二次雷达原理分析

二次雷达原理分析

作者：付广荣

来源：《硅谷》2014年第03期

摘要二次雷达作为当前民用航空的监视工具之一，在保障民航飞机安全飞行中扮演者重要的角色，它不仅能保障航班的正常运行，同时也丰富了管制手段，提高了航班运行效率。但二次雷达运行过程中也经受着反射、目标丢失、异步干扰、错觉等一系列问题的困扰，因此如何有效发现并解决这些问题就成了关键所在。

关键词二次雷达；管制；反射；目标丢失；异步干扰；错觉

中图分类号：TN95 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）03-0072-01

雷达—无线电检测与测距，顾名思义：雷达的最终目的是发现目标，并测量其距离。其中一次雷达（PSR）与二次雷达（SSR）是雷达家族中最常见的成员，其中一次雷达是检测自己发射的电磁波遇到物体后的反射信号来对空中飞行物进行检测的，其优点是具有较高的距离与方位精度，并能得出飞行物体的飞行速度；而二次雷达通过发射一组询问编码信号，装有机载应答机的飞机接收到询问信号后，转发一组应答编码信号。通过“询问-应答”式工作，因此需要两次辐射，因此称为二次雷达。因为二次雷达是双工作频率，其发射频率为1030 MHZ，接收频率为1090 MHZ，所以它具有作用距离远，无地物杂波和气象杂波干扰，又因其是“询问-应答”式工作模式，因此又具有交换信息丰富等特点。下面就重点介绍下二次雷达的基本原理以及常见的问题及分析。

二次雷达询问信号采取的是P1P2P3三脉冲体制，其中P2为旁瓣抑制脉冲，P1与P2的时间间隔恒为2 μs，P1P3脉冲为模式询问脉冲，P1与P3之间的时间间隔决定了不同的询问模式，ICAO规定使用模式3/A与模式C，即为我们熟知的识别码和高度码，模式3/A的时间间隔为8 μs，模式C的时间间隔为21 μs。二次雷达的编码信号经由天线、发射机进行信号的发送，而应答信号则由接收机、信号处理机、终端设备进行信号的接收，应答信号代码则有16个脉冲构成，图一中SPI位脉冲未进行标识，因其只有在管制员要求时发送，因此一般情况下不使用，其中脉宽为0.45 μs，脉冲间隔为1.45 μs，整个脉冲框架即F1到F2的时间间隔为20.3 μs，F2到SPI位的时间间隔为4.35 μs，脉冲编码经过处理就是我们所需的识别码与高度码，而在这16为脉冲信息编码中，其中F1、X、F2以及SPI位不用，因此有用的脉冲为12位，即会有4096种编码的可能性。若图一为应答信息中的识别码，其识别码的编码顺序为

A1A2A4，B1B2B4，C1C2C4，D1D2D4，由此我们可以得出图1中有效位为A1A2，B2，

C1，D2D4，因此该飞行器的识别码即为3216；然而在4096种编码中有三种特殊识别码：7700：飞机紧急情况；7600：通信故障；7500：非法干扰，这三种特殊识别码一般情况下不轻易使用。若图一为高度码，高度码的编码顺序与识别码又有所区别，其规则为：D1D2D4，

A1A2A4，B1B2B4：C1C2C4，其中D1D2D4，A1A2A4，B1B2B4为标准循环码，按500ft递增，C1C2C4为五位循环码，按100ft递增，其中D1位恒为0，目前的民航飞行器达不到这一高度，如图一所示其标准循环码为011110010，要换算成高度值，首先要对标准循环码转换成二进制码，这种运算过程可通过“异或门”得以实现，经转换后可得出二进制码为010100011，再将二进制码换算成十进制数，得出十进制数为163，可得标准循环码计算高度即为

163*500=81500ft，查表可得对应五位循环码为0，又因为气压高度是从—1200ft开始计算，由此可得此航空器的高度值为：81500+（-1200）=80300ft。

图1

二次雷达就是通过发送询问信号编码，接收应答信号编码，使得每一架航班都获得了一个唯一的识别码与高度码，同时经过设备后续的程序处理还可得出飞机的方位、速度等参数，然后将这些数据传输给空管人员，他们就可以按照监视情况而做出正确有效的指挥，即保证了航班的正常运行，也将可能发生的问题降低到了最小化。然而二次雷达如同其它监视设备一样，面临着诸如反射、目标丢失、异步干扰、错觉等一系列问题，那么这些问题如何产生又是如何影响二次雷达正常运行以及常见的解决手段有哪些呢？

反射是指当询问波束的主瓣方向上存在着反射体，询问信号经过反射后，被机载应答机接收，这个询问信号就会引起应答机的应答，而应答信号以直线的方向到达雷达的接收机，即由天线旁瓣接收，这时就会造成同一架飞机出现多个报告，产生干扰，使判断困难。解决反射问题主要有两种方式，一是改进天线系统，让天线的垂直波束采用锐截止方式，而是采用询问旁瓣抑制ISLS，即前面提到的询问脉冲中的P2脉冲，此脉冲由控制波束发射，控制波束覆盖询问波束P1P3的所有旁瓣以及尾瓣，而低于询问波束的主瓣，这样就有效了避免了反射问题。

目标丢失是指在雷达监视屏幕上监测不到该目标的信号，造成这样的原因主要有飞机的机动飞行，机身遮蔽了应答机的天线；还有一种原因是由于过问询问造成了机载应答机过载，即询问次数超过上限值。

异步干扰是指当一个地面站主瓣询问某一目标时，目标应答机的回答可以通过另一个应答机的旁瓣进入另一个地面站的接收系统，由于旁瓣接收的信号与该地面站的询问不同步而造成的干扰。简单的理解就是由于飞机天线的无方向性，飞机对A站询问的应答被B站所接收，从而对B站造成异步干扰，其主要破坏力是造成译码错误。对付异步干扰一个有效的方法就是减少询问频率，这样可以使空间中应答信号减少，从而减小造成异步干扰的可能性。

错觉是指二次雷达应答存在检测过程中就是对框架脉冲F1到F2的检测，因为在应答中总存在F1与F2框架脉冲，而框架脉冲检测过程是检测是否存在一对脉冲时间间隔为20.3 μs，但这对脉冲框架有可能是错觉引起的错误的框架脉冲。如图1所示C2到SPI位的时间间隔为20.3 μs，但却不能认为是一个正确的框架脉冲，再如后一架飞机的应答码恰好与前一架飞机的