航管二次雷達現(xiàn)場調(diào)試階段假目標抑制方法分析

陳漢輝

（中國民用航空深圳空中交通管理站，廣東 深圳 518128）

0 引言

航管二次雷達被譽為空中交通管制員的“千里眼”，是空中交通管制的重要設(shè)備。它采用詢問—應(yīng)答的方式工作，由地面詢問機發(fā)射詢問脈沖信號，飛機應(yīng)答機根據(jù)收到的詢問信號發(fā)出相應(yīng)的應(yīng)答信號，應(yīng)答信號包括飛機的二次代碼、氣壓高度、飛行速度等。由于雷達的詢問—應(yīng)答信號受到地形地物及無線電干擾信號的影響會產(chǎn)生假目標，假目標會誤導(dǎo)管制員或影響多雷達信號處理系統(tǒng)，影響飛行安全。本文對假目標形成進行分析，并結(jié)合設(shè)備現(xiàn)場調(diào)試過程分析抑制假目標的一些方法。

1 二次雷達假目標的常見原因和現(xiàn)象

二次雷達假目標形成的原因主要有異步干擾、旁瓣穿透及繞環(huán)、地物反射、同步竄擾和交織、虛幻假目標、二次環(huán)繞等。

1.1 反射引起的假目標

當詢問信號主瓣方向上存在著反射物，詢問信號經(jīng)反射后被應(yīng)答機接收引起應(yīng)答機的應(yīng)答，真是的應(yīng)答和反射的應(yīng)答都進入雷達接收機，這時會造成同一架飛機在雷達上顯示為多個目標，這些回答標牌相同、距離和方位不同。

1.2 同步竄擾和交織

在二次雷達作用距離內(nèi)，在方位相近的兩架飛機，如果時間上小于20.3us、在距離上小于(20.3×3×108)／2=3045 米時，雷達接收兩架飛機的應(yīng)答代碼會發(fā)生重疊，二次監(jiān)視雷達解碼器會將這些應(yīng)答混淆，從而形成虛假目標。應(yīng)答重疊可能會出現(xiàn)粘連、隔離、占位三種狀態(tài)。

1.3 異步干擾

當一個地面站主瓣詢問某一目標時，目標應(yīng)答機的回答可以通過另一個地面站詢問波束的旁瓣進入另一個地面站的接收系統(tǒng)，由于旁瓣接收的信號與該地面站的詢問不同步，從而對另一個地面站造成異步干擾。在多詢問機和多目標情況嚴重。異步干擾大多數(shù)從詢問天線的旁瓣進入。

1.4 目標分裂

來自同一架飛機的詢問—應(yīng)答信號由于波束開裂、地形地物反射等影響，被處理成兩個或多個目標。旁瓣詢問引起的繞環(huán)現(xiàn)象也是目標分裂的一種情況。

1.5 旁瓣詢問引起回答

如果詢問機的旁瓣穿透控制波束或者詢問機的控制脈沖輻射功率降低，會導(dǎo)致旁瓣詢問引起應(yīng)答機回答。旁瓣詢問引起的回答會干擾真實的目標方位，嚴重時出現(xiàn)“繞環(huán)”現(xiàn)象，而且假回答過多會導(dǎo)致后續(xù)信號處理過載。旁瓣詢問引起的回答可以通過發(fā)射幅度符合要求的P2 脈沖來解決。

2 雷達調(diào)試中使用的假目標抑制方法

2.1 調(diào)整天線仰角

雷達附近有較高障礙物或為監(jiān)視低空空域?qū)⑻炀€設(shè)置在低俯仰角時，由于反射物增多和雷達波束打地開裂，引起假目標增多和目標分裂，一個目標顯示為同代碼但不同方位和高度的兩個或以上目標。在雷達調(diào)試過程中，可根據(jù)雷達站的場地條件，通過抬高天線仰角，從而減少地面反射假目標產(chǎn)生的概率。天線垂直覆蓋圖中，主瓣方向上約+8°的增益最高，在約-5°方向上有一個-18dB 的二次旁瓣。調(diào)整雷達天線仰角時可根據(jù)天線的垂直覆蓋圖，使-5°方向上的二次旁瓣避開主要地面反射物。

2.2 RSLS、ISLS、IISLS 功能

ISLS（詢問旁瓣抑制）、IISLS（增強型的詢問旁瓣抑制）可通過發(fā)射P2 脈沖讓飛機識別是否旁瓣詢問，若是旁瓣詢問則不進行應(yīng)答；RSLS（接收旁瓣抑制）可通過比較和、控制通道的信號識別是否旁瓣接收到的應(yīng)答。二次雷達可根據(jù)雷達現(xiàn)場實際情況開啟/關(guān)閉此項功能。同時還可根據(jù)實際調(diào)試情況對IISLS 進行扇區(qū)編程。

2.3 Reft.Supr 功能

二次雷達具有自動檢測反射物的功能。在二次雷達錄取器中儲存了反射物列表，作為先驗信息，如目標出現(xiàn)在和反射物方位角一致的方向時，則進行虛假目標的檢查判定。雷達依據(jù)探測數(shù)據(jù)，建立實時反射物分布模型；反過來為雷達的虛假目標的識別與抑制提供依據(jù)。對于新增的反射物，它能根據(jù)虛假目標報告計算出產(chǎn)生該虛假目標的反射物的位置和大小。相反，對于已經(jīng)消除的反射物，則需要把該反射物從反射物列表中刪除。另外，雷達還提供手動編輯輸入反射物的功能，只需輸入反射物的初始/終止角度、初始/終止距離后將反射物添加到反射物列表即可。

2.4 靈敏度時間控制

靈敏度時間控制是將檢測門限根據(jù)應(yīng)答距離設(shè)置成一個由遠到近逐步升高的值，該門限與距離成6dB/倍時程的關(guān)系。正常應(yīng)答信號可以通過該門限，而對于反射等引起的應(yīng)答信號，由于其信號比較弱，不能通過該門限而被抑制掉。二次雷達允許所有扇區(qū)設(shè)置同一個STC值，也允許用戶根據(jù)不同扇區(qū)設(shè)置不同的STC/GTC 等級。

2.5 發(fā)射功率扇區(qū)編程

不同的雷達站場地環(huán)境有所不同，在某些方位上對雷達的收發(fā)信號形成反射，從而形成假目標。發(fā)射功率扇區(qū)編程就是在那些可能造成假目標的反射方位上，減小雷達發(fā)射功率。正常目標由于收發(fā)信號較強不影響它的正常檢測，但是反射目標信號則被明顯地減弱，從而達不到正常的檢測門限而被抑制掉了。在某些反射嚴重而用不影響使用的扇區(qū)甚至可以不發(fā)射。二次雷達大部分都有功率控制功能，并可對不同扇區(qū)的功率進行編程。

2.6 設(shè)置錄取信號置信度門限

二次雷達可以設(shè)置錄取脈沖信號高置信度與低置信度的門限值，并根據(jù)現(xiàn)場情況設(shè)置錄取信號置信度判決規(guī)則，使低置信度脈沖不被錄取，達到減少假目標錄取的概率。

2.7 抑制Mode A/C/S all-call 及Mode S-only all-call

在某現(xiàn)場調(diào)試時發(fā)現(xiàn)在離雷達站大約2NM 的距離上，經(jīng)常出現(xiàn)假目標。（如圖1 中長方框內(nèi)所示）通過調(diào)整天線仰角、提高置信度等手段，無法徹底解決該問題。

圖1

經(jīng)過連日的數(shù)據(jù)采集分析，調(diào)試人員判斷假目標主要是由于停機坪上的飛機長時間不關(guān)閉應(yīng)答機，導(dǎo)致部分飛機和建筑物形成固定的反射關(guān)系，造成長時間連續(xù)的假目標出現(xiàn)。較多的假目標是由?？吭谕C坪或起飛降落的飛機產(chǎn)生。經(jīng)過實踐驗證，最終采用了抑制Mode A/C/S all-call 及Mode S-only allcall 的非常規(guī)方法。具體的依據(jù)及實現(xiàn)如下：

根據(jù)國際民航公約附件10 卷4 里面的下述條款：

3.1.2.10.3.10 Inhibition of replies.Replies to Mode A/C/S all-call and Mode S-only all-call interrogations shall always be inhibited when the aircraft declares the on-the-ground state.It shall not be possible to inhibit replies to discretely addressed Mode S interrogations regardless of whether the aircraft is airborne or on the ground.

3.1.2.10.3.10.1 Recommendation.— Aircraft should provide means to determine the on-the-ground state automatically and provide that information to the transponder.

3.1.2.10.3.10.2 Recommendation.— Mode A/C replies should be inhibited when the aircraft is on the ground to prevent interference when in close proximity to an interrogator or other aircraft.[1]

公約里敘述，在地面上的飛機應(yīng)對模式A/C/S 全呼及模式S 全呼詢問應(yīng)不予應(yīng)答，根據(jù)此條款并結(jié)合現(xiàn)場的實際場地條件，調(diào)試人員對0～3NM 的模式S 全呼應(yīng)答進行抑制。這是消除假目標的一種非常規(guī)方法，在實際調(diào)試中需根據(jù)具體場地環(huán)境斟酌使用。

3 小結(jié)

上述總結(jié)了航管二次雷達現(xiàn)場調(diào)試階段假目標抑制的一些方法，在實際的雷達調(diào)試過程中需根據(jù)現(xiàn)場的實際場地環(huán)境及設(shè)備情況因地制宜運用各種假目標的方法手段。

［1］Annex 10 to the Convention on International Civil Aviation Aeronautical Telecommunications Volume IV Surveillance Radar and Collision Avoidance Systems[Z].