淺析S模式二次雷達(dá)相對于A/C模式的優(yōu)點(diǎn)

周小濤

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淺析S模式二次雷達(dá)相對于A/C模式的優(yōu)點(diǎn)

周小濤

民航寧夏空管分局，寧夏 銀川 750000

隨著現(xiàn)代航空業(yè)的高速發(fā)展使得現(xiàn)行的A/C模式二次雷達(dá)已經(jīng)漸漸難以滿足巨大的空中交通流量與安全性保障的要求，S模式二次雷達(dá)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，S模式的選呼方式極大地減少了空間的詢問應(yīng)答數(shù)目，使得一次需達(dá)所面臨的異步十?dāng)_（fruit）和串?dāng)_（garble）問題得到有效的解決，極大地提高了航管監(jiān)視系統(tǒng)性能，保障了民航運(yùn)行安全。基于此，介紹和分析了S模式的基本信號上作流程以及相對于傳統(tǒng)A/C模式的卓越的優(yōu)點(diǎn)。

S模式；A/C模式

1 引言

隨著空中交通流量的口益增加，傳統(tǒng)的A/C模式已不能滿足空中交通管制(ATC)的需求。A/C模式的代碼數(shù)僅為4 096個(gè)，且易受到異步十?dāng)_(fruit)和串?dāng)_(garble)問題的影響，對交通流量較大的空域尤其是較大的機(jī)場終端區(qū)，其監(jiān)視能力已接近極限。S模式具有基本監(jiān)視、增強(qiáng)監(jiān)視、數(shù)據(jù)鏈等多種功能。與A /C模式相比，其主要優(yōu)點(diǎn)在于:數(shù)據(jù)中包含了24位的地址，有16 777216種可能的代碼，能夠?yàn)槊考茱w機(jī)分配唯一的地址;"S”是選擇(Select)的意思，詢問中能根據(jù)飛機(jī)地址點(diǎn)名呼叫，此時(shí)只有被呼叫的飛機(jī)才會(huì)應(yīng)答，從而很大程度上減少了應(yīng)答信號的混疊;其高度的精度從也從傳統(tǒng)A /C模式的30.5m提高到7.6 m。

2 A/C模式二次雷達(dá)

傳統(tǒng)A/C模式二次雷達(dá)詢問/應(yīng)答主要是民用飛機(jī)的代碼和高度兩項(xiàng)，其中A模式用于識(shí)別詢問，C模式用于高度詢問。

2.1 詢問信號格式

如圖1所示，A/C模式的區(qū)別在于P1, P3脈沖的間距，A模式P1, P3脈沖的間距是8 u s,C模式P1, P3脈沖的間距是21us; P2脈沖起著詢問旁瓣抑制作用。在詢問時(shí)，根據(jù)需要可以發(fā)出一個(gè)模式的詢問信號，也可以幾種模式交錯(cuò)詢問。

圖1 A/C模式詢問信號格式

2.2 應(yīng)答信號格式

如圖2所示，應(yīng)答碼由16個(gè)信息碼位組成，依次是F1,C1, A1, C2, A2, C4, A4, X, B1, D1, B2, D2, B4, D4, F2,SPI。每個(gè)碼位有兩種狀態(tài)，即有脈沖或者無脈沖，分別用“1;和“0”表示。F1和F2是框架脈沖，為二次雷達(dá)應(yīng)答信號的標(biāo)志脈沖，脈沖間隔為20.3us，恒為“1”狀態(tài)。X是備用位，恒為“0”狀態(tài)。其余12個(gè)碼位C1, Al, C2, A2, C4,A4, B1, D1, B2, D2, B4, D4為信息碼位，可以編成4096個(gè)獨(dú)立應(yīng)答碼。SPI是特別位置識(shí)別碼。

圖2 A/C模式應(yīng)答信號格式

應(yīng)答機(jī)響應(yīng)A模式詢問時(shí)，應(yīng)答碼代表識(shí)別碼。12個(gè)信息碼從高位到低位的排列順序是:A4A2A1、B4B2B1、C4C2C1、D4D2D1。應(yīng)答碼中有三組代碼表示危急信息，不能作為識(shí)別碼:7700(飛機(jī)機(jī)械故障);7600(飛機(jī)通信故障);7500(飛機(jī)受非法干擾)。

應(yīng)答器響應(yīng)C模式詢問時(shí)，應(yīng)答碼是高度碼。其排列順序:D1D2D4、AlA2A4、B1B2B4、 C1C2C4。

3 S模式二次雷達(dá)

S模式二次雷達(dá)是在傳統(tǒng)模式基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，擁有不同于傳統(tǒng)模式的詢問和應(yīng)答信號格式。從傳統(tǒng)的A/C模式到S模式，其系統(tǒng)設(shè)備既要求更新有要求兼容。

3.1 詢問信號格式

(1) A/C/S模式全呼詢問格式

圖3 A/C/S模式全呼詢問格式

A/C模式應(yīng)答機(jī)接收到P3時(shí)就開始應(yīng)答，即P3后發(fā)射第一應(yīng)答脈沖F1, P4對此沒有影響。S模式應(yīng)答機(jī)也能回答全呼詢問應(yīng)答，但是當(dāng)檢測到P4脈沖后就會(huì)停止A/C模式應(yīng)答，而根據(jù)P4脈沖寬度來決定何種方式應(yīng)答。P4可以有兩種寬度，即0.8us或1.6us。當(dāng)P4脈沖寬度為1.6us時(shí)，S模式應(yīng)答機(jī)將會(huì)發(fā)射一個(gè)應(yīng)答;寬度為0.8us時(shí)，S模式應(yīng)答機(jī)不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)答，P4短脈沖的詢問主要是用于機(jī)載的交通咨詢和防撞系統(tǒng)(TCAS)詢問機(jī)，以從A/C模式的應(yīng)答機(jī)中獲得響應(yīng)。

(2) S模式詢問格式

圖4表示了最常用的S模式詢問格式，前兩個(gè)脈沖P1和P2的脈寬均為0.8us，脈沖間隔為2us。非S模式應(yīng)答機(jī)接收到這些脈沖會(huì)對其抑制，也不再解碼其余的詢問脈沖。P2脈沖后是一個(gè)長脈沖P6，脈沖寬度是16. 25 u s或者30. 25 u s，其中有許多相位反轉(zhuǎn)脈沖，用來攜帶所要發(fā)射的數(shù)據(jù)。第一個(gè)相位反轉(zhuǎn)脈沖在這個(gè)長脈沖上升沿后的1. 25處，即“同步相位反轉(zhuǎn)”，作為S模式應(yīng)答機(jī)的時(shí)鐘同步，從而對后續(xù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對應(yīng)解碼;同步相位反轉(zhuǎn)脈沖也用作應(yīng)答機(jī)發(fā)生的時(shí)鐘參考，與A/C模式中P3脈沖作用類似。詢問機(jī)通過計(jì)算同步相位反轉(zhuǎn)脈沖的發(fā)射與接收到第一個(gè)應(yīng)答脈沖之間時(shí)間間隔來測量飛機(jī)的距離。

圖4 S模式詢問格式

數(shù)據(jù)通過差分相移鍵控(DPSK)方式來發(fā)射，即當(dāng)相位相對于同步相位反轉(zhuǎn)脈沖有二的變化時(shí)，數(shù)據(jù)表示為1;相位相對同步相位反轉(zhuǎn)脈沖沒有變化時(shí)，數(shù)據(jù)為0。相位反轉(zhuǎn)脈沖時(shí)間間隔為0. 25，速率是4MHz的數(shù)據(jù)比特率。根據(jù)不同要求，發(fā)射的數(shù)據(jù)位總數(shù)為56或者112位。

在S模式中，旁瓣抑制(SLS)的與A/C模式不同。SLS脈沖P5從天線控制波束中發(fā)射，它與P6的同步相位反轉(zhuǎn)脈沖在時(shí)間上有重合。如果發(fā)射的信號在線天旁瓣方向，P5的幅 度將大于P6，應(yīng)答機(jī)將不會(huì)檢測到同步相位反轉(zhuǎn)脈沖，也不會(huì)對詢問信號進(jìn)行解碼和應(yīng)答。在天線主瓣方向，P5的幅度將小于P6，應(yīng)答機(jī)將接收同步相位反轉(zhuǎn)脈沖，并繼續(xù)接收并解碼P6脈沖。

3.2 應(yīng)答信號格式

圖5 S模式應(yīng)答信號格式

圖5給出了S模式應(yīng)答信號的格式，解碼設(shè)備根據(jù)檢測到4個(gè)前導(dǎo)脈沖的格式來確認(rèn)。這些脈沖的分部間隔不可能與A/C模式的應(yīng)答脈沖重疊，即使其他應(yīng)答機(jī)產(chǎn)生的脈沖覆蓋了其中部分脈沖，4個(gè)脈沖中的任何一個(gè)脈沖上升沿均可用于檢測飛機(jī)的距離。應(yīng)答信號的數(shù)據(jù)塊由前導(dǎo)脈沖后的56或112位應(yīng)答數(shù)據(jù)組成，應(yīng)答數(shù)據(jù)采用二進(jìn)制脈沖位置調(diào)制方式，數(shù)據(jù)比特率是4MHz。每個(gè)數(shù)據(jù)位寬度都是1 bus，如果脈沖出現(xiàn)在數(shù)據(jù)位的前0. 5}us處，則后0. 5}us必然無脈沖，反之亦然。“一個(gè)脈沖后跟一個(gè)無脈沖”表示二進(jìn)制數(shù)1}“一個(gè)無脈沖后跟一個(gè)脈沖”表示二進(jìn)制數(shù)0，采用這種曼切斯特編碼具有很強(qiáng)的抗干擾作用。

4 S模式的主要優(yōu)點(diǎn)

S模式相比較于A/C模式，它的定位精度更高，目標(biāo)容量更大，適應(yīng)了機(jī)場交通流量高速增長的需要，被國外權(quán)威民航組織和航空設(shè)備公司認(rèn)為是二次監(jiān)視需達(dá)的替代產(chǎn)品，S模式也將在這此應(yīng)用中發(fā)揮其作用，并得到進(jìn)一步的完善。S模式也具有很多其它優(yōu)點(diǎn)，如數(shù)據(jù)可校驗(yàn)，有較好的模式兼容性，實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)名呼叫等。

4.1 數(shù)據(jù)可校驗(yàn)

S模式使用奇偶校驗(yàn)位(24 bit)來保護(hù)數(shù)據(jù)，校驗(yàn)數(shù)據(jù)用前32 bit(56 bit數(shù)據(jù)塊)或88 bit (112 bit數(shù)據(jù)塊)生成。奇偶校驗(yàn)位采用循環(huán)冗余編碼的方式生成，循環(huán)冗余編碼使用式(1)的多項(xiàng)式生成。生成的奇偶校驗(yàn)位與24位地址作模2和運(yùn)算，并將結(jié)果存放在AP字段 中。接收方在收到信息后解出地址和校驗(yàn)位以判斷數(shù)據(jù)和地址是否被正確傳輸，如果發(fā)生錯(cuò)誤，可采用糾錯(cuò)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)修正。糾錯(cuò)方法有“保守”技術(shù)、"Whole Message”技術(shù)和“Brute Force”技術(shù)等。

4.2 較好的模式兼容性

為了與傳統(tǒng)的A /C模式兼容，S模式仍然采用異頻收發(fā)的方式，詢問信號頻率為1 030 MHz，應(yīng)答信號為1 090MHz。S模式的應(yīng)答能夠應(yīng)答A /C模式和S模式地面站的詢問，S模式的地面站能夠?qū)模式和A /C模式的目標(biāo)發(fā)出詢問并接收其應(yīng)答信息。因此，原有A /C模式的應(yīng)答機(jī)和地面站在新的S模式實(shí)行后仍然能正常工作。目前，有的地面雷達(dá)仍為A /C模式，而大型飛機(jī)均載有S模式應(yīng)答機(jī);美國為了兼容以前的飛行設(shè)備，也是兩種模式混用;但在歐洲，地面和空中設(shè)備已全面采用了S模式。

4.3 點(diǎn)名呼叫

地面站發(fā)出全呼詢問后，飛機(jī)在全呼應(yīng)答中包含了自身地址，地面站在識(shí)別飛機(jī)地址后入庫，稱為“鎖定”，以后對有地址的飛機(jī)將點(diǎn)名呼叫，地址不匹配的飛機(jī)不予應(yīng)答，這在很大程度上減少了機(jī)應(yīng)答信號的同步混疊十?dāng)_。已經(jīng)鎖定的飛機(jī)不再響應(yīng)全呼詢問，防止全呼時(shí)發(fā)生混擾。同時(shí)，在詢問信號UF11的PR字段，包含了數(shù)值1, 1 /2, 1 /4, 1 /8和1 /16，應(yīng)答機(jī)根據(jù)該數(shù)值確定全呼應(yīng)答概率。例如:PR字段數(shù)值為1 /4，應(yīng)答機(jī)將產(chǎn)生一個(gè)0}-1之間的隨機(jī)數(shù)，當(dāng)該數(shù)大于1 /4，則該應(yīng)答機(jī)響應(yīng)全呼詢問，否則不予應(yīng)答，這樣做的目的是進(jìn)一步減少全呼時(shí)產(chǎn)生混疊十?dāng)_的概率。當(dāng)飛機(jī)連續(xù)18 s沒有收到地面設(shè)備的點(diǎn)名呼叫時(shí)，該飛機(jī)將解除鎖定。由于地面設(shè)備的作用距離在數(shù)百公里，同一目標(biāo)將被多部地面雷達(dá)“看見”，被一部地面雷達(dá)鎖定的飛機(jī)仍能以全呼應(yīng)答的方式響應(yīng)其它需達(dá)的全呼。

[1]朱蕓，模式S應(yīng)答接收機(jī)數(shù)字處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)，電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文。

[2]樊昌信，徐炳祥，吳成柯，通信原理，北京，國防工業(yè)出版社。

Analysis of the advantages of S - mode secondary radar relative to A / C mode

Zhou Xiaotao

Civil Aviation Administration of China，Ningxia Yinchuan 750000

With the rapid development of modern aviation industry， the existing A / C mode secondary radar has become increasingly difficult to meet the requirements of huge air traffic flow and security，S mode secondary radar technology has emerged，S mode selection Call mode greatly reduces the number of interrogation responses in space， and makes the problem of asynchronous and garling problems to be solved effectively，which greatly improves the performance of air traffic monitoring system and ensures the safety of civil aviation operation Safety. This paper introduces and analyzes the basic signal flow of S mode，and the advantages over conventional A / C mode.

S mode；A / C mode.

TN958.96

A

1009-6434（2017）01-0153-03