二次雷达基本原理.
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●
垂直剖面的垂直方向性图 ( 主要用于分析降低地面反 射造成的影响 )
●
31
III. 系统组成 -1. 天线
水平方向性图
Δ Σ
Ω
32
III. 系统组成 -1. 天线
垂直方向性图
高度角θ
− 20dB
50°
余割平方特性
− 6°
4° 0° − 26dB
− 16dB
0dB
F (θ )
下切率1.8dB / 度
•
19
II. 二次雷达工作原理 -4 应答信号
机载应答机
20
II. 二次雷达工作原理 -4 应答信号
3/A 模式应答码
•
12 个信息脉冲解码顺序 ( 注意不同于发射脉冲顺 序 ): A4A2A1 B4B2B1 C4C2C1 D4D2D1
F 1 C 1 A 1 C 2 B 2 D 4 F 2
1 2 3 4
二次雷达基本原理
于希Fra Baidu bibliotek 2010 年 5 月 5 日
内容
I. 二次雷达简介 II.二次雷达工作原理 III.系统组成 IV.参考资料
2
内容
I.二次雷达简介
II.二次雷达工作原理 III.系统组成 IV.参考资料
3
I. 二次雷达简介 雷达 (RADAR,RAdio Detection And Ranging) 分 为两类， 一次雷达 (PSR,Primary Surveillance Radar), 利 用无线电反射回波信息来发现目标，例如气象雷 达、多普勒雷达、着陆雷达及监视雷达 . 二次雷达 (SSR,Secondary Surveillance Radar), 通过地面询问机 (interrogator) 和接收机载应答 机 (transponder) 反馈的信息来发现和识别目标 .
33
III. 系统组成 -2.1 发射机
发射机的几个重要参数：
1)发射频率： 1030MHZ 2)输出功率：典型值 0.5KW~2KW, 影响雷达的最大作用距离，天线
增益，馈线损耗等
3)占空比：典型值 0.1% ，较高的占空比意味着发射功率的提高，也意
味着可能出现的发射器材温度过高的危险
* 占空比为脉冲重复周期内总的脉冲持续时间与脉冲重复周期的比值 .
4
I. 二次雷达简介 -
I. PSR SSR 区别 : 工作方式不同 PSR 靠反射 ,SSR 一问一
答.
II.SSR 优点
1. 机载应答机的回答频率不同于地面站询问机的询问频率 , 可避 免 PSR 常见的地物杂波、气象杂波等干扰 . 2. 不依靠电波反射，所以同样的探测距离发射功率比一次监视雷 达低的多 . 3. 利用编码信号进行信息交换，能获取更丰富的信息 .
I. 二次雷达处理设备的作用
应答机发射的一串编码脉冲，经过接收机的检测
放大后，输出原始视频 处理设备对该视频进行处理，对应答信息进行解 码，判断应答信息，对窜扰和干扰进行排除。 并将此信息数据化，以便后续的进一步处理 。
II.处理设备主要为录取器。
36
内容
I.二次雷达简介
II.二次雷达工作原理 III.系统组成 IV.参考资料
c) 高度信息的获取 由应答机上的 C 码获得目标高度 .
14
II. 二次雷达工作原理 -3 询问信号
I. 由地面询问机发射的信号称为询问信号 II. 根据实际需要，将询问信息分成多种模式 . 目前 ICAO 规定了六 种询问模式 :1,2,3/A,B,C P1 、 P3 脉冲称为模式询问脉冲，两者之间的时间间隔决定了询 问的模式 P2 脉冲称为旁瓣抑制脉冲或控制脉冲，总是在 P1 脉冲 2μs 后发 射，主要是为了抑制旁瓣 (ISLS).
37
IV. 参考资料
1. 无锡培训二次雷达原理教材，陈京华 ,2010 年 4 月 2. 单脉冲二次雷达讲义，中电十四所 3. http://www.radartutorial.eu 4. ALENIA 雷达讲义 5. 二次雷达原理，张尉， 2009 年 5 月，国防工业出版社 ,ISBN 978-7-118-05361-6
P1P3间隔 P1 P3 询问波束 0.8μs
2µs
P2 控制波束 0.8μs
15
II. 二次雷达工作原理 -3 询问信号
询问信号脉冲参数定义：
P1P2P3 脉冲要求 在上升沿和下降沿 1/2 脉冲幅度处的时间间隔定义为脉冲时间间隔 从 1/10 到 9/10 的脉冲幅度的时间称为上升时间 从 9/10 到 1/10 的脉冲幅度的时间称为下降时间 模式 模式 1 模式 2 模式 3/A 模式 B 模式 C 模式 D 军用识别码 军用识别码 军民用识别码 军用识别码 高度码 备用码 P1P2 间隔 2±0.1μs 2±0.1μs 2±0.1μs 2±0.1μs 2±0.1μs 2±0.1μs 0.8±0.1μs ≥0.05μs ，≤ 0.1μs ≥0.05μs ，≤ 0.1μs P1P3 间隔 3+0.01μs/-0.05μs 5±0.1μs 8±0.1μs 17±0.1μs 21±0.1μs 25±0.1μs
II. 二次雷达工作原理 - 单脉冲技术
瞄 准 轴 目标方向
波程差
θ
θ
二次雷达使用的大垂直孔径 (LVA,Large Vertical Aperture ) 天线 , 可以等效成两个辐 射源 . ●和差电桥处理后 , 产生和信号 (Σ) 和差信号 (Δ)
●
E1
d
E2
和差电 桥
∆
Σ
12
II. 二次雷达工作原理 - 单脉冲技术
正面列馈
背馈
天线箱体内包含功分网络和电缆
29
III. 系统组成 -1. 天线
天线在空间辐射电磁场的能量形成一个立体的辐 射图。
阵面和通道能量合成效果图
阵面控制通道能量效果图
30
III. 系统组成 -1. 天线
从立体辐射图研究天线的性能十分麻烦。通常分析天 线的特性主要分析辐射图 水平剖面的水平方向性图 ( 主要用于分析目标的方位 角精度和不同方位角飞机的分辨能力 )
18
II. 二次雷达工作原理 -4 应答信号
F1 C1 A1 C2 A2 C4 A4 X B1 D1 B2 D2 B4 D4 F2 SP1
0.45μs 1.45 μs
20.3μs
4.35μs
•
SPI 仅在管制员要求的情况下 , 飞行员开启该脉冲， 20 秒后应答机将自动停止 发射 前我们使用的是 3/A 模式和 C 模式，通过使用两种模式的交替询问的方式获得 目标的二次代码和高度码。
16
II. 二次雷达工作原理 -3 询问信号
询问旁瓣抑制 (ISLS,Interrogation Path Side Lobe Suppression).
17
II. 二次雷达工作原理 -4 应答信号
I. 机载应答机收到地面询问机发射的询问信号后 (P3 脉冲之后 3μs) ，根据询问的内容，自动回答一组编码脉冲，称为应 答码。 II. 应答码由 16 个脉冲组成
单脉冲测角需要的三个参数 : (1)天线瞄准轴的方向 .( 方位编码器给出 ) (2)目标偏离瞄准轴 (OBA,Off Bore-sight Angle) 信息 .( 归一化的差信号强度给出 ) (3)目标偏离瞄准轴的符号信息 .( 和的相位差给 出)
13
II. 二次雷达工作原理 -2 目标参数获取
5
内容
I.二次雷达简介
II.二次雷达工作原理 III.系统组成 IV.参考资料
6
II. 二次雷达工作原理 1.工作频率 2.目标参数获取 3.询问信号 4.应答信号
7
II. 二次雷达工作原理 -1 工作频率
•
工作频率 : 上行 1030MHz, 下行 1090MHz 分为地面雷达设备和飞机应答机两部分 一问一答方式获取信息
27
III. 系统组成 I. 二次雷达的组成：
轻型飞机的应 答机 天线
应答机 天线 环形器 发射机 接收机
环形 器
发射机
接收机
处理设备
显示设备
处理机
显示器
传输设备
28
III. 系统组成 -1. 天线
● ●
天馈线 : 大垂直口径 (LVA) 阵列天线 极化方式：垂直极化
例如：脉冲宽度 1μs ，信号周期 4μs 的脉冲序列占空比为 0.25
34
III. 系统组成 -2.2 接收机
接收机的几个重要参数：
1)灵敏度：指雷达设备能够接收到的最小输入信号功率。 ICAO 建议切线灵敏度好于 -85dBm 2)带宽 3)动态范围：即接收机可以接收的信号强度范围，要求大 于 60dB 。可以采用灵敏度时间控制 (STC,Sensitivity Time Control) 技术来增加接收的动态范围。
F1,F2 框架 (Framing) 脉冲 ,2 个 4 组 8 进制编码的 12 位信息脉冲 ABCD,12 个 x 备用脉冲 , 目前恒为零 ,1 个 SPI 脉冲 (Special Purpose Identification),1 个
III.回答 3/A 和 C 模式的格式完全一样，只是编码顺序有所不同 .3/A 顺序为 ABCD,C 模式为 DABC
*ICAO ， International Civil Aviation Organization * 切线灵敏度 , 为噪声上升到所观察的噪声电平本身高度时的信号功率。 *STC, 对不同距离上不同强度的信号进行信号衰减或提高门限的方法来扩大接收 机的动态范围
35
III. 系统组成 -2.3 处理设备
38
结束
39
DAB 位构成 9 位标准循环码 , 按 500 英尺递增 C 位构成 3 位 5 周期循环码 , 按 100 英尺递增
计算方式 : 1.DAB 循环妈 ->DAB 二进制码 DAB=D0D1D2D3D4D5D6D7D8 Di+1=Di ⊕Di-1 , i∈{1-7} and D0=1 得出 DAB' 2.C 位 5 周期循环码查表得出 C' 3. 高度 Height = 500*DAB' + 100*C' – 1200 , 单位为英尺
•
•
询问信号 应答信号
8
II. 二次雷达工作原理 -2 目标参数获取
SSR 需要的目标参数有：距离 R 、方位 α 、高度 H
H R D α O
9
正北
II. 二次雷达工作原理 -2 目标参数获取
a)距离 R 的获取：
通过对发射和接收电磁波时间的计算可以得出 . R=C*t/2 C 为光速， t 为雷达从发射询问信号到接收到应答信号之间的时间
10
II. 二次雷达工作原理 -2 目标参数获取
b) 方位 α 的获取： (1)滑窗测方位角法 (2)单脉冲测方位角法 ( 相位型和振幅型 ). 一种精确测试
信号方位角的技术 , 它的名字是由有一个（回答）脉冲就可以确定目标方位角而得来 的。单脉冲雷达采用相位和，差的比较来得到角度的精确信息 .
11
23
II. 二次雷达工作原理 -4 应答信号
C 模式应答码
循环码特性 偶数 C1C2C4 001 011 010 110 100 奇数 100 110 010 011 001 十进制数 0 1 2 3 4 0 1 2 3 4
C 位 5 周期循环码规则： 循环码的 B4 若为 1 则使用奇
数特性，若为 0 则使用偶数特 性。
A B C D
21
II. 二次雷达工作原理 -4 应答信号
3/A 模式应答码 7777 的代码不用 •三组危急码也不用 7700 飞机故障危急 7600 飞机通讯系统故障 7500 飞机被劫持
•
22
II. 二次雷达工作原理 -4 应答信号
C 模式应答码
12 个信息脉冲解码顺序 ( 注意不同于发射脉冲顺 序 ): D1D2D4 A1A2A4 B1B2B4 C1C2C4 D1 恒为 0
24
II. 二次雷达工作原理 -4 应答信号
C 模式应答码举例
F 1
A 1
C 2
A 2
A 4
X
B 1
B 2
B 4
F 2
0 7 7 2
25
内容
I.二次雷达简介
II.二次雷达工作原理 III.系统组成 IV.参考资料
26
III. 系统组成 1.天线 2.问询机
(1)发射机 (2)接收机 (3)处理设备
垂直剖面的垂直方向性图 ( 主要用于分析降低地面反 射造成的影响 )
●
31
III. 系统组成 -1. 天线
水平方向性图
Δ Σ
Ω
32
III. 系统组成 -1. 天线
垂直方向性图
高度角θ
− 20dB
50°
余割平方特性
− 6°
4° 0° − 26dB
− 16dB
0dB
F (θ )
下切率1.8dB / 度
•
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II. 二次雷达工作原理 -4 应答信号
机载应答机
20
II. 二次雷达工作原理 -4 应答信号
3/A 模式应答码
•
12 个信息脉冲解码顺序 ( 注意不同于发射脉冲顺 序 ): A4A2A1 B4B2B1 C4C2C1 D4D2D1
F 1 C 1 A 1 C 2 B 2 D 4 F 2
1 2 3 4
二次雷达基本原理
于希Fra Baidu bibliotek 2010 年 5 月 5 日
内容
I. 二次雷达简介 II.二次雷达工作原理 III.系统组成 IV.参考资料
2
内容
I.二次雷达简介
II.二次雷达工作原理 III.系统组成 IV.参考资料
3
I. 二次雷达简介 雷达 (RADAR,RAdio Detection And Ranging) 分 为两类， 一次雷达 (PSR,Primary Surveillance Radar), 利 用无线电反射回波信息来发现目标，例如气象雷 达、多普勒雷达、着陆雷达及监视雷达 . 二次雷达 (SSR,Secondary Surveillance Radar), 通过地面询问机 (interrogator) 和接收机载应答 机 (transponder) 反馈的信息来发现和识别目标 .
33
III. 系统组成 -2.1 发射机
发射机的几个重要参数：
1)发射频率： 1030MHZ 2)输出功率：典型值 0.5KW~2KW, 影响雷达的最大作用距离，天线
增益，馈线损耗等
3)占空比：典型值 0.1% ，较高的占空比意味着发射功率的提高，也意
味着可能出现的发射器材温度过高的危险
* 占空比为脉冲重复周期内总的脉冲持续时间与脉冲重复周期的比值 .
4
I. 二次雷达简介 -
I. PSR SSR 区别 : 工作方式不同 PSR 靠反射 ,SSR 一问一
答.
II.SSR 优点
1. 机载应答机的回答频率不同于地面站询问机的询问频率 , 可避 免 PSR 常见的地物杂波、气象杂波等干扰 . 2. 不依靠电波反射，所以同样的探测距离发射功率比一次监视雷 达低的多 . 3. 利用编码信号进行信息交换，能获取更丰富的信息 .
I. 二次雷达处理设备的作用
应答机发射的一串编码脉冲，经过接收机的检测
放大后，输出原始视频 处理设备对该视频进行处理，对应答信息进行解 码，判断应答信息，对窜扰和干扰进行排除。 并将此信息数据化，以便后续的进一步处理 。
II.处理设备主要为录取器。
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内容
I.二次雷达简介
II.二次雷达工作原理 III.系统组成 IV.参考资料
c) 高度信息的获取 由应答机上的 C 码获得目标高度 .
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II. 二次雷达工作原理 -3 询问信号
I. 由地面询问机发射的信号称为询问信号 II. 根据实际需要，将询问信息分成多种模式 . 目前 ICAO 规定了六 种询问模式 :1,2,3/A,B,C P1 、 P3 脉冲称为模式询问脉冲，两者之间的时间间隔决定了询 问的模式 P2 脉冲称为旁瓣抑制脉冲或控制脉冲，总是在 P1 脉冲 2μs 后发 射，主要是为了抑制旁瓣 (ISLS).
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IV. 参考资料
1. 无锡培训二次雷达原理教材，陈京华 ,2010 年 4 月 2. 单脉冲二次雷达讲义，中电十四所 3. http://www.radartutorial.eu 4. ALENIA 雷达讲义 5. 二次雷达原理，张尉， 2009 年 5 月，国防工业出版社 ,ISBN 978-7-118-05361-6
P1P3间隔 P1 P3 询问波束 0.8μs
2µs
P2 控制波束 0.8μs
15
II. 二次雷达工作原理 -3 询问信号
询问信号脉冲参数定义：
P1P2P3 脉冲要求 在上升沿和下降沿 1/2 脉冲幅度处的时间间隔定义为脉冲时间间隔 从 1/10 到 9/10 的脉冲幅度的时间称为上升时间 从 9/10 到 1/10 的脉冲幅度的时间称为下降时间 模式 模式 1 模式 2 模式 3/A 模式 B 模式 C 模式 D 军用识别码 军用识别码 军民用识别码 军用识别码 高度码 备用码 P1P2 间隔 2±0.1μs 2±0.1μs 2±0.1μs 2±0.1μs 2±0.1μs 2±0.1μs 0.8±0.1μs ≥0.05μs ，≤ 0.1μs ≥0.05μs ，≤ 0.1μs P1P3 间隔 3+0.01μs/-0.05μs 5±0.1μs 8±0.1μs 17±0.1μs 21±0.1μs 25±0.1μs
II. 二次雷达工作原理 - 单脉冲技术
瞄 准 轴 目标方向
波程差
θ
θ
二次雷达使用的大垂直孔径 (LVA,Large Vertical Aperture ) 天线 , 可以等效成两个辐 射源 . ●和差电桥处理后 , 产生和信号 (Σ) 和差信号 (Δ)
●
E1
d
E2
和差电 桥
∆
Σ
12
II. 二次雷达工作原理 - 单脉冲技术
正面列馈
背馈
天线箱体内包含功分网络和电缆
29
III. 系统组成 -1. 天线
天线在空间辐射电磁场的能量形成一个立体的辐 射图。
阵面和通道能量合成效果图
阵面控制通道能量效果图
30
III. 系统组成 -1. 天线
从立体辐射图研究天线的性能十分麻烦。通常分析天 线的特性主要分析辐射图 水平剖面的水平方向性图 ( 主要用于分析目标的方位 角精度和不同方位角飞机的分辨能力 )
18
II. 二次雷达工作原理 -4 应答信号
F1 C1 A1 C2 A2 C4 A4 X B1 D1 B2 D2 B4 D4 F2 SP1
0.45μs 1.45 μs
20.3μs
4.35μs
•
SPI 仅在管制员要求的情况下 , 飞行员开启该脉冲， 20 秒后应答机将自动停止 发射 前我们使用的是 3/A 模式和 C 模式，通过使用两种模式的交替询问的方式获得 目标的二次代码和高度码。
16
II. 二次雷达工作原理 -3 询问信号
询问旁瓣抑制 (ISLS,Interrogation Path Side Lobe Suppression).
17
II. 二次雷达工作原理 -4 应答信号
I. 机载应答机收到地面询问机发射的询问信号后 (P3 脉冲之后 3μs) ，根据询问的内容，自动回答一组编码脉冲，称为应 答码。 II. 应答码由 16 个脉冲组成
单脉冲测角需要的三个参数 : (1)天线瞄准轴的方向 .( 方位编码器给出 ) (2)目标偏离瞄准轴 (OBA,Off Bore-sight Angle) 信息 .( 归一化的差信号强度给出 ) (3)目标偏离瞄准轴的符号信息 .( 和的相位差给 出)
13
II. 二次雷达工作原理 -2 目标参数获取
5
内容
I.二次雷达简介
II.二次雷达工作原理 III.系统组成 IV.参考资料
6
II. 二次雷达工作原理 1.工作频率 2.目标参数获取 3.询问信号 4.应答信号
7
II. 二次雷达工作原理 -1 工作频率
•
工作频率 : 上行 1030MHz, 下行 1090MHz 分为地面雷达设备和飞机应答机两部分 一问一答方式获取信息
27
III. 系统组成 I. 二次雷达的组成：
轻型飞机的应 答机 天线
应答机 天线 环形器 发射机 接收机
环形 器
发射机
接收机
处理设备
显示设备
处理机
显示器
传输设备
28
III. 系统组成 -1. 天线
● ●
天馈线 : 大垂直口径 (LVA) 阵列天线 极化方式：垂直极化
例如：脉冲宽度 1μs ，信号周期 4μs 的脉冲序列占空比为 0.25
34
III. 系统组成 -2.2 接收机
接收机的几个重要参数：
1)灵敏度：指雷达设备能够接收到的最小输入信号功率。 ICAO 建议切线灵敏度好于 -85dBm 2)带宽 3)动态范围：即接收机可以接收的信号强度范围，要求大 于 60dB 。可以采用灵敏度时间控制 (STC,Sensitivity Time Control) 技术来增加接收的动态范围。
F1,F2 框架 (Framing) 脉冲 ,2 个 4 组 8 进制编码的 12 位信息脉冲 ABCD,12 个 x 备用脉冲 , 目前恒为零 ,1 个 SPI 脉冲 (Special Purpose Identification),1 个
III.回答 3/A 和 C 模式的格式完全一样，只是编码顺序有所不同 .3/A 顺序为 ABCD,C 模式为 DABC
*ICAO ， International Civil Aviation Organization * 切线灵敏度 , 为噪声上升到所观察的噪声电平本身高度时的信号功率。 *STC, 对不同距离上不同强度的信号进行信号衰减或提高门限的方法来扩大接收 机的动态范围
35
III. 系统组成 -2.3 处理设备
38
结束
39
DAB 位构成 9 位标准循环码 , 按 500 英尺递增 C 位构成 3 位 5 周期循环码 , 按 100 英尺递增
计算方式 : 1.DAB 循环妈 ->DAB 二进制码 DAB=D0D1D2D3D4D5D6D7D8 Di+1=Di ⊕Di-1 , i∈{1-7} and D0=1 得出 DAB' 2.C 位 5 周期循环码查表得出 C' 3. 高度 Height = 500*DAB' + 100*C' – 1200 , 单位为英尺
•
•
询问信号 应答信号
8
II. 二次雷达工作原理 -2 目标参数获取
SSR 需要的目标参数有：距离 R 、方位 α 、高度 H
H R D α O
9
正北
II. 二次雷达工作原理 -2 目标参数获取
a)距离 R 的获取：
通过对发射和接收电磁波时间的计算可以得出 . R=C*t/2 C 为光速， t 为雷达从发射询问信号到接收到应答信号之间的时间
10
II. 二次雷达工作原理 -2 目标参数获取
b) 方位 α 的获取： (1)滑窗测方位角法 (2)单脉冲测方位角法 ( 相位型和振幅型 ). 一种精确测试
信号方位角的技术 , 它的名字是由有一个（回答）脉冲就可以确定目标方位角而得来 的。单脉冲雷达采用相位和，差的比较来得到角度的精确信息 .
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II. 二次雷达工作原理 -4 应答信号
C 模式应答码
循环码特性 偶数 C1C2C4 001 011 010 110 100 奇数 100 110 010 011 001 十进制数 0 1 2 3 4 0 1 2 3 4
C 位 5 周期循环码规则： 循环码的 B4 若为 1 则使用奇
数特性，若为 0 则使用偶数特 性。
A B C D
21
II. 二次雷达工作原理 -4 应答信号
3/A 模式应答码 7777 的代码不用 •三组危急码也不用 7700 飞机故障危急 7600 飞机通讯系统故障 7500 飞机被劫持
•
22
II. 二次雷达工作原理 -4 应答信号
C 模式应答码
12 个信息脉冲解码顺序 ( 注意不同于发射脉冲顺 序 ): D1D2D4 A1A2A4 B1B2B4 C1C2C4 D1 恒为 0
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II. 二次雷达工作原理 -4 应答信号
C 模式应答码举例
F 1
A 1
C 2
A 2
A 4
X
B 1
B 2
B 4
F 2
0 7 7 2
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内容
I.二次雷达简介
II.二次雷达工作原理 III.系统组成 IV.参考资料
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III. 系统组成 1.天线 2.问询机
(1)发射机 (2)接收机 (3)处理设备