關(guān)于二次雷達(dá)性能及模塊故障診斷系統(tǒng)的研究

摘 要：在實(shí)際使用中，由于相關(guān)技術(shù)不夠成熟，造成二次雷達(dá)性能未達(dá)標(biāo)，模塊故障診斷系統(tǒng)不夠完善。科技與軍事飛速發(fā)展的今天，在復(fù)雜惡劣的現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境下保持較高的識(shí)別率是二次雷達(dá)的主要任務(wù)，是各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。因此提高系統(tǒng)識(shí)別概率是當(dāng)前的研發(fā)熱點(diǎn)，文章針對(duì)幾種干擾現(xiàn)象進(jìn)行分析，希望對(duì)相關(guān)單位有所啟發(fā)。

關(guān)鍵詞：二次雷達(dá)；干擾現(xiàn)象；模塊故障診斷系統(tǒng)

對(duì)監(jiān)視范圍內(nèi)所有我方目標(biāo)的身份分類和識(shí)別是目前二次雷達(dá)的主要作用。在進(jìn)行戰(zhàn)略攻擊時(shí)可有效進(jìn)行敵我分辨，避免自相殘殺情況的發(fā)生。二次雷達(dá)的工作流程是由詢問雷達(dá)發(fā)射詢問信號(hào)給具有應(yīng)答器的目標(biāo)，其自動(dòng)回復(fù)應(yīng)答信號(hào)給詢問雷達(dá)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)檢測(cè)和識(shí)別目標(biāo)的功能。解決干擾問題是提高二次雷達(dá)性能的首要任務(wù)，是提高其精準(zhǔn)性的重中之重。

1 二次雷達(dá)的工作原理及特點(diǎn)

脈沖幅度調(diào)制信號(hào)是二次雷達(dá)的詢問信號(hào)，射頻信號(hào)是載波，通過定向天線輻射，P1、P2調(diào)制脈沖對(duì)之間有決定詢問模式的固定間隔。當(dāng)P1脈沖幅度大于P2九分貝時(shí)，旁瓣抑制脈沖P1通過全向天線輻射，應(yīng)答機(jī)可以對(duì)其進(jìn)行作編碼回答和譯碼。為起到旁瓣抑制作用，P1脈沖需先于P2脈沖發(fā)兩微秒發(fā)出。根據(jù)相關(guān)規(guī)范，傳統(tǒng)空管二次雷達(dá)共有專用于軍用識(shí)別詢問的1，2模式，兼用于民用識(shí)別與軍用識(shí)別3模式，只用于民用識(shí)別的B模式，用于高度識(shí)別的C模式，備用詢問的D模式六種詢問模式。

二次雷達(dá)與一次雷達(dá)不同，被探測(cè)目標(biāo)上必須裝有應(yīng)答機(jī)以保證目標(biāo)發(fā)射應(yīng)答信號(hào)與其配合工作完成工作任務(wù)所以應(yīng)答機(jī)和詢問器是構(gòu)成二次雷達(dá)整個(gè)系統(tǒng)的必要部分。二次雷達(dá)的通信系統(tǒng)具有傳輸信息的功能，其雷達(dá)系統(tǒng)具有測(cè)向和定位的功能。敵我識(shí)別功能是二次雷達(dá)在航空管制和軍事上擔(dān)任重要的角色的有力保障。然而現(xiàn)階段二次雷達(dá)在應(yīng)用中還存在內(nèi)部干擾例如竄擾、混擾等問題，拉低了整體系統(tǒng)的性能。一次監(jiān)視雷達(dá)和二次監(jiān)視雷達(dá)都屬于空中交通管制雷達(dá)，一體化航管雷達(dá)是指二次監(jiān)視雷達(dá)寄生在一次監(jiān)視雷達(dá)上。通過目標(biāo)對(duì)雷達(dá)發(fā)射機(jī)信號(hào)的反射回波來發(fā)現(xiàn)目標(biāo)是一次監(jiān)視雷達(dá)實(shí)現(xiàn)定位功能的主要途徑；二次監(jiān)視雷達(dá)是將地面二次監(jiān)視雷達(dá)發(fā)來的詢問信號(hào)，利用飛機(jī)上的應(yīng)答機(jī)接收到后，快速做出編碼脈沖序列回答，通過接收目標(biāo)的應(yīng)答信號(hào)來發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并對(duì)目標(biāo)定位。二次雷達(dá)具有接收機(jī)的靈敏度高，識(shí)別信息精度高；提供危機(jī)告警信息；消除氣象雜波、地物雜波及仙波等諸多干擾波；兼?zhèn)淅走_(dá)與通訊功能；系統(tǒng)的體積小，輕便靈敏高效等許多一次雷達(dá)無法企及的優(yōu)點(diǎn)。二次雷達(dá)良好的利用了單脈沖技術(shù)，極大地提高了方位精度，避免干擾敏感性。S模式技術(shù)和單脈沖技術(shù)可以徹底消除兩種干擾。地面應(yīng)答解碼器精準(zhǔn)地提取飛機(jī)的代碼是二次雷達(dá)良好工作的基礎(chǔ)，準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)為點(diǎn)跡與航跡處理提供保障。二次雷達(dá)測(cè)量目標(biāo)時(shí)利用單脈沖技術(shù)使其基于多個(gè)波束精確的解決角度測(cè)量問題，單脈沖技術(shù)的應(yīng)用完善了應(yīng)答的處理，極大提高了混雜的情況下解碼應(yīng)答碼的能力，發(fā)生歷史性的進(jìn)步。

2 二次雷達(dá)信號(hào)干擾的抑制

2.1 異步干擾

“異步干擾”是指在多個(gè)地面基站同時(shí)向目標(biāo)應(yīng)答機(jī)詢問時(shí)，面積較大的空曠區(qū)域內(nèi)其他基站會(huì)接收由一部詢問機(jī)啟動(dòng)的應(yīng)答信號(hào)，在該區(qū)域內(nèi)，以應(yīng)答機(jī)為中心，約四十五千米為半徑的領(lǐng)空內(nèi)，同時(shí)又處于以發(fā)出啟動(dòng)的詢問機(jī)為中心九十千米為半徑的領(lǐng)空內(nèi)，此應(yīng)答目標(biāo)為中心的領(lǐng)空內(nèi)接收到的無關(guān)應(yīng)答。當(dāng)空中目標(biāo)應(yīng)答機(jī)的高度與目標(biāo)斜距相比非常小時(shí)，需把斜距等價(jià)為水平距離。此時(shí)以目標(biāo)為圓心的圓形區(qū)域是能對(duì)基站形成異步干擾的區(qū)域。當(dāng)SSR基站使用同類詢問機(jī)同時(shí)追蹤或探測(cè)相同目標(biāo)時(shí)，本基站接收機(jī)便會(huì)接收到不同基站回答的應(yīng)答信號(hào)，這些信號(hào)便被本基站接收機(jī)等同為同一個(gè)應(yīng)答信號(hào)，因?yàn)椴煌镜脑儐枙r(shí)間各不相同，所接收到的不同的基站的應(yīng)答信號(hào)所測(cè)距離并不是與本基站間的真實(shí)距離，這便是異步干擾信息。

2.2 SSR的應(yīng)答信號(hào)

在接到SSR地面站發(fā)射的詢問信號(hào)后，目標(biāo)應(yīng)答器將會(huì)依據(jù)詢問信號(hào)的內(nèi)容對(duì)其自動(dòng)回復(fù)應(yīng)答信號(hào)，即一串脈沖。不同模式的詢問信號(hào)具有由十六位應(yīng)答碼組成的相同的應(yīng)答碼格式。除特殊位置識(shí)別信號(hào)距F2脈沖間隔不同外，其余所有信息碼脈沖位距離F1的間隔寬度均相同，每個(gè)脈位都有1和0兩種狀態(tài)，分別代表有無脈沖，其中X是備用位為0，框架脈沖為標(biāo)志脈沖，恒為1。兩個(gè)基站應(yīng)答信號(hào)混疊測(cè)距時(shí)將發(fā)生異步干擾使解碼的有效性與精準(zhǔn)性降低。

3 現(xiàn)存的干擾現(xiàn)象及其解決方案

3.1 繞環(huán)效應(yīng)及其解決方案

波瓣圖表示的為雷達(dá)在全方位輻射信號(hào)天線的圖示，該圖顯示的是發(fā)射時(shí)雷達(dá)在每個(gè)方位對(duì)相同半徑接收時(shí)在相同強(qiáng)度信號(hào)下感應(yīng)的能量強(qiáng)度的分布狀況。雷達(dá)發(fā)射天線在現(xiàn)實(shí)發(fā)射中包含主瓣發(fā)射詢問脈沖功率和副瓣泄漏功率。所以在距離較近時(shí)旁瓣可能觸發(fā)應(yīng)答器，導(dǎo)致各個(gè)方向上都有應(yīng)答信號(hào)，此時(shí)顯示器上出現(xiàn)的即為擾環(huán)效應(yīng)。

消除擾環(huán)效應(yīng)的干擾主要為Ω和Σ雙發(fā)射通道。Ω產(chǎn)生P2發(fā)射功率，Σ通道產(chǎn)生P1至P3發(fā)射功率，波束的高增益部分稱為主瓣，副瓣為其它部分。發(fā)射信號(hào)的能量經(jīng)收發(fā)轉(zhuǎn)換和射頻切換開關(guān)傳向天線的通道中繼續(xù)向空中輻射。通過比較P2信號(hào)以及P1至P3信號(hào)的功率大小，應(yīng)答器便可以識(shí)別出并拒絕應(yīng)答旁瓣詢問信號(hào)從而抑制旁瓣詢問。運(yùn)用單脈沖二次雷達(dá)Σ波瓣和Ω波瓣特性，同時(shí)使用差波束和波束接受應(yīng)答信號(hào)，如果Ω信號(hào)大則產(chǎn)生接收旁瓣抑制信號(hào)，不檢測(cè)應(yīng)答Σ波束范圍內(nèi)接收到的回波，旁瓣接收被抑制，消除擾環(huán)效應(yīng)的干擾。

3.2 多徑效應(yīng)及解決

雷達(dá)在發(fā)射天線、目標(biāo)和接收天線之間存在大于一條以上路徑的現(xiàn)象稱為多徑效應(yīng)。地面反射是引發(fā)多路徑效應(yīng)的主要原因，使雷達(dá)接收信號(hào)不穩(wěn)定，對(duì)二次雷達(dá)檢測(cè)和解碼性能造成一定影響。多徑效應(yīng)分為直射波與通過凸凹物的反射波之間水平夾角較大；直射波與經(jīng)過地面的反射波位于同一垂面；直射波與通過凹物的反射波間水平夾角過小三大類。其中每一項(xiàng)又分為二路徑程差較大導(dǎo)致的無應(yīng)答脈沖或不交疊或二路徑程差過小導(dǎo)致的脈沖嚴(yán)重重疊兩種情況。

在二次雷達(dá)工作中運(yùn)用單脈沖測(cè)向技術(shù)改進(jìn)的天線是解決多徑效應(yīng)的有效措施。配合使用滑窗處理技術(shù)以除去系統(tǒng)自身的干擾和多徑干擾，使其造成虛報(bào)的概率降低，控制波束方向圖增益低于主波增益同時(shí)高于副瓣波束增益，提高目標(biāo)檢測(cè)概率。

3.3 大氣波導(dǎo)環(huán)境影響及解決

電磁波的大氣波導(dǎo)傳播是指近地層和其余大氣邊界層尤中傳播的電磁波在一定的氣象條件下其曲率在受大氣折射的影響下被改變，沿著趨向地面的軌跡傳播，當(dāng)其超過地球表面曲率時(shí)，電磁波將會(huì)部分陷獲在一定厚度的大氣薄層內(nèi)，雷達(dá)會(huì)產(chǎn)生頂部盲區(qū)和跳躍盲區(qū)兩類電磁盲區(qū)，類似于其在金屬波導(dǎo)管中傳播。這是由于天氣異常導(dǎo)致的超折射現(xiàn)象，存在于陸地及海域，具有不確定性。

單脈沖技術(shù)通過測(cè)量和、差通道的信號(hào)比可以精確測(cè)定每一應(yīng)答脈沖的到達(dá)角或確定飛機(jī)的方位角。通過測(cè)量和、差通道信號(hào)相位可方便確定應(yīng)答信號(hào)的來源與地面詢問天線中心的方向關(guān)系，該技術(shù)對(duì)重復(fù)速率具有較高要求。加大對(duì)多雷達(dá)數(shù)據(jù)融合技術(shù)的研究力度是當(dāng)前的形式所需。

4 結(jié)束語

二次雷達(dá)在現(xiàn)代軍事中占有重要地位，提高其識(shí)別率，解決其信號(hào)干擾現(xiàn)象是當(dāng)前要?jiǎng)?wù)。文章從其工作原理談起，針對(duì)現(xiàn)存的干擾現(xiàn)象尋求解決措施，希望對(duì)相關(guān)行業(yè)有所啟發(fā)，提高二次雷達(dá)的性能，促進(jìn)我國(guó)航天及軍事的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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