06第6章 二次监视雷达和应答机

民航内蒙古空中交通管理局
一
4、雷达接收信号
外部
概述
目标反射回波 其它电子设备干扰信号 气象、地物或海浪杂波信号
内部
噪声
民航内蒙古空中交通管理局
一
4、雷达接收信号
接 收 到 的 回 波 功 率
概述
目 标 回 波 信 号
随机 噪声 检 测 门 限
时 间
接收机噪声通常是宽带的高斯噪声； 信号与噪声占据相同的频带宽度； 雷达接收到的信号是一个随机过程；
2 2 t 3 min 1/ 4
雷达探测性能与下列因素有关： 发射功率、天线增益、接收灵敏度
民航内蒙古空中交通管理局
二
雷达原理
2、二次雷达 SSR（Secondary Surveillance Radar） SSR是高精度的脉冲（时间）测距/测向系 统，它是构成现代空中交通管制的重要监视系 统。 上世纪六十年代中期出现SSR，当时叫“敌 我识别器（IFF）”；
二
2、二次雷达
雷达原理
雷达波的传播（单程）
离雷达距离R处的电磁波功率密度：
Pt Gt PD 4R 2
距离越远功率密度越小， 距离越近功率密度越大。 雷达接收信号 每倍程为6dB
Pr
1 R2
民航内蒙古空中交通管理局
二
2、二次雷达
雷达原理
雷达波的传播（单程）
功率密度下降
民航内蒙古空中交通管理局
雷达的目标检测能力受到噪声的影响。
民航内蒙古空中交通管理局
一
5、雷达目标检测
概述
门限检测是一种随机检测，雷达接收机输出是一个随机 过程，雷达根据接收输出端的振幅是否超过门限来判断 有无目标存在，可能出现以下4种情况：
存在目标时判为有目标，称为发现，它的概率称为发现概率Pd； 存在目标时判为无目标，称为漏报，它的概率称为漏报概率Pla； 不存在目标时判为无目标，称为正确不发现，它的概率称为正 确不发现概率Pan； 不存在目标时判有目标，称为虚警，它的概率称为虚警概率Pfa。
二
2、二次雷达
雷达原理
二次雷达动态范围: 能够对接收信号进行检测而又使接收 信号不失真的输入信号的大小范围 Pt Gt Pr 雷达接收功率： 4R 2 表示成距离的函数： P k r R2
应答机的功率都是相同的，二次雷达的接收信号动态范围只受 应答飞机与雷达之间的距离影响。 最小作用距离为 Rmin ， 最大作用距离为 Rmax 。 雷达接收信号的动态为： D
SSR是ICAO（国际民航组织）的标准监视 系统； SSR的装备量在世界范围内呈上升趋势。
民航内蒙古空中交通管理局
二
2、二次雷达
雷达原理
SSR的发展历史
50年代后期，英国COSSOR公司研制成专供ATC系统用的二次监视雷达（SSR） 60年代初国际民航组织（ICAO）确认了SSR为ATC系统的基本组成设备 60年代中期实现了用雷达管制飞机的飞行间隔 80年代初COSSOR公司率先推出了单脉冲二次监视雷达（MSSR） 机电部783厂首先研制开始，并于1979年研制出常规SSR样机 1987年该厂研制出681A型常规SSR 14研究所从1988年开始研制全固态MSSR，型号为DLD-100，于1991年完成和 通过部级鉴定 2000年底十四所推出其第二代全固态MSSR ，型号DLD-100A 2008研制成功新一代具有基本S模式全固态MSSR，型号DLD-100C
概述
旋转关节、转换开关、电缆或波导、滤波器损耗 天线波束形状损失 叠加损失 信号积累时存在噪声 系统不完善损失 发射频带内不均匀，接收通道与信号不匹配（幅度和相位特性）
民航内蒙古空中交通管理局
一
6、雷达信号传播
大气衰减
衰减 （dB/km）
概述
倾盆大雨 大雨 中雨 小雨 毛毛雨
降水率 （mn/h）
飞机的识别代码；
飞机的气压高度； 飞机紧急告警信息，如飞机发生紧急故障（7700） 、无线电通信失效（7600）、飞机被劫持（7500）。
民航内蒙古空中交通管理局
二
2、二次雷达
工作框图
定时脉冲 发生器 二次雷达
雷达原理
RF询问 编码器 发射机 接收机 译码器
RF应答 显示器 地面询问机 接收机 发射机 机载应答机 识别信息 高度信息 编码器
经过双程传输后，目标信号是很小的(反比于R4)。
民航内蒙古空中交通管理局
二
1、常规雷达
雷达原理
当接收到的回波功率Sr等于最小可检测信号 Smin 时, 雷达达 到其最大作用距离Rmax, 超过这个距离后, 就不能有效地检测到 目标。
Rmax Pt G ( 4 π ) S
Pr max Pr min k 2 2 Rmax Rmin 4002 2 2 160000 倍 k Rmin 1 2 Rmax
以分贝计为： 10logD 10log160000 52dB
民航内蒙古空中交通管理局
二
2、二次雷达
斜距的测量
频率范围
3 - 30 30 - 300 300 - 1000 1-2 2-4 4-8 8 - 12 12 - 18 18 - 27 27- 40 40 - 75 75 - 110 110 - 300 MHz MHz MHz GHz GHz GHz GHz GHz GHz GHz GHz GHz GHz
考虑接收天线增益 Gr ，在离发射机R处的接收机输入端的功率：
Pt Gt Gr 2 Sr (4R) 2
Pt Gt2 2 (4 ) R
3 4
G r 2 为离雷达R处的接收天线增益。 Ae 4
考虑目标二次反射，即双程的情况，雷达接收机收到的功率信号为：
Sr
为目标的雷达截面积。
民航内蒙古空中交通管理局
二
2、二次雷达
分类 按测角方法分
雷达原理
常规二次雷达（SSR）：常规SSR实现对一个目标定位需要利 用雷达定向主波瓣中这个目标的所有应答； 单脉冲二次雷达(MSSR)：只需要利用一次询问的应答即能准 确定位。
按询问和识别处理方法分
空中交通管制雷达信标系统（ATCRBS）和Mode S系统：
f问=1030MHz，f答=1090MHz 。 采用视距传播方式。 P问=2000W，P答=700W，作用距离R=200nm 询问机天线的旋转周期T=4~15s（MHS 6s, SNT 6s, XSL 4s）
民航内蒙古空中交通管理局
二
2、二次雷达
二次雷达方程
雷达原理
Pt Gt Gr 1/ 2 Rmax ( ) 4 LPr
Rmax——— 雷达最大作用距离，m； λ ——— 波长，m； Pt ——— 雷达发射功率（应答机发射功率），W； Gt ——— 雷达发射天线增益，dB； Gr ——— 应答机接收天线增益，dB； L ——— 大气损耗，方向图因子损耗，dB； Pr ——— 应答机接收灵敏度（雷达接收灵敏度），dBm。 发射功率越大作用距离越远 天线增益越高作用距离越远 民航内蒙古空中交通管理局
民航内蒙古空中交通管理局
一
1、电磁频谱资源
电磁波特性
概述
HF： 带宽窄，波束宽，噪声大，电离层折射，设备简单，超视距。 VHF： 带宽窄，波束宽，噪声大，设备简单，受气象影响小。 UHF 噪声低，带宽和波束都有改善，设备简单等，早期预警。 L： 波束窄，噪声低，空中警戒及监视雷达的首选。 S： 波束窄，受雨杂波的影响大，气象雷达和监视雷达。 C： S和X的折中，对空警戒和精密跟踪。 X： 带宽宽，可产生窄脉冲，设备尺寸适中，高分辨雷达。 Ku、 K、Ka：波束窄带宽大，雨杂波及大气衰减大，作用距离短的 场合，如机场SMR。 毫米波： 波束窄带宽宽，大气衰减大，空间及作用距离不大的场合 如FOD、大气探测、太空探测。
频率 （GHz）
民航内蒙古空中交通管理局
二
1、常规雷达
定义
雷达原理
Radar ：Radio Detecting and Ranging 无线电探测和测距。
天线 收发转换开关 发射的电磁波 目标 接收的电磁波 R 噪声 接收机 信号 处理机
发射机
显示器
民航内蒙古空中交通管理局
二
1、常规雷达
雷达原理
根据接收回波最强时的天线波束指向, 就可确定目标的方向。
民航内蒙古空中交通管理局
二
1、常规雷达
根据接收回波最 强时的天线波束 指向, 就可确定 目标的方向, 这 就是角坐标测量 的基本原理。
回波最强 天线波束窄精度高
O
雷达原理
目标
角坐标测量
民航内蒙古空中交通管理局
二
1、常规雷达
雷达原理
雷达波的双程传播
Pd Pla 1
Pan Pfa 1
通常大家比较关注的是发现概率Pd和虚警概率Pfa
民航内蒙古空中交通管理局
一
6、雷达信号传播
大气波导效应
概述
大气
地面
大气波导效应导致传播路径弯曲，雷达有可能看到视线外的目标。
民航内蒙古空中交通管理局
一
6、雷达信号传播
雷达信号损失
雷达系统存在的各种损耗 空间传播损耗 大气传播衰减 射频传输损耗
反射截面积
概述
定义：在远场条件（平面波照射）下，目标处每单位入射功率 密度在接收机处每单位立体角内产生的反射功率乘以4π。
4
返回接收机每单位立体 角内的回波功率 入射功率密度
雷达截面积：一个等效无耗的各向均匀反射体的截获面积。 对于同一个物体，不同的照射方向具有不同的雷达截面积——目标闪烁
民航内蒙古空中交通管理局
一
3、雷达视线
雷达信号传播受影响
常规使用的信号传播是直线的。 雷达信号会受到阻挡和遮蔽。 还会受到来自飞机和地面反射信号的干扰。
概述
水平视线
杂波和遮蔽
民航内蒙古空中交通管理局
一
3、雷达视线
概述
天线高度
飞机高度
雷达水平最大视线距离
RNM 1.23 （ h H）
h、H为英尺，R为海里（1海里=1.852千米）。
ATCRBS是不加选择地广播式询问目标并识别目标，而且只能 识别目标的代号和高度，有时还会发生混淆。 Mode S则可点名询问某代号或地址的目标和传递管制或飞行管 理信息。 二次雷达是雷达技术和通信技术结合的产物。
民航内蒙古空中交通管理局
二
2、二次雷达
雷达原理
SSR可以获得的主要信息
飞机的距离和方位；
二
1、常规雷达
目标斜距测量
雷达原理
R————目标到雷达站的单程距离, 单位为m； tr————电磁波往返于目标与雷达之间的时间间隔，单位为s； c————电磁波的传播速度，c=3×108m/s。 回波脉冲滞后于发射脉冲为一个微秒时, 所对应的目标斜距离R为
R
c tr 150 m 0.15km 2
雷达的任务
探测目标
测量目标参数
斜距测量 目标角位置测量
民航内蒙古空中交通管理局
二
1、常规雷达
目标斜距测量
雷达原理
雷达发射脉冲电磁波； 电磁波在空间传播，遇物体产生后向散射，形成回波； 雷达接收回波并测量回波脉冲滞后于发射脉冲的时间tr。
ct r R 2
民航内蒙古空中交通管理局
二次雷达工作在L波段
民航内蒙古空中交通管理局
二
一、设备视图
雷达原理
图7-13 应答机天线
SSR应答机天线系统
SSR询问机及其天线系统 民航内蒙古空中交通管理局
一
2、反射
概述
常规雷达是通过接收目标的二次散射来发现目标的
民航内蒙古空中交通管理局
一
2、反射
船舶反射
概述
民航内蒙古空中交通管理局
一
2、反射
民航内蒙古空中交通管理局
二
1、常规雷达
雷达原理
发Fra Baidu bibliotek脉冲
回波
t 噪声
tr
tr
t
雷达测距
民航内蒙古空中交通管理局
二
1、常规雷达
目标角位置的测量
雷达原理
目标角位置指方位角, 在雷达技术中测量这个角位置基本上 都是利用天线的方向性来实现的。 雷达天线将电磁能量汇集在窄波束内, 当天线波束轴对准目
标时, 回波信号最强。当目标偏离天线波束轴时回波信号减弱。
2018年03月
第6章 二次监视雷达和应答机
二次监视雷达
一 二
概述 雷达原理
三
机载应答机
一
1、电磁频谱资源
代号
HF VHF UHF L S C X (I) Ku K Ka V W mm
概述
波长
10 – 100 1 – 10 0.3 – 1 15 – 30 7.5 – 15 3.75 – 7.5 2.5 - 3.75 1.7 - 2.5 1.1 - 1.7 0.75 - 1.1 4 - 7.5 2.7 - 4 1 - 2.7 m m m cm cm cm cm cm cm cm mm mm mm 29cm