問(wèn)對(duì)捕獲目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，具體的詢問(wèn)脈沖可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行靈活編碼，既可以完成目標(biāo)監(jiān)視任務(wù)，又可以獲取更豐富的目標(biāo)信息。但是，如果詢問(wèn)脈沖編碼不合理，則可能出現(xiàn)二次雷達(dá)系統(tǒng)工作異常的問(wèn)題，甚至出現(xiàn)虛假目標(biāo)，該文所述現(xiàn)象就是因S模式全呼詢問(wèn)不合理而導(dǎo)致的。

1.1 A/C模式詢問(wèn)

根據(jù)國(guó)際民航組織標(biāo)準(zhǔn)（ICAO），傳統(tǒng)空管二次雷達(dá)共有6種詢問(wèn)模式，分別稱為1、2、3/A、B、C以及D模式。其中，1、2模式專(zhuān)用于軍用識(shí)別詢問(wèn)，3/A（常簡(jiǎn)稱A模式）模式兼用于軍用識(shí)別和民用識(shí)別詢問(wèn)，B模式只用于民用識(shí)別，C模式用于高度詢問(wèn)，而D模式作為備用模式。這6種模式由時(shí)間間隔不同的脈沖對(duì)組成，在二次雷達(dá)設(shè)備實(shí)際工作中，主要使用3/A、C詢問(wèn)模式，簡(jiǎn)稱A/C模式。

二次雷達(dá)A/C模式的詢問(wèn)脈沖如圖1所示，A模式詢問(wèn)脈沖為 8.00 μs，C 模式的詢問(wèn)脈沖為 21.00 μs。

圖1 A/C模式詢問(wèn)脈沖

1.2 S模式UF11全呼詢問(wèn)

S模式二次雷達(dá)的工作模式分為S模式全呼詢問(wèn)和S模式點(diǎn)名詢問(wèn)，S模式全呼詢問(wèn)包括僅S模式全呼詢問(wèn)和ACS兼容模式詢問(wèn)。其中，僅S模式全呼詢問(wèn)也稱為UF11詢問(wèn)模式，只能詢問(wèn)S模式應(yīng)答機(jī)，傳統(tǒng)的A/C模式應(yīng)答機(jī)無(wú)法應(yīng)答；ACS兼容模式詢問(wèn)可以同時(shí)詢問(wèn)S模式應(yīng)答機(jī)和A/C模式應(yīng)答機(jī)。

S模式UF11的詢問(wèn)脈沖的持續(xù)時(shí)長(zhǎng)為19.75 μs，其中P脈沖的持續(xù)時(shí)長(zhǎng)為 2.00 μs，P脈沖的持續(xù)時(shí)長(zhǎng)為 1.50 μs，P脈沖的持續(xù)時(shí)長(zhǎng)為16.25 μs，如圖2所示。

圖2 S模式UF11詢問(wèn)脈沖

1.3 ACS（短 P4）詢問(wèn)

ACS兼容詢問(wèn)模式是一種兼容詢問(wèn)模式，可以同時(shí)詢問(wèn)S模式應(yīng)答機(jī)與A/C模式應(yīng)答機(jī)。在二次雷達(dá)系統(tǒng)由傳統(tǒng)的A/C模式應(yīng)答機(jī)向S模式應(yīng)答機(jī)的過(guò)渡過(guò)程中，為了同時(shí)監(jiān)視新舊2種類(lèi)型的應(yīng)答機(jī)，可以采用ACS詢問(wèn)模式。ACS詢問(wèn)模式具體又包括2種類(lèi)型：ACS（短P）脈沖詢問(wèn) 和ACS（長(zhǎng)P）脈沖詢問(wèn)，ACS（短P）模式與傳統(tǒng)的A/C詢問(wèn)模式功能相同，僅詢問(wèn)A/C模式應(yīng)答，而ACS（長(zhǎng)P）模式可以同時(shí)詢問(wèn)S模式應(yīng)答機(jī)和A/C模式應(yīng)答機(jī)。

A模式短P的詢問(wèn)脈沖的持續(xù)時(shí)間為10.80 μs，C模式短P4的詢問(wèn)脈沖的持續(xù)時(shí)間為23.80 μs，如圖3所示。

圖3 IAS/ICS模式詢問(wèn)脈沖

2 二次雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別原理

機(jī)載應(yīng)答機(jī)收到二次雷達(dá)發(fā)射的詢問(wèn)信號(hào)后，將根據(jù)詢問(wèn)模式自動(dòng)地應(yīng)答一串脈沖，這串脈沖稱為應(yīng)答信號(hào)。根據(jù)詢問(wèn)模式的不同，應(yīng)答信號(hào)脈沖的編碼也不同，如圖4所示。A/C模式的應(yīng)答脈沖的持續(xù)時(shí)間為20.30 μs，DF11的應(yīng)答脈沖的持續(xù)時(shí)間為64.00 μs。

圖4 應(yīng)答信號(hào)

為了同時(shí)監(jiān)視A/C模式應(yīng)答機(jī)與S模式應(yīng)答機(jī)，該文所述的二次雷達(dá)系統(tǒng)采用了S模式全呼詢問(wèn)與S模式點(diǎn)名詢問(wèn)交替的詢問(wèn)模式設(shè)計(jì)。其中，S模式全呼詢問(wèn)脈沖為UF11+ IAS/ICS，UF11的P后沿與IAS的P前沿的時(shí)間間隔是101.25 μs（內(nèi)部處理延時(shí)），UF11的P后沿與ICS的P前沿的時(shí)間間隔是88.25 μs（內(nèi)部處理延時(shí)）。

該文所述二次雷達(dá)系統(tǒng)采用的以上詢問(wèn)模式可以很好地完成空管監(jiān)視任務(wù)，目標(biāo)探測(cè)質(zhì)量和性能也可以得到保障。在具體使用過(guò)程中，可以通過(guò)調(diào)整UF11詢問(wèn)信號(hào)中的應(yīng)答概率（）來(lái)控制S模式應(yīng)答機(jī)的應(yīng)答概率，在提高目標(biāo)捕獲效率的同時(shí)，降低間隔距離較近目標(biāo)的相互干擾。當(dāng)應(yīng)答概率（）提高到一定數(shù)值后，會(huì)出現(xiàn)大量A/C模式虛假目標(biāo)，經(jīng)過(guò)分析，判斷其原因是由于多個(gè)S模式目標(biāo)間隔距離較近，因此它們的S模式應(yīng)答信號(hào)相互交織，被作為A/C應(yīng)答信號(hào)解析而產(chǎn)生虛假目標(biāo)，具體分析如下。

2.1 無(wú)虛假目標(biāo)的情況

當(dāng)目標(biāo)S與S之間的距離間隔足夠大時(shí)，它們的全呼應(yīng)答脈沖無(wú)交織，不會(huì)出現(xiàn)A/C模式虛假目標(biāo)。對(duì)臨界狀態(tài)來(lái)說(shuō)，兩者之間的距離間隔正好可以傳輸1個(gè)全呼應(yīng)答脈沖，即 64.00 μs，則此時(shí)的最小距離間隔為=64μs/2=9600 m（為光速）目標(biāo)與雷達(dá)之間的位置關(guān)系如圖5所示。

圖5 探測(cè)正常時(shí)的兩目標(biāo)信號(hào)時(shí)序

2.2 遠(yuǎn)距離目標(biāo)全呼應(yīng)答干擾

當(dāng)目標(biāo)S與S的距離間隔小于時(shí)，應(yīng)答消息R的尾部與R的頭部存在交織。如果R的頭部沒(méi)有被R交織，則R可以被解析出來(lái)，但是尾部數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，因此會(huì)導(dǎo)致CRC校驗(yàn)錯(cuò)誤，無(wú)法被正常使用；R的頭部被交織，無(wú)法識(shí)別，從而被當(dāng)作AC脈沖進(jìn)行解析，可能被解析出多個(gè)AC應(yīng)答消息。

當(dāng)R的頭部被識(shí)別為AC應(yīng)答時(shí)，與S相比，AC應(yīng)答的距離多計(jì)算了UF11的詢問(wèn)脈沖時(shí)間（19.75+101.25/88.25） μs，則A應(yīng)答距離與S的距離差為△，如公式（1）所示；C應(yīng)答距離與S的距離差為△，如公式（2）所示。

當(dāng)R的尾部被識(shí)別為AC應(yīng)答時(shí)，與S相比，AC應(yīng)答的距離多計(jì)算了UF11的詢問(wèn)脈沖時(shí)間（19.75+101.25/88.25+64-20.3） μs，則 A 應(yīng)答距離 與 S的距離差為△ R，如公式（3）所示；C應(yīng)答距離與S的距離差為△，如公式（4）所示。

目前，二次雷達(dá)信號(hào)處理對(duì)DF11的識(shí)別方法是根據(jù)DF11的前導(dǎo)脈沖（8.00 μs ）和前 5 bit的 DF 數(shù)據(jù)（5.00 μs）進(jìn)行判斷的，因此為了保證R不被干擾，須保證R與R間隔距離不能小于。如公式（5）所示。

目標(biāo)與雷達(dá)之間的位置關(guān)系如圖6所示。

圖6 探測(cè)異常時(shí)的兩目標(biāo)信號(hào)時(shí)序

2.3 近遠(yuǎn)距離目標(biāo)全呼應(yīng)答同時(shí)受到干擾

當(dāng)R與R間隔距離小于時(shí)，R與R都無(wú)法解析，全部作為AC應(yīng)答進(jìn)行解析，可能識(shí)別為多個(gè)AC應(yīng)答消息。

當(dāng)R與R間隔距離等于時(shí)，R的頭部被識(shí)別為AC應(yīng)答，與S相比，則A應(yīng)答距離與S的距離差為△，如公式（6）所示；C應(yīng)答距離相比于S的距離差為△，如公式（7）所示（此時(shí)AC應(yīng)答距離S最近）。

綜上所述，產(chǎn)生AC虛假目標(biāo)的原因是多個(gè)模式S目標(biāo)距離間隔較小，導(dǎo)致全呼應(yīng)答脈沖交織，出現(xiàn)S模式目標(biāo)全呼應(yīng)答被作為AC應(yīng)答解析（近距離目標(biāo)全呼應(yīng)答交織暫不考慮）的現(xiàn)象，從而產(chǎn)生了AC虛假目標(biāo)。

根據(jù)脈沖相對(duì)關(guān)系，虛假目標(biāo)判斷條件設(shè)置如下：1） 所有目標(biāo)的方位處于3 dB波束內(nèi)（即所有目標(biāo)方位差小于4°）。2） 2個(gè)S目標(biāo)的距離間隔為＜9600 m≈10 km。3） AC點(diǎn)跡與遠(yuǎn)距離S目標(biāo)的距離間隔-5911 m＜＜4544 m，設(shè)置fabs（）＜7 km（fabs為求絕對(duì)值運(yùn)算符號(hào)）。4） AC 點(diǎn)跡與近距離S目標(biāo)的距離間隔。（-3961 m+）＜＜（4514 m+），設(shè)置 fabs（）＜17 km。5） AC 點(diǎn)跡是虛假目標(biāo)，S模式目標(biāo)是真實(shí)目標(biāo)。

3 現(xiàn)場(chǎng)有效性驗(yàn)證

實(shí)際選取正在運(yùn)行的某DLD-100C型二次雷達(dá)站進(jìn)行驗(yàn)證，該雷達(dá)距離跑道較近，周?chē)h(huán)境復(fù)雜，威力覆蓋范圍內(nèi)進(jìn)場(chǎng)出現(xiàn)多個(gè)目標(biāo)距離較近的情況，是理想的試驗(yàn)場(chǎng)所。

采用常規(guī)虛假目標(biāo)處理方法的處理結(jié)果如圖7所示。圖7為2個(gè)真實(shí)目標(biāo)A3753（距離為206.332 km，方位為155.632°，地址碼為86D59C）和A5317（距離為212.076 km，方位為155.797°，地址碼為4851B1），解碼出虛假目標(biāo)A0736，無(wú)地址碼，說(shuō)明是A/C模式虛假目標(biāo)。

圖7 常規(guī)虛假目標(biāo)處理方法

采用改進(jìn)的虛假目標(biāo)處理方法處理結(jié)果如圖8所示。圖8為2個(gè)真實(shí)目標(biāo)A1631（距離為256.871 km，方位為241.293°，地址碼為70E069）和A0744（距離為253.507 km，方位為240.628°，地址碼為4D0110），未解碼出虛假目標(biāo)。

圖8 改進(jìn)的虛假目標(biāo)處理方法

4 結(jié)語(yǔ)

隨著國(guó)內(nèi)空中交通監(jiān)視技術(shù)的發(fā)展，S模式技術(shù)作為新一代監(jiān)視技術(shù)受到越來(lái)越多的重視。受歷史原因的影響，早期有一些應(yīng)答機(jī)的能力參差不齊，這些老式的應(yīng)答機(jī)要求雷達(dá)廠家在處理S模式信號(hào)時(shí)，需要兼顧以前老式應(yīng)答機(jī)，包括詢問(wèn)格式的編排以及應(yīng)答信號(hào)字段信息的判別等方面。該文根據(jù)S模式二次雷達(dá)的工作原理，主要是二次雷達(dá)詢問(wèn)脈沖與應(yīng)答脈沖有關(guān)技術(shù)，對(duì)S模式二次雷達(dá)在實(shí)際使用過(guò)程中出現(xiàn)的虛假目標(biāo)問(wèn)題進(jìn)行合理分析，并提出了有效的解決方法。通過(guò)實(shí)際驗(yàn)證，該方法可有效抑制虛假目標(biāo)的產(chǎn)生，并提高空管運(yùn)行的效率。