王 強(qiáng),夏喜龍

(四川九洲空管科技有限責(zé)任公司,四川 綿陽(yáng) 621000)

0 引 言

大多數(shù)空中交通監(jiān)視由布置在地面上的二次雷達(dá)詢問(wèn)機(jī)和飛機(jī)上的機(jī)載應(yīng)答機(jī)實(shí)現(xiàn)。二次監(jiān)視雷達(dá)具備雷達(dá)和通信雙重功能[1],不僅能探測(cè)飛機(jī)的方位和距離,還能通過(guò)交換編碼內(nèi)容獲取飛機(jī)的識(shí)別代碼、氣壓高度和危機(jī)告警信息。二次監(jiān)視雷達(dá)S模式具有數(shù)據(jù)鏈功能,交換的信息更豐富。

二次雷達(dá)廣泛應(yīng)用于各種艦船平臺(tái),能夠增強(qiáng)艦船的態(tài)勢(shì)感知能力和威脅識(shí)別能力,為艦艇的指揮、控制、通信、計(jì)算機(jī)和情報(bào)系統(tǒng)提供目標(biāo)數(shù)據(jù)。二次監(jiān)視雷達(dá)還是先進(jìn)的防空系統(tǒng),為艦隊(duì)的目標(biāo)探測(cè)提供遠(yuǎn)距離預(yù)警。

1 S模式

二次雷達(dá)的S模式是在傳統(tǒng)模式(A、C)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,常規(guī)二次雷達(dá)在詢問(wèn)時(shí),處于天線波束范圍內(nèi)的飛機(jī)都會(huì)做出應(yīng)答,若有兩架以上的飛機(jī)相距很近,它們的應(yīng)答脈沖會(huì)重疊在一起,對(duì)詢問(wèn)機(jī)造成嚴(yán)重的竄擾現(xiàn)象,增加了詢問(wèn)機(jī)對(duì)應(yīng)答脈沖的處理難度,甚至無(wú)法辨別飛機(jī)。為了克服這一問(wèn)題,在二次雷達(dá)中引進(jìn)選擇性詢問(wèn)(S模式),為全球每架飛機(jī)都分配了唯一的地址。在詢問(wèn)信號(hào)中加入飛機(jī)地址,處于詢問(wèn)波束范圍內(nèi)的飛機(jī),只有當(dāng)其收到的詢問(wèn)脈沖中的編碼地址與飛機(jī)自身地址相同時(shí),才做出應(yīng)答,這就從根本上克服了竄擾現(xiàn)象[2]。

當(dāng)二次雷達(dá)部署較為密集時(shí),多部二次雷達(dá)存在空域交疊區(qū)域,為了減少空域交疊區(qū)域內(nèi)的飛機(jī)重復(fù)應(yīng)答,空管系統(tǒng)常常將多部S模式二次雷達(dá)組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò),多部二次雷達(dá)特別是鄰近的二次雷達(dá)共享一個(gè)詢問(wèn)機(jī)標(biāo)識(shí)碼(II碼),通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳遞、移交飛機(jī)的信息,每部二次雷達(dá)不再單獨(dú)對(duì)飛機(jī)進(jìn)行全呼詢問(wèn)、鎖定捕獲,從而提高空管效率。

S模式詢問(wèn)分為全呼詢問(wèn)和選呼詢問(wèn):全呼詢問(wèn)獲取飛機(jī)地址碼;選呼詢問(wèn)根據(jù)飛機(jī)地址碼進(jìn)行針對(duì)性詢問(wèn)來(lái)獲取飛機(jī)更多的信息,比如航班號(hào)、磁航向、指示空速、真航跡角等。在全呼詢問(wèn)獲取飛機(jī)地址碼后,通過(guò)選呼詢問(wèn)將其鎖定,在下一圈詢問(wèn)中,應(yīng)答機(jī)不會(huì)響應(yīng)將其鎖定的詢問(wèn)機(jī)的全呼詢問(wèn),大大減少了竄擾現(xiàn)象。在探測(cè)目標(biāo)時(shí)通常將全呼詢問(wèn)、選呼詢問(wèn)進(jìn)行組合編排,以實(shí)現(xiàn)監(jiān)視目標(biāo)的最優(yōu)性能。全呼詢問(wèn)、選呼詢問(wèn)組合編排如圖1所示,其中不同的全呼詢問(wèn)、選呼詢問(wèn)模式激勵(lì)S模式應(yīng)答機(jī)、常規(guī)(A、C模式)應(yīng)答機(jī)作出相應(yīng)的應(yīng)答,如表1所示。

圖1 全呼詢問(wèn)與選呼詢問(wèn)組合編排示意圖

《國(guó)際民用航空公約》規(guī)定了兩種鎖定協(xié)議:多站全呼鎖定和非選擇性全呼鎖定,前者用于存在交疊區(qū)域的捕獲,后者用于不存在交疊區(qū)域的捕獲。

多站全呼鎖定特性如下:

(1)當(dāng)UF4/5/20/21的DI字段等于1或7,將SD字段中的LOS置1,即開啟多站全呼鎖定;

(2)在多站全呼鎖定后,飛機(jī)應(yīng)答機(jī)拒絕II碼不為0的僅S全呼詢問(wèn);

表1 詢問(wèn)模式與應(yīng)答對(duì)應(yīng)關(guān)系

(3)在多站全呼鎖定后,飛機(jī)應(yīng)答機(jī)不拒絕:

· UF11中PR字段等于8～12的僅S全呼詢問(wèn);

· II碼為0的僅S全呼詢問(wèn);

· 僅A/C/S全呼詢問(wèn)。

非選擇性全呼鎖定特性如下:

(1)UF4/5/20/21的PC字段和LOS字段均等于1,且詢問(wèn)機(jī)II碼為0,即開啟非選擇性全呼鎖定;

(2)在非選擇性全呼鎖定后,飛機(jī)應(yīng)答機(jī)拒絕:

· II碼為0的僅S全呼詢問(wèn);

· 僅A/C/S全呼詢問(wèn);

(3)在非選擇性全呼鎖定后,飛機(jī)應(yīng)答機(jī)不拒絕:

· II碼不為0的僅S全呼詢問(wèn);

· UF11中PR字段等于8～12的僅S全呼詢問(wèn)。

2 艦載二次雷達(dá)S模式詢問(wèn)策略

2.1 艦船平臺(tái)特殊性

由于艦船是獨(dú)立的系統(tǒng),很難與陸基空管系統(tǒng)組網(wǎng),其二次雷達(dá)監(jiān)視區(qū)域是動(dòng)態(tài)的,時(shí)而與陸基二次雷達(dá)重疊,時(shí)而是獨(dú)立的監(jiān)視區(qū)域,如圖2所示。為不影響陸基S模式二次雷達(dá)組網(wǎng)監(jiān)視,同時(shí)又保證艦載二次雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的捕獲效率,艦載二次雷達(dá)的S模式詢問(wèn)策略與常規(guī)詢問(wèn)策略不同。

圖2 艦載二次雷達(dá)與陸基二次雷達(dá)交疊示意圖

2.2 探測(cè)場(chǎng)景

由于艦船的航行路線是動(dòng)態(tài)的,艦載、陸基二次雷達(dá)的覆蓋區(qū)域存在交疊和不交疊兩種情況,同時(shí)根據(jù)平臺(tái)要求,艦船二次雷達(dá)的II碼也存在0和非0兩種情況。因此,艦船二次雷達(dá)的探測(cè)覆蓋場(chǎng)景可大致如圖3所示。

圖3 艦船二次雷達(dá)探測(cè)覆蓋場(chǎng)景

2.3 II碼不為0的詢問(wèn)策略

為保證艦載二次雷達(dá)對(duì)周圍空域內(nèi)的飛機(jī)進(jìn)行有效探測(cè),且不與陸基二次雷達(dá)捕獲沖突,當(dāng)艦船二次雷達(dá)的II碼不為0(場(chǎng)景1、2)時(shí),采取的詢問(wèn)策略如圖4所示。

圖4 艦載二次雷達(dá)II碼不為0的S模式詢問(wèn)策略

各時(shí)隙內(nèi)仍然遵循全呼詢問(wèn)、選呼詢問(wèn)交替的組合規(guī)則,編排的全呼詢問(wèn)、選呼詢問(wèn)次數(shù)則根據(jù)天線的一圈掃描時(shí)間、作用距離等因素而定,這里不做詳細(xì)介紹。

在工作時(shí)隙1中,艦船二次雷達(dá)啟動(dòng)多站全呼鎖定。這時(shí)如果艦船處于場(chǎng)景1,陸基二次雷達(dá)對(duì)飛機(jī)的多站全呼鎖定(II=x)、非選擇性全呼鎖定(II=0)不影響本艦船,本艦船的多站鎖定也不影響陸基二次雷達(dá)。如果艦船處于場(chǎng)景2,陸基二次雷達(dá)的多站全呼鎖定(II=x)會(huì)拒絕艦船二次雷達(dá)對(duì)飛機(jī)的全呼,影響捕獲,同樣艦船二次雷達(dá)的鎖定也影響陸基II碼為x的二次雷達(dá)的捕獲,但艦船二次雷達(dá)與陸基II碼為0的二次雷達(dá)互不影響。

在工作時(shí)隙2中,艦船二次雷達(dá)忽略鎖定,觸發(fā)飛機(jī)應(yīng)答機(jī)以一定概率(50%、25%、12.5%、6.25%)全呼應(yīng)答,觸發(fā)應(yīng)答概率根據(jù)平臺(tái)要求而定,雖然應(yīng)答機(jī)不以100%概率應(yīng)答,詢問(wèn)機(jī)還是有一定的概率捕獲目標(biāo)。這時(shí),由于采用了忽略鎖定,不管是場(chǎng)景1還是場(chǎng)景2,陸基二次雷達(dá)對(duì)飛機(jī)的多站全呼鎖定(II=x)、非選擇性全呼鎖定(II=0)均不影響本艦船,由于在選呼詢問(wèn)中未開啟鎖定指令,本艦船也不影響陸基二次雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的捕獲。

通過(guò)圖4中時(shí)隙1和時(shí)隙2兩種策略的交替,可保證艦載二次雷達(dá)對(duì)周圍空域內(nèi)的飛機(jī)進(jìn)行有效探測(cè),同時(shí)又不影響陸基二次雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的捕獲。

2.4 II碼為0的詢問(wèn)策略

當(dāng)艦船二次雷達(dá)的II碼為0(場(chǎng)景3、4)時(shí),采取的詢問(wèn)策略如圖5所示。

圖5 艦載二次雷達(dá)II碼為0的S模式詢問(wèn)策略

在工作時(shí)隙1中,艦船二次雷達(dá)啟動(dòng)非選擇性全呼鎖定。這時(shí)如果艦船處于場(chǎng)景3,陸基二次雷達(dá)對(duì)飛機(jī)的多站全呼鎖定(II=x)、非選擇性全呼鎖定(II=0)不影響本艦船,本艦船的非選擇性全呼鎖定也不影響陸基二次雷達(dá)。如果艦船處于場(chǎng)景4,陸基二次雷達(dá)的多站全呼鎖定(II=x)與本艦船互不影響,但陸基二次雷達(dá)的非選擇性全呼鎖定(II=0)會(huì)與本艦船相互影響。同樣,在工作時(shí)隙2采用了與圖4工作時(shí)隙2相同的忽略鎖定詢問(wèn)策略,以便與陸基二次雷達(dá)的非選擇性全呼鎖定(II=0)互不影響。時(shí)隙1和時(shí)隙2兩種策略交替,既可以實(shí)現(xiàn)本艦二次雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的有效探測(cè),同時(shí)又不對(duì)陸基二次雷達(dá)造成影響。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著越來(lái)越多的艦船平臺(tái)配裝二次雷達(dá),艦載二次雷達(dá)S模式的應(yīng)用也引起普遍重視。S模式采用“一對(duì)一”的選擇性詢問(wèn),解決了常規(guī)A/C模式的竄擾問(wèn)題。考慮到艦船平臺(tái)二次雷達(dá)很難與陸基二次雷達(dá)進(jìn)行組網(wǎng)探測(cè),陸基二次雷達(dá)采用的多站全呼鎖定協(xié)議、非選擇性全呼鎖定協(xié)議等也不適用于艦載二次雷達(dá),后者需要特殊的詢問(wèn)策略,才能有效鎖定、捕獲飛機(jī)。本文針對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景下的艦船二次雷達(dá),提出了多站全呼鎖定、非選擇性全呼鎖定、忽略鎖定等相結(jié)合、交替的詢問(wèn)策略,來(lái)保證艦船對(duì)飛機(jī)的有效探測(cè),同時(shí)在海岸線附近活動(dòng)時(shí)又不對(duì)陸基二次雷達(dá)造成影響。