浅谈二次雷达应答机的S模式在终端区的运用

浅谈二次雷达应答机的S模式在终端区的运用
赵魏
【摘要】随着国家经济和民航事业的发展，传统的A/C模式的雷达在空中交通管理开始出现了一些列的弊端，业界开始注意到了应答机的S模式。

本文主要就S
模式较着传统模式存在的一些优势，以及S模式在空中管制工作的实际运行之中
存在的一些问题进行了一下讲述。

期待随着技术的发展和建设的完善，能让空管工作更加顺畅和安全。

【期刊名称】《电子制作》
【年(卷),期】2014(000)012
【总页数】2页(P50-50,51)
【关键词】二次雷达;应答机的S模式
【作者】赵魏
【作者单位】中国民航华北空中交通管理局终端管制中心 100621
【正文语种】中文
笔者在华北空管局从事空中交通管制工作多年，北京终端管制区在1997年底实行雷达管制，是当年民航总局“九五”建设规划的重要项目之一，更是中国民航史的一次重大技术革命。

作为雷达管制，前提条件就是雷达识别。

在目前终端区的日常指挥中，二次雷达
A/C模式是常规手段。

二次雷达包括机载应答机和地面询问机两部分。

机载应答
机有一个应答机编码，这个应答机编码如同航空器的“身份证”应答机编码是四位，
由0—7八个数字可选，除特殊意义的编码（视飞行不指定应答机的话调定1200，仪表飞行在给定应答机之前调定2000。

7500是被劫机，7600是通讯失效，7700是飞机遇险）以外，有7的四次幂个编码。

地面询问机通过询问应答机的编码确定航空器的“身份”。

在与空管自动化系统飞行计划分配的应答机编码耦合生成一个雷达标牌反应在雷达屏幕上。

一线的管制员通过这个来确定航空器以及获得航空器的相应飞行数据掌握航空器的飞行动态来对空进行指挥。

但近年来随着国内经济的日新月异的高速发展，飞行流量的与日俱增，尤其是在大面积航班延误过后，应答机代码与之前的飞行计划中的应答机编码出现了重码的现象，使得在日常工作雷达识别开始出现了困难，无法证明航空器的“身份”。

在这种情况下，大家开始关注到了应答机的S模式。

下面本文就想讲述下这个S模式以及它在空中交通管
理三个方面的运用。

A/C模式的二次雷达使用比较广泛，但它存大很多缺陷，ICAO把发展S模式二次雷达作为一种非常重要的监视方案推广，机载应答机也正在逐渐改装为S模式应
答机。

所谓S模式，美国称为离散选址信标系统，其地面询问是一种只针对选定地址编
码的飞机专用呼叫的询问。

装有S模式应答机的飞机，都有自己单独的地址码，
它对地面询问会用本机所编地址码来回答，因而每次询问都能指向选定的飞机，实现点名式的询问应答；同时S模式的上下行数据链可以用地空双向数据交流。

传统的A/C模式二次雷达的不足表现在几个方面：其一，应答信号只有12位二进制，编码数量有限；其二，只能回答飞机的代号、气压高度，可交换信息少；其三，询问信号结构简单（只有P1、P2、P3三个脉冲），不含识别成分，在询问信号
工作范围内的全部飞机会同时获得询问信号，可能产生同时应答，造成混叠；其四，地面反射产生盲区，还有目标的方位、距离等参数的分辩率低等。

利用S模式询问、应答信号中的飞机识别码，可以对目标飞机预先进行编码。

S模
式地面雷达站利用飞机地址识别码能与飞机单独联系，询问机只向它负责监视的飞机进行询问，它用跟踪装置保存每架飞机的预测位置，待天线波束指向被选址的飞机时，发出询问。

通过这种选择性询问，使空地间问答次数减到最少，防止信号范围内的所有飞机同时应答引起的系统饱和、混叠的情况。

为改善角分辩率，提高方位数据的精度，S模式使用单脉技术。

通过单脉冲技术，空地间一次问答就可确定出飞机的位置，减少了询问应答次数。

利用S模式SSR监视飞机的空域，其安全间隔会大大减小。

ICAO对于雷达管制
的规定是每个小时同高度允许48架飞机通过（间隔约5海里）。

同时，由于雷达数据的实时性，管制员可以随时在雷达显示屏上监控飞机的当前位置，即使存在风与其他因素的影响，飞机位置发生突然变化，管制员也能从雷达显示屏上随时知道，从而大大增强了飞行的安全性。

我国空管雷达建设系统已经具有一定的规模。

当前，雷达数量达到50余套，配合雷达管制的实施，先后完成了京广航路、京沪穗航路雷达建设，为北京，珠海终端区，北京、广州区域，京广、京沪穗航路雷达管制提供了可靠的设备保障。

笔者供职的北京终端区已经完成了S模式的雷达基础建设工作，但是在实际运行中出现
了一些困难，主要是空管自动化系统与二次雷达S模式之间的数据对接问题。

所
以在实际生产运行中S模式并没有大面广泛运用。

广播式自动相关监视（ADS-B）是ICAO正在推广的集通信、卫星导航和监视技
术于一体的新一代技术，也是基于飞机监视技术的应用系统。

欧洲对ADS-B的应用了由瑞典提出的利用自组织时分复用（S-TDMA）VHF数据链广播飞机位置报
告的技术；随后美国提出利用二次监视雷达（SSR）的S模式长格式自发报告广播飞机的GPS测定位置，作为ADS-B的另一种技术。

ADS-B系统由多地面站和机载站构成，以网状、多点对多点方式完成视距范围的
数据双向通信。

机载ADS信息处理单元收集到导航信息，通过ADS-B的通信设
备广播发出，机载ADS通信设备在收到地面发给飞机的广播信息后，经过处理送给机舱综合信息显示器。

ADS-B的信息是以ADS-B报文形成，通过空-空、空-地和地¬地数据链广播式传播。

澳大利亚开发有ADS-B，就是使用1090兆赫S模式扩展电文数据链。

通过建立28个ADS-B地面遥控站，完也了大陆西部地区9000米以上高空覆盖；2005年
以前，其民航机队完成机载S模式应答机的改装；改进的空中交通管制中心的
“欧洲猫”空管自动化系统，可以处理和显示来自28个ADS-B地面站接收到机
载S模式应答机和航迹信息。

澳大利亚在短短3年时间，以很少的投入（仅投入1千万美元）就实现了监视技术的跨越式发展，使澳大利亚全境高空管制间隔缩小到5海里。

澳大利亚的空域结构及其分布和我国有相似之处，对我国的监视发展有很多可借鉴之处。

如建立大飞行情报区的概念，以区域管制中心为龙头，下接多个终端管制中心和塔台，优化空域结构，合理运用空域资源，发挥空管自动化的优势；我国管制面积广，越洋航班多，飞行流量相对集中最东南沿海区域，针对这种特点，我们可以采用雷达监视、ADS-B相结合的方法，合理使用S模式技术。

自从瑞士空难以来，国际民航组织意识到一个问题就是航空器之间的防撞问题。

从此规定，在所有从事民用航空商业运输的大型客机上安装防相撞系统。

现代飞机上的防撞系统，美国称为空中交通警戒和防撞系统（TACS），欧洲称为机载防撞系
统（ACAS），两者实际上含义、功能是一致的。

TCAS通过接收、处理其他飞机
应答机的回答信号，使飞机能保持在一个监视范围内，该监视范围在以飞机为中心，半径约14海里的球体内，采用一个τ值，表示在监视范围内机组需辨别碰撞威胁和采取逃避碰撞操作所需的最小时间。

TCAS系统利用装有S模式应答机设备的飞机的回答，以确定对飞机威胁的趋势。

入侵飞机的应答机每次回答报告高度。

通过多次入侵飞机的回答，TCAS系统能确
定入侵飞机的高度变化率和距离变化率，再根据TCAS回避碰撞使用的算法，给
飞行员提出相应的警戒咨询信息（TA）或分析咨询信息（RA）。

当目标飞机进近的最近点小于48秒时，则会发布TA，在机载仪表上会有相应显示提醒飞行员，
同时用语音信号提醒飞行员，发布TA后，如果两架飞机继续沿着有威胁的航迹飞行，在距离最近点35秒处，系统会发布RA，同时发布“Climb (爬升)”或“Descend（下降）”的躲避机动语音提示。

TCAS收发组也处理与TCAS有关的S模式数据传输的发送，仅在两架装有TCAS设备飞机互相接近时，为了每架飞机配合操纵，才要求作S数据传输。

根据入侵飞机的回答，以及有效收到的TCAS/S 模式数据传输报文，TCAS系统能够确定入侵飞机的轮廓线和飞行航道，从而确定是否将会导致与本机危险接近或相撞。

TCAS除了用于减少潜在地空中碰撞威胁外，随着研究的深入，该系统也许将来能用于减轻空中交通阻塞，增大飞行流量。

它不仅可以越洋航线上减少飞行间隔，在仪表飞行条件下减小起飞间隔。

同时，利用TCAS技术进行循迹爬升，还有利于
减少跨洋飞行的燃料消耗和飞行间隔。

循迹爬升允许飞机在较低高度尾随前面飞机飞行的飞机借助于TCAS II，爬升到前面飞机的高度，这样飞机在爬升中比前架飞机有更高燃油效率和更少的湍流。

另外，由于S模式应答机的应用，通过S模式
数据链发射GPS协调信号和高度，可提高TCAS的效率和准确性，在越洋飞行中，可从飞机到空中交通管制中心之间转发位置信息。

以上讲述了很多二次应答机S模式优秀的地方，但是在实际运行中也是存在问题的。

主要是现行空管自动化系统在处理S模式具有局限性，有几个问题如在在S
模式下滑行道周边假信号的问题，雷达航迹和已经耦合的飞行计划出现自动解除的情况等。

（1）S模式下滑行道周边“假信号”的问题。

现象：2013年9月8日，北京终
端区的THALES自动化系统显示，在首都机场01号跑道出现一个应答机编码
2307的不固定目标，持续一个小时，给管制员的工作带来了极大不便。

事后分析，此目标的A代码2307与S模式地址码（780091）在雷达现场及多点定位系统显示完全一致，说明不是假目标而是一个真实存在的飞机。

经咨询THALES公司及
查阅相关高级场面监视雷达，国际民航组织规定，凡具有S模式应答机的飞机在
推出开车阶段，应答机应设置为AUTO位置（地面模式），而非OFF或STBY位置。

传统的A/C模式雷达能接受航空器的S模式信息但没有能力进行信息处理，
以至于A代码2307长期处于雷达视屏上。

（2）雷达航迹和已经耦合的飞行计划出现自动解除的问题。

现象：2014年12月份，CDG1198在北京起飞后，THALES系统成功完成了雷达航迹和飞行计划的耦合任务。

当飞机飞行在H104航路上，CDG1198出现了自动解除相关的现象。

原因分析，早S模式使用之前，传统的A/ C模式中，雷达航迹只能解析上述信息的SSR代码，即雷达航迹的SSR代码与飞行计划的SSR代码一致。

S模式以后，雷达航迹能解析多种信息，雷达航迹的航班号TARGET ID权值最高，而雷达航迹的SSR代码权值最低，在没有雷达S模式覆盖的H104航路上出现了自动解除的现象。

由于航路改造工作的不完善以及相应配套的空管自动化系统不够兼容。

在实际生产中，S模式还不是主流地位。

但随着民航空管基础建设工作的不断深入和完善，具有S模式的雷达不断投产和覆盖。

建设自动化系统时，自动化系统与S模式雷达
功能需求紧密结合。

力争S模式在空管工作的运用更加广泛，推动新技术在空管
运行中的运用。