摘"要：二次雷達(dá)通過(guò)發(fā)送詢問(wèn)信息獲取飛機(jī)應(yīng)答機(jī)下發(fā)的二次代碼、高度、地址碼、航班號(hào)等信息，為航空管制提供數(shù)據(jù)源。目標(biāo)高度跳變問(wèn)題一直是影響雷達(dá)系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素。深入研究空管二次雷達(dá)目標(biāo)高度跳變的原因，提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了改進(jìn)方案的有效性。研究結(jié)果對(duì)提高空管二次雷達(dá)目標(biāo)高度解碼有效性具有重要的理論和實(shí)際意義。

關(guān)鍵詞：二次雷達(dá)""詢問(wèn)信息""應(yīng)答機(jī)""高度跳變

中圖分類(lèi)號(hào)：TN958.96

Analysis"and"Improvement"of"Target"Height"Jump"in"Air"Traffic"Control"Secondary"Radar

ZHUO"Qigang

（Nanjing"NRIET"Industrial"Co.，Ltd，"Nanjing，"Jiangsu"Province，210013"China）

Abstract：The"secondary"surveillance"radar"sends"inquiry"information"to"obtain"the"secondary"code，"height，"address"code，"flight"number"and"other"information"issued"by"the"aircraft"transponder，"so"as"to"provide"data"source"for"aviation"control."The"target"height"jump"problem"has"always"been"a"key"factor"affecting"the"performance"of"the"radar"system."By"studying"the"causes"of"the"target"height"jump"of"secondary"surveillance"radar，"the"corresponding"improvement"measures"are"proposed，"and"the"effectiveness"of"the"improvement"scheme"is"verified"through"experiments."The"results"have"important"theoretical"and"practical"significance"for"improving"the"effectiveness"of"secondary"surveillance"radar"target"height"decoding.

Keywords：Secondary"radar;"Inquiry"message;"Transponder;"Height"jump

二次雷達(dá)系統(tǒng)作為一種通信系統(tǒng)，其內(nèi)部的接收機(jī)需完成信號(hào)的接收、解調(diào)和譯碼等功能，實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)人員之間的通信功能[1]。隨著航空運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展，空中交通流量不斷增加，對(duì)空管系統(tǒng)的安全性和可靠性提出了更高的要求[2]。

空管二次監(jiān)視雷達(dá)是通過(guò)裝在地面基站的詢問(wèn)發(fā)射機(jī)和空中機(jī)載應(yīng)答設(shè)備的應(yīng)答信號(hào)給裝有機(jī)載應(yīng)答機(jī)的航空器定位跟蹤的雷達(dá)系統(tǒng)[3]。二次雷達(dá)系統(tǒng)通過(guò)地面站與機(jī)載目標(biāo)應(yīng)答機(jī)相配合，增加了測(cè)距和測(cè)方位角的功能，采用詢問(wèn)應(yīng)答模式工作。二次雷達(dá)的使用極大地促進(jìn)了空中交通管制的技術(shù)進(jìn)步[4]。

在實(shí)際應(yīng)用中，空管二次雷達(dá)目標(biāo)高度跳變問(wèn)題時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響了雷達(dá)系統(tǒng)的性能。本文以實(shí)際運(yùn)行中的二次雷達(dá)出現(xiàn)的高度跳變問(wèn)題為例，針對(duì)目標(biāo)混淆導(dǎo)致的高度解碼問(wèn)題，進(jìn)行理論分析與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際錄取數(shù)據(jù)計(jì)算，并提出有效的改進(jìn)措施，對(duì)提高空管系統(tǒng)的安全性和可靠性具有重要的意義。

1"二次雷達(dá)應(yīng)答信號(hào)與高度碼

二次雷達(dá)發(fā)射詢問(wèn)信號(hào)，飛機(jī)上的應(yīng)答機(jī)收到一個(gè)正確的詢問(wèn)脈沖信號(hào)后，根據(jù)詢問(wèn)模式自動(dòng)應(yīng)答一串脈沖信號(hào)，即為應(yīng)答碼。如圖1所示[5]。

2"目標(biāo)高度丟點(diǎn)現(xiàn)象

某雷達(dá)站現(xiàn)場(chǎng)反饋有2架次目標(biāo)先后出現(xiàn)了二次雷達(dá)高度跳變現(xiàn)象，具體情況如下：

（1）7：44：30時(shí)，二次雷達(dá)代碼為5472的目標(biāo)（距離為155.180"km，方位為207.5°）高度由1"493"m跳變?yōu)?"187"m，終端顯示“高度跳變告警”信息。

（2）7：45：00時(shí)，二次雷達(dá)代碼為7313的目標(biāo)（距離為155.304"km，方位為204.5°）高度由1"737"m跳變?yōu)?"223"m，終端顯示“高度跳變告警”信息。

• 雷達(dá)工作原理

3.1"雷達(dá)工作方式

該雷達(dá)工作于A/C模式與S模式的交互模式，可以同時(shí)監(jiān)視S模式的目標(biāo)與A/C模式的目標(biāo)。

從記錄數(shù)據(jù)回放情況觀察，此次產(chǎn)生高度跳變的目標(biāo)為A/C模式的目標(biāo)（兩個(gè)目標(biāo)都無(wú)S模式地址碼），且為位置非常接近的兩架飛機(jī)。

3.2"應(yīng)答信號(hào)混淆

根據(jù)二次雷達(dá)系統(tǒng)的工作原理，當(dāng)二次雷達(dá)進(jìn)行全呼詢問(wèn)時(shí)，所有處于詢問(wèn)波束內(nèi)的目標(biāo)都進(jìn)行應(yīng)答。如果兩個(gè)目標(biāo)的位置間隔較近時(shí)，則它們的應(yīng)答信號(hào)就會(huì)出現(xiàn)交織現(xiàn)象，如圖2所示。

對(duì)出現(xiàn)應(yīng)答信號(hào)交織的位置間隔進(jìn)行推算，距離最小間隔為，方位最小間隔為，光速A/C模式應(yīng)答信號(hào)時(shí)長(zhǎng)μs，二次雷達(dá)天線的方位波束寬度，則：

因此，當(dāng)二次雷達(dá)使用A/C模式對(duì)目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)視時(shí)，如果兩個(gè)目標(biāo)的位置間隔同時(shí)滿足以下條件：距離差lt;，方位差lt;=，則它們的應(yīng)答信號(hào)會(huì)產(chǎn)生交織，出現(xiàn)混淆。

4"點(diǎn)航跡處理與優(yōu)化

4.1點(diǎn)航跡處理算法

點(diǎn)跡處理完成對(duì)所有應(yīng)答群進(jìn)行點(diǎn)跡處理、完成應(yīng)答群過(guò)濾與點(diǎn)跡凝聚處理，輸出點(diǎn)跡坐標(biāo)信息。

航跡處理模塊定時(shí)進(jìn)行點(diǎn)跡與航跡相關(guān)處理、虛假目標(biāo)檢測(cè)處理、航跡維護(hù)等處理，將處理完成后的航跡信息放入航跡緩存中，準(zhǔn)備進(jìn)行航跡數(shù)據(jù)的上報(bào)處理。

點(diǎn)跡處理完成后，所有點(diǎn)跡依次與現(xiàn)存航跡進(jìn)行相關(guān)處理。航跡相關(guān)使用位置相關(guān)、目標(biāo)靜態(tài)信息相關(guān)、目標(biāo)動(dòng)態(tài)信息相關(guān)等準(zhǔn)則，并根據(jù)所有相關(guān)參數(shù)計(jì)算相關(guān)度。。只有當(dāng)相關(guān)度大于一定閥值時(shí)，才確定為相關(guān)成功；如果出現(xiàn)多個(gè)點(diǎn)跡與航跡相關(guān)的情況，則選擇相關(guān)度最優(yōu)者為最終的相關(guān)配對(duì)。

4.2點(diǎn)航跡處理算法改進(jìn)

（1）位置相關(guān)：根據(jù)目標(biāo)的距離，劃分為遠(yuǎn)距離區(qū)域與近距離區(qū)域（門(mén)限為50"km）。遠(yuǎn)距離區(qū)域采用極坐標(biāo)進(jìn)行處理，近距離區(qū)域采用直角坐標(biāo)進(jìn)行處理。在進(jìn)行位置相關(guān)處理時(shí)，為了適應(yīng)目標(biāo)的不同運(yùn)動(dòng)模型，設(shè)計(jì)了3個(gè)相關(guān)窗，分別模擬目標(biāo)的3種運(yùn)動(dòng)模式：相關(guān)窗1對(duì)應(yīng)于飛機(jī)按照直線飛行，并允許存在少許測(cè)量偏差；相關(guān)窗2考慮飛機(jī)的加速率，包括進(jìn)行圓周轉(zhuǎn)彎的情況；相關(guān)窗3考慮軍用飛機(jī)的非正常機(jī)動(dòng)，以及先前點(diǎn)跡錯(cuò)誤引起的預(yù)測(cè)錯(cuò)誤等。

（2）相關(guān)度的計(jì)算：主要是參考各個(gè)相關(guān)信息進(jìn)行計(jì)算，目標(biāo)的靜態(tài)信息包括二次代碼、地址碼、航班號(hào)、信號(hào)幅度等，目標(biāo)的動(dòng)態(tài)信息包括航速、航向等。

（3）對(duì)于不同區(qū)域，需要根據(jù)各自的特點(diǎn)分別進(jìn)行處理，如航線區(qū)域、機(jī)場(chǎng)區(qū)域、跑道區(qū)域等。

5"現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

根據(jù)錄取的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，采用新的優(yōu)化后的處理算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化處理。

目標(biāo)7313與目標(biāo)5472在7：44：20—7：51：01內(nèi)進(jìn)行近距離飛行，7：51：01后，兩個(gè)目標(biāo)的位置開(kāi)始分離。其中，在近距離飛行時(shí)，二次雷達(dá)對(duì)這兩個(gè)目標(biāo)的高度解碼發(fā)生錯(cuò)誤造成高度跳變，目標(biāo)7317高度跳變前的4個(gè)點(diǎn)高度錯(cuò)誤，目標(biāo)5472高度跳變前的1個(gè)點(diǎn)高度錯(cuò)誤。因此，對(duì)7：44：20—7：51：01內(nèi)的目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，兩個(gè)目標(biāo)的探測(cè)概率、解碼有效且正確的概率如表1所示。

二次雷達(dá)高度跳變問(wèn)題實(shí)質(zhì)上是兩架飛機(jī)近距離飛行產(chǎn)生的應(yīng)答信號(hào)解混淆問(wèn)題，二次雷達(dá)系統(tǒng)滿足解混淆的相關(guān)技術(shù)要求。

6"結(jié)語(yǔ)

本文深入研究了空管二次雷達(dá)目標(biāo)高度跳變問(wèn)題，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)處理算法等方面進(jìn)行分析，提出了數(shù)據(jù)處理算法優(yōu)化等改進(jìn)措施，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了改進(jìn)方案的有效性。未來(lái)的研究工作將進(jìn)一步深入探討這些問(wèn)題，不斷完善空管二次雷達(dá)系統(tǒng)的性能和功能，為航空安全提供更加可靠的保障。

參考文獻(xiàn)

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