01-二次雷达原理

A B C
二次雷达原理
（ISLS） 危害 1。目标的准确的方位不能判断。 方位判决模糊。 2。 绕环的目标产生多个目标报 告，加重处理的负担，绕环 目标多时会导致后续电路过 载。
二次雷达原理
（ISLS）
解决方法 1。增加一个控制波束。 控制波束的波瓣应 覆 盖询问波束的旁 瓣。 2。 控制波束辐射P2脉 冲。
∆θ 2
目标A 差信号
2.45
目标B 差信号
差(∆ )波束
和(Σ )波束 ∆θ 1小于∆θ 2
二次雷达原理
（单脉冲原理）
航管二次雷达单脉冲信息处理分类 单脉冲信息 偏离瞄准轴（大小）信息； 偏离瞄准轴方向：符号信息 分类 单脉冲信息幅度处理——求解 ∆ 信号 单脉冲信息相位处理——求解 信号
ϕ
二次雷达原理
F1 A1 C 2 A2 A4 B1 B2 B4 F2
二次雷达原理
（雷达方程） 上行雷达方程推导
无方向性（各向同性）天线 PI SI = 4πR 2 PI G I 方向性天线 S I = 4πR 2 G I 询问天线增益
R
二次雷达原理
（雷达方程） 雷达方程推导
应答机天线接收的功率
相当于天线有效面积 At 截获的功率
PI G I GT λ2 I (4π ) 2 Lt La L p
R=
1 PTR
C PTR
二次雷达原理
（雷达方程） 结论 2。作用距离变化2倍，接收功率变化4倍。 变化率为 6dB/倍时程
− 64dBm − 70dBm
− 76dBm
100n.m
25n.m
50 n.m
二次雷达原理
（ISLS） 问题的提出 早期天线系统只有询问波束，目标在近距离时 出现询问波束的旁瓣可以问通应答机造成旁瓣 询问回答。
二次雷达原理
（单脉冲原理）
天线等效结构 等效间隔为d的两个辐射单元。 -方向性图完全相同 -远场方向性图重叠 意味任何方向辐射的空间信号 强度相同是矢量和。任何方向 到达两等效辐射单元的信号强 度相同，相位不同。
瞄准轴方向
d
二次雷达原理
（单脉冲原理） 接收信号的特征 只要偏离瞄准轴两个辐射单元接收的信号 大小相同 相位不同 相位不同是由于电磁波的等相位面（波前 面）传播时进入等效辐射单元先后不同引 起的波程差。
二次雷达原理
优点 1。由于目标的定位是靠两次有源辐射，同 样的辐射功率二次雷达作用距离远。 二次雷达 1.5kw 200海里 一次雷达 650kw 110海里
二次雷达原理
优点 2。由于询问频率和回答频率不同，避免了 一次雷达的地物杂波和气象杂波干扰。 3。由于采用编码信号，可以交换信息
二次雷达原理
二次雷达原理
（信号格式） 识别码 -响应模式A询问是回答识别码 -识别码的码序： A，B，C，D 例如下图识别码为4321
F1 C2 A4 B1 D1 B 2 F2
二次雷达原理
（信号格式） 识别码 -有4096种不同的组合 -应急码 7700 表示飞机故障危机（emergence） 7600 表示飞机通信系统故障 （radio failure） 7500 表示非法干扰飞行器 （hi-jack）
二次雷达原理
（单脉冲原理） 接收信号的特征
∆θ ∆θ ∆θ
等相位面 波前 波程差l
1
瞄准轴方向
ϕ=
d 2
2π
λ
d ⋅ sin ∆θ
二次雷达原理
（单脉冲原理） 接收信号的特征
矢量 2
ϕ
矢量 1
ϕ=
2π
λ
d ⋅ sin ∆θ
二次雷达原理
（单脉冲原理） 信号的和差处理
Σ = 矢量2 + 矢量1
∆ = 矢量2 − 矢量1
缺欠 1。由于询问机不接收询问频率的回波信号 不能检测没有应答机的目标。 2。由于各二次雷达站使用统一的询问频率 和应答频率，带来二次雷达固有的问题 例如异步干扰等
二次雷达原理
（信号格式）
信号格式 询问信号 三脉冲询问体制 P1-P3 模式询问脉冲 询问波束主瓣辐 射 P2 旁瓣抑制脉冲（控制脉冲）控制 波束辐射
询问波束 辐射P1 − P3 控制波束 辐射P 2
尾瓣
旁瓣
二次雷达原理
（ISLS）
空间信号特征
控制波束 辐射P 2 询问波束 辐射P1 − P3 P1 P 2 P3
空间波形 尾瓣
P1 P 2
旁瓣
P3
二次雷达原理
（ISLS）
空间信号特征 主瓣方向 P1大于P2 旁瓣方向 P1小于P2 应答机接收到询问判决P1和 的幅度关系 的幅度关系： 应答机接收到询问判决 和P2的幅度关系： P1大于P2 主瓣询问 给予回答 P1小于P2 旁瓣询问 不予回答
（单脉冲原理）
单脉冲信息幅度处理
∆θ ↑⇒ ϕ = 2π
λ
d ⋅ sin ∆θ ↑⇒ ∆ ↑
方位角 = θ ± ∆θ
二次雷达原理
（单脉冲原理） 天线结构
17个辐射单元
• • • 辐射柱 反射柱
17个辐射单元
• • •
天线中心 瞄准轴方向
二次雷达原理
（单脉冲原理） 天线结构 -开放式阵列（open array） -大垂直孔径天线（LVA） -轴对称，左右各17个辐射柱，馈电规律相同。 辐射柱之间是反射器。
二次雷达原理
（信号格式） 五周期码对应十进数值
循环码奇偶性
C1 C2 C4
0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1
偶数
奇数
十进制数 0 1 2 3 4 0 1 2 3 4
二次雷达原理
（信号格式） 高度码示例 如下高度码代表海拔高度20000英尺
PTR = S I × At
GT 应答天线增益
λ2 × GT At = I 4π
PI GI GT λ2 I PTR = (4π )2 R 2
二次雷达原理
（雷达方程） 雷达方程推导 考虑到各种损耗雷达方程为:
PI GI GT λ2 I PTR = (4π ) 2 R 2 Lt La L p
PI GI GT λ2 I R2 = (4π ) 2 PTR Lt La Lp
二次雷达原理
（雷达方程） 2.天线波束调制损耗
G3dB
Gmax
波束旋转方向
波束宽度
3dB
G3dB
二次雷达原理
（雷达方程） 各种损耗的考虑 3.大气吸收损耗 L p -大气损耗主要源于大气中水蒸气和氧气的吸收 -大气损耗与大气的密度，传播的距离和使用的 工作频率有关。 -高度角低（大气密度高），距离远和工作频率 高，大气的衰减大。
二次雷达原理
（ISLS）
例如
目标A → 79dBm 目标B ≥ 76dBm 目标C ≥ 73dBm − 30dB
R = 6n.m B
− 27 dB
R = 200n.m A 0dB
询问方向
A
C R = 2n.m
B C
二次雷达原理
（ISLS） 绕环现象 -由于雷达站附近的目标 受到旁瓣询问，于是出 现断续的回答。呈现“绕 环现象” -这些回答是同步回答，距 离相同
二次雷达原理
（信号格式）
脉冲的参数定义
τ
0.9 A 0.5 A tr T
tf
0.1 A
二次雷达原理
（信号格式）
回答信号 回答信号格式除了F1和F2包括X位由13 个脉冲（位）组成
F1 C1 A1 C 2 A2 C 4 A4 X B1 D1 B 2 D 2 B 4 D 4 F 2 SPI
0.45µs 1.45µs
二次雷达原理
（雷达方程） 各种损耗的考虑 1.传输损耗 Lt -主要是从询问机发射机端口出发的传输电缆， 旋转关节以及微波电路的损耗。 -在计算时应答机的传输损耗计入应答机天线 增益中。应答机天线增益为0dB -传输损耗取值3~3.5dB
二次雷达原理
（雷达方程） 各种损耗的考虑 2.天线波束调制损耗 La -威力计算时增益的取值是在某一高度角时的最 大增益，天线扫描时目标不是始终处于波束最 大增益方向。 -在3dB波束之间的形状是高斯波形假设条件下 一般天线波束调制损耗取值为1.6dB
20.3µs
4.35µs
二次雷达原理
（信号格式） 回答信号 F1，F2：框架（帧）脉冲 表明一个回答的存在。每次回答必须发射 A，B，C，D：信息脉冲 表明一个回答的数据。模式A和模式C的含 义不同。他有严格的位置关系（N*1.45微 秒）。脚标代表权值。
二次雷达原理
（信号格式） 回答信号 X：备用位（S模式定义逻辑0，高度码单位为 英尺，逻辑1 单位为公尺）目前恒为逻辑0 SPI：特殊位置识别脉冲。在F2脉冲后4.35 微 秒。由管制员请求（在模式A）发射。持 续20秒自动结束发射
二次雷达原理
（雷达方程） 上行方程
R= PI GI GT λ2 I (4π ) 2 PTR Lt La L p
PI GI GT R= 4π 1825 PTR Lt La L p
λI
海里表示
二次雷达原理
（雷达方程）
下行方程
2 PT GI GT λT R= (4π ) 2 PIR Lt La L p
二次雷达原理
（信号格式） 高度码 响应模式C询问回答高度码 码序
D1 D 2 D 4 A1 A2 A4 B1 B 2 B 4
C1 C 2 C 4 五进制码
标准循环码
二次雷达原理
（信号格式） 高度码 -D，A，B共九位是标准循环码，按500英尺 递增。 -C 三位 五周期循环码，按100英尺递增。 -D1代表高度码的最高位。由于民航飞行器目 前达不到这个高度。D1位恒为0。 -高度码最低位代表-1200英尺