ALENIA雷达讲义

第一章SSR原理1.1航路二次雷达ＳＳＲ原理基本概念：雷达的原意为无线电检测和测距，他起到对目标定位的作用。

以脉冲雷达为例，通过天线发射射频脉冲。

当射频信号遇到目标以后，其中的一部分能量向雷达站方向反射，通过天线进入接收机。

经过雷达的接收系统放大、检测等处理后，可以发现目标的存在，并可以提取其他的参数信息。

测距是基于光速不变的原理。

由于回波信号往返雷达和目标之间，他将滞后于所发射的探测脉冲时间为Tr。

以探测脉冲作为时间基准，目标和雷达站之间的斜距R为：R = C * Tr / 2由上式可见，对目标的测距（系指斜距）和测时是一致的。

测角，对于监视雷达而言系指方位角 ，亦即偏离正北方向的角度。

一般由扫描天线的主波束的指向所确定，在航管雷达系统中常把工作于上述状态下的雷达称之为一次监视雷达（PSR）。

目前一次雷达主要有三大类：A.航路的监视一次雷达，作用距离在300－500公里B.机场的监视一次雷达，作用距离在100－150公里C.着陆雷达（在跑道附近）。

其信号是提供给塔台调度员的，在塔台显示器上观看飞机下滑的全过程，提供信号仰角７度（上下10度）ＰＳＲ的优缺点：优点：只要有目标存在就可以发现它（不管敌我）缺点：⑴辐射功率很大（要足够大）Ｒ与Ｐ的关系：Ｒ↔功率的四次方根造价要高得多，设备庞大。

⑵易受干扰（障碍物，气象）⑶不能对目标识别当两个目标很近时也无法区别。

⑷要得到目标的高度也很困难。

二次雷达设备——第1页二次监视雷达（SSR）和一次监视雷达的区别在于工作方式不同。

一次监视雷达可以靠目标对雷达发射的电磁波（射频脉冲）反射，主动发现目标并确定其位置，而二次监视雷达不能靠接收目标反射的自身发射的探测脉冲工作。

他是同地面站（通常称询问机）通过天线的方向性波束发射频率为1030兆赫的一组询问编码（射频脉冲）。

当天线的波束指向装有应答机的飞机的方向时，应答机检测这组询问编码信号，判断编码信号的内容，然后由应答机用1090兆赫的频率发射一组约定的回答编码（射频）脉冲。

回答信号由地面站检测并由录取器处理，由它测量目标的距离、方位、回答编码的内容等，形成目标的点迹报告送到后续设备。

由于完成一次目标的定位是靠两次有源辐射完成的，所以称二次雷达。

监视的含义只表明雷达的功能。

由于二次监视雷达是与机载应答机协同工作，因此他具有一次监视雷达所没有的许多优点：⑴机载应答机的回答频率不同于地面站询问机的询问频率，这样就避免了一次雷达常见的地物杂波和气象杂波的干扰。

⑵由于目标的定位是靠两次有源辐射，同样的探测距离，发射功率比一次监视雷达低的多。

⑶能够利用编码信号交换丰富的信息，特别是采用S模式询问／回答以后可以直接进行数据链通信。

二次监视雷达的工作局限于装有应答机的目标范围之内，在威力范围之内不能发现无应答机的目标。

为了弥补这一缺陷，常将二次雷达和一次雷达配合使用，这样不仅保证没有装应答机的飞机或应答机失灵的飞机的航行管制，同时可以借助一次雷达天线的窄波束改善方位精度和方位分辨力差的二次监视雷达系统。

在一、二次监视雷达联合使用时，二次监视雷达的天线装在一次监视雷达天线的顶部，并与其同步旋转（称为ON－MOUNTED；相反，二次监视雷达独立工作时天线结构称OFF－MOUNTED）。

二次监视雷达的发射信号也与一次监视雷达保持（分频）同步。

他们的回波信号由各自的接收机分别接收，输出信号进行联合录取。

二次雷达设备——第2页1.2询问信号应答信号1.2.1询问信号由地面询问机发射的信号常称为询问信号。

询问信号是以编码形式发射的。

脉冲P1－P3称为模式询问脉冲（简称询问脉冲），他是由天线的询问波瓣辐射。

P1－P3之间的间隔决定每个询问的功能。

国际民航组织规定了六种询问模式，如下表：民用航空规定用模式A和模式C。

脉冲P2称旁瓣抑制脉冲（简称抑制脉冲）。

由天线的控制波瓣辐射。

不论什么询询问时相应的询问模式调制在1030兆赫的载频上，然后通过天线向探测空间定向辐射。

根据使用的要求，可以在每次询问时使用相同的询问模式，也可以在相临的询问中采用不同的询问模式（称模式交替询问）。

1.2.2回答询问当机载应答机收到地面询问机发射的询问信号后，根据询问的内容，自动回答一组编码脉冲，称为回答码。

应答码有16个脉冲组成，码位的代号及时间关系如图2..4所示：二次雷达设备——第3页F1，F2称框架（FRAMING）脉冲或帧脉冲（或称分类脉冲）。

在每次回答时都应出现，以表示一个回答码的存在。

由脚标1，2和4标注的A,B，C，D称数据脉冲，脚标代表数据脉冲的数值，他可以编成4096个独立的应答码。

根据编码的要求在相应的脉冲位置上，可以置逻辑1和逻辑0。

X为备用位，并未使用，恒为逻辑0。

最后一个脉冲SPI是特殊位置指示脉冲。

他距F2位4.35微秒，且在偶而的情况下使用。

回答模式3／A和模式C的信号格式是一样的，但在脚标的数值含义上和译码处理上有所不同。

响应模式3／A询问的回答是识别码，他由4096种不同的回答编码。

数据脉冲分成A、B、C、D四组，他们的脚标代表这组码的数值，根据各数位的存在（由脉冲，逻辑1）和不存在（无脉冲，逻辑0）决定该组数值的大小。

A组数值之和对应识别码的最高值，B组次之，C组为末前位，D组为末位。

应答码有三组代码定义为危急码，不能选作识别码，当地面站收到这三种危急码时，终端处理设备将优先予以处理，并在显示器上闪烁告警，提醒管制员采取应急措施，这三组码为：7700 表示故障危急7600表示飞机通讯系统故障7500表示飞机被劫持当管制员需要进一步辨别回答信号时（如交叉飞行时），由管制员要求领航员发射SPI脉冲。

领航员启动应答机的控制单元发射SPI脉冲后，这个脉冲在模式3／A询问的回答中持续约20秒；即几个天线的旋转周期，然后自动消失。

响应模式C询问的回答是高度码，译码后判决飞机高度的码位续列是按下述排列：D1，D2，D4，A1，A2，A4，B1，B2，B4，C1，C2，C4。

其中，D，A，B，共九位构成标准循环码，按500英尺递增，C共三位形成五周期循环码，按100英尺递增，由于D1代表了最高位，目前民用飞行器尚未达到这个高度，所以民航组织规定D1位恒为逻辑0。

在回答高度码（格雷码）译为BCD码时，其后一位是BCD码是前一位与回答高度码相应位的数值进行异或而得到（即相同为0，相异为1）。

二次雷达设备——第4页例：格雷码：D1D2D4 A1A2A4 B1B2B4 C1C2C40 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 1BCD码：0 0 1 0 1 1 0 1 0十进制数：90高度＝十进制数*500英尺+高度修正值－1200＝45000－1200＝43800计算出来的高度减速去1200英尺即为实际的海拔高度。

又例：回答高度码： 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 BCD码： 0 0 0 1 1 1 0 1 058*500+400-1200＝28200英尺高度码和海拔高度之间的关系，可以从国际民航组织附件10中查到。

由于报告的高度是测量本地高空气压所得到的，因此就必须把机载仪表设备调整到由地面ATC报告的本地地面的气压上，以补偿气压压力的正常改变，得到相对高度。

1.3 二次雷达方程二次雷达设备——第5页和一次雷达不同，二次雷达是靠两次有源辐射（询问机和应答机）完成目标定位。

所以每个辐射源属于单程传输，同样的辐射功率，它比一次雷达作用距离远。

二次雷达方程分成上行（询问）方程和下行（回答）方程。

1.3.1上行方程（UP－LINK）设地面站询问机的发射功率为PI，二次监视雷达天线的询问波瓣的增益为GI，则距地面站询问机天线斜距R处的功率密度为：SI ＝PI*GI ／4πR²上述方程应考虑如下的损耗：1.询问机的发射功率向天线传输过程的损耗L。

它主要包括传输电缆和旋转关节的损耗，约为3.5db（旋转关节损耗0.8db）。

2.天线波束在负3db点之间假定为高斯型波束，由于天线增益不同引起的天线调制损耗La，平均约2db。

对于单脉冲二次监视雷达的垂直大孔径（LVA）天线，它的垂直方向性图在0度高度角增益变化很快。

在计算威力范围时对不同的高度角应使用不同的增益。

如果使用天线罩还要附加0.2db的天线罩引起的损耗。

3.大气吸收衰减Lp。

大气的吸收衰减和大气的密度以及传播的距离有关。

近距离这个损耗可以忽略，低高度角和远距离的吸收衰减较大，考虑到上述衰减后该式变为：SI ＝PI*GI ／4πR²*L*La*Lp 应答机天线截获功率的有效面积为At，则应答机天线接收功率Pt为Pt＝At*SI由于Aｔ＝λ² *Ｇｔ／4π，其中Gt为应答机天线增益.将At和SI 代入上式，于是：Pt = PI* GI *Ｇｔ*λ² / (4π)²R ² * L * La * Lp二次雷达的距离方程为：λPｉ* Gｉ*Gｔ／ｒR ＝*二次雷达设备——第6页4πPｔ* L*Lａ*Lｐ当PT最小时得到作用距离Rｍａｘ，而PT最小相当于应答机接收机输入端的最小触发电瓶。

当以海里表示最大作用距离时：λPｉ* Gｉ*Gｔ／ｒRｍａｘ＝*4π1852 Pｔｍｉｎ* L*Lａ*Lｐ1.3.2下行方程（DOWN－LINK）用上述同样分析的方法可以得到下行方程用海里表示λｔPｔ* Gｉ*Gｔ／ｒRｍａｘ＝*4π1852 Pｉｍｉｎ* L*Lａ*Lｐ其中：Pｔ应答机的发射功率λｔ应答机的工作过程Pｉｍｉｎ询问机接收机输入端的最小触发电平。

通常应当保证上行的最大作用距离和下行最大作用距离相匹配，否则，当上行距离大于下行距离时，本地站收不到被询问的应答机的询问信号，但是应答机的回答会对他所临近的地面站产生异步干扰。

作为航路监视的二次雷达作用距离约为200海里。

二次监视雷达在大气传播过程中由于高度不同气压不同，传播的路径引起折射，这种折射使二次监视雷达信号传播朝向地面弯曲，以至可以收到远距离低于水平面的信号。

异常的传播也可暂时增加雷达的作用距离，如大气的逆温或潮湿空气紧贴海平面都能增加无线电波的折射以致使电波紧贴地球表面传播。

在这种情况下能看到水平面以下距雷达站230海里距离的目标。

1.4 天线特征――询问的旁瓣抑制二次雷达设备——第7页地面站使用的天线有两个基本的波束，询问波束和控制波束。

询问波束具有高增益窄的水平波瓣和低旁瓣的特点。

控制波瓣由较低的峰值增益，他的增益应大于询问波束除主瓣以外所有方向上的增益。

从技术要求可知，询问波束方向性图第一旁瓣电平约为－27ｄB，平均辐射场强亦可达－33ｄB左右。

当不存在控制波束时，对于接近地面站的飞机，他的应答被询问波束的旁瓣所触发，在天线扫描过程中，应答机大部分时间处于询问波束的旁瓣的威力范围之内，应答机可能断续或持续回答。