PDF《王亚涛》

文章编号:1001 - 893X( 2010)

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05 空管二次雷达 S 模式询问机目标捕获与监视实现方案 王亚涛(中国西南电子技术研究所,成都610036) 摘要 : 提出了一种空管二次雷达S模式询问机捕获与监视空中S模式目标的工程实现方案.

方 案既考虑了S模式询问机的具体使用条件,又完全符合国际民航组织附件10 的相关规定.采 用S模式与A/ C 模式的兼容组合技术实现了过渡时期对空域目标的全面监视,采用自适应随机捕获技术实现空域中S模式目标的捕获和锁定,采用S模式多目标询问时序编排技术实现对同一波束内多个S模式目标的选址询问和监视.该 方案已经在实际二次雷达S模式询问机研制过程中得以应用和验证,效果良好.关键词:空中交通管制;

二次雷达;

询问机;

S模式;

目标捕获中图分类号:TN958.96 文献标识码:Adoi: 10.3969 / j. issn.1001 - 893x.2010.07.015 Target Capture and Surveillance Method for Mode S Air Traffic Control SSR Interrogator WANG Yatao ( Southwest China Institute of Electronic Technology,Chengdu 610036,China) Abstract: An engineering implementation method is proposed for air traffic control( ATC)system to capture and tail mode S airborne targets using secondary surveillance radar( SSR). Either practical conditions of the mode S interrogator′s employment or concerned standards of ICAO( International Civil Aviation Organization)Annex10 are taken into consideration in this project. A combined and compatible technique is employed to surveille air borne targets completely in transitional period. Self - adapted method of random capture is employed to capture and lock mode S aircraft. Multi - mode S targets in the same antenna beam are interrogated and tailed using time arrangement technique. The method has been applied and verified in a new developed mode S SSR inter rogator, and the system runs well. Key words: air traffic control( ATC) ;

secondary surveillance radar( SSR) ;

interrogator;

mode S;

target capture

1 引言 空管二次监视雷达(Secondary Surveillance Radar, SSR) 是空中交通管制系统(ATC) 的重要组成部分,是监视飞机飞行航迹和状态的一种地面传感器.二 次监视雷达技术来源于西方体制敌我识别系统,20 世纪50 年代Mark X 敌我识别器解密后,其技术推广应用于民用领域,形成了最初的二次监视雷达系统,该系统最显著的特点是采用了问-答式的协同识别方式.传统的二次监视雷达系统采用A/ C 工作模式,分别用于监视飞机的编号和高度,初期的系统存在大量的窜扰、混 扰 、旁 瓣干扰.20 世纪60 年代以后,随着单脉冲体制、询问旁瓣抑制、接收旁瓣抑制等技术的引入,二次雷达系统内部存在的窜扰、混扰、旁瓣干扰等固有干扰造成的不利影响在一定程度上得到缓解,使得该系统在世界各地的空中交通・17・第50 卷第7期2010 年7月电讯技术Telecommunication Engineering Vol.50 No.7 Jul.

2010 收稿日期:2010 -

05 - 06;

修回日期:2010 -

06 -

09 管制体系中迅速普及和广泛使用[1] .然而随着空中交通密度的增大,尤其是在欧洲和北美等经济发达地区,A/ C 模式的遗留问题―――窜扰和混扰再一次引起了人们的关注,从而提出了一种新的SSR 工作模式,被美国联邦航空管理局(Federal Aviation Ad ministrator, FAA) 命名为S模式[2-5] , 并在国际民航组织规范附件10( ICAO ANNEX10) 中进行了规定.S 模式显著的技术特点主要体现在两个方面,一是通过选址询问减少了系统内部干扰,二是同时具备了监视和数据链通信能力.尽管ICAO ANNEX10 中规定出了S模式询问和应答信号的具体格式以及数据项的具体含义,但是在实际S模式询问机设计过程中,设计者还是需要根据实际情况对系统的工作流程作出完善和高效的编排,才能够保证该系统能够正常投入使用.例 如,目前A/ C 模式和S模式还处于共存阶段,如何让S模式询问机能够同时对A/ C 模式目标和S模式目标保持监视;

又例如,S模式选址询问之前,需如何将目标捕获和锁定;

再例如,当多个S模式目标位于询问天线的同一波束内时,如何编排选址询问时序以保证对多个目标的同时监视等具体技术问题都需要解决.本 文将从实际工程设计出发,对上述几个问题进行探讨,并提出具体的解决方案.该 方案已成功应用于一种新研制的S模式二次雷达询问机,工作于

1、

2、

3 / A、 C 以及S模式,可脱离一次雷达独立跟踪监视全空域A/ C 及S模式目标.2A/ C 与S组合模式规划首先我们分析一下A/ C 模式和S模式询问和应答的基本信号格式和时序,然后再进行询问流程的组合设计.A/ C 模式信号格式见图1, S 模式信号格式见图2.其中A/ C 模式的应答延时为3μ s固定延时,加上信号的空间传输延时t;

S 模式的应答延时为128μ s固定延时,加上信号的空间传输延时t. 图1A/ C 模式询问及应答信号格式Fig.1 Signal format of mode A/ C interrogation and reply 图2S模式询问和应答信号格式Fig.2 Signal format of mode S interrogation and reply 我们对询问机的工作方式进行分析后认为,要让S模式询问机实现对A/ C 模式和S模式目标的同时监视,必须让询问机既发出A/ C 模式询问,又发出S模式询问,然后既接收A/ C 模式应答又接收S模式应答,分别进行处理.为分析方便,假设询问机参数如下:作用距离为450 km, 询问天线波束宽度为3°, 询问天线扫描速度为10 转/分,询问重复频率为100 Hz.基于以上参数计算,目 标驻留波束的时间为Tb =

3 / [ (

360 * 10)/ (

60 * 1000) ]=

50 ms, 一个驻留波束内询问次数为N=Tb /

10 =

5 次.首先我们可以设计一种简单直观的A/ C 和S模式交替询问方式,将驻留波束内的5次询问按照第1次为A/ C 询问,然后进行A/ C 应答解码,第2次为S询问,然后进行S模式应答解码,第3次为A/ C 询问,然后进行A/ C 应答解码,如此反复,如图3所示.那 么在一个驻留波束内,只能够进行2~3次的A/ C 模式询问和2~3次的S模式询问.然 而根据经验,要对A/ C 模式目标进行可靠的监测,需一个驻留波束至少进行4~5次A/ C 模式询问才能进行点迹凝聚处理,S模式也至少需要4次询问来完成多目标监视和数据链传输流程.因 此这种询问时序的效率不足,不能满足系统性能的要求.另 外,A/ C 模式全呼叫进行监视询问时,S模式应答机既可以回答S模式询问又能回答A/ C 模式询问,因此可能被误认为是两架飞机.图3A/ C 和S模式简单交替询问工作时序图Fig.3 Schedule diagram of mode A/ C and mode S working alternately ・

2 7 ・ www. teleonline. cn 电讯技术2010 年为解决上述问题,更好的办法是设计出A/ C 和S全呼询问组合的方式,既可以提高时间使用效率,同时在监视A/ C 或S目标时,S 模式与A/ C 模式应答机最多只能回答其中的一个询问信号,这样可以避免询问器在目标监视时将同一架飞机当作两架飞机.通过对图1和图2中A/ C 及S模式工作时序进行分析后,我们采用同时监视S模式目标与A/ C 模式目标全呼叫询问波形,如图4所示.它 是两种全呼叫询问的组合波形,其中A/ C 模式全呼模式按I CAO 附件10 的规定增加了一个标志脉冲(脉宽0.8 代表仅A/ C 模式全呼叫,S模式应答机不会应答).该方案可以共享询问之后设置的收听时间窗,提高时间利用率,两种全呼叫询问信号之间的时间间距.这样设计还可以确保询问机能同时收到来自等距离的A/ C 模式应答机或S模式应答机的回答信号以方便测距.图4中为了确保A/ C 模式应答机在接收A/ C 模式全呼叫询问信号之前有足够时间从S模........